申请日2017.08.09
公开(公告)日2017.12.22
IPC分类号C12Q1/04
摘要
本发明公开了一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，包括：1)从污水处理厂取泥接种驯化培养，降温、水质冲击实验投加CaCl2，测定加钙前后的微生物呼吸图谱;分别得到的微生物呼吸图谱测定OURs、OURq、OURe、OURen和OURenc;根据得到的参数进而得到自养菌呼吸速率OURn，判断系统稳健性;进而得到内源呼吸比RI，判断系统微生物是否受到冲击。本发明方法有助于污水处理厂的风险评估与风险控制，优化污水处理厂的运行，对污水处理厂的运行管理具有一定的指导意义。
权利要求书
1.一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
1)从污水处理厂A2O系统曝气池取泥，接种到SBR反应器内，在实验室条件下驯化培养，待运行稳定后驯化结束，开始进行降温实验;
2)分别在快速降温和慢速降温实验过程，在各温度条件下投加CaCl2，测定加钙前后的微生物呼吸图谱;
3)从污水处理厂A2O系统曝气池取泥，分别接种到SBR和A2O两个反应器内，在实验室室温条件下驯化培养，待运行稳定后驯化结束，开始进行水质冲击实验,冲击后恢复;
4)用氨氮对步骤3)的系统进行冲击，向反应器中投加CaCl2，测定加钙前后的微生物呼吸图谱;
5)用垃圾渗滤液对步骤3)的系统进行冲击，向反应器中投加CaCl2，测定加钙前后的微生物呼吸图谱;
6)由步骤2)和步骤4)、步骤5)得到的微生物呼吸图谱测定包括现场呼吸速率OURs、准内源呼吸速率OURq、内源呼吸速率OURe、加氮后呼吸速率OURen和总呼吸速率OURenc的呼吸图谱参数;
7)由步骤6)获得的呼吸图谱参数，得到自养菌呼吸速率OURn=OURen-OURe，通过自养菌活性速率变化，判断系统稳健性：
当投加CaCl2后，自养菌呼吸速率OURn无变化，则系统稳健;
当投加CaCl2后，自养菌呼吸速率OURn提升，则系统不稳健;
且投加CaCl2后，Ca2+对OURn提升率越大系统不稳健程度越高;
8)由步骤6)获得的呼吸图谱参数，得到内源呼吸比RI=OURe/OURenc，通过内源呼吸比上升，判断系统微生物是否受到冲击：
当投加CaCl2后，内源呼吸比上升，则系统微生物受到冲击，系统不稳健;
当投加CaCl2后，内源呼吸比未上升，则Ca2+对系统微生物自养菌无效果，系统稳健。
2.按照权利要求1所述的一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，其特征在于，所述步骤1)中，SBR反应器初始培养时的污泥浓度为3000mg/L;在实验室条件下驯化培养白天三个周期，晚上一个周期，包括：进水→曝气搅拌→沉淀→排水;充水比为1/3，进水COD为550mg/L，进水氨氮为75mg/L。
3.按照权利要求1所述的一种基于钙的强化作用评估活性污泥 系统稳健性的方法，其特征在于，所述步骤2)中，快速降温过程为20℃→8℃→5℃;在各温度条件下投加CaCl2，保证Ca2+浓度为100mg/L。
4.按照权利要求1所述的一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，其特征在于，所述步骤3)中，实验装置为A2O和SBR两个反应器，均外加水浴套筒使其温度控制在24±1℃;初始培养时的污泥浓度为3500mg/L，两个反应器有效容积均为15L。
5.按照权利要求4所述的一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，其特征在于，所述A2O反应器中，厌氧:缺氧:好氧池体积比=1:1:3，水力停留时间为7.5h。
6.按照权利要求4所述的一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，其特征在于，所述SBR反应器每天4个周期，每个周期为6h，包括：进水→厌氧搅拌→曝气搅拌→沉淀→排水;体积交换比为1/2，进水COD为400mg/L，进水氨氮为20mg/L，进水磷为5mg/L，氨氮冲击期氨氮含量提高到140mg/L。
7.按照权利要求1所述的一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，其特征在于，所述步骤3)中，实验过程的驯化期为1～38天，冲击期为39～45天，恢复期为45～50天。
8.按照权利要求1所述的一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，其特征在于，所述步骤6)中，测定微生物呼吸图谱的具体过程为：
在温度保持与污水厂反应池一致条件下，取污水处理厂活性污泥，并用体积比1:3的比例添加自来水稀释，测定现场条件下现状呼吸速率OURs;将活性污泥样品通过搅拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀释液的1/2体积，用PBS缓冲溶液洗泥，测定污泥的准内源呼吸速率OURq;之后添加自来水将活性污泥混合液定容至活性污泥稀释液的原体积，曝气2～4h，活性污泥进入内源呼吸状态，测定其内源呼吸速率OURe;按照40～60mg/L加入氯化铵，测加氮后呼吸速率OURen=OURe+OURn;最后加入足量的无水乙酸钠，保证基质充足，测定总呼吸速率OURenc=OURe+OURn+OURc。
9.按照权利要求1所述的一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，其特征在于，活性污泥的微生物活性以每克污泥每小时消耗的氧量的比耗氧速率SOUR来表征，其中，SOUR=OUR/MLSS。
10.按照权利要求8所述的一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，其特征在于，缓冲溶液为以下组分混合液：
A：KH2PO4浓度为1.5～2.5mmol·L-1;
B：Na2HPO4浓度为8～12mmol·L-1;
C：NaCl浓度为135～140mmol·L-1;
D：KCl浓度为2.5～3.0mmol·L-1。
说明书
一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种从钙对微生物的强化作用角度，创新提出了一种评估活性污泥系统稳健性的方法。
背景技术
在实际污水厂的运行中，环境的扰动普遍存在且不可避免，包括温度、DO、水质、水量等等。因此微生物生理特征会随着生存环境的变化而发生改变。对于环境的扰动，系统的感应和表现却不相同。有些系统是敏感和脆弱的;而有些系统却不受影响可以维持其系统性能。然而目前，这两种不同的系统表现却未能引起人们过多的关注。人们反而似乎更聚焦于系统的稳定性，在此，将系统的敏感程度以及脆弱性的变化定义为稳健性，它包含了功能、微生物群落以及代谢的稳定三个方面，与稳定性不同，它表明了环境变化时，系统抵抗风险的能力。对于污水处理厂运行管理者而言，他们不希望微生物的状态发生变化或者是变化发生的过快，不仅希望系统能够稳定运行，而且要能稳健运行。因此，对系统稳健性的研究是十分必要的。
然而目前为止，除了直接测各个方面指标外，并没有一个很好的方法来描述这种稳健性，也没有一种方法可以对冲击类型作出判断，因此，提供判定系统稳健性以及为判断系统受到的冲击类型提出新的方法，从而为污水处理厂的运行提供指导意见成为目前本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于钙的强化作用指示系统稳健性的方法，该方法利用标准条件下微生物比呼吸速率作为活性污泥指标，通过测定不同冲击条件下，对比投加CaCl2后，系统的微生物呼吸图谱变化，以SOURn值的大小表示系统受到冲击的强度，RI值指示系统受到冲击的类型，从而判定系统的稳健性，为污水厂的运行提供指导意见。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
根据本发明实施例提供的一种基于钙的强化作用评估活性污泥系统稳健性的方法，该方法包括下述步骤：
1)从污水处理厂A2O系统曝气池取泥，接种到SBR反应器内，在实验室条件下驯化培养，待运行稳定后驯化结束，开始进行降温实验;
2)分别在快速降温和慢速降温实验过程，在各温度条件下投加CaCl2，测定加钙前后的微生物呼吸图谱;
3)从污水处理厂A2O系统曝气池取泥，分别接种到SBR和A2O两个反应器内，在实验室室温条件下驯化培养，待运行稳定后驯化结束，开始进行水质冲击实验,冲击后恢复;
4)用氨氮对步骤3)的系统进行冲击，向反应器中投加CaCl2，测定加钙前后的微生物呼吸图谱;
5)用垃圾渗滤液对步骤3)的系统进行冲击，向反应器中投加CaCl2，测定加钙前后的微生物呼吸图谱;
6)由步骤2)和步骤4)、步骤5)得到的微生物呼吸图谱测定包括现场呼吸速率OURs、准内源呼吸速率OURq、内源呼吸速率OURe、加氮后呼吸速率OURen和总呼吸速率OURenc的呼吸图谱参数;
7)由步骤6)获得的呼吸图谱参数，得到自养菌呼吸速率OURn=OURen-OURe，通过自养菌活性速率变化，判断系统稳健性：
当投加CaCl2后，自养菌呼吸速率OURn无变化，则系统稳健;
当投加CaCl2后，自养菌呼吸速率OURn提升，则系统不稳健;
且投加CaCl2后，Ca2+对OURn提升率越大系统不稳健程度越高;
8)由步骤6)获得的呼吸图谱参数，得到内源呼吸比RI=OURe/OURenc，通过内源呼吸比上升，判断系统微生物是否受到冲击：
当投加CaCl2后，内源呼吸比上升，则系统微生物受到冲击，系统不稳健;
当投加CaCl2后，内源呼吸比未上升，则Ca2+对系统微生物自养菌无效果，系统稳健。
进一步，所述步骤1)中，SBR反应器初始培养时的污泥浓度为3000mg/L;在实验室条件下驯化培养白天三个周期，晚上一个周期，包括：进水→曝气搅拌→沉淀→排水;充水比为1/3，进水COD为550mg/L，进水氨氮为75mg/L。
进一步，所述步骤2)中，快速降温过程为20℃→8℃→5℃;在各温度条件下投加CaCl2，保证Ca2+浓度为100mg/L。
进一步，所述步骤3)中，实验装置为A2O和SBR两个反应器，均外加水浴套筒使其温度控制在24±1℃;初始培养时的污泥浓度为3500mg/L，两个反应器有效容积均为15L。
进一步，所述A2O反应器中，厌氧:缺氧:好氧池体积比=1:1:3，水力停留时间为7.5h。
进一步，所述SBR反应器每天4个周期，每个周期为6h，包括：进水→厌氧搅拌→曝气搅拌→沉淀→排水;体积交换比为1/2，进水COD为400mg/L，进水氨氮为20mg/L，进水磷为5mg/L，氨氮冲击期氨氮含量提高到140mg/L。
进一步，所述步骤3)中，实验过程的驯化期为1～38天，冲击期为39～45天，恢复期为45～50天。
进一步，所述步骤6)中，测定微生物呼吸图谱的具体过程为：
在温度保持与污水厂反应池一致条件下，取污水处理厂活性污泥，并用体积比1:3的比例添加自来水稀释，测定现场条件下现状呼吸速率OURs;将活性污泥样品通过搅拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀释液的1/2体积，用PBS缓冲溶液洗泥，测定污泥的准内源呼吸速率OURq;之后添加自来水将活性污泥混合液定容至活性污泥稀释液的原体积，曝气2～4h，活性污泥进入内源呼吸状态，测定其内源呼吸速率OURe;按照40～60mg/L加入氯化铵，测加氮后呼吸速率OURen=OURe+OURn;最后加入足量的无水乙酸钠，保证基质充足，测定总呼吸速率OURenc=OURe+OURn+OURc。
进一步，为了消除污泥浓度对呼吸速率的影响，活性污泥的微生物活性以每克污泥每小时消耗的氧量的比耗氧速率SOUR来表征，其中，SOUR=OUR/MLSS。
进一步，缓冲溶液为以下组分混合液：
A：KH2PO4浓度为1.5～2.5mmol·L-1;
B：Na2HPO4浓度为8～12mmol·L-1;
C：NaCl浓度为135～140mmol·L-1;
D：KCl浓度为2.5～3.0mmol·L-1。
相对于现有技术，本发明的特点在于：
1)本发明提出的方法，可以在一定程度上对系统稳定性实现预警功能。该方法简单易用，成本低，且及时快速、准确。且是一种无损伤的测试方法，另外，Ca2+还可以强化不稳健系统中微生物活性。
2)本发明证实，向反应器中投加CaCl2可快速、准确的判断系统稳健性，污水处理厂一般是对水质、流量按最不利(峰值)来设计的，实际运行时，很多时候是有很大闲置力的，这种闲置力可提高系统稳定性，对环境冲击是一种缓冲力。如果将稳健性评价引入和水质同等重要性的评估，继而可以对风险予以评估，对稳健的系统可适当降低安全系数，优化污水处理厂的运行管理，达到节能增效的目的。