申请日2018.12.13
公开(公告)日2019.03.01
IPC分类号G16C20/10; G16C20/30; G01N33/24
摘要
本发明提供一种应用污泥功能酶响应预警污水处理系统早期风险的范式，涉及城市污水处理过程中污泥功能酶对具有活性的新型污染物的不同响应，预警污水处理系统的早期风险。本发明通过对比活性污泥中生物指标和化学指标的敏感性，以期提供一个可以快速预警污泥性能发生变化或异常的范式，该方法评估结果准确性较高，可在一定程度上稳定污水处理的效率，降低城市污水厂生物处理系统因污泥性能异常导致出水不达标的风险，在一定程度上弥补污水处理系统面临的化学指标监测所带来的局限性，提高企业风险防范能力。
权利要求书
1.一种应用污泥功能酶响应预警污水处理系统早期风险的范式，其特征在于，
S1.取样品在37℃的培养箱中恒温培养24小时，对好氧污泥功能酶活性进行分析，按照式(1)和式(2)计算脲酶活性和转化酶活性;
脲酶活性=(a样品-a无污泥-a无基质)·nV/m (1)
转化酶活性=(a’样品-a’无污泥-a’无基质)·n/m (2)
式中，a样品，a’样品为样品按照吸光度值对应标准曲线计算的葡萄糖毫克数或NH3-N毫克数;
a无污泥，a’无污泥为无污泥按照吸光度值对应标准曲线计算的葡萄糖毫克数或NH3-N毫克数;
a无基质，a’无基质为无基质按照吸光度值对应标准曲线计算的葡萄糖毫克数或NH3-N毫克数;
n为分取倍数;
m为烘干污泥质量/g;
V为显色液体积/mL;
S2.由S1所得的脲酶活性、转化酶活性分别计算对应的酶活性动态变化率;
酶活性动态变化率：
式中，ΔR脲酶为脲酶活性动态变化率;
ΔR转化酶为转化酶活性动态变化率;
R脲n为本测定点脲酶活性;
R脲n-1为上一测定点脲酶活性;
R脲0为污染物暴露浓度为零时的脲酶活性;
R转化n为本测定点转化酶活性;
R转化n-1为上一测定点转化酶活性;
R转化0为污染物暴露浓度为零时的转化酶活性;
S3.计算化学指标TOC降解率
TOC降解率：
式中：ΔRTOC为TOC的降解率;
RTOCn为本测定点TOC;
RTOCn-1为上一测定点TOC;
RTOC0为污染物暴露浓度为零时的TOC;
S4.通过ΔR脲酶，ΔR转化酶，ΔRTOC表征污泥性状指标监测活性污泥的情况。
2.根据权利要求1所述的应用污泥功能酶响应预警污水处理系统早期风险的范式，其特征在于，所述分取倍数n由浸出液体积/吸取滤液体积所得。
3.根据权利要求1所述的应用污泥功能酶响应预警污水处理系统早期风险的范式，其特征在于，所述的脲酶标准曲线为：y=4.8026x R2=0.999，其中x即为(a样品-a无污泥-a无基质)。
4.根据权利要求1所述的应用污泥功能酶响应预警污水处理系统早期风险的范式，其特征在于，所述的转化酶标准曲线为：y’=1.3335x’R2=0.9991，其中x’即为(a’样品-a’无污泥-a’无基质)。
说明书
一种应用污泥功能酶响应预警污水处理系统早期风险的范式
技术领域
本发明涉及城市污水处理过程中污泥功能酶对具有活性的新型污染物的不同响应，预警污水处理系统的早期风险。
背景技术
随着城市污水处理量的日益增加，对于污水处理中活性污泥法可能发生的意外事故处理变得尤为重要。由于各类污染物混合存在于水体中，污染物之间发生物理或化学作用，生成新的有毒物质对水体造成二次污染，导致出水水质下降，影响各项用水的安全问题，这引起了公众和科学界的广泛关注。现行的环境监测方法仍停留在常规、传统的化学指标监测水平，对组分复杂的污水处理系统分析缺乏化学、生物多指标相互渗透的先进手段，已成为对有机污染物(EOCs)所诱导的不利应激变化和生态影响实施有效监督和控制的瓶颈问题。因此，测定和预测不同类别EOCs对污水生态系统和污泥微生物群落的影响、筛选影响污泥生态功能的敏感指标，科学评价EOCs存在下对污水处理系统的潜在风险，有助于尽早发现和预警污水处理系统污泥活性出现异动的情况。
在国内对于活性污泥微生物酶的研究仍相对较少，因此有很大的应用前景。随着研究的不断深入，活性污泥中微生物酶会更好的为人所认识，对于将来更好的利用活性污泥具有重要的科学指导意义。基于不同浓度的污染物对微生物酶活性的影响，利用酶测法来建立评价控制模型，在可控范围内实施动态风险评估来形成一个系统的暴露范式，包括理论基础和实践操作，以达到风险的早期预警及防范作用。
发明内容
由于污水处理厂目前大多数使用的都是化学指标来监测污泥的运行状况。为弥补传统方法的不足，本发明提出活性污泥中生物指标对污染物的敏感性明显优于化学指标，提供了一个可以快速预警污泥性能发生变化或异常的范式，敏感功能酶的活性对于出水水质能够起到更好的指示作用，对于稳定污水处理效率，提高企业风险防范能力具有重要意义。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
S1.取样品在37℃的培养箱中恒温培养24小时，对好氧污泥功能酶活性进行分析，按照式(1)和式(2)计算脲酶活性和转化酶活性;
脲酶活性=(a样品-a无污泥-a无基质)·nV/m; (1)
转化酶活性=(a’样品-a’无污泥-a’无基质)·n/m; (2)
式中，a样品，a’样品为样品按照吸光度值对应标准曲线计算的葡萄糖毫克数或NH3-N毫克数;
a无污泥，a’无污泥为无污泥按照吸光度值对应标准曲线计算的葡萄糖毫克数或NH3-N毫克数;
a无基质，a’无基质为无基质按照吸光度值对应标准曲线计算的葡萄糖毫克数或NH3-N毫克数;
n为分取倍数;
m为烘干污泥质量/g;
V为显色液体积/mL;
S2.由S1所得的脲酶活性、转化酶活性分别计算对应的酶活性动态变化率;
酶活性动态变化率：式中，ΔR脲酶为脲酶活性动态变化率;
ΔR转化酶为转化酶活性动态变化率;
R脲n为本测定点脲酶活性;
R脲n-1为上一测定点脲酶活性;
R脲0为污染物暴露浓度为零时的脲酶活性;
R转化n为本测定点转化酶活性;
R转化n-1为上一测定点转化酶活性;
R转化0为污染物暴露浓度为零时的转化酶活性;
S3.计算化学指标TOC降解率
TOC降解率：式中：ΔRTOC为TOC的降解率;
S4.通过ΔR脲酶，ΔR转化酶，ΔRTOC表征污泥性状指标监测活性污泥的情况。
进一步的，所述分取倍数n由浸出液体积/吸取滤液体积所得。
所述的脲酶标准曲线为：y=4.8026x R2=0.999，其中x即为(a样品-a无污泥-a无基质);所述的转化酶标准曲线为：y’=1.3335x’R2=0.9991，其中x’即为(a’样品-a’无污泥-a’无基质)。(a样品-a无污泥-a无基质)或(a’样品-a’无污泥-a’无基质)均已去除污泥、药品及水混合物中的药、水溶液可能造成的偏差，因此可看成一个整体。
本发明所述的脲酶活性以1g烘干污泥24h后生成NH3-N的毫克数表示;转化酶活性以1g烘干污泥24h后生成葡萄糖的毫克数表示。
酶是由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或RNA，是一类重要的生物催化剂，具有反应条件温和，催化效率高，底物专一性强等优势。EOCS多具有不同活性，可影响微生物的生理生化过程。活性污泥污水处理法中常见的功能酶担负着净化污水的使命，同时其功能也会受到污水中具有生物活性新兴EOCs存在的影响。研究EOCs与活性污泥功能酶的相互作用机制和影响，获得它们之间的相互作用和影响系统功能的风险方面数据，可为全面表征活性污泥性能优劣、评估活性污泥功能稳健和预防污水处理系统风险奠定基础。本发明以EOCs暴露浓度与生物指标、化学指标的动态变化率的关系表示各指标在污染物暴露下的变化情况。由于总有机碳(TOC)的降解率可以表征污水的处理效率，因此选择TOC作为化学指标。脲酶是能促进含氮有机物水解的水解酶，能专一水解尿素，同时释放出氨和二氧化碳，对污水中含氮有机物的分解具有重要意义。转化酶是可以增加污泥中易溶性营养物质的水解酶，对污泥中碳循环具有重要作用。通过TOC动态变化率与生物指标动态变化率的比较，判断生物指标和化学指标的敏感性。
有益效果
本发明通过对比活性污泥中生物指标和化学指标的敏感性，以期提供一个可以快速预警污泥性能发生变化或异常的范式，该方法评估结果准确性较高，可在一定程度上稳定污水处理的效率，弥补污水处理系统面临的化学指标监测所带来的局限性，提高企业风险防范能力。