活性污泥生长状态的判定方法

　　活性污泥生长状态的判定及调控方法，判定方法包括：测定活性污泥内源呼吸速率OURe，加入含氮溶液或自养菌抑制液、含碳、含氮溶液，分别测定污泥自养菌呼吸速率OURN及异养菌呼吸速率OURC，计算比较终自养菌呼吸速率OURA和比较终异养菌呼吸速率OURH后，分别取对数，做出InOURA-时间和InOURH-时间对应图，判定是否为对数增长期和非对数增长期两种类型生长状态。调控方法包括：分别测定准内源呼吸速率OURme、内源呼吸速率OURe、污泥加氮后呼吸速率OURN;做出特性图，通过控制碱度使自养菌生长状态进入对数增长期，增加污泥体积或增加基质投加量实现异养菌生长状态进入对数增长期。该方法能够为污水处理厂污泥生长状态的判定与调控提供一种新的有效方法。

　　权利要求书

　　1.一种活性污泥生长状态的判定方法，其特征在于，包括下述步骤：

　　1)取未经任何处理的污水厂污泥，使用缓冲液对污泥进行多次清洗后充分曝气2h，常温下测其内源呼吸速率OURe;

　　2)在步骤1)处理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液，测定污泥加氮后自养菌呼吸速率OURN，常温下连续测定加氮后自养菌呼吸速率OURN，记做OURN1，OURN2，OURN3……OURNm;

　　3)根据测得的内源呼吸速率OURe与加氮后自养菌呼吸速率OURN计算比较终自养菌呼吸速率OURA：

　　(OURN1，OURN2，OURN3……OURNm)-OURe=(OURA1，OURA2，OURA3……);

　　4)对步骤3)中的一组比较终自养菌呼吸速率OURA取对数，即InOURA，做出InOURA-时间对应图，若自养菌生长状态曲线呈线性上升趋势，则对应的自养菌生长状态为对数增长期，其他趋势对应为非对数增长期;

　　5)在步骤1)处理后的污泥中依次加入自养菌抑制剂溶液、含碳元素化合物溶液和含氮元素化合物溶液，常温下连续测定加基质后污泥异养菌呼吸速率OURC，记做OURC1，OURC2，OURC3……，OURCm;

　　6)根据测得的内源呼吸速率OURe与加基质后异养菌呼吸速率OURC计算比较终异养菌呼吸速率OURH：

　　(OURC1，OURC12，OURC3……)-OURe=(OURH1，OURH2，OURH3……);

　　7)对步骤6)中的一组比较终异养菌呼吸速率OURH取对数，即InOURH，做出InOURH-时间对应图，若异养菌生长状态曲线呈线性上升趋势，则对应的异养菌生长状态为对数增长期，其他趋势对应非对数增长期;

　　8)根据步骤4)和步骤7)的测试结果判定活性污泥生长状态，若自养菌生长状态曲线和异养菌生长状态曲线皆呈线性上升趋势，则污泥生长状态为对数增长期，该时期污泥快速生长，污泥生长状态良好，生物量测试结果准确;若自养菌生长状态曲线和异养菌生长状态曲线其中一种生长状态为非对数增长期，则该时期污泥生长状态不佳，生物量测试结果无法得到或测试结果误差较大。

　　2.根据权利要求1所述的活性污泥生长状态的判定方法，其特征在于，所述清洗污泥的缓冲液为PBS缓冲液，所述PBS缓冲液为A试剂：B试剂：C试剂：D试剂按照质量比1:1:1:1的比例混合的混合液;

　　所述A试剂为KH2PO4，混合液中添加量为150～230mg·L-1;

　　所述B试剂为K2HPO4，混合液中添加量为30～50mg·L-1;

　　所述C试剂为1～5mg·L-1MgSO4与1～5mg·L-1NaCl按照1:1的比例混合的混合液;

　　所述D试剂为Na2CO3，混合液中添加量为50～150mg·L-1。

　　3.根据权利要求1或2所述的活性污泥生长状态的判定方法，其特征在于，所述步骤2)中，在处理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液为含氮元素无机物溶液;所述含氮元素无机物溶液为氯化铵溶液或硫酸铵溶液;投加量为30～150mg/L。

　　4.根据权利要求1所述的活性污泥生长状态的判定方法，其特征在于，所述步骤5)中，在处理后的污泥中加入含碳元素化合物溶液为乙酸钠溶液或葡糖糖溶液;投加量为200～2000mg/L;

　　所述自养菌抑制剂溶液为丙烯基硫脲溶液，投加量为20～100mg/L;

　　所述含氮元素化合物溶液为氯化铵溶液或硫酸铵溶液;投加量为10～60mg/L。

　　5.一种活性污泥生长状态的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

　　1)取未经任何处理的污水厂活性污泥，使用缓冲溶液对污泥进行多次清洗，去除外源基质后，常温下测定其准内源呼吸速率OURme;

　　2)对步骤1)处理后的污泥进行充分曝气使污泥进入内源呼吸状态，并在常温下测定内源呼吸速率OURe;

　　3)在步骤2)处理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液，常温下测定污泥加氮后呼吸速率OURN;

　　4)步骤3)加氮后的污泥中加入含碳元素有机物溶液，使污泥处于有机物与营养物质充足的环境，常温下测定污泥总呼吸速率OURCN;

　　5)计算得出准内源呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURme/OURe，自养菌呼吸速率OURA=OURN-OURe，异养菌呼吸速率OURH=OURCN-OURN;计算得出自养菌呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURA/OURe、异养菌呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURH/OURe、污泥总呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURCN/OURe，做出OURA/OURe-OURme/OUR、OURH/OURe-OURme/OURe、OURCN/OURe-OURme/OURe特性图;

　　6)若准内源呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURme/OURe≥2时，污泥生长容易进入对数增长期，若准内源呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURme/OURe<2时，污泥生长不易进入对数增长期;

　　7)当自养菌呼吸速率OURA在5～7.5mg/L·h-1，污泥总呼吸速率OURCN大于15.5mg/L·h-1时，自养菌生长状态处于对数增长期，处于非对数增长期时，通过控制碱度使其进入对数增长期;

　　8)当异养菌呼吸速率OURH在4～13mg/L·h-1时，异养菌生长状态处于对数增长期，处于非对数增长期时，通过增加污泥体积或增加基质投加量实现异养菌生长状态进入对数增长期。

　　6.根据权利要求5所述的活性污泥生长状态的调控方法，其特征在于，所述清洗污泥的缓冲液为PBS缓冲液，所述PBS缓冲液为A试剂：B试剂：C试剂：D试剂按照质量比1:1:1:1的比例混合的混合液;

　　所述A试剂为KH2PO4，混合液中添加量为150～230mg·L-1;

　　所述B试剂为K2HPO4，混合液中添加量为30～50mg·L-1;

　　所述C试剂为1～5mg·L-1MgSO4与1～5mg·L-1NaCl按照1:1的比例混合的混合液;

　　所述D试剂为Na2CO3，混合液中添加量为50～150mg·L-1。

　　7.根据权利要求5所述的活性污泥生长状态的调控方法，其特征在于，所述步骤3)中，在处理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液为含氮元素无机物溶液;所述含氮元素无机物溶液为氯化铵溶液或硫酸铵溶液;投加量为20～100mg/L。

　　8.根据权利要求5所述的活性污泥生长状态的调控方法，其特征在于，所述步骤4)中，在加氮后的污泥中加入含碳元素化合物溶液为乙酸钠溶液或葡糖糖溶液，投加量为100～500mg/L。

　　9.根据权利要求5所述的活性污泥生长状态的调控方法，其特征在于，所述步骤7)中，加入50～300mg/L的NaHCO3，控制碱度使其进入对数增长期。

　　10.根据权利要求5所述的活性污泥生长状态的调控方法，其特征在于，所述步骤8)中，通过增加污泥体积实现异养菌生长状态进入对数增长期，污泥体积增加量为100～300mL;所述增加基质投加量实现异养菌生长状态进入对数增长期，投加基质为无水乙酸钠溶液和氯化铵溶液;增加量分别为300～1300mg/L、20～100mg/L。

　　说明书

　　一种活性污泥生长状态的判定及调控方法

　　技术领域

　　本发明属于污水处理领域，涉及一种活性污泥生长状态的判定及调控方法。

　　背景技术

　　活性污泥法是污水生物处理中一种重要的处理方法，因其运行方式灵活，工作效率高，日常费用低，很少二次污染而被广泛采用。但活性污泥法的运行管理比较复杂，影响系统工作效率的因素很多，活性污泥的生长状态就是其中之一。活性污泥生长状态良好则其生长趋势好，代谢快，有利于提高污水处理效果，活性污泥生长状态差会导致污泥上浮、污泥膨胀等不利于污水处理厂稳定运行的情况，因此，活性污泥的生长状态研究对实际污水处厂运行有巨大的参考价值。在活性污泥系统稳态设计理论和动力学模型中，污染物去除主要是通过异养菌、自养菌、聚磷菌等功能性菌群实现的。功能性菌群主要采用混合液挥发悬浮固体(MLVSS)表征，其中自养菌决定了硝化作用的强度，进而影响系统的脱氮效果。异养菌在COD去除和反硝化过程中起重要作用。因此在污水处理中，判定并调控活性污泥具有良好的生长状态对污水厂稳定运行具有实际意义。

　　活性污泥的生长状态不仅可以保证污泥具有良好的生长趋势，还可以保障污水处理效果。同时生物量测试是活性污泥生长状态判定及调控方法的一个重要应用。

　　目前国内外生物量测试技术主要有：基于呼吸计量法的生长法测试、衰减法测试、原位荧光杂技测试技术、聚合酶链式反应测试技术(PCR)等。

　　但是传统工艺主要采用混合液挥发悬浮固体(MLVSS)表征活性污泥的生物量，但这一方法虽然简单易行，得到了广泛应用，无法表征生物的活性，也无法区分自养菌和异养菌等不同的功能菌，往往对于污水处理厂的运行管理难以起到指导作用。分子生物学技术如荧光原位杂交(FISH)、使用聚合酶链式反应(PCR)虽可很好的区分功能性菌群，但由于操作复杂、依赖于昂贵的仪器等原因并未在污水处理厂实际运行中得到应用。水协会活性污泥模型专家组推荐使用呼吸计量法估算自养菌和异养菌生物量。呼吸计量法采用设备简单，操作简单易行，是确定生物量广泛使用的方法。但这一方法操作过程需要掌握较多的技巧，否则容易出现结果不可靠、重现性差等问题。呼吸计量法确定生物量是通过污泥在特定条件下对微生物氧呼吸速率(OUR)进行测定和解释的方法，呼吸计量法通过控制污泥浓度、基质浓度、碱度、温度等条件，在溶氧和基质充足条件下监测OUR变化，通过生物生长理论进行线性拟合计算出生物量浓度。其中初始基质浓度与生物量比值(S0/X0)的控制比较为重要。

　　上述测量过程的基本假设是微生物在足够基质的条件下进入对数增长期，而在实际测试中，若经验不足，往往难以获得良好的对数增长效果，需进行反复试错，这也导致这一方面局限于学术界应用，在污水处理厂实际运行过程中由于难以严格控制所需条件并未得到广泛使用。

　　发明内容

　　本发明的目的之一在于提供一种活性污泥生长状态的判定及调控方法，从污泥现状特性出发，判断污泥生长状态能否进入对数增长期，并对不能进入对数增长期的污泥生长环境进行调控，从而为污水处理厂污泥生长状态的判断与调控提供新的方法，本发明将这一方法应用到生物量的测试上，克服了传统测试生物量方法试错的弊端，也为生物量测试提供新的方法。

　　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活性污泥生长状态的判定方法，包括下述步骤：

　　1)取未经任何处理的污水厂污泥，使用缓冲液对污泥进行多次清洗后充分曝气2h，常温下测其内源呼吸速率OURe;

　　2)在步骤1)处理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液，测定污泥加氮后自养菌呼吸速率OURN，常温下连续测定加氮后自养菌呼吸速率OURN，记做OURN1，OURN2，OURN3……OURNm;

　　3)根据测得的内源呼吸速率OURe与加氮后自养菌呼吸速率OURN计算比较终自养菌呼吸速率OURA：

　　(OURN1，OURN2，OURN3……OURNm)-OURe=(OURA1，OURA2，OURA3……);

　　4)对步骤3)中的一组比较终自养菌呼吸速率OURA取对数，即InOURA，做出InOURA-时间对应图，若自养菌生长状态曲线呈线性上升趋势，则对应的自养菌生长状态为对数增长期，其他趋势对应为非对数增长期;

　　5)在步骤1)处理后的污泥中依次加入自养菌抑制剂溶液、含碳元素化合物溶液和含氮元素化合物溶液，常温下连续测定加基质后污泥异养菌呼吸速率OURC，记做OURC1，OURC2，OURC3……，OURCm;

　　6)根据测得的内源呼吸速率OURe与加基质后的异养菌呼吸速率OURC计算比较终的异养菌呼吸速率OURH：

　　(OURC1，OURC2，OURC3……)-OURe=(OURH1，OURH2，OURH3……);

　　7)对步骤6)中的一组比较终的异养菌呼吸速率OURH取对数，即InOURH，做出InOURH-时间对应图，若异养菌生长状态曲线呈线性上升趋势，则对应的异养菌生长状态为对数增长期，其他趋势对应非对数增长期;

　　8)根据步骤4)和步骤7)的测试结果判定活性污泥生长状态，若自养菌生长状态曲线和异养菌生长状态曲线皆呈线性上升趋势，则污泥生长状态为对数增长期，该时期污泥快速生长，污泥生长状态良好，生物量测试结果准确;若自养菌生长状态曲线和异养菌生长状态曲线其中一种生长状态为非对数增长期，则该时期污泥生长状态不佳，生物量测试结果无法得到或测试结果误差较大。

　　进一步，所述清洗污泥的缓冲液为PBS缓冲液，所述PBS缓冲液为A试剂：B试剂：C试剂：D试剂按照质量比1:1:1:1的比例混合的混合液;

　　缓冲溶液PBS：

　　所述A试剂为KH2PO4，混合液中添加量为150～230mg·L-1;

　　所述B试剂为K2HPO4，混合液中添加量为30～50mg·L-1;

　　所述C试剂为1～5mg·L-1MgSO4与1～5mg·L-1NaCl按照1:1的比例混合的混合液;

　　所述D试剂为NaCO3，混合液中添加量为50～150mg·L-1。

　　进一步，所述步骤2)中，在处理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液为含氮元素无机物溶液;所述含氮元素无机物溶液为氯化铵溶液或硫酸铵溶液;投加量为30～150mg/L。

　　进一步，所述步骤5)中，在处理后的污泥中加入含碳元素化合物溶液为乙酸钠溶液或葡糖糖溶液;投加量为200～2000mg/L;

　　所述自养菌抑制剂为丙烯基硫脲溶液，投加量为20～100mg/L;

　　所述含氮元素化合物溶液为氯化铵溶液或硫酸铵溶液;投加量为10～60mg/L。

　　根据本发明实施例提供的另一种方式，一种活性污泥生长状态的调控方法，包括以下步骤：

　　1)取未经任何处理的污水厂活性污泥，使用缓冲溶液对污泥进行多次清洗，去除外源基质后，测定其准内源呼吸速率OURme;

　　2)对步骤1)处理后的污泥进行充分曝气使污泥进入内源呼吸状态，常温下并测定内源呼吸速率OURe;

　　3)在步骤2)处理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液，常温下测定污泥加氮后呼吸速率OURN;

　　4)步骤3)加氮后的污泥中加入含碳元素有机物溶液，使污泥处于有机物与营养物质充足的环境，常温下测定污泥总呼吸速率OURCN;

　　5)计算得出准内源呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURme/OURe，自养菌呼吸速率：OURA=OURN-OURe，异养菌呼吸速率OURH=OURCN-OURN;计算得出自养菌呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURA/OURe、异养菌呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURH/OURe、污泥总呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURCN/OURe，做出OURA/OURe-OURme/OUR、OURH/OURe-OURme/OURe、OURCN/OURe-OURme/OURe特性图;

　　6)若准内源呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURme/OURe≥2时，污泥生长容易进入对数增长期，若准内源呼吸速率/内源呼吸速率呼吸比OURme/OURe<2时，污泥生长不易进入对数增长期;

　　7)当自养菌呼吸速率OURA在5～7.5mg/L·h-1，污泥总呼吸速率OURCN大于15.5mg/L·h-1时，自养菌生长状态处于对数增长期，处于非对数增长期时，通过控制碱度使其进入对数增长期;

　　8)当异养菌呼吸速率OURH在4～13mg/L·h-1时，异养菌生长状态处于对数增长期，处于非对数增长期时，通过增加污泥体积或增加基质投加量实现异养菌生长状态进入对数增长期。

　　进一步，所述清洗污泥的缓冲液为PBS缓冲液，所述PBS缓冲液为A试剂：B试剂：C试剂：D试剂按照质量比1:1:1:1的比例混合的混合液;

　　缓冲溶液PBS：

　　所述A试剂为KH2PO4，混合液中添加量为150～230mg·L-1;

　　所述B试剂为K2HPO4，混合液中添加量为30～50mg·L-1;

　　所述C试剂为1～5mg·L-1MgSO4与1～5mg·L-1NaCl按照1:1的比例混合的混合液;

　　所述D试剂为Na2CO3，混合液中添加量为50～150mg·L-1。

　　进一步，所述步骤3)中，在处理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液为含氮元素无机物溶液;所述含氮元素无机物溶液为氯化铵溶液或硫酸铵溶液;投加量为20～100mg/L。

　　进一步，所述步骤4)中，在加氮后的污泥中加入含碳元素化合物溶液为乙酸钠溶液或葡萄糖溶液;投加量为100～500mg/L。

　　进一步，所述步骤7)中，加入50～300mg/L的NaHCO3，控制碱度使其进入对数增长期。

　　进一步，所述步骤8)中，通过增加污泥体积实现异养菌生长状态进入对数增长期，污泥体积增加量为100～300mL;所述增加基质投加量实现异养菌生长状态进入对数增长期，基质为无水乙酸钠溶液或氯化铵溶液;基质增加量分别为300～1300mg/L、20～100mg/L。

　　相对于现有技术，本发明的特点在于：

　　1)采用活性污泥生长状态的判定方法表征微生物对环境的适应能力。处于对数增长期的污泥对环境的适应能力强，对外界条件的波动有一定的抵抗能力;

　　2)采用活性污泥生长状态的判定方法判断微生物的生长状态。处于对数增长期的微生物生长势头旺盛，能够在污水处理厂接下来的运行管理中保证一定的微生物菌群数量和一定的处理能力;而处于非对数增长期的污泥运行状态难以预料，使得污水处理厂的处理能力、运行状态存在风险;

　　3)采用活性污泥生长状态的判定方法对非对数增长期的污泥生长状态可进行调控。判断污泥在基质充足、环境良好的情况下进入对数增长期的难易程度。并对不能进入对数增长期的污泥生长环境进行调控使其进入对数增长期，将这一方法应用到生物量的测试上，克服了传统测试生物量方法试错的弊端，也为生物量测试提供新的方法。

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