一种基于固定化好氧微生物体系的污水生物毒性分析方法与流程

本发明涉及污水监测的技术领域，特别涉及生物固定化与基于微生物体系溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)值的污水生物毒性分析方法。

背景技术：

污水生物毒性监测技术有：(1)水生动植物急性毒性试验，包括鱼类毒性、水蚤类毒性、浮萍类、蚕豆根尖微核、藻类毒性等试验法；(2)微生物毒性试验，包括发光特性、呼吸抑制、酶活抑制等试验法。其中，微生物呼吸抑制试验由于其准确性与直观性等特点，现已被用来评价废水对活性污泥的毒性作用。当处理系统在遭受毒物冲击而导致污泥中毒时，污泥的氧呼吸速率突然下降常是最为灵敏的早期警报。

目前，基于微生物呼吸的污水毒性在线检测技术中，主要通过悬浮污泥中微生物的比呼吸速率的变化来分析与判断污泥系统的生物活性和污水处理能力。例如中国发明专利200910082957.4(公开号为CN 101556270A)公开了一种监测活性污泥系统动态比耗氧速率的装置，该发明是将密封计量瓶，放在磁力搅拌器上，通过回流泵和反应器形成污泥循环回路，该装置设计简洁，运行稳定和测量数据重现性好，通过直观的表述SOUR曲线，可以准确监控系统不同时刻的反应状态。虽然在线检测比耗氧速率比常规检测技术更加快速、直观与准确，但由于比耗氧速率需要根据体系溶解氧和悬浮污泥浓度数值通过公式的计算转化才可取得，而非仪表在线直接监测的数据，因此，其在实际操作与应用的过程中，具有数据模拟容易出现非相关性的情况，造成结果误差，同时，目前国内大多数工业废水的好氧生物处理工艺均是采用接触氧化法，通过生物填料富集微生物，曝气池内悬浮污泥量极少，难以满足污水生物毒性监测对悬浮活性污泥的连续需求。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，构建一个固定化好氧微生物体系，根据微生物耗氧呼吸在生物毒性物质侵入时受到抑制，而在恒定的反应条件下，微生物呼吸速率与反应体系DO值变化呈反相关性的特征，提供一种基于固定化好氧微生物反应体系DO值特征曲线分析的污水毒性分析方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种基于固定化好氧微生物体系的污水生物毒性分析方法，包括下述步骤：

S1、将一定长度的半软性生物填料投入污水处理厂好氧生化池浸没，经过15-20天曝气培养，半软性生物填料完全附着活性污泥，完成微生物固定化；

S2、将固定化微生物的填料放入盛满清水的反应器中进行空气量恒定的曝气；

S3、污水处理厂实际污水按周期经预曝气处理，其DO值接近反应器内固定化微生物体系DO值时，加入至反应器与固定化微生物反应，每周期注入恒定体积污水，一个周期结束后，反应器排出与注入污水同体积的水，再注入重新经预曝气的恒定体积污水，以此周期性间歇注入污水进行反应；

S4、反应器中DO传感器采集获得该反应体系呈周期性规律变化的DO值特征曲线。

作为优选的技术方案，步骤S1中，所述半软性生物填料为雪花片半软性生物填料。

作为优选的技术方案，步骤S2中，还包括下述步骤：空气量恒定曝气，观察反应器DO值，当DO值不再升高，维持在一个浓度水平时，固定化微生物体系达到满足注入污水反应的要求；

作为优选的技术方案，步骤S3具体为：首先将实际污水由体积从小到大依次周期性经预曝气处理，DO值接近反应器DO值后注入到反应器反应，反应体系DO值特征曲线下降区下降幅度△H_DO↓达到最大时对应的注入污水体积确定为污水的周期恒定注入体积V_注，按照该污水注入体积进行反应体系的周期性持续运行，反应流程在恒定反应体系体积、恒定温度、恒定供风量，恒定污水周期注入量的条件下进行。

作为优选的技术方案，所述DO值特征曲线包括下降区、稳定区、上升区和基线稳定区四个特征部分，其中下降区下降幅度△H_DO↓是最重要的特征分析数据，将确定周期注水恒定体积时采集的反应体系最大△H_DO↓作为标准△H_DO↓记为△H_DO↓-标，在恒定反应体系体积、温度、供气量和周期注水体积条件下，当周期性注入的污水性质稳定时，各周期DO值特征曲线保持高度一致，△H_DO↓非常接近，差异率在10％以内，而含有生物毒性的污水按照相同流程注入反应器后，固定化微生物耗氧呼吸受到抑制，之前正常情况下DO值曲线规律性特征被破坏，△H_DO↓明显减小，设定△H_DO↓减小到△H_DO↓-标一半即△H_DO↓≤50％△H_DO↓-标时启动污水生物毒性验证流程，此时向反应器中注入一定量的含快速生物降解碳源的营养液，继续采集反应体系DO值，若DO值在反应体系注入营养液后重新开始持续下降，验证固定化微生物未受到生物毒性物质的强抑制，更可能是由于注入污水的负荷大幅降低所致，若DO值在反应体系注入营养液后在设定时间T内未重新开始下降而是上升，验证固定化微生物呼吸受到生物毒性物质抑制，注入的污水识别为含生物毒性污水。

作为优选的技术方案，所述设定时间T为2分钟。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明采用基于固定化好氧微生物反应体系DO值变化特征的分析技术开发而成，在含有生物毒性的污水进入检测装置时，反应体系DO值的变化将呈现出与正常污水进入时不同的趋势特征，这种变化趋势是微生物耗氧呼吸受到抑制的直观表现，通过与标准△HDO↓的比较加之生物毒性抑制验证流程，可快速准确评估污水的生物毒性程度，同时采用半软性填料固定化微生物构建反应体系的方式，为微生物的生长代谢提供了更稳定的环境，大幅减小了反应体系周期性排水注水过程对微生物造成的扰动和流失，也解决了本方法在采用接触氧化生物工艺的工业废水处理厂由于采集不到悬浮活性污泥而无法应用的局限性。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是反应体系DO特征曲线示意图；

图3是生物毒性污水进入后反应体系DO特征曲线变化示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例基于固定化好氧微生物反应体系溶解氧浓度的污水生物毒性分析方法如下，将一定长度的半软性填料投入至污水处理厂生物曝气池浸没培养15-20天，微生物固定化完成后，将填料放入注满清水的反应器中恒气量曝气，首先将实际污水由体积从小到大依次周期性经预曝气处理后注入到反应器反应，反应体系DO值特征曲线下降区下降幅度△HDO↓达到最大时对应的注入污水体积确定为污水的周期恒定注入体积V注，反应流程在恒定反应体系体积、恒定温度、恒定供风量，恒定污水周期注入量的条件下进行。DO传感器实时在线采集反应体系的DO特征曲线用于污水生物毒性监测分析。

如图2和图3所示，本实施例中污水生物毒性分析方法如下，DO特征曲线包括下降区、稳定区、上升区和基线稳定区四个特征部分，将确定周期注水恒定体积时采集的反应体系最大△HDO↓作为标准△HDO↓记为△HDO↓-标，在恒定反应体系体积、温度、供气量和周期注水体积条件下，当周期性注入的污水性质稳定时，各周期DO值特征曲线保持高度一致，△HDO↓非常接近，差异率在10％以内，而含有生物毒性的污水按照相同流程注入反应器后，固定化微生物耗氧呼吸受到抑制，之前正常情况下DO值曲线规律性特征被破坏，△HDO↓明显减小，本方法设定△HDO↓减小到△HDO↓-标一半即△HDO↓≤50％△HDO↓-标时启动污水生物毒性验证流程，此时向反应器中注入一定量的含快速生物降解碳源(乙酸钠)的营养液，继续采集反应体系DO值，若DO值在反应体系注入营养液后重新开始持续下降，验证固定化微生物未受到生物毒性物质的强抑制，更可能是由于注入污水的负荷大幅降低所致，若DO值在反应体系注入营养液后在2分钟内未重新开始下降而是上升，验证固定化微生物呼吸受到生物毒性物质抑制，注入的污水识别为含生物毒性污水。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。