一种生物膜系统硝化菌生长状态判定方法与流程

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种生物膜系统硝化菌生长状态判定方法。

背景技术：

近年来，生物膜法已广泛应用于生活污水以及食品废水、造纸废水、石油废水、制药废水等工业废水领域。生物膜法的典型流程中的生物器可以是生物滤池、生物转盘、曝气生物滤池或厌氧生物滤池，随着生物膜技术的发展，新型生物膜技术应运而生主要包括序批式生物膜法、复合式膜生物反应器、移动床生物膜反应器。相较于活性污泥系统，生物膜中生物相由于具有生物的食物链长、生物固体的平均停留时间与污水的停留时间无关等特点，可以为世代周期长、比增长速率小的硝化菌提供有利生长环境，促进其大量繁殖，因此生物膜法的各种工艺都具有硝化功能，采取适当运行方式，可实现脱氮。

生物膜硝化菌的生长状态不仅可以保证生物膜具有良好的生长趋势，还可以保障污水脱氮效果。因此一种生物膜系统硝化菌生长状态判定方法十分必要。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种生物膜系统硝化菌生长状态判定方法，能够判断生物膜系统硝化菌生长状态，从而保证生物膜的污水脱氮效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种生物膜系统硝化菌生长状态判定方法，包括如下步骤：提供生物膜悬浮液，并使所述生物膜悬浮液中的微生物进入内源呼吸状态；先向所述生物膜悬浮液中加入其中一种硝化菌可利用的营养物质，根据所述生物膜悬浮液溶解氧的浓度变化确定对应所述硝化菌的呼吸速率；随后向所述生物膜悬浮液中加入两种所述硝化菌可直接或者间接利用的营养物质，根据所述生物膜悬浮液溶解氧的浓度变化确定两种所述硝化菌总的呼吸速率，计算得到另一种所述硝化菌的呼吸速率；根据两种所述硝化菌的呼吸速率确定所述生物膜悬浮液中的所述硝化菌的生长状态。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过测定生物膜脱氮微生物的呼吸速率，并计算得出两种硝化菌的呼吸速率，从而直观反映脱氮微生物、即硝化菌微生物的生长状态。本发明方法检测方便快捷，步骤简单易行。

附图说明

图1是本申请生物膜系统硝化菌生长状态判定方法一实施例的流程示意图。

图2a是本申请生物膜系统硝化菌生长状态判定方法一实施例中氨氧化菌的呼吸速率oura的lnoura-t曲线图；

图2b是本申请生物膜系统硝化菌生长状态判定方法一实施例中亚硝酸盐氧化菌的呼吸速率ourn的lnourn-t曲线图；

图3a是本申请生物膜系统硝化菌生长状态判定方法另一实施例中氨氧化菌的呼吸速率oura的lnoura-t曲线图；

图3b是本申请生物膜系统硝化菌生长状态判定方法另一实施例中亚硝酸盐氧化菌的呼吸速率ourn的lnourn-t曲线图；

图4a是本申请生物膜系统硝化菌生长状态判定方法又一实施例中氨氧化菌的呼吸速率oura的lnoura-t曲线图；

图4b是本申请生物膜系统硝化菌生长状态判定方法又一实施例中亚硝酸盐氧化菌的呼吸速率ourn的lnourn-t曲线图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1是本申请生物膜系统硝化菌生长状态判定方法一实施例的流程示意图。

s101：提供生物膜悬浮液，并使生物膜悬浮液中的微生物进入内源呼吸状态。

将需要检测的生物膜悬浮液曝气2-3h，如，2h、2.5h或3h等，使得生物膜悬浮液充分曝气进入内源呼吸状态。

在一个实施例中，若生物膜悬浮液直接取自污水处理厂等地方，生物膜悬浮液中含有外源营养物质。为了使得测定结果更准确，在使生物膜悬浮液中的微生物进入内源呼吸状态之前还需要对生物膜悬浮液进行处理，去除外源基质，同时还需要使得结团或者粘附在外源基质上的微生物充分分散在生物膜悬浮液中，从而微生物可充分呼吸利用营养物质，具体步骤包括：

取生物膜悬浮液，添加自来水对生物膜悬浮液进行稀释，并搅拌、沉淀去除上清液，从而去除部分杂质，并使得结团的微生物分散；随后向生物膜悬浮液中加入缓冲液进行搅拌，沉淀后去除上清液，重复洗涤3-4次，反应去除营养物质，并使得结团的微生物分散；最后添加缓冲液将生物膜悬浮液定容至400ml，在其他实施例中，还可以定容至300ml、500ml或者600ml等。向生物膜悬浮液中加入的缓冲液为不含碳源和氮源的液体，从而防止为生物膜悬浮液中的微生物带入营养物质，便于生物膜悬浮液中的微生物进入内源呼吸状态。

在一个实施例中，缓冲液包括如下组分：

nah2po4浓度为100-200mg/l，如100mg/l、150mg/l或者200mg/l等；

na2hpo4浓度为20-50mg/l，如20mg/l、35mg/l或者50mg/l等。

在其他实施例中，缓冲液还可以包括如下组分中的至少一种：

mgso4浓度为200-350mg/l，如200mg/l、275mg/l或者350mg/l等；

kcl浓度为30-50mg/l，如30mg/l、40mg/l或者50mg/l等；

cacl2浓度为5-15mg/l，如5mg/l、10mg/l或者15mg/l等。

s102：先向生物膜悬浮液中加入其中一种硝化菌可利用的营养物质，根据生物膜悬浮液溶解氧的浓度变化确定该种硝化菌的呼吸速率。

向生物悬浮液中加入的其中一种硝化菌可利用的营养物质为仅该种硝化菌可利用的氮源。在一个实施例中，可先向生物膜悬浮液中加入亚硝酸盐氧化菌可以利用，而氨氧化菌无法利用的亚硝酸盐，根据生物膜悬浮液溶解氧浓度的变化可得出亚硝酸氧化菌的呼吸速率ourn。亚硝酸盐可以是nano2、kno2或其他亚硝酸盐，在此不作限定。

s103：随后向生物膜悬浮液中加入两种硝化菌可直接或者间接利用的营养物质，根据生物膜悬浮液溶解氧的浓度变化确定两种硝化菌总的呼吸速率，计算得到另一种硝化菌的呼吸速率。

向生物膜悬浮液中加入两种硝化菌可直接或者间接利用的营养物质为两种硝化菌可直接或者间接利用的氮源。在一个实施例中，可以向生物膜悬浮液中加入两种硝化菌可直接或者间接利用的营养物质，例如，可加入氨氧化菌可直接利用的铵盐，氨氧化菌利用铵盐产生的亚硝酸盐供亚硝酸盐氧化菌利用，根据生物膜悬浮液溶解氧浓度的变化确定硝化菌的呼吸速率，再与亚硝酸盐氧化菌的呼吸速率进行简单计算，即可得出氨氧化菌的呼吸速率oura。铵盐可以是nh4cl、(nh4)2so4或者其他铵盐，在此不作限定。在其他实施例中，还可以在s103中同时加入铵盐和亚硝酸盐，两种硝化菌均可呼吸，在此不作限定。

可采用在线溶解氧仪器测定生物膜悬浮液溶解氧浓度变化，测量自动方便，操作更简易易行。

s104：根据两种硝化菌的呼吸速率确定生物膜悬浮液中的硝化菌的生长状态。

硝化菌主要包括氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌两种，通过分析氨氧化菌的呼吸速率oura和亚硝酸盐氧化菌的呼吸速率ourn即可确定生物膜悬浮液中硝化菌的生长状态。

用lnoura绘制关于时间t的曲线，拟合得到其斜率ka；若ka的值大于0.1，则生物膜悬浮液中的氨氧化菌处于对数增长期；若ka的值处于-0.1-0.1之间，则生物膜悬浮液中的氨氧化菌处于稳定期；若ka的值小于-0.1，则生物膜悬浮液中的氨氧化菌处于衰减期。

用lnourn绘制关于时间t的曲线，拟合得到其斜率kn；若kn的值大于0.1，则生物膜悬浮液中亚硝酸盐氧化菌处于对数增长期；若kn的值处于-0.1-0.1之间，则生物膜悬浮液中亚硝酸盐氧化菌处于稳定期；若kn的值小于-0.1，则生物膜悬浮液中亚硝酸盐氧化菌处于衰减期。

若lnoura/lnourn的值大于2时，则氨氧化菌优势增长，此时氨氧化菌代谢产生亚硝酸盐的量多且快，亚硝酸盐氧化菌利用亚硝酸盐后，亚硝酸盐仍足量多余，亚硝酸盐富集，有利于生物膜系统形成短程硝化。

本方法通过测定生物膜中硝化菌的呼吸速率，直观反映脱氮微生物的生长状态，且本方法检测方便快捷，步骤简易易行，提高测定效率。

下面将结合三个具体实施例的对本申请的生物膜系统硝化菌生长状态判定方法进一步描述。

实施例1：

1)取污水处理厂a的曝气生物滤池内的生物膜浓度为3000mg/l的悬浮液100ml，污水性质为生活污水，工艺段为深度处理段。

用3倍体积的自来水对生物膜悬浮液进行稀释，并将生物膜悬浮液通过搅拌、沉淀去除上清液。随后向生物膜悬浮液中添加不含碳源和氮源的缓冲液，通过稀释，将生物膜悬浮液通过搅拌、沉淀去除上清液，如此重复3次。之后添加缓冲液将生物膜悬浮液定容至400ml。

其中，缓冲液包含以下成分：

a：nah2po4浓度为100mg/l；

b：na2hpo4浓度为20mg/l；

c：mgso4浓度为200mg/l；

d：kcl浓度为30mg/l；

e：cacl2浓度为5mg/l。

2)对生物膜悬浮液进行曝气2h，使生物膜进入内源呼吸状态，在常温下用在线溶解氧仪器测定其耗氧情况，持续监测溶氧量do变化3min，使得检测的时间段内生物膜悬浮液中的微生物充分进入内源呼吸状态，得到第一段呼吸图谱do-t曲线，拟合得到其斜率，获得内源呼吸速率oure。

3)在步骤2)结束后，向生物膜悬浮液中加入20mgn/l的nano2，用在线溶解氧仪器持续监测溶氧量do变化3min，使得检测的时间段亚硝酸盐氧化菌充分利用亚硝酸盐进行呼吸作用，得到第二段呼吸图谱do-t曲线，拟合得到其斜率，即为加nano2后亚硝酸盐氧化菌的呼吸速率our1。

4)在步骤3)结束后，向生物膜悬浮液中加入100mg的nh4cl，用在线溶氧仪器持续监测溶氧量do变化2min，使得检测的时间段硝化菌充分利用铵盐进行呼吸作用，获得第三段呼吸图谱do-t曲线，即为加nh4cl后硝化菌的呼吸速率our2。

5)计算得出氨氧化菌的呼吸速率oura＝our2-our1；计算得出亚硝酸盐氧化菌呼吸速率ourn＝our1-oure。

6)用lnoura绘制关于时间t的曲线，拟合得到其斜率ka；用lnourn绘制关于时间t的曲线，拟合得到其斜率kn，请参阅图2a，图2a为本实施例中氨氧化菌的呼吸速率oura的lnoura-t曲线图；请参阅图2b，图2b是本实施例中亚硝酸盐氧化菌的呼吸速率ourn的lnourn-t曲线图；计算lnoura/lnourn的值，具体数值参照表a。

7)通过图2a和图2b可知，ka的值小于-0.1、kn的值处于-0.1-0.1之间，污水处理厂a中生物膜氨氧化菌处于衰减期，亚硝酸盐氧化菌处于稳定期，通过表a可知，lnoura/lnourn的值大于2，氨氧化菌优势生长，有利于形成短程硝化状态。

表a污水处理厂a生物膜硝化菌生长状态判定计算示例

实施例2：

1)取污水处理厂b的移动床生物膜反应器内的生物膜浓度为3500mg/l的悬浮液100ml，污水性质为城市污水，工艺段为生物处理段。

用3倍体积的自来水对生物膜悬浮液进行稀释，并将生物膜悬浮液通过搅拌、沉淀去除上清液。随后向生物膜悬浮液中添加不含碳源和氮源的缓冲液，通过稀释，将生物膜悬浮液通过搅拌、沉淀去除上清液，如此重复4次。之后添加缓冲液将生物膜悬浮液定容至400ml。

其中，缓冲液包含以下成分：

a：nah2po4浓度为150mg/l；

b：na2hpo4浓度为35mg/l；

c：mgso4浓度为275mg/l；

d：kcl浓度为40mg/l；

e：cacl2浓度为10mg/l。

2)对生物膜悬浮液进行曝气2h，使生物膜进入内源呼吸状态，在常温下用在线溶解氧仪器测定其耗氧情况，持续监测溶氧量do变化4min，使得检测的时间段内生物膜悬浮液中的微生物充分进入内源呼吸状态，得到第一段呼吸图谱do-t曲线，拟合得到其斜率，获得内源呼吸速率oure。

3)在步骤2)结束后，向生物膜悬浮液中加入20mgn/l的nano2，用在线溶解氧仪器持续监测溶氧量do变化3min，使得检测的时间段亚硝酸盐氧化菌充分利用亚硝酸盐进行呼吸作用，得到第二段呼吸图谱do-t曲线，拟合得到其斜率，即为加nano2后硝化菌的呼吸速率our1。

4)在步骤3)结束后，向生物膜悬浮液中加入100mg的nh4cl，用在线溶氧仪器持续监测溶氧量do变化1min，使得检测的时间段硝化菌充分利用铵盐进行呼吸作用，获得第三段呼吸图谱do-t曲线，即为加nh4cl后硝化菌的呼吸速率our2。

5)计算得出氨氧化菌的呼吸速率oura＝our2-our1；计算得出亚硝酸盐氧化菌呼吸速率ourn＝our1-oure。

6)用lnoura绘制关于时间t的曲线，拟合得到其斜率ka；用lnourn绘制关于时间t的曲线，拟合得到其斜率kn，请参阅图3a，图3a为本实施例中氨氧化菌的呼吸速率oura的lnoura-t曲线图；请参阅图3b，图3b是本实施例中亚硝酸盐氧化菌的呼吸速率ourn的lnourn-t曲线图；计算lnoura/lnourn的值，具体数值参照表b。

7)通过图3a和图3b可知，ka的值大于0.1，kn的值大于0.1，污水处理厂b中生物膜氨氧化菌处于增长期，亚硝酸盐氧化菌处于增长期；通过表b可知，lnoura/lnourn的值大于2，氨氧化菌优势生长，有利于形成短程硝化状态。

表b污水处理厂b生物膜硝化菌生长状态判定计算示例

实施例3：

1)取污水处理厂c的生物接触氧化池内的生物膜浓度为4000mg/l的悬浮液100ml，污水性质为城市污水，工艺段为生物处理段。

用3倍体积的自来水对生物膜悬浮液进行稀释，并将生物膜悬浮液通过搅拌、沉淀去除上清液。随后向生物膜悬浮液中添加不含碳源和氮源的缓冲液，通过稀释，将生物膜悬浮液通过搅拌、沉淀去除上清液，如此重复4次。之后添加缓冲液将生物膜悬浮液定容至400ml。

其中，缓冲液包含以下成分：

a：nah2po4浓度为200mg/l；

b：na2hpo4浓度为50mg/l；

c：mgso4浓度为350mg/l；

d：kcl浓度为50mg/l；

e：cacl2浓度为15mg/l。

2)对生物膜悬浮液进行曝气3h，使生物膜进入内源呼吸状态，在常温下用在线溶解氧仪器测定其耗氧情况，持续监测溶氧量do变化3min，使得检测的时间段内生物膜悬浮液中的微生物充分进入内源呼吸状态，得到第一段呼吸图谱do-t曲线，拟合得到其斜率，获得内源呼吸速率oure。

3)在步骤2)结束后，向生物膜悬浮液中加入20mgn/l的nano2，用在线溶解氧仪器持续监测溶氧量do变化3min，使得检测的时间段亚硝酸盐氧化菌充分利用亚硝酸盐进行呼吸作用，得到第二段呼吸图谱do-t曲线，拟合得到其斜率，即为加nano2后硝化菌的呼吸速率our1。

4)在步骤3)结束后，向生物膜悬浮液中加入100mg的nh4cl，用在线溶氧仪器持续监测溶氧量do变化2min，使得检测的时间段硝化菌充分利用铵盐进行呼吸作用，获得第三段呼吸图谱do-t曲线，即为加nh4cl后硝化菌的呼吸速率our2。

5)计算得出氨氧化菌的呼吸速率oura＝our2-our1；计算得出亚硝酸盐氧化菌呼吸速率ourn＝our1-oure。

6)用lnoura绘制关于时间t的曲线，拟合得到其斜率ka；用lnourn绘制关于时间t的曲线，拟合得到其斜率kn，请参阅图4a，图4a为本实施例中氨氧化菌的呼吸速率oura的lnoura-t曲线图；请参阅图4b，图4b是本实施例中亚硝酸盐氧化菌的呼吸速率ourn的lnourn-t曲线图；计算lnoura/lnourn的值，具体数值参照表c。

7)通过图4a和图4b可知，ka的值大于0.1、kn的值处于-0.1-0.1之间，污水处理厂c中生物膜氨氧化菌处于增长期，亚硝酸盐氧化菌处于稳定期；通过表c可知，lnoura/lnourn的值小于2，亚硝酸菌氧化菌优势生长，不利于形成短程硝化状态。

表c污水处理厂c生物膜硝化菌生长状态判定计算示例

通过上述实施例可知，本申请提供的生物膜系统硝化菌生长状态判定方法利用好氧条件下获得氨氧化菌和亚硝盐氧化菌呼吸图谱do-t曲线，通过拟合得到斜率，继而绘制lnoura-t和lnourn-t的曲线，再拟合得到曲线斜率ka和kn，通过ka和kn的值大小判定生物膜中硝化菌的生长状态。本申请可直观反映三个污水厂的生物膜悬浮液中硝化菌的生长状态，且本方法步骤简单易行，操作方便。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效原理变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。