一种基于溶解氧消耗的生物可降解溶解性有机碳的测定方法与流程

本发明属于一种水质生物污染监测方法，特别是一种基于溶解氧消耗的生物可降解溶解性有机碳的测定方法，属于水质监测
技术领域：
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背景技术：
：水中能被细菌等微生物降解，作为微生物生长的物质和能量来源的有机物被称为生物可降解溶解性有机物，一般以生物可降解溶解性有机碳（BiodegradableDissolvedOrganicCarbon，BDOC）表示。BDOC与水源水、饮用水中的微生物生长密切相关，直接影响了水处理工艺的选择及给水管网的水质，是评价饮用水生物稳定性的一个重要指标。目前，已有多种BDOC的测定方法被报道，包括（1）悬浮培养法；（2）生物反应器法；（3）动态循环法；（4）活性生物砂法。以上方法都是基于测定接种微生物前后的溶解性有机碳（DissolvedOrganicCarbon，DOC）变化的原理来计算BDOC，需要耗费较长的测定时间，约2天~28天不等，缺乏时效性，在目前水源水和饮用水污染事故发生较为频繁的情况下，无法满足现场或应急检测快速定性的要求；而且上述检测需要TOC分析仪等贵重仪器支撑，很多基层单位目前仍无法满足配备。因此，有必要开发一种对仪器和操作要求都很简单的BDOC测定方法。技术实现要素：本发明的目的是提供一种基于溶解氧消耗的生物可降解溶解性有机碳的测定方法，可用于测定微污染水、水源水、地表水和饮用水的BDOC。本发明的基本原理如下：异养细菌可将水中生物可降解溶解性有机物作为碳源利用，其反应动力学方程式，可用以下表示；μ=μmaxS/（Ks+S）（1-1）式中，μ—反应速率μmax—最大反应速率S—生物可降解溶解性有机物浓度（mg/L）Ks—半饱和常数，其值为1/2最大比生长速率对应的生物可降解溶解性有机物的浓度（mg/L）利用微生物法测定水中生物可降解溶解性有机物时，往往会加入过量的微生物，当水中生物可降解溶解性有机物浓度较低，此时S<<Ks，异养细菌利用水中生物可降解溶解性有机物的反应可以简化成一级反应,如公式（1-2）μ=μmaxS/Ks（1-2）μ=k1(dS/dt)（1-3）式中，k1—相关系数，为常数由（1-2）和（1-3）得dS/dt=μmaxS/(k1Ks)（1-4）可将μmax/(k1Ks)用常数K1表示，（1-4）简化为dS/dt=K1S（1-5）异养细菌利用有机物氧化分解的过程需要消耗溶解氧。溶解氧的消耗速率与生物可降解溶解性有机物的利用速率之间的关系可用式（1-6）表示：dDO/dt=K2(dS/dt)（1-6）式中，K2—相关系数，为常数DO—溶解氧浓度（mg/L）由公式（1-5）和（1-6）可推导出溶解氧消耗速率与水中生物可降解溶解性有机物浓度的关系：dDO/dt=K1K2S（1-7）水样经过曝气后，水中溶解氧值达到饱和（DOmax），当加入异养细菌反应一定时间（t）后，水中溶解氧值降为最低或稳定（DOt），由公式（1-7）可得(DOmax-DOt)/t=K1K2S即为DOmax-DOt=K1K2tS（1-8）用△DO表示DOmax-DOt，公式（1-8）可简化为△DO=K1K2tS（1-9）在反应时间和异养细菌数量固定的条件下，K1K2t为常数（用K表示），公式（1-9）简化为△DO=KS（1-10）由公式（1-10）可知，异养细菌耗氧量（△DO）与生物可降解溶解性有机物的浓度（S）成线性相关。可以利用此关系，绘制标准曲线，通过相同操作条件测定实际水样的△DO并代入标准曲线拟合的方程，即可求得实际水样的生物可降解溶解性有机物浓度，一般用生物可降解溶解性有机碳（BDOC）来表征生物可降解溶解性有机物。本发明的测定装置如图1所示，其工作原理如下：将1L待测水样经过0.45μm滤膜过滤，装入干净无菌硅酸盐试剂瓶，连接曝气装置，将充分曝气的水样经蠕动泵泵入滤柱；在滤柱的进水端和出水端，通过可有效隔绝外界空气的密封装置连接溶解氧测定仪的两个溶解氧探头；分别测定进出水的溶解氧DO进和DO出；数据可实时传输到计算机存储；DO进基本稳定不变，DO出经过一定时间会降到最低直至稳定，此时的DO进与DO出的差值，即为△DO，代入标准曲线拟合的方程即可求出水样的BDOC。所述的测定装置的核心部件微型测试用生物滤柱（简称滤柱）制备过程如下：将来源生活污水的混合环境菌株接种在陶粒上，经闷曝处理后，以TOC为5mg/L~10mg/L营养液连续培养，运行1个月，挂膜成功，取适量挂膜成功的陶粒填装入空柱，组装成滤柱。接种于陶粒上的混合环境菌株，其菌株的保藏信息为：克雷伯氏菌（Klebsiellasp.）的保藏号为CCTCCM2014600，气单胞菌（Aeromonassp.）的保藏号为CCTCCM2014601，丛毛单胞菌（Comamonassp.）的保藏号为CCTCCM2014602，寡养单胞菌（Stenotrophomonassp.）的保藏号为CCTCCM2014603，不动杆菌（Acinetobactersp.）的保藏号为CCTCCM2014604，微杆菌（Exiguobacteriumsp.）的保藏号为CCTCCM2014605，希瓦氏菌（Shewanellasp.）的保藏号为CCTCCM2014606。本发明的操作步骤如下：（1）配制BDOC标准溶液：将乙酸钠和葡萄糖按一定比例混合制备BDOC标准溶液母液，将BDOC标准溶液母液按一定比例加入缓冲溶液和超纯水稀释成几个不同浓度的BDOC标准溶液；（2）曝气：将BDOC标准溶液充分曝气，使水样的溶解氧浓度达到饱和；（3）预冲洗：先用3~5个柱体积的超纯水快速冲洗滤柱，再用3~5个柱体积BDOC标准溶液快速冲洗滤柱；（4）测定DO值：BDOC标准溶液保持曝气，以一定流速流经滤柱，用溶解氧测定仪测定进水和出水的DO，进出水DO的差值即为反应消耗的△DO；（5）绘制标准曲线，拟合出标准方程；（6）取实际水样经过0.45μM滤膜过滤；（7）按照BDOC标准溶液测定的过程，测定实际水样进出水的DO，求出△DO；（8）将实际水样的△DO代入标准曲线拟合的方程，求出BDOC。本发明的优点：本发明测定结果准确，具有较强的可行性；无需测定DOC，摆脱了对TOC分析仪的依赖，大大降低了检测成本。由于溶解氧测定仪便携，可实现对实际水样BDOC现场监测。附图说明图1本发明测定装置，各部件及功能如下：1.曝气装置，用于对水样进行曝气处理，增加水样的溶解氧浓度；2.玻璃瓶，用于装待测水样；3.蠕动泵，用于将水样以一定流速泵入滤柱；4.密封装置，用于将溶解氧探头接入测定装置，可有效隔绝外界空气对溶解氧探头的干扰；5.溶解氧探头，用于测定溶解氧值；6.微型测试用生物滤柱，整个测定装置系统的核心部件，内部填充的陶粒上接种了来源于生活污水的混合环境菌株；7.溶解氧测定仪，连接溶解氧探头，记录溶解氧值并实时输出数据；8.计算机，接收溶解氧测定仪实时输出的数据。图2标准曲线及其拟合方程。下面结合实施例对本发明做进一步说明。实施例1.绘制标准曲线（1）BDOC标准溶液配制：按下表配制BDOC标准溶液，最后加超纯水定容于1L容量瓶；表1BDOC标准溶液配比（1L）BDOC浓度（mg/L）012.557.510BDOC标准溶液母液（mL）00.10.250.50.7511000x缓冲溶液（mL）111111注：1000x缓冲溶液配制方法：称取1.91gNH4Cl，0.56gK2HPO4，0.14gMgSO4·7H2O，0.11gFeSO4·7H2O，加10mLTraceBuffer，加超纯水定容于1L容量瓶；TraceBuffer：称取1500mgFeCl3·6H2O，30mgKI，30mgCuSO4·5H2O，120mgMnCl2·4H2O，60mgNa2MoO4·2H2O，120mgZnSO4·7H2O，150mgCoCl2·6H2O，加超纯水定容于1L容量瓶；BDOC标准溶液母液：称取1.71g乙酸钠，1.25g葡萄糖，加超纯水定容于100mL容量瓶；（2）曝气：将BDOC标准溶液曝气10~30min；（3）预冲洗：选择50cm3滤柱，用超纯水以35mL/min流速冲洗滤柱5min，再用待测水样以35mL/min流速冲洗滤柱5min；（4）测定DO值：水样保持曝气，以7.5mL/min流速流经滤柱，每隔1min记录一次进水和出水的DO，持续记录时间15min；（5）利用测定数据绘制标准曲线，见图2。2.测定实际水样取6个实际水样1L,将水样经过0.45μM滤膜过滤，按0.1%体积加1000x缓冲溶液。实际水样△DO测定过程与BDOC标准溶液相同，将实际水样的△DO代入标准曲线拟合的方程，求出其BDOC值，结果见表2。表2实际水样测定结果水样编号123456BDOC/mg·L-12.153.913.152.911.942.35当前第1页1 2 3