活性污泥生長狀態的判定方法

　　活性污泥生長狀態的判定及調控方法，判定方法包括：測定活性污泥內源呼吸速率OURe，加入含氮溶液或自養菌抑制液、含碳、含氮溶液，分別測定污泥自養菌呼吸速率OURN及異養菌呼吸速率OURC，計算比較終自養菌呼吸速率OURA和比較終異養菌呼吸速率OURH后，分別取對數，做出InOURA-時間和InOURH-時間對應圖，判定是否為對數增長期和非對數增長期兩種類型生長狀態。調控方法包括：分別測定準內源呼吸速率OURme、內源呼吸速率OURe、污泥加氮后呼吸速率OURN;做出特性圖，通過控制堿度使自養菌生長狀態進入對數增長期，增加污泥體積或增加基質投加量實現異養菌生長狀態進入對數增長期。該方法能夠為污水處理廠污泥生長狀態的判定與調控提供一種新的有效方法。

　　權利要求書

　　1.一種活性污泥生長狀態的判定方法，其特征在于，包括下述步驟：

　　1)取未經任何處理的污水廠污泥，使用緩沖液對污泥進行多次清洗后充分曝氣2h，常溫下測其內源呼吸速率OURe;

　　2)在步驟1)處理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液，測定污泥加氮后自養菌呼吸速率OURN，常溫下連續測定加氮后自養菌呼吸速率OURN，記做OURN1，OURN2，OURN3……OURNm;

　　3)根據測得的內源呼吸速率OURe與加氮后自養菌呼吸速率OURN計算比較終自養菌呼吸速率OURA：

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

　　4)對步驟3)中的一組比較終自養菌呼吸速率OURA取對數，即InOURA，做出InOURA-時間對應圖，若自養菌生長狀態曲線呈線性上升趨勢，則對應的自養菌生長狀態為對數增長期，其他趨勢對應為非對數增長期;

　　5)在步驟1)處理后的污泥中依次加入自養菌抑制劑溶液、含碳元素化合物溶液和含氮元素化合物溶液，常溫下連續測定加基質后污泥異養菌呼吸速率OURC，記做OURC1，OURC2，OURC3……，OURCm;

　　6)根據測得的內源呼吸速率OURe與加基質后異養菌呼吸速率OURC計算比較終異養菌呼吸速率OURH：

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

　　7)對步驟6)中的一組比較終異養菌呼吸速率OURH取對數，即InOURH，做出InOURH-時間對應圖，若異養菌生長狀態曲線呈線性上升趨勢，則對應的異養菌生長狀態為對數增長期，其他趨勢對應非對數增長期;

　　8)根據步驟4)和步驟7)的測試結果判定活性污泥生長狀態，若自養菌生長狀態曲線和異養菌生長狀態曲線皆呈線性上升趨勢，則污泥生長狀態為對數增長期，該時期污泥快速生長，污泥生長狀態良好，生物量測試結果準確;若自養菌生長狀態曲線和異養菌生長狀態曲線其中一種生長狀態為非對數增長期，則該時期污泥生長狀態不佳，生物量測試結果無法得到或測試結果誤差較大。

　　2.根據權利要求1所述的活性污泥生長狀態的判定方法，其特征在于，所述清洗污泥的緩沖液為PBS緩沖液，所述PBS緩沖液為A試劑：B試劑：C試劑：D試劑按照質量比1:1:1:1的比例混合的混合液;

　　所述A試劑為KH2PO4，混合液中添加量為150～230mg·L-1;

　　所述B試劑為K2HPO4，混合液中添加量為30～50mg·L-1;

　　所述C試劑為1～5mg·L-1MgSO4與1～5mg·L-1NaCl按照1:1的比例混合的混合液;

　　所述D試劑為Na2CO3，混合液中添加量為50～150mg·L-1。

　　3.根據權利要求1或2所述的活性污泥生長狀態的判定方法，其特征在于，所述步驟2)中，在處理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液為含氮元素無機物溶液;所述含氮元素無機物溶液為氯化銨溶液或硫酸銨溶液;投加量為30～150mg/L。

　　4.根據權利要求1所述的活性污泥生長狀態的判定方法，其特征在于，所述步驟5)中，在處理后的污泥中加入含碳元素化合物溶液為乙酸鈉溶液或葡糖糖溶液;投加量為200～2000mg/L;

　　所述自養菌抑制劑溶液為丙烯基硫脲溶液，投加量為20～100mg/L;

　　所述含氮元素化合物溶液為氯化銨溶液或硫酸銨溶液;投加量為10～60mg/L。

　　5.一種活性污泥生長狀態的調控方法，其特征在于，包括以下步驟：

　　1)取未經任何處理的污水廠活性污泥，使用緩沖溶液對污泥進行多次清洗，去除外源基質后，常溫下測定其準內源呼吸速率OURme;

　　2)對步驟1)處理后的污泥進行充分曝氣使污泥進入內源呼吸狀態，并在常溫下測定內源呼吸速率OURe;

　　3)在步驟2)處理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液，常溫下測定污泥加氮后呼吸速率OURN;

　　4)步驟3)加氮后的污泥中加入含碳元素有機物溶液，使污泥處于有機物與營養物質充足的環境，常溫下測定污泥總呼吸速率OURCN;

　　5)計算得出準內源呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURme/OURe，自養菌呼吸速率OURA=OURN-OURe，異養菌呼吸速率OURH=OURCN-OURN;計算得出自養菌呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURA/OURe、異養菌呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURH/OURe、污泥總呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURCN/OURe，做出OURA/OURe-OURme/OUR、OURH/OURe-OURme/OURe、OURCN/OURe-OURme/OURe特性圖;

　　6)若準內源呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURme/OURe≥2時，污泥生長容易進入對數增長期，若準內源呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURme/OURe<2時，污泥生長不易進入對數增長期;

　　7)當自養菌呼吸速率OURA在5～7.5mg/L·h-1，污泥總呼吸速率OURCN大于15.5mg/L·h-1時，自養菌生長狀態處于對數增長期，處于非對數增長期時，通過控制堿度使其進入對數增長期;

　　8)當異養菌呼吸速率OURH在4～13mg/L·h-1時，異養菌生長狀態處于對數增長期，處于非對數增長期時，通過增加污泥體積或增加基質投加量實現異養菌生長狀態進入對數增長期。

　　6.根據權利要求5所述的活性污泥生長狀態的調控方法，其特征在于，所述清洗污泥的緩沖液為PBS緩沖液，所述PBS緩沖液為A試劑：B試劑：C試劑：D試劑按照質量比1:1:1:1的比例混合的混合液;

　　所述A試劑為KH2PO4，混合液中添加量為150～230mg·L-1;

　　所述B試劑為K2HPO4，混合液中添加量為30～50mg·L-1;

　　所述C試劑為1～5mg·L-1MgSO4與1～5mg·L-1NaCl按照1:1的比例混合的混合液;

　　所述D試劑為Na2CO3，混合液中添加量為50～150mg·L-1。

　　7.根據權利要求5所述的活性污泥生長狀態的調控方法，其特征在于，所述步驟3)中，在處理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液為含氮元素無機物溶液;所述含氮元素無機物溶液為氯化銨溶液或硫酸銨溶液;投加量為20～100mg/L。

　　8.根據權利要求5所述的活性污泥生長狀態的調控方法，其特征在于，所述步驟4)中，在加氮后的污泥中加入含碳元素化合物溶液為乙酸鈉溶液或葡糖糖溶液，投加量為100～500mg/L。

　　9.根據權利要求5所述的活性污泥生長狀態的調控方法，其特征在于，所述步驟7)中，加入50～300mg/L的NaHCO3，控制堿度使其進入對數增長期。

　　10.根據權利要求5所述的活性污泥生長狀態的調控方法，其特征在于，所述步驟8)中，通過增加污泥體積實現異養菌生長狀態進入對數增長期，污泥體積增加量為100～300mL;所述增加基質投加量實現異養菌生長狀態進入對數增長期，投加基質為無水乙酸鈉溶液和氯化銨溶液;增加量分別為300～1300mg/L、20～100mg/L。

　　說明書

　　一種活性污泥生長狀態的判定及調控方法

　　技術領域

　　本發明屬于污水處理領域，涉及一種活性污泥生長狀態的判定及調控方法。

　　背景技術

　　活性污泥法是污水生物處理中一種重要的處理方法，因其運行方式靈活，工作效率高，日常費用低，很少二次污染而被廣泛采用。但活性污泥法的運行管理比較復雜，影響系統工作效率的因素很多，活性污泥的生長狀態就是其中之一�；钚晕勰嗌�長狀態良好則其生長趨勢好，代謝快，有利于提高污水處理效果，活性污泥生長狀態差會導致污泥上浮、污泥膨脹等不利于污水處理廠穩定運行的情況，因此，活性污泥的生長狀態研究對實際污水處廠運行有巨大的參考價值。在活性污泥系統穩態設計理論和動力學模型中，污染物去除主要是通過異養菌、自養菌、聚磷菌等功能性菌群實現的。功能性菌群主要采用混合液揮發懸浮固體(MLVSS)表征，其中自養菌決定了硝化作用的強度，進而影響系統的脫氮效果。異養菌在COD去除和反硝化過程中起重要作用。因此在污水處理中，判定并調控活性污泥具有良好的生長狀態對污水廠穩定運行具有實際意義。

　　活性污泥的生長狀態不僅可以保證污泥具有良好的生長趨勢，還可以保障污水處理效果。同時生物量測試是活性污泥生長狀態判定及調控方法的一個重要應用。

　　目前國內外生物量測試技術主要有：基于呼吸計量法的生長法測試、衰減法測試、原位熒光雜技測試技術、聚合酶鏈式反應測試技術(PCR)等。

　　但是傳統工藝主要采用混合液揮發懸浮固體(MLVSS)表征活性污泥的生物量，但這一方法雖然簡單易行，得到了廣泛應用，無法表征生物的活性，也無法區分自養菌和異養菌等不同的功能菌，往往對于污水處理廠的運行管理難以起到指導作用。分子生物學技術如熒光原位雜交(FISH)、使用聚合酶鏈式反應(PCR)雖可很好的區分功能性菌群，但由于操作復雜、依賴于昂貴的儀器等原因并未在污水處理廠實際運行中得到應用。水協會活性污泥模型專家組推薦使用呼吸計量法估算自養菌和異養菌生物量。呼吸計量法采用設備簡單，操作簡單易行，是確定生物量廣泛使用的方法。但這一方法操作過程需要掌握較多的技巧，否則容易出現結果不可靠、重現性差等問題。呼吸計量法確定生物量是通過污泥在特定條件下對微生物氧呼吸速率(OUR)進行測定和解釋的方法，呼吸計量法通過控制污泥濃度、基質濃度、堿度、溫度等條件，在溶氧和基質充足條件下監測OUR變化，通過生物生長理論進行線性擬合計算出生物量濃度。其中初始基質濃度與生物量比值(S0/X0)的控制比較為重要。

　　上述測量過程的基本假設是微生物在足夠基質的條件下進入對數增長期，而在實際測試中，若經驗不足，往往難以獲得良好的對數增長效果，需進行反復試錯，這也導致這一方面局限于學術界應用，在污水處理廠實際運行過程中由于難以嚴格控制所需條件并未得到廣泛使用。

　　發明內容

　　本發明的目的之一在于提供一種活性污泥生長狀態的判定及調控方法，從污泥現狀特性出發，判斷污泥生長狀態能否進入對數增長期，并對不能進入對數增長期的污泥生長環境進行調控，從而為污水處理廠污泥生長狀態的判斷與調控提供新的方法，本發明將這一方法應用到生物量的測試上，克服了傳統測試生物量方法試錯的弊端，也為生物量測試提供新的方法。

　　本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

　　根據本發明實施例提供的一種活性污泥生長狀態的判定方法，包括下述步驟：

　　1)取未經任何處理的污水廠污泥，使用緩沖液對污泥進行多次清洗后充分曝氣2h，常溫下測其內源呼吸速率OURe;

　　2)在步驟1)處理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液，測定污泥加氮后自養菌呼吸速率OURN，常溫下連續測定加氮后自養菌呼吸速率OURN，記做OURN1，OURN2，OURN3……OURNm;

　　3)根據測得的內源呼吸速率OURe與加氮后自養菌呼吸速率OURN計算比較終自養菌呼吸速率OURA：

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

　　4)對步驟3)中的一組比較終自養菌呼吸速率OURA取對數，即InOURA，做出InOURA-時間對應圖，若自養菌生長狀態曲線呈線性上升趨勢，則對應的自養菌生長狀態為對數增長期，其他趨勢對應為非對數增長期;

　　5)在步驟1)處理后的污泥中依次加入自養菌抑制劑溶液、含碳元素化合物溶液和含氮元素化合物溶液，常溫下連續測定加基質后污泥異養菌呼吸速率OURC，記做OURC1，OURC2，OURC3……，OURCm;

　　6)根據測得的內源呼吸速率OURe與加基質后的異養菌呼吸速率OURC計算比較終的異養菌呼吸速率OURH：

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

　　7)對步驟6)中的一組比較終的異養菌呼吸速率OURH取對數，即InOURH，做出InOURH-時間對應圖，若異養菌生長狀態曲線呈線性上升趨勢，則對應的異養菌生長狀態為對數增長期，其他趨勢對應非對數增長期;

　　8)根據步驟4)和步驟7)的測試結果判定活性污泥生長狀態，若自養菌生長狀態曲線和異養菌生長狀態曲線皆呈線性上升趨勢，則污泥生長狀態為對數增長期，該時期污泥快速生長，污泥生長狀態良好，生物量測試結果準確;若自養菌生長狀態曲線和異養菌生長狀態曲線其中一種生長狀態為非對數增長期，則該時期污泥生長狀態不佳，生物量測試結果無法得到或測試結果誤差較大。

　　進一步，所述清洗污泥的緩沖液為PBS緩沖液，所述PBS緩沖液為A試劑：B試劑：C試劑：D試劑按照質量比1:1:1:1的比例混合的混合液;

　　緩沖溶液PBS：

　　所述A試劑為KH2PO4，混合液中添加量為150～230mg·L-1;

　　所述B試劑為K2HPO4，混合液中添加量為30～50mg·L-1;

　　所述C試劑為1～5mg·L-1MgSO4與1～5mg·L-1NaCl按照1:1的比例混合的混合液;

　　所述D試劑為NaCO3，混合液中添加量為50～150mg·L-1。

　　進一步，所述步驟2)中，在處理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液為含氮元素無機物溶液;所述含氮元素無機物溶液為氯化銨溶液或硫酸銨溶液;投加量為30～150mg/L。

　　進一步，所述步驟5)中，在處理后的污泥中加入含碳元素化合物溶液為乙酸鈉溶液或葡糖糖溶液;投加量為200～2000mg/L;

　　所述自養菌抑制劑為丙烯基硫脲溶液，投加量為20～100mg/L;

　　所述含氮元素化合物溶液為氯化銨溶液或硫酸銨溶液;投加量為10～60mg/L。

　　根據本發明實施例提供的另一種方式，一種活性污泥生長狀態的調控方法，包括以下步驟：

　　1)取未經任何處理的污水廠活性污泥，使用緩沖溶液對污泥進行多次清洗，去除外源基質后，測定其準內源呼吸速率OURme;

　　2)對步驟1)處理后的污泥進行充分曝氣使污泥進入內源呼吸狀態，常溫下并測定內源呼吸速率OURe;

　　3)在步驟2)處理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液，常溫下測定污泥加氮后呼吸速率OURN;

　　4)步驟3)加氮后的污泥中加入含碳元素有機物溶液，使污泥處于有機物與營養物質充足的環境，常溫下測定污泥總呼吸速率OURCN;

　　5)計算得出準內源呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURme/OURe，自養菌呼吸速率：OURA=OURN-OURe，異養菌呼吸速率OURH=OURCN-OURN;計算得出自養菌呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURA/OURe、異養菌呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURH/OURe、污泥總呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURCN/OURe，做出OURA/OURe-OURme/OUR、OURH/OURe-OURme/OURe、OURCN/OURe-OURme/OURe特性圖;

　　6)若準內源呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURme/OURe≥2時，污泥生長容易進入對數增長期，若準內源呼吸速率/內源呼吸速率呼吸比OURme/OURe<2時，污泥生長不易進入對數增長期;

　　7)當自養菌呼吸速率OURA在5～7.5mg/L·h-1，污泥總呼吸速率OURCN大于15.5mg/L·h-1時，自養菌生長狀態處于對數增長期，處于非對數增長期時，通過控制堿度使其進入對數增長期;

　　8)當異養菌呼吸速率OURH在4～13mg/L·h-1時，異養菌生長狀態處于對數增長期，處于非對數增長期時，通過增加污泥體積或增加基質投加量實現異養菌生長狀態進入對數增長期。

　　進一步，所述清洗污泥的緩沖液為PBS緩沖液，所述PBS緩沖液為A試劑：B試劑：C試劑：D試劑按照質量比1:1:1:1的比例混合的混合液;

　　緩沖溶液PBS：

　　所述A試劑為KH2PO4，混合液中添加量為150～230mg·L-1;

　　所述B試劑為K2HPO4，混合液中添加量為30～50mg·L-1;

　　所述C試劑為1～5mg·L-1MgSO4與1～5mg·L-1NaCl按照1:1的比例混合的混合液;

　　所述D試劑為Na2CO3，混合液中添加量為50～150mg·L-1。

　　進一步，所述步驟3)中，在處理后的污泥中加入含氮元素化合物溶液為含氮元素無機物溶液;所述含氮元素無機物溶液為氯化銨溶液或硫酸銨溶液;投加量為20～100mg/L。

　　進一步，所述步驟4)中，在加氮后的污泥中加入含碳元素化合物溶液為乙酸鈉溶液或葡萄糖溶液;投加量為100～500mg/L。

　　進一步，所述步驟7)中，加入50～300mg/L的NaHCO3，控制堿度使其進入對數增長期。

　　進一步，所述步驟8)中，通過增加污泥體積實現異養菌生長狀態進入對數增長期，污泥體積增加量為100～300mL;所述增加基質投加量實現異養菌生長狀態進入對數增長期，基質為無水乙酸鈉溶液或氯化銨溶液;基質增加量分別為300～1300mg/L、20～100mg/L。

　　相對于現有技術，本發明的特點在于：

　　1)采用活性污泥生長狀態的判定方法表征微生物對環境的適應能力。處于對數增長期的污泥對環境的適應能力強，對外界條件的波動有一定的抵抗能力;

　　2)采用活性污泥生長狀態的判定方法判斷微生物的生長狀態。處于對數增長期的微生物生長勢頭旺盛，能夠在污水處理廠接下來的運行管理中保證一定的微生物菌群數量和一定的處理能力;而處于非對數增長期的污泥運行狀態難以預料，使得污水處理廠的處理能力、運行狀態存在風險;

　　3)采用活性污泥生長狀態的判定方法對非對數增長期的污泥生長狀態可進行調控。判斷污泥在基質充足、環境良好的情況下進入對數增長期的難易程度。并對不能進入對數增長期的污泥生長環境進行調控使其進入對數增長期，將這一方法應用到生物量的測試上，克服了傳統測試生物量方法試錯的弊端，也為生物量測試提供新的方法。

　　

 

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