本發明屬于污水處理領域，涉及一種通過對活性污泥呼吸圖譜的分析，評估活性污泥是否適應新環境的方法。

背景技術：

活性污泥工藝是目前應用最為廣泛的污水處理技術，占城市污水處理工藝的90％以上和工業廢水處理工藝的50％左右。而活性污泥工藝的核心就是活性污泥，污廢水處理效果的優劣取決于活性污泥中微生物的特性，然而環境條件的變化往往會影響活性污泥結構和活性的變化，從而影響污廢水的處理效果。由此，了解活性污泥對環境變化的耐受程度，或者說評估活性污泥是否適應新環境就顯得尤為重要。

目前，大量研究主要集中在活性污泥的活性測定上，而鮮有對活性污泥是否適應新環境進行評估的方法。測定活性污泥活性的方法有很多，包括活性污泥ATP含量測定法、活性污泥耗氧速率測定法、以及脫氫酶活性法等。活性污泥中ATP含量比較穩定，生物的生長速度不會影響ATP/活生物量比例，生物死亡后ATP馬上消失。ATP的濃度與活性污泥生物量直接相關，也與活性污泥微生物的新陳代謝速度直接相關。高活性的活性污泥，微生物具有高新陳代謝速度，細胞內有高濃度的ATP；活性污泥耗氧速率(OUR)可以提供活性污泥活性的基本信息，當OUR值為20～40g O2/(kgVSS·h)時，表明活性污泥具有活性，若OUR值為5～10g O2/(kgVSS·h)時，其值較低，表明活性污泥活性較差；脫氫酶活性法是利用脫氫酶催化有機物脫氫，然后氫被傳遞給特定的受氫體(在好氧處理時，最后的受氫體是分子氧)，而廢水的生物處理就是利用微生物的作用而使廢水中的有機物分解為較為簡單的化合物，因此，脫氫酶的活性也代表了活性污泥的活性。但是以上這些都是對活性污泥活性的測定，目前并沒有直接的方法評估活性污泥是否適應新環境。

再加上在現有的中小型污水處理廠中，由于人才、設備的缺乏，無法簡單、快捷的對環境(如：DO、溫度、pH、化學藥劑添加量等)條件變化下活性污泥是否能適應環境的改變，進行準確的評估和判斷。基于以上現狀，提出一種方法，即通過呼吸圖譜分析建立了一種簡單易行的評估活性污泥是否適應新環境的方法成為目前本領域亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于呼吸圖譜評估活性污泥是否適應新環境的方法，該方法利用好氧條件下獲得活性污泥呼吸圖譜DO-t曲線，通過擬合得到其斜率，繼而繪制出OURe/OURt-t的一條曲線，由OURe/OURt-t曲線的變化趨勢，準確評估活性污泥是否適應環境。

作為一種評估活性污泥是否適應環境的方法，污水廠活性污泥測試結果表明：我們發明的基于呼吸圖譜評估活性污泥是否適應新環境的方法能夠準確、高效的對活性污泥是否適應新環境進行評估。

本發明的目的是通過下述技術方案來實現的。

1.根據本發明實施例提供的一種基于呼吸圖譜評估活性污泥是否適應新環境的方法，該方法包括以下步驟：

1)取污水處理廠活性污泥，用緩沖溶液對活性污泥進行多次清洗，并且充分曝氣，使活性污泥進入內源呼吸狀態；

2)在活性污泥進入內源呼吸狀態后，充分攪拌，得到第一段呼吸圖譜DO-t曲線，擬合得到其斜率，即為活性污泥內源呼吸速率OURe；

3)在步驟2)活性污泥中分別加入氮源和碳源，然后充分曝氣至溶氧DO達7mg/L以上，充分攪拌，得到另一段呼吸圖譜DO-t曲線，擬合得到其斜率，即為總呼吸速率OURt；

4)重復步驟1)-3)，分別得到隨時間變化的內源呼吸速率OURe值與污泥總呼吸速率OURt值；

5)用OURe/OURt比值繪制關于時間t的曲線，根據OURe/OURt-t曲線的變化趨勢，評估活性污泥是否適應新環境，若曲線呈先上升后平穩或先上升后下降趨勢，預示活性污泥可以適應新環境；若曲線呈持續上升趨勢，預示活性污泥不適應新環境；

所述可適應的新環境包括：活性污泥從正常溶氧轉為低溶氧的環境；活性污泥中加氯量為低氯量的環境；

所述活性污泥不適應的新環境包括：活性污泥中加氯量為高氯量的環境。

進一步，所述步驟1)中，活性污泥進入內源呼吸狀態的具體過程為：

取污水處理廠的活性污泥300ml，并用體積比1:3的比例添加自來水對泥進行稀釋，將活性污泥樣品通過攪拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀釋液的1/2體積，然后用PBS緩沖溶液以0.2ml/s，進3s洗滌活性污泥一次，如此重復洗泥3次，之后添加自來水將活性污泥混合液定容至活性污泥稀釋液的原體積，即1.2L，曝氣2h，活性污泥進入內源呼吸狀態。

進一步，所述步驟2)、3)中，呼吸圖譜DO-t曲線通過下述條件控制獲得：

控制DO下降階段持續時間t：5≤t≤25min和DO下降階段變化范圍：6.0≤DO≤4.0mg/L。

進一步，步驟2)、3)中獲得呼吸圖譜DO-t曲線過程的溫度控制為8～45℃。

進一步，步驟1)中，所述清洗污泥的緩沖溶液為PBS緩沖溶液，該緩沖溶液為以下組分混合液：

A：KH₂PO₄濃度為1.5～2.5mmol·L^-1；

B：Na₂HPO₄濃度為8～12mmol·L^-1；

C：NaCl濃度為135～140mmol·L^-1；

D：KCl濃度為2.5～3.0mmol·L^-1。

進一步，步驟3)中所述對污泥加入氮源按質量比每1g活性污泥中加入3～14mg氮元素質量含氮化合物。

進一步，步驟3)中所述對污泥加入氮源為含氮元素無機物或含氮元素有機物，所述含氮元素無機物為氯化銨或硫酸銨；所述含氮元素有機物為尿素。

進一步，步驟3)中所述對污泥加入碳源按質量比每1g活性污泥中加入200～700mg含碳元素有機物；所述碳源為單一碳源：乙酸鈉、葡萄糖，或淀粉。

進一步，所述投加氮源與碳源的質量比按照干活性污泥比例投加。

進一步，所述正常溶氧DO為2-4mg/L，所述低溶氧為DO＜0.5mg/L；

所述低氯量為活性污泥中NaClO≤8‰，高氯量為活性污泥中NaClO≥15‰。

進一步，所述活性污泥是否適應新環境的判定方法為：

根據OURe/OURt-t曲線的變化趨勢判斷活性污泥是否適應新環境：①曲線呈先上升后平穩或先上升后下降趨勢，預示活性污泥可以適應新環境；②曲線在環境條件改變一周后仍在上升，即呈持續上升趨勢，說明內源呼吸速率OURe在增加，相應的功能性菌群的呼吸速率在減弱，預示活性污泥無法適應新環境，功能性菌群的活性將持續下降直至消失，最終解體；③曲線呈下降趨勢，預示新環境有利于功能性菌群的生存，有利于活性污泥的生長。

本發明具有以下優點：

1)本發明找到呼吸圖譜中內源呼吸速率OURe與總呼吸速率OURt比值(OURe/OURt)隨時間t的變化趨勢與活性污泥適應新環境與否之間的關系，可以準確評估活性污泥是否適應新環境，進而為解決指示活性污泥適應新環境的指標提供了有效的判定方法，具有一定的指導意義。

2)本發明方法檢測方便。步驟簡單易行，且測試設備自動化，例如使用西安綠標水環境科技有限公司提供的WBM系列污水處理智慧運行工作站，即可在無人操作的情況下自動化對待測試污泥進行測試。

3)本發明所運用的參數并非水質這種非直觀表征污水廠運行情況的指標，而是關注在污水處理的核心主體污泥上。污泥的自身狀態才是真正影響污水廠運行的關鍵。而本發明所提供的以活性污泥內源呼吸比(OURe/OURt)關于時間t的變化趨勢，作為活性污泥是否適應新環境的預示指標，更是在檢測中簡單直觀易行。

附圖說明

圖1(a)(b)(c)(d)分別為西安市某污水廠活性污泥在降低DO和投加不同量的次氯酸鈉條件下，所得到的(OURe/OURt)-t曲線。

具體實施方式

下面通過附圖及實施例對本發明做進一步的說明。

本發明通過對活性污泥呼吸圖譜分析來評估活性污泥是否適應新環境。

本發明評估活性污泥是否適應新環境，包括以下步驟：

1)取污水處理廠活性污泥300ml，用體積比1:3的比例添加自來水對泥進行稀釋，將活性污泥樣品通過攪拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀釋液的1/2體積，然后用PBS緩沖溶液以0.2ml/s，進3s洗滌活性污泥一次，如此重復洗泥3次，之后添加自來水將活性污泥混合液定容至活性污泥稀釋液的原體積，即1.2L，并且充分曝氣2h，使活性污泥進入內源呼吸狀態；

緩沖溶液為以下組分混合液：

A：KH2PO4濃度為1.5～2.5mmol·L^-1；

B：Na2HPO4濃度為8～12mmol·L^-1；

C：NaCl濃度為135～140mmol·L^-1；

D：KCl濃度為2.5～3.0mmol·L^-1。

2)進入內源呼吸狀態后進行充分攪拌，獲得第一段DO-t曲線，擬合得到其斜率，即為活性污泥內源呼吸速率OURe；

3)在步驟2)結束后，污泥加入氮源按質量比每1g活性污泥中加入3～14mg含氮元素無機物(氯化銨或硫酸銨)或含氮元素有機物(尿素)。再加入碳源按質量比每1g活性污泥中加入200～700mg含碳元素有機物(乙酸鈉，葡萄糖或淀粉)。充分曝氣至溶氧DO達7mg/L以上，充分攪拌，最后得到另一段呼吸圖譜DO-t曲線，擬合得到其斜率，即為總呼吸速率OURt；

呼吸圖譜DO-t曲線滿足條件：控制DO下降階段持續時間t：5≤t≤25min和DO下降階段變化范圍：6.0≤DO≤4.0mg/L。獲得呼吸圖譜DO-t曲線過程的溫度控制為8～45℃。

投加氮源與碳源的質量比按照干活性污泥比例投加。

4)重復步驟1)～3)，分別得到隨時間變化的內源呼吸速率OURe值與污泥總呼吸速率OURt值。

5)用OURe/OURt比值繪制關于時間t的曲線，根據OURe/OURt-t曲線的變化趨勢，評估活性污泥是否適應新環境：①曲線呈先上升后平穩或先上升后下降趨勢，預示活性污泥可以適應新環境；②曲線在環境條件改變一周后仍在上升，即呈持續上升趨勢，說明內源呼吸速率OURe在增加，相應的功能性菌群的呼吸速率在減弱，預示活性污泥無法適應新環境，功能性菌群的活性將持續下降直至消失，最終解體；③曲線呈下降趨勢，預示新環境有利于功能性菌群的生存，有利于活性污泥的生長。

其中，功能性菌群包括自養菌和異養菌。

總呼吸速率OURt＝內源呼吸速率OURe+以去除氨氮為主的自養菌的呼吸速率+去除BOD₅的異養菌的呼吸速率。

活性污泥可適應新環境包括：

①活性污泥在正常溶氧轉為低溶氧的環境；正常溶氧DO為2-4mg/L，所述低溶氧為DO＜0.5mg/L；②活性污泥中加氯量≤8‰的環境。

活性污泥無法適應新環境包括：活性污泥中加氯量為NaClO≥15‰的環境。

下面通過具體實施例進一步說明本發明效果。

1)對來源于西安市某污水處理廠A²/O工藝活性污泥進行取樣；

2)選擇西安綠標水環境科技有限公司提供的WBM450系列智慧運行工作站作為獲得活性污泥呼吸圖譜DO-t曲線的設備；

3)取污水處理廠活性污泥300ml，并用體積比1:3的比例添加自來水稀釋，將活性污泥樣品通過攪拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀釋液的1/2體積，用PBS緩沖溶液洗泥3次，之后添加自來水將活性污泥混合液定容至活性污泥稀釋液的原體積，即1.2L，充分曝氣2h，活性污泥進入內源呼吸狀態；

4)在步驟3)污泥進入內源呼吸后，進行充分攪拌30min，獲得呼吸圖譜DO-t曲線，取溶氧為6-4mg/l的區間段，擬合得到其斜率，即得到內源呼吸速率OURe；

表1給出了本實驗中不同實施例工藝參數情況例舉。

表1不同實施例原料工藝參數

5)在步驟4)結束后，加入氮源，使得氨氮濃度為50mg/l，加入碳源，使得容器內COD濃度為300mg/l，然后充分曝氣至溶氧DO達7mg/L以上水平，之后進行充分攪拌30min，在溫度下得到另一段呼吸圖譜DO-t曲線，取溶氧為6-4mg/l的區間段，擬合得到其斜率，則會得到污泥加氮加碳后的總呼吸速率OURt；

6)在降低DO(<0.5mg/l)和投加不同量的次氯酸鈉(2‰、8‰、15‰)的基礎上重復以上步驟對污泥進行了連續監測，得到各自條件下隨時間變化的內源呼吸速率OURe值與污泥總呼吸速率OUR值，用OURe/OURt比值繪制關于時間t的曲線。

實施例分析：

取西安市某污水處理廠A²/O工藝活性污泥，通過降低DO(其中正常DO為2-4mg/L)，和投加不同量的次氯酸鈉，測得各自條件下的呼吸圖譜DO-t曲線。由獲得的呼吸圖譜DO-t曲線，得到各環境條件下的OURe/OURt曲線，如圖1所示。圖1(a)是反應器在正常溶氧下運行一段時間，后轉為低溶氧(<0.5mg/L)環境，一段時間后再改變其環境，將其恢復至正常溶氧同時加入15‰的NaClO，活性污泥OURe/OURt-t的曲線變化圖；而圖1(b)是重啟實驗后，活性污泥在正常溶氧下生存一段時間，后轉為低溶氧(<0.5mg/L)下生存的OURe/OURt-t曲線變化圖；圖1(c)(d)為同時間的兩個試驗，圖中矩形折線表示NaClO的投加過程，在加入2‰后一段時間加入8‰而后停止投加NaClO的活性污泥OURe/OURt-t曲線變化圖。發現在投加不同量的次氯酸鈉后，高氯量(15mg/g SS)下污泥發生解體，即污泥無法適應新環境；而在低氯量(2‰、8‰)下污泥則不會解體，即污泥可以適應新環境，在降低DO的試驗中，污泥未發生解體，即污泥可以適應新環境。對比其各自條件下的OURe/OURt-t曲線，顯而易見：①曲線在低溶氧或低氯量環境條件下呈先上升后平穩或先上升后下降趨勢，在加入2‰后一段時間再加入8‰NaClO后停止加氯，曲線也呈先上升后下降趨勢，預示活性污泥可以適應新環境，其短暫性上升是因為微生物在進行適應性調整；②在15‰的高氯量環境條件下曲線呈持續上升趨勢，預示活性污泥無法適應新環境，功能性菌群的活性持續下降直至消失，最終解體。③曲線呈直接下降趨勢，預示新環境有利于功能性菌群的生存，有利于活性污泥的生長。這與實驗獲得的OURe/OURt-t曲線變化趨勢所反映的活性污泥情況一致，完全吻合。也就是說，通過取污水處理廠活性污泥獲得呼吸圖譜DO-t曲線，根據其得到OURe/OURt-t曲線，通過此曲線的變化趨勢，便可準確評估活性污泥是否適應新環境。

綜上可見，本發明是一種基于呼吸圖譜評估活性污泥是否適應新環境的方法。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，采用調整DO量和氯的投加量的方式，控制DO-t曲線DO下降階段持續時間t、DO下降階段的變化范圍，從而得到呼吸圖譜DO-t曲線，繼而得到OURe/OURt-t曲線過程中，在此僅僅給出了較佳的實施例，除此，本發明權利還包括其他環境因素的改變，如溫度、pH等。任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。