本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)對(duì)活性污泥通過(guò)對(duì)活性污泥現(xiàn)場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜的分析，判定污水廠(chǎng)活性污泥休眠與流失狀況的方法。

背景技術(shù)：

目前我國(guó)污水處理廠(chǎng)污水處理的主體工藝主要采用活性污泥法?；钚晕勰辔⑸锏幕钚灾苯雨P(guān)系到污水處理的效果，而溫度在很大程度上影響著微生物的活性，從而影響污水處理廠(chǎng)的處理效率。當(dāng)溫度較低時(shí)，部分微生物會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)而無(wú)法發(fā)揮污水處理作用，若溫度繼續(xù)降低，微生物則會(huì)發(fā)生流失，嚴(yán)重影響活性污泥的污水處理能力。我國(guó)寒冷地區(qū)冬季污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行依然是一個(gè)難題?；钚晕勰辔⑸锏男菝吲c流失狀況與污水處理廠(chǎng)的處理效果密切相關(guān)，當(dāng)活性污泥微生物處于休眠狀態(tài)時(shí)，只需適當(dāng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)條件即可使微生物恢復(fù)活性；當(dāng)活性污泥微生物流失時(shí)，則需通過(guò)加大泥齡等方式保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。但目前微生物的休眠與流失尚缺乏準(zhǔn)確的判斷依據(jù)，故此方法對(duì)污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行管理具有指導(dǎo)性意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于呼吸圖譜判別活性污泥微生物休眠與流失的方法，該方法利用現(xiàn)場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)條件下微生物耗氧速率為一個(gè)活性污泥指標(biāo)，通過(guò)測(cè)定的現(xiàn)場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)條件下呼吸圖譜來(lái)判定活性污泥微生物休眠與流失的狀況，及時(shí)采取強(qiáng)化措施，為污水廠(chǎng)的越冬水質(zhì)保障提供了理論依據(jù)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于呼吸圖譜判別活性污泥微生物休眠與流失的方法，其特征在于，包括下述步驟：

1)取污水處理廠(chǎng)活性污泥；

2)對(duì)活性污泥進(jìn)行連續(xù)2～7天現(xiàn)場(chǎng)條件下呼吸圖譜測(cè)試，分別得到現(xiàn)場(chǎng)條件下現(xiàn)狀好氧速率OUR_s、準(zhǔn)內(nèi)源耗氧速率OUR_q、內(nèi)源耗氧速率OUR_e、加氮源后耗氧速率OUR_en和總耗氧速率OUR_enc測(cè)量數(shù)據(jù)；

3)由測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到

OUR_n＝OUR_en-OUR_e，

OUR_c＝OUR_enc-OUR_en；

其中，OUR_n為現(xiàn)場(chǎng)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率；OUR_c為現(xiàn)場(chǎng)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率；

4)對(duì)污水廠(chǎng)活性污泥進(jìn)行連續(xù)2～7天標(biāo)準(zhǔn)條件下呼吸圖譜測(cè)試，分別得到標(biāo)準(zhǔn)條件下OUR’_s、準(zhǔn)內(nèi)源耗氧速率OUR’_q、內(nèi)源耗氧速率OUR’_e、加氮源后耗氧速率OUR’_en和總耗氧速率OUR’_enc；

5)由測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到

OUR’_n＝OUR’_en-OUR’_e，

OUR’_c＝OUR’_enc-OUR’_en；

其中，OUR’_n為標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率；OUR’_c為標(biāo)準(zhǔn)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率；

6)在多組連續(xù)的數(shù)據(jù)中：

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n穩(wěn)定不變，且現(xiàn)場(chǎng)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR_n減小時(shí)，則活性污泥自養(yǎng)菌存在休眠狀況；如果標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n與現(xiàn)場(chǎng)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR_n差值越大，則活性污泥自養(yǎng)菌休眠量越多；

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c穩(wěn)定不變，且現(xiàn)場(chǎng)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR_c減小時(shí)，則活性污泥異養(yǎng)菌存在休眠狀況；如果標(biāo)準(zhǔn)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c與現(xiàn)場(chǎng)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR_c差值越大，則活性污泥異養(yǎng)菌休眠量越多；

7)在多組連續(xù)的數(shù)據(jù)中：

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n明顯減小時(shí)，則活性污泥自養(yǎng)菌開(kāi)始流失，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n降低的越多，活性污泥自養(yǎng)菌量流失越多；

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c明顯減小時(shí)，則活性污泥異養(yǎng)菌開(kāi)始流失，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c降低的越多，活性污泥異養(yǎng)菌量流失越多。

進(jìn)一步，步驟2)中現(xiàn)場(chǎng)條件下呼吸圖譜測(cè)試的具體過(guò)程為：

在溫度保持與污水廠(chǎng)反應(yīng)池一致條件下，取污水處理廠(chǎng)活性污泥，并用體積比1:3的比例添加自來(lái)水稀釋?zhuān)瑴y(cè)定現(xiàn)場(chǎng)條件下現(xiàn)狀耗氧速率OUR_s；將活性污泥樣品通過(guò)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，測(cè)定污泥的準(zhǔn)內(nèi)源耗氧速率OUR_q；之后添加自來(lái)水將活性污泥混合液定容至活性污泥稀釋液的原體積，曝氣，活性污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)，測(cè)定其內(nèi)源耗氧速率OUR_e；再按一定質(zhì)量比加入氯化銨，測(cè)加氮源后耗氧速率OUR_en＝OUR_e+OUR_n；最后加入足量的無(wú)水乙酸鈉，保證基質(zhì)充足，測(cè)定總耗氧速率OUR_enc＝OUR_e+OUR_n+OUR_c。

進(jìn)一步，步驟3)中，標(biāo)準(zhǔn)條件下呼吸圖譜測(cè)試的具體過(guò)程為：

在溫度為20℃條件下，取污水處理廠(chǎng)活性污泥，并用體積比1:3的比例添加自來(lái)水稀釋?zhuān)瑴y(cè)定標(biāo)準(zhǔn)條件下現(xiàn)狀耗氧速率OUR’_s；將活性污泥樣品通過(guò)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，測(cè)定污泥的準(zhǔn)內(nèi)源耗氧速率OUR’_q；之后添加自來(lái)水將活性污泥混合液定容至活性污泥稀釋液的原體積，曝氣，活性污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)，測(cè)定其內(nèi)源耗氧速率OUR’_e；再按一定質(zhì)量比加入氯化銨，測(cè)加氮源后耗氧速率OUR’_en＝OUR’_e+OUR’_n；最后加入足量的無(wú)水乙酸鈉，保證基質(zhì)充足，測(cè)定總耗氧速率OUR’_enc＝OUR’_e+OUR’_n+OUR’_c。

本方法采用的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。用PBS緩沖溶液洗泥3～5次。

進(jìn)一步，添加自來(lái)水將活性污泥混合液定容至活性污泥稀釋液的原體積，曝氣2～4h。

進(jìn)一步，按照40～60mg/L加入氯化銨。

進(jìn)一步，按照250～350mg/L加入無(wú)水乙酸鈉。

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)污水處理廠(chǎng)無(wú)法判別活性污泥微生物休眠與流失狀況從而無(wú)法評(píng)估污水廠(chǎng)的污水處理能力的局限，從污泥自身特性，通過(guò)活性污泥的呼吸圖譜給出一種判別活性污泥微生物休眠與流失狀況的簡(jiǎn)易方法，為冬季低溫條件下污水處理廠(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與運(yùn)行調(diào)控提供了理論意義。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的特點(diǎn)在于：

1)本發(fā)明方法快速有效。基于活性污泥的現(xiàn)場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)條件下的呼吸圖譜判定活性污泥微生物休眠與流失狀況，能夠有效快速地判定活性污泥的處理能力，及時(shí)采取強(qiáng)化措施，保障污水處理廠(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2)本發(fā)明方法檢測(cè)方便。步驟簡(jiǎn)單易行，測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化。例如使用西安綠標(biāo)水環(huán)境科技有限公司提供的WBM400型污水處理智慧運(yùn)行工作站，即可在無(wú)人操作的情況下自動(dòng)化對(duì)待檢測(cè)污泥進(jìn)行檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)分別為現(xiàn)場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌OUR、異養(yǎng)菌OUR以及總OUR的變化圖；

圖2(a)、圖2(b)分別為降溫過(guò)程中出水COD變化和出水NH₄⁺-N和TN變化。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明通過(guò)測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)條件下活性污泥的呼吸圖譜來(lái)判定活性污泥微生物休眠與流失的狀況。

本發(fā)明基于呼吸圖譜判別活性污泥微生物休眠與流失的方法，包括下述步驟：

1)取某處理工藝為A²O的污水廠(chǎng)好氧池中未經(jīng)任何處理的污水廠(chǎng)污泥；

2)對(duì)污水廠(chǎng)活性污泥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)條件下呼吸圖譜測(cè)試：在溫度保持與污水處理廠(chǎng)反應(yīng)池一致條件下，取污水廠(chǎng)污泥0.3L并用自來(lái)水稀釋至1.2L，測(cè)定現(xiàn)狀耗氧速率OUR_s；之后將污泥樣品通過(guò)攪拌15s、沉淀10min、去上清液定容至0.6L，用PBS緩沖溶液洗泥3～5次，優(yōu)選為3次；測(cè)定污泥的準(zhǔn)內(nèi)源耗氧速率OUR_q；然后用自來(lái)水將反應(yīng)器內(nèi)活性污泥混合液定容至1.2L，通過(guò)對(duì)污泥樣品曝氣2～4h，優(yōu)選為2h；使活性污泥進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)，測(cè)定其內(nèi)源耗氧速率OUR_e；

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。

3)在步驟2)結(jié)束后，向污泥中加入氯化銨40～60mg/L，優(yōu)選為50mg/L；測(cè)加氮源后耗氧速率OUR_en＝OUR_e+OUR_n；最后加入250～350mg/L的無(wú)水乙酸鈉，優(yōu)選為300mg/L；以保證基質(zhì)充足，測(cè)定總耗氧速率OUR_enc＝OUR_e+OUR_n+OUR_c?？傻玫?個(gè)現(xiàn)場(chǎng)條件下耗氧速率：現(xiàn)狀耗氧速率OUR_s、準(zhǔn)內(nèi)源耗氧速率OUR_q、內(nèi)源耗氧速率OUR_e、加氮源后耗氧速率OUR_en和總耗氧速率OUR_enc，并作如下計(jì)算：OUR_n＝OUR_en-OUR_e，OUR_c＝OUR_enc-OUR_en；

4)對(duì)污水廠(chǎng)活性污泥進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下呼吸圖譜測(cè)試：標(biāo)準(zhǔn)條件下呼吸圖譜測(cè)試除溫度條件改為20℃外，其余過(guò)程與現(xiàn)場(chǎng)條件下呼吸圖譜測(cè)試方法一致。分別得到標(biāo)準(zhǔn)條件下現(xiàn)狀耗氧速率OUR’_s、準(zhǔn)內(nèi)源耗氧速率OUR’_q、內(nèi)源耗氧速率OUR’_e、加氮源后耗氧速率OUR’_en和總耗氧速率OUR’_enc；并作如下計(jì)算：OUR’_n＝OUR’_en-OUR’_e，OUR’_c＝OUR’_enc-OUR’_en。

測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算見(jiàn)表1所示。

表1現(xiàn)場(chǎng)及標(biāo)準(zhǔn)條件下的耗氧速率

5)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR_n、異養(yǎng)菌耗氧速率OUR_c以及總耗氧速率OUR_enc與標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n、異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c以及總耗氧速率OUR’_enc的變化分別繪制現(xiàn)場(chǎng)條件下與標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率、異養(yǎng)菌耗氧速率以及總耗氧速率的變化圖，見(jiàn)圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)所示。

本實(shí)驗(yàn)采用SBR反應(yīng)器，接種污泥取自西安某處理工藝為A²O的污水廠(chǎng)好氧池。反應(yīng)器有效容積為7L，充水比為1/3。反應(yīng)器的運(yùn)行溫度通過(guò)水浴層外接溫度控制器進(jìn)行控制。反應(yīng)器運(yùn)行周期為8h，每個(gè)周期內(nèi)運(yùn)行工況為：進(jìn)水0.2h→曝氣攪拌6h→沉淀1.6h→排水0.2h。

實(shí)驗(yàn)方法采用呼吸計(jì)量法，通過(guò)智能分析平臺(tái)監(jiān)測(cè)恒溫好氧反應(yīng)器中的氧平衡濃度，計(jì)算得到氧吸收效率，實(shí)驗(yàn)通過(guò)投加不同基質(zhì)實(shí)現(xiàn)不同菌種呼吸速率的測(cè)定。整個(gè)分析過(guò)程由儀器通過(guò)PLC進(jìn)行自動(dòng)控制，保持曝氣量穩(wěn)定、攪拌均勻。測(cè)定呼吸圖譜時(shí)的溫度與反應(yīng)器運(yùn)行溫度相同時(shí)定義為現(xiàn)場(chǎng)條件呼吸圖譜；測(cè)定呼吸圖譜時(shí)的溫度控制在20℃時(shí)定義為標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜。

實(shí)施例分析：

降溫實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)條件呼吸圖譜反映的是現(xiàn)場(chǎng)條件下微生物的活性，與出水水質(zhì)有密切關(guān)系，可以表征活性污泥微生物在一定條件下的污水處理能力。而標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜反映的是活性污泥微生物的內(nèi)在特性。由圖可知，隨著溫度的逐漸降低，現(xiàn)場(chǎng)條件的自養(yǎng)菌耗氧速率OUR_n、異養(yǎng)菌耗氧速率OUR_c和總耗氧速率OUR_enc均逐漸減小。說(shuō)明溫度降低會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)條件下微生物的活性降低，從而導(dǎo)致污水處理能力下降。

由圖1(a)、(b)、(c)可以看出，標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜均可以分為三個(gè)階段，第一階段為20℃條件下馴化培養(yǎng)至穩(wěn)定階段，第二階段為溫度由20℃降至10℃標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜未明顯變化階段，第三階段為溫度由10℃降至5℃，標(biāo)準(zhǔn)呼吸圖譜開(kāi)始減小階段。

第二階段的標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜明顯高于第一階段，這是由于在此階段反應(yīng)器運(yùn)行溫度逐漸減低，而標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜的測(cè)定溫度20℃對(duì)于微生物而言是一種升溫刺激，溫度的突然升高會(huì)使活性污泥微生物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，從而使得微生物的耗氧速率增大。第二階段內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)條件耗氧速率均基本保持穩(wěn)定，而現(xiàn)場(chǎng)條件耗氧速率卻逐漸減小，說(shuō)明在此階段內(nèi)活性微生物的內(nèi)在活性并未降低，只是在現(xiàn)場(chǎng)條件下的污泥活性在逐漸減小，部分微生物由于溫度降低進(jìn)入了休眠狀態(tài)，此時(shí)若升高溫度可以使活性污泥快速恢復(fù)活性。由此說(shuō)明當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件呼吸圖譜減小而標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜并未發(fā)生明顯變化時(shí)，部分微生物進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)升高溫度可使快速激活微生物的活性。

第三階段的標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜明顯小于第二階段。由圖2(a)、圖2(b)可知，第三階段污泥基本喪失硝化能力，有機(jī)物去除能力也急劇惡化，由物料平衡可知微生物在此階段生長(zhǎng)緩慢，自養(yǎng)菌甚至沒(méi)有增長(zhǎng)，但由于定時(shí)排泥導(dǎo)致活性污泥微生物尤其是自養(yǎng)菌發(fā)生了流失，此時(shí)升高溫度也無(wú)法使微生物恢復(fù)活性，故標(biāo)準(zhǔn)條件呼吸圖譜明顯減小。由此說(shuō)明當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)條件耗氧速率出現(xiàn)明顯減小時(shí)，說(shuō)明微生物出現(xiàn)了流失。

第二階段溫度由20℃降至10℃的過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR_n與異養(yǎng)菌耗氧速率OUR_c的降幅分別為40％和25％左右，第三階段的標(biāo)準(zhǔn)條件自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n相比第二階段減小了31.48％，而標(biāo)準(zhǔn)條件異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c減小了12.17％，由此說(shuō)明了異養(yǎng)菌對(duì)低溫的適應(yīng)能力明顯強(qiáng)于自養(yǎng)菌，低溫條件下活性污泥中自養(yǎng)菌較異養(yǎng)菌更容易發(fā)生休眠與流失。

6)從圖中可以看出，在多組連續(xù)的數(shù)據(jù)中：

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n穩(wěn)定不變，且現(xiàn)場(chǎng)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR_n減小時(shí)，說(shuō)明活性污泥中自養(yǎng)菌存在休眠狀況，同時(shí)如果標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n與現(xiàn)場(chǎng)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR_n差值越大，則活性污泥中休眠的自養(yǎng)菌量越多；當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c穩(wěn)定不變，且現(xiàn)場(chǎng)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR_c減小時(shí)，說(shuō)明活性污泥中異養(yǎng)菌存在休眠狀況；同時(shí)如果標(biāo)準(zhǔn)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c與現(xiàn)場(chǎng)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR_c差值越大，活性污泥中休眠的異養(yǎng)菌量越多。

7)在多組連續(xù)的數(shù)據(jù)中：當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n明顯減小時(shí)，說(shuō)明自養(yǎng)菌開(kāi)始流失，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)條件下自養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_n降低的越多，自養(yǎng)菌量流失越多；當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c明顯減小時(shí)，說(shuō)明活性污泥中異養(yǎng)菌開(kāi)始流失，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)條件下異養(yǎng)菌耗氧速率OUR’_c降低的越多，活性污泥中異養(yǎng)菌量流失越多。

本發(fā)明方法可以根據(jù)活性污泥呼吸圖譜有效地判別活性污泥微生物休眠與流失狀態(tài)，使污水廠(chǎng)的技術(shù)工作人員了解當(dāng)前活性污泥的處理能力，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，為冬季低溫條件下污水處理廠(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與運(yùn)行調(diào)控提供了指導(dǎo)性意見(jiàn)。

以上所述，僅是本發(fā)明針對(duì)發(fā)明應(yīng)用的實(shí)施例，可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但并非對(duì)本發(fā)明做任何限制。按照本發(fā)明技術(shù)方案，上述實(shí)施例可舉出很多例子。凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案所給出的范圍和對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單的修改和變更，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所提出的范圍，均可達(dá)到本發(fā)明的目的。