CN104111294B - 一种基于活性污泥快速检测有机化学品生物降解性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种快速检测有机化学品生物降解性的方法，采用的菌源来自于污水处理厂的二级出水。将无机盐培养基、接种液、有机化学品受试物按一定比例加入带塞BOD瓶中，以受试物中的有机碳为唯一碳源，在14～50天的测试周期内进行微生物生长代谢。测试过程中，以固定的时间间隔取样，进行溶解氧（DO）、pH和总有机碳（TOC）测定，同时采用高效液相色谱（HPLC）快速准确检测降解过程中有机物及代谢产物浓度的变化。本方法以高效液相色谱法（HPLC）直接测定待测有机化学品及代谢产物浓度的变化，从而直接计算出其降解率，同时结合降解过程中BOD瓶中的溶解氧，pH和TOC的变化间接反映待测有机化学品的生物降解性的好坏。此方法操作简单，多个参数的测试评价相结合，测定结果快速准确。
Description
技术领域
本发明属于环境生态风险评价领域，具体涉及一种基于活性污泥快速检测有机化学品的生物降解测试评价方法。
背景技术
评价环境接受化学品能力的重要指标之一是化学品的可生物降解性，生物降解是指微生物利用有机物作为其生长代谢的能量来源从而将其分解的现象，环境微生物可以通过氧化、还原及水解等作用破坏有机物分子结构，从而使其在环境中降解。2010年10月修订的《新化学物质环境管理办法》要求对新化学品的环境持久性等性质进行鉴别，再根据所得结果进行批准和必要的限制，因此研究化学品的生物降解性并获得可靠的数据对化学品的风险评估和风险管理具有非常重要的意义。
研究有机化学品生物降解最常用的方法为活性污泥法，活性污泥是由悬浮生长的细菌、真菌、原生动物和后生动物及其代谢和吸附的有机物、无机物等组成。这些微生物组成了一个特有的生态系统，它们以污水中的有机物为食料，进行代谢和繁殖，从而降低了污水中的有机物含量。活性污泥法主要通过测定污水中的COD、BOD、TOC等参数在一段时间内的变化来评价待测化学品可生物降解性的好坏。此外，也可以通过污泥中的微生物种群数的变化来间接评价化学品的降解性。随着科技的发展和研究的深入，气相色谱—质谱联用仪（GC-MS）和高效液相色谱（HPLC）被广泛用于检测生物降解后残余样品的浓度。通过仪器分析的方法可以直接、高效地测定化学品在活性污泥中的浓度变化，也可以测定出降解之后的产物及其浓度。除了活性污泥法外，还有摇瓶振荡和模型预测等方法用于研究化学品的生物降解。
目前，已有一些专利对有机化学品生物降解性评价方法进行了公开。如CN1372141就公开了一种有机物生物降解性综合测试评价方法，但其以BOD5/COD、ATP等为评价因子，BOD和COD测试需要消解滴定等过程，测试过程复杂，耗时较长，且结果差异性大。CN103345544公开了一种采用逻辑回归方法预测有机化学品生物降解性的方法，此方法通过定量构效关系（QSAR）方法预测大部分有机化学品的生物降解性，但其只局限于理论预测，对化学品降解过程中各参数的变化无法预测，不能很好地反映出有机化学品最真实的降解过程。
本发明的目的是针对现有技术存在的不足和缺陷，借助于现代高效液相色谱（HPLC）技术，提供了一种快速检测有机化学品生物降解性的方法。该方法可以直接检测降解过程中不同阶段化学品浓度的变化及产物的生成情况，同时与测试TOC、pH等参数变化相结合，以快速有效地评价待测有机化学品降解性的好坏。此方法操作简单快速，且多种参数测试评价相对照，克服了各不同单一测试法由于测试条件不一致可能导致的评价结果差异很大的缺点，因而对有机化学品生物降解性评估分类更加准确、快速、全面。目前为止，尚未见文献和专利利用HPLC结合溶解氧、pH和TOC的变化来快速检测有机化学品生物降解性方法的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单快速准确的有机化学品生物降解性的检测与评价方法，通过降解过程中浓度变化及参数变化反应出待测物的降解性。
本发明是通过如下技术路线实现的，具体步骤如下：
（1）分别配制浓度均为1g/L的磷酸缓冲液、CaCl2、MgSO4和FeCl3溶液，取各无机盐溶液1份加入到蒸馏水中混合，使各无机盐的浓度为1ppm，得到无机盐培养基，调节pH为6.5～7.5，曝气10~30min，静置24~72h；
（2）采集二级出水，过滤，滤液作为提供微生物的接种液；
（3）按要求准备洗净烘干的BOD瓶（每个实验组2～5个平行样，对照组2～4个平行样），分别编号；
（4）先向BOD瓶中按照接种液与反应体系的体积比1：（300～1000）加入接种液，然后向实验组BOD瓶中加入1g/L的受试物1.5～3mL，对照组BOD瓶中加入1g/L的参比物1.5～3mL，使得BOD瓶中受试物（对照组中参比物）的最终浓度为1mg/L～10mg/L
（5）向各BOD瓶中加满配制好的无机盐培养基，并形成液封，于20～40℃温度下，避光培养14～50d；
（6）在培养周期内，以固定的时间间隔（3～7天）从实验组和对照组中各抽取2～5瓶作为平行测试样，测定其溶解氧、pH和TOC；并将留样经膜过滤后，采用高效液相色谱（HPLC）检测瓶中受试物及其代谢产物的浓度，根据浓度的变化计算出物质的降解率。所有测试的取值为平行样的加和平均值。通过比较比较受试物和参比物的的降解率，同时结合BOD瓶中溶解氧、pH和TOC的变化来综合评价受试物的生物降解性。
同已有的有机化学品生物降解测试方法相比，本发明具有如下优点：
（1）采用HPLC检测降解过程中待测物及产物浓度变化，计算出降解率，简单直接，误差小，结果准确；
（2）降解过程中各参数的变化也可以通过相应的仪器（溶解氧电极、pH计、TOC测定仪等）检测，操作简单；
（3）不但可以测定待测物的降解率，还能测定产物的含量，更准确测定化学品的降解；
（4）可以在线检测待测物和降解产物的浓度随时间的变化。
具体实施实例
下面给出本发明的5个实施例，通过实例对本发明进行具体描述（接种液均来自于制革厂二级出水）。本发明的实例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明进行任何限制。
实例1
按照1:1000（体积比）的比例将无机盐培养基加入蒸馏水中，曝气20min，静置，测定其溶解氧和pH，在BOD瓶中加入300uL接种液，加入待测物壬基酚（NP），使其浓度为1mg/L，采用虹吸法将培养基移入BOD瓶中，形成液封，测试周期为28天，每7天取一次样，测定其溶解氧、pH和TOC，样品经膜过滤后HPLC检测待测物及产物浓度变化，计算出降解率。通过溶解氧、pH和TOC的变化评价壬基酚（NP）的生物降解性。
实例2
按照1:1000（体积比）的比例将无机盐培养基加入蒸馏水中，曝气20min，静置，测定其溶解氧和pH，在BOD瓶中加入500uL接种液，加入待测物壬基酚（NP），使其浓度为5mg/L，采用虹吸法将培养基移入BOD瓶中，形成液封，测试周期为40天，每10天取一次样，测定其溶解氧、pH和TOC，样品经膜过滤后HPLC检测待测物及产物浓度变化，计算出降解率。通过溶解氧、pH和TOC的变化评价壬基酚（NP）的生物降解性。
实例3
按照1:1000（体积比）的比例将无机盐培养基加入蒸馏水中，曝气20min，静置，测定其溶解氧和pH，在BOD瓶中加入1000uL接种液，加入待测物壬基酚（NP），使其浓度为10mg/L，采用虹吸法将培养基移入BOD瓶中，形成液封，测试周期为50天，每8天取一次样，测定其溶解氧、pH和TOC，样品经膜过滤后HPLC检测待测物及产物浓度变化，计算出降解率。通过溶解氧、pH和TOC的变化评价壬基酚（NP）的生物降解性。
实例4
按照1:1000（体积比）的比例将无机盐培养基加入蒸馏水中，曝气20min，静置，测定其溶解氧和pH，在BOD瓶中加入300uL接种液，加入待测物N-甲基吡咯烷酮（NMP），使其浓度为5mg/L，采用虹吸法将培养基移入BOD瓶中，形成液封，测试周期为14天，每3天取一次样，测定其溶解氧、pH和TOC，样品经膜过滤后HPLC检测待测物及产物浓度变化，计算出降解率。通过溶解氧、pH和TOC的变化评价N-甲基吡咯烷酮（NMP）的生物降解性。
实例5
按照1:1000（体积比）的比例将无机盐培养基加入蒸馏水中，曝气20min，静置，测定其溶解氧和pH，在BOD瓶中加入500uL接种液，加入待测物N-甲基吡咯烷酮（NMP），使其浓度为10mg/L，采用虹吸法将培养基移入BOD瓶中，形成液封，测试周期为20天，每4天取一次样，测定其溶解氧、pH和TOC，样品经膜过滤后HPLC检测待测物及产物浓度变化，计算出降解率。通过溶解氧、pH和TOC的变化评价N-甲基吡咯烷酮（NMP）的生物降解性。
Claims (4)
1.一种基于活性污泥快速检测及评价有机化学品的生物降解性的方法，其特征在于步骤如下：
（1）分别配制浓度均为1g/L的磷酸缓冲液、CaCl2、MgSO4和FeCl3溶液，取各无机盐溶液1份加入到蒸馏水中混合，使各无机盐的浓度为1ppm，得到无机盐培养基，调节pH为6.5～7.5，曝气10~30min，静置24~72h；
（2）采集二级出水，过滤，滤液作为提供微生物的接种液；
（3）按要求准备洗净烘干的BOD瓶，每个实验组2～5个平行样，对照组2～4个平行样，分别编号；
（4）先向BOD瓶中按照接种液与反应体系的体积比1：（300～1000）加入接种液，然后向实验组BOD瓶中加入1g/L的受试物1.5～3mL，向对照组BOD瓶中加入1g/L的参比物1.5～3mL，使得BOD瓶中受试物的最终浓度和对照组中参比物的最终浓度均为1mg/L～10mg/L；
（5）向各BOD瓶中加满配制好的无机盐培养基，并形成液封，于20～40℃温度下，避光培养14～50d；
（6）在培养周期内，以固定的时间间隔3～7天，从实验组和对照组中各抽取2～5瓶作为平行测试样，测定其溶解氧、pH和TOC，并采用高效液相色谱（HPLC）检测瓶中受试物及其代谢产物的浓度，根据浓度的变化计算出物质的降解率；所有测试的取值为平行样的加和平均值，通过比较受试物和参比物的降解率，同时结合BOD瓶中溶解氧、pH和TOC的变化来综合评价受试物的生物降解性。
2.根据权利要求1所述的一种基于活性污泥快速检测及评价有机化学品的生物降解性的方法，其特征在于，二级出水来自制革厂二级出水。
3.根据权利要求1所述的一种基于活性污泥快速检测及评价有机化学品的生物降解性的方法，其特征在于，参比物为苯胺、苯甲酸钠、醋酸钠、苯甲酸钾、醋酸钾中的任意一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种基于活性污泥快速检测及评价有机化学品的生物降解性的方法，其特征在于，HPLC采用的检测器可以为荧光检测器和紫外检测器，色谱柱为正相色谱柱或反相色谱柱，流动相为乙腈、正己烷、异丙醇、水中的任意一种或几种的混合物。
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