CN107655842B - 一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，属于市政污水处理技术领域。其测定方法包括如下步骤：1)预处理待测污水样品和空白样品；2)根据污水样品中DOC的浓度，选择相应的接种液污泥浓度；3)制备培养接种液；4)进行静态培养；5)计算待测污水样品中BDON。本发明提供的测定方法无需预实验、操作简便、成本低，可广泛应用于市政污水BDON的测定。
Description
技术领域
本发明属于市政污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法。
背景技术
污水溶解性总氮包括无机氮，即氨氮、硝态氮和亚硝态氮，和溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)。污水处理厂污水中大部分无机氮通过硝化-反硝化作用被去除，相比之下，DON在此过程中很难被去除，导致出水总氮中含有较高比例的DON。污水中DON可作为致癌的含氮消毒副产物的前体，因此，污水处理厂DON的排放会影响受纳水体的水质安全性。可生物降解溶解性有机氮(biodegradable dissolved organicnitrogen,BDON)指污水中能被异养菌代谢和利用的DON，可用来预测和衡量污水生物处理单元对DON的去除效率。
尽管人们已经意识到BDON这一指标的重要性，但目前尚无直接测定BDON的方法，国内外学者主要通过静态培养法计算培养前后DON的差值来实现BDON的测定，这种方法简单易行，同时可用于多批量测定。待测污水有机物的浓度和对应接种量是影响BDON准确测定的关键因素。接种菌量过小，DON降解速率较慢，而接种菌量过大，可能不利于处于悬浮状态的细菌发挥降解作用。Khan等人(Water Environ.Res.,2009,81(8),779-787,doi:10.2175/106143008X370430)用静态培养法测定了污水厂出水BDON，以待测污水中细菌作为接种菌，通过实验确定加入的接种液污泥浓度(MLSS)为240mg/L时能够准确反映污水厂出水B DON。而对于未处理或处理过程中的污水，由于其有机物含量的不确定性，实验人员往往需要多次静态培养预实验来确定最终接种液浓度，操作步骤耗时、繁琐，且测试污水样需求量大。因此，该测定方法在污水厂的实际应用中受到限制。
发明内容
1、要解决的问题
本发明的目的是要解决现有静态培养法来测定污水中可生物降解有机氮方法存在耗时、繁琐，且测试污水样需求量大的问题，而本发明提供一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，能够实现无需预实验、操作简便、成本低的技术效果，可广泛应用于市政污水BDON的测定。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其步骤为：
(1)预处理污水样品和空白样品：用滤膜过滤污水样品和空白样品，分别测定过滤后污水样品中DOC的浓度、污水样品中DON的浓度和空白样品中DON的浓度，并分别记为DOC、DONi和DONbi；其中DOC为溶解性有机碳的简称；
(2)根据步骤(1)测定的过滤后污水样品中DOC的浓度，选择相应的接种液污泥浓度；
(3)根据步骤(2)确定的接种液污泥浓度来制备培养接种液；
(4)在经步骤(1)处理的污水样品和空白样品中加入经步骤(3)制备的培养接种液进行静态培养，培养结束后分别测定污水样品中DON的浓度和空白样品中DON的浓度，并分别记为DONt和DONbt；
(5)计算污水样品中BDON。
优选地，步骤(1)中所述的滤膜为醋酸纤维滤膜，其孔径为0.22μm。
优选地，步骤(2)中所述的选择相应的接种液污泥浓度，当污水样品中DOC的浓度≤30mg/L时，选择接种液污泥浓度为240mg/L，当30mg/L<污水样品中DOC的浓度≤70mg/L时，选择接种液污泥浓度为350mg/L，当污水样品中DOC的浓度>70mg/L时，选择接种液污泥浓度为420mg/L。
优选地，步骤(3)中所述的培养接种液的制备方法如下：接种液污泥取自污水样品所在污水厂好氧段，并使用孔径为1.76μm的玻璃纤维膜过滤好氧段污水，将滤膜上总悬浮固体溶于去离子水中，得到中间培养接种液，测定中间培养接种液MLSS浓度；稀释中间培养接种液，制得培养接种液。
优选地，稀释中间培养接种液的溶剂为去离子水，稀释倍数的计算公式为：n＝MLSS中间/MLSS确定，其中，n为倍数，MLSS中间为上述方案中测定的中间培养接种液污泥浓度，MLSS确定为步骤(2)中确定的所述的接种液污泥浓度。
优选地，步骤(4)中所述的加入培养接种液的体积与污水样品或空白样品体积的比值为1:100。
优选地，步骤(4)中所述的静态培养为在培养温度为20℃～25℃下避光振荡培养20天。
优选地，步骤(5)中所述的BDON计算公式为：BDON＝(DONi－DONt)－(DONbi－DONbt)。
优选地，步骤(1)和(4)中，所述的污水样品中DON的浓度与所述的空白样品中DON的浓度通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算而得；所述的总溶解性氮的浓度采用过硫酸钾氧化-离子色谱法或过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定；所述的氨氮的浓度采用水杨酸-次氯酸盐光度法测定；所述的硝态氮的浓度采用离子色谱法或紫外分光光度法测定；所述的亚硝态氮的浓度采用离子色谱法或N-(1-萘基)-乙二胺光度法测定。
优选地，步骤(1)中所述的污水样品中DOC的浓度采用干法总有机碳分析仪测定。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种快速、简便的接种液污泥浓度(MLSS)确定方法；现有方法需要进行多次静态培养预实验来确定最终的培养接种液MLSS，过程耗时、繁琐，且测试污水样需求量大；本发明利用测定的污水样品中DOC的浓度，选择相应的培养接种液MLSS，大大简化了操作步骤；污水样品中DOC的浓度采用干法总有机碳分析仪测定，测定速度快且测试污水样需求量小；
(2)本发明接种液污泥取自污水样品所在污水厂好氧段，实现以混合菌作为接种菌更符合工程实际，避免了某些特定测试菌种难以在该水体中生长或生长速率缓慢的问题，能够更准确地反映污水样品中BDON的含量；
(3)本发明污水样品中DOC的浓度选用干法总有机碳分析仪进行测定，可进一步提高污水样品的测定准确率；
(4)本发明操作简单、无需静态培养预实验、分析成本低，可广泛应用于市政污水BDON测定。
附图说明
图1为本发明中实施例1-4中分别测定的污水样品1-4的BDON浓度；
图2为经过预实验确定接种液污泥浓度的静态培养法测定的污水样品1-4的BDON浓度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
实施例1
(1)取350mL南京某市政污水处理厂出水(记为污水样品1)和去离子水(空白样品)，用孔径为0.22μm的醋酸纤维滤膜分别过滤污水样品1和空白样品；采用干法总有机碳分析仪测定过滤后污水样品1中DOC的浓度，其为22mg/L；然后分别采用过硫酸钾氧化-离子色谱法、水杨酸-次氯酸盐光度法、离子色谱法和离子色谱法测定污水样品1中和空白样品中的总溶解性氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度，通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算污水样品1中的DON浓度和空白样品中的DON浓度，并分别记为DONi和DONbi；
(2)根据步骤(1)测定的过滤后污水样品中DOC的浓度(22mg/L)，选择相应的接种液污泥浓度为240mg/L；
(3)取污水样品1所在污水厂好氧段污水200mL，使用孔径为1.76μm的玻璃纤维膜过滤好氧段污水，将滤膜上总悬浮固体溶于去离子水中，得到中间培养接种液；根据步骤(2)选定的接种液污泥浓度，用去离子水稀释中间培养接种液，制备接种液污泥浓度为240mg/L的培养接种液；
(4)分别取过滤后的污水样品1和空白样品200mL，加入步骤(3)中制备的接种液污泥浓度为240mg/L的培养接种液2mL，在培养温度为20℃～25℃下避光振荡培养20天；培养结束后，分别采用过硫酸钾氧化-离子色谱法、水杨酸-次氯酸盐光度法、离子色谱法和离子色谱法测定污水样品1中和空白样品中的总溶解性氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度，通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算培养结束后的污水样品1中得DON的浓度和空白样品中的DON浓度，并分别记为DONt和DONbt；
(5)由BDON计算公式：BDON＝(DONi－DONt)－(DONbi－DONbt)，得到污水样品1的BDON为0.55mg/L。
为了提高测定的准确性和可靠性，本实施例重复测定了三次取平均值，结果如图1所示。
实施例2
(1)取260mL南京某市政污水处理厂进水(记为污水样品2)和去离子水(空白样品)，用孔径为0.22μm的醋酸纤维滤膜分别过滤污水样品2和空白样品；采用干法总有机碳分析仪测定过滤后污水样品2中的DOC浓度，其为75mg/L；然后分别采用过硫酸钾氧化-离子色谱法、水杨酸-次氯酸盐光度法、紫外分光光度法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法测定污水样品2中和空白样品中的总溶解性氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度，通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算污水样品2中的DON浓度和空白样品中的DON浓度，并分别记为DONi和DONbi；
(2)根据步骤(1)测定的DOC浓度(75mg/L)，选择相应的接种液污泥浓度为420mg/L；
(3)取污水样品2所在污水厂好氧段污水200mL，使用孔径为1.76μm的玻璃纤维膜过滤好氧段污水，将滤膜上总悬浮固体溶于去离子水中，得到中间培养接种液；根据步骤(2)选定的接种液污泥浓度，用去离子水稀释中间培养接种液，制备接种液污泥浓度为420mg/L的培养接种液；
(4)分别取过滤后的污水样品2和空白样品200mL，加入步骤(3)中制备的接种液污泥浓度为420mg/L的培养接种液2mL，在培养温度为20℃～25℃下避光振荡培养20天。培养结束后，分别采用过硫酸钾氧化-离子色谱法、水杨酸-次氯酸盐光度法、紫外分光光度法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法测定污水样品2中和空白样品中的总溶解性氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度；通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算培养结束后的污水样品2中的DON浓度和空白样品中的DON浓度，并分别记为DONt和DONbt；
(5)由BDON计算公式：BDON＝(DONi－DONt)－(DONbi－DONbt)，得到污水样品2的BDON为5.67mg/L。
为了提高测定的准确性和可靠性，本实施例重复测定了三次取平均值，结果如图1所示。
实施例3
(1)取300mL无锡某市政污水处理厂好氧段污水(记为污水样品3)和去离子水(空白样品)，用孔径为0.22μm的醋酸纤维滤膜分别过滤污水样品1和空白样品；采用干法总有机碳分析仪测定过滤后污水样品3中的DOC浓度，其为44mg/L；分别采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法、水杨酸-次氯酸盐光度法、紫外分光光度法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法测定污水样品3中和空白样品中的总溶解性氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度，通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算污水样品3中的DON浓度和空白样品中的DON浓度，并分别记为DONi和DONbi；
(2)根据步骤(1)测定的DOC浓度(44mg/L)，选择相应的接种液污泥浓度为350mg/L；
(3)取污水样品3所在污水厂好氧段污水200mL，使用孔径为1.76μm的玻璃纤维膜过滤好氧段污水，将滤膜上总悬浮固体溶于去离子水中，得到中间培养接种液；根据步骤(2)选定的接种液污泥浓度，用去离子水稀释中间培养接种液，制备接种液污泥浓度为350mg/L的培养接种液；
(4)分别取过滤后的污水样品3和空白样品200mL，加入步骤(3)中制备的接种液污泥浓度为350mg/L的培养接种液2mL，在培养温度为20℃～25℃下避光振荡培养20天；培养结束后，分别采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法、水杨酸-次氯酸盐光度法、紫外分光光度法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法测定污水样品3中和空白样品中的总溶解性氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度，通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算培养结束后的污水样品3中的DON浓度和空白样品中的DON浓度，并分别记为DONt和DONbt；
(5)由BDON计算公式：BDON＝(DONi－DONt)－(DONbi－DONbt)，得到污水样品3的BDON为1.33mg/L。
为了提高测定的准确性和可靠性，本实施例重复测定了三次取平均值，结果如图1所示。
实施例4
(1)取320mL无锡某市政污水处理厂出水(记为污水样品4)和去离子水(空白样品)，用孔径为0.22μm的醋酸纤维滤膜分别过滤污水样品4和空白样品；采用干法总有机碳分析仪测定过滤后污水样品4中的DOC浓度，其为36mg/L；然后分别采用过硫酸钾氧化-离子色谱法、水杨酸-次氯酸盐光度法、离子色谱法和离子色谱法测定污水样品4中和空白样品中的总溶解性氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度，通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算污水样品4中的DON浓度和空白样品中的DON浓度，并分别记为DONi和DONbi；
(2)根据步骤(1)测定的DOC浓度(36mg/L)，选择相应的接种液污泥浓度为350mg/L；
(3)取污水样品4所在污水厂好氧段污水200mL，使用孔径为1.76μm的玻璃纤维膜过滤好氧段污水，将滤膜上总悬浮固体溶于去离子水中，得到中间培养接种液；根据步骤(2)选定的接种液污泥浓度，用去离子水稀释中间培养接种液，制备接种液污泥浓度为350mg/L的培养接种液；
(4)分别取过滤后的污水样品4和空白样品200mL，加入步骤(3)中制备的接种液污泥浓度为350mg/L的培养接种液2mL，在培养温度为20℃～25℃下避光振荡培养20天。培养结束后，分别采用过硫酸钾氧化-离子色谱法、水杨酸-次氯酸盐光度法、离子色谱法和离子色谱法测定样品1和空白样品总溶解性氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度；通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算培养结束后的污水样品4中的DON浓度和空白样品中的DON浓度，并分别记为DONt和DONbt；
(5)由BDON计算公式：BDON＝(DONi－DONt)－(DONbi－DONbt)，得到污水样品4的BDON为0.69mg/L。
为了提高测定的准确性和可靠性，本实施例重复测定了三次取平均值，结果如图1所示。
对比例
如图2所示，经过预实验确定接种液污泥浓度的静态培养法测定的污水样品1-4的BDON浓度，分别为0.55±0.09mg/L，5.67±1.00mg/L，1.33±0.21mg/L和0.68±0.16mg/L；其中本对比例中污水样品1-4均不进行DOC浓度的测定，且需要进行多次反复的静态培养法试验来确定最终的培养接种液中接种液污泥浓度，其余方法分别按照实施例1-4相应的步骤进行测定。
综上所述，从表1可以看出，本发明实施例1-4分别测定的污水样品1-4的BDON浓度与经过预实验确定接种液污泥浓度的静态培养法测定的污水样品1-4的BDON浓度的T检验值均大于0.05，表明两组数据无明显差异性。本发明操作简单、无需预实验、分析成本低，因此，可广泛应用于市政污水BDON测定。
表1本发明测定的污水样品1-4的BDON浓度与经过预实验确定接种液污泥浓度的静态培养法测定的污水样品1-4的BDON浓度的T检验值
| 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | |
| T检验值 | 0.958 | 0.816 | 0.580 | 0.956 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其步骤为：
(1)预处理污水样品和空白样品：用滤膜过滤污水样品和空白样品，分别测定过滤后污水样品中DOC的浓度、污水样品中DON的浓度和空白样品中DON的浓度，并分别记为DOC、DONi和DONbi；
(2)根据步骤(1)测定的过滤后污水样品中DOC的浓度，选择相应的接种液污泥浓度：
当污水样品中DOC的浓度≤30mg/L时，选择接种液污泥浓度为240mg/L，当30mg/L<污水样品中DOC的浓度≤70mg/L时，选择接种液污泥浓度为350mg/L，当污水样品中DOC的浓度>70mg/L时，选择接种液污泥浓度为420mg/L；
(3)根据步骤(2)确定的接种液污泥浓度来制备培养接种液；
(4)在经步骤(1)处理的污水样品和空白样品中加入经步骤(3)制备的培养接种液进行静态培养，培养结束后分别测定污水样品中DON的浓度和空白样品中DON的浓度，并分别记为DONt和DONbt；
(5)计算污水样品中BDON。
2.根据权利要求1中所述的一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其特征在于：步骤(1)中所述的滤膜为醋酸纤维滤膜，其孔径为0.22μm。
3.根据权利要求1中所述的一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其特征在于：步骤(3)中所述的培养接种液的制备方法如下：接种液污泥取自污水样品所在污水厂好氧段，并使用孔径为1.76μm的玻璃纤维膜过滤好氧段污水，将滤膜上总悬浮固体溶于去离子水中，得到中间培养接种液，测定中间培养接种液污泥浓度；稀释中间培养接种液，制得培养接种液。
4.根据权利要求3中所述的一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其特征在于：稀释中间培养接种液的溶剂为去离子水，稀释倍数的计算公式为：n＝MLSS中间/MLSS确定，其中，n为倍数，MLSS中间为所述的中间培养接种液污泥浓度，MLSS确定为步骤(2)中确定的所述的接种液污泥浓度。
5.根据权利要求1-4任意一项中所述的一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其特征在于：步骤(4)中所述的加入培养接种液的体积与污水样品或空白样品体积的比值为1:100。
6.根据权利要求1-4任意一项中所述的一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其特征在于：步骤(4)中所述的静态培养为在培养温度为20℃～25℃下避光振荡培养20天。
7.根据权利要求1-4任意一项中所述的一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其特征在于：步骤(5)中所述的BDON计算公式为：BDON＝(DONi－DONt)－(DONbi－DONbt)。
8.根据权利要求1-4任意一项中所述的一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其特征在于：步骤(1)和(4)中，所述的污水样品中DON的浓度与所述的空白样品中DON的浓度通过总溶解性氮和氨氮、硝态氮和亚硝态氮的差值计算而得；所述的总溶解性氮的浓度采用过硫酸钾氧化-离子色谱法或过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定；所述的氨氮的浓度采用水杨酸-次氯酸盐光度法测定；所述的硝态氮的浓度采用离子色谱法或紫外分光光度法测定；所述的亚硝态氮的浓度采用离子色谱法或N-(1-萘基)-乙二胺光度法测定。
9.根据权利要求1-4任意一项中所述的一种基于静态培养的污水生物可降解溶解性有机氮测定方法，其特征在于：步骤(1)中所述的污水样品中DOC的浓度采用干法总有机碳分析仪测定。
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