CN109596796A - 一种河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法 - Google Patents
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Abstract
一种河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法，它涉及厌氧氨氧化活性的测定方法，它是要解决目前没有测定实际污染的自然河流、湖泊中厌氧氨氧化菌活性的方法的技术问题，本方法：测定溶解氧浓度、温度和pH值并在河道取水样、泥样；测定水样的化学需氧量、氨氮浓度、亚氮浓度、硝氮浓度和硫酸盐浓度，按水样的参数配置三种人工模拟河水，第一种含有有机物、氨氮、亚氮、硝氮和硫酸盐，第二种含有氨氮、亚氮和硫酸盐，第三种含有有机物、氨氮、亚氮和硝氮；用三种人工模拟河水分别在模拟实际河流的水质和环境条件进行反应，分别计算出总氮去除速率，进而计算厌氧氨氧化活性。本方法测定过程速度快，且准确，可用于水生态修复领域。
Description
技术领域
本发明涉及厌氧氨氧化活性的测定方法，属于水生态修复领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，人民的生活水平的不断提高，对水资源的需求日益增加，污水的排放量也增加，同时污水中的氮含量也不断上升，由此造成水资源极度的匮乏，水污染加剧已逐渐成为制约我国社会经济发展的重要因素。其中氨氮是我国水质监测的主要项目之一。水体中的氨氮不仅是主要污染物，而且也是引起水体富营养化的主要元凶。因此，人们开始关注不需要外加碳源的厌氧氨氧化工艺，该工艺首先是在好氧条件下，好氧氨氧化菌把一半的氨氮转化为亚氮，紧接着厌氧氨氧化菌把剩余的氨氮和生成的亚氮直接反应生成氮气，该工艺与传统的硝化反硝化工艺相比，具有反应路径短，节省60％以上的曝气，100％的碳源，脱氮效率高等优点，因此，厌氧氨氧化工艺对废水处理有着非常重要的意义。但是，对于城市河道中氮污染的治理研究较少。城市污染河道也具有一定的脱氮能力，对于其中的机理研究表明，河道底泥中存在多种氮转化途径，包括硝化反硝化，硫酸盐厌氧氨氧化和厌氧氨氧化，由于反应途径复杂且厌氧氨氧化并不是完全占优势，因此无法准确的直接测定，因此，如何准确的测定河道中的厌氧氨氧化活性就显得格外重要。这样也为城市污染河道的生态修复提供新的思路。
目前厌氧氨氧化工艺在污水处理厂是可以成功启动的，因为污水处理厂可以通过人工创造环境条件，使其适于厌氧氨氧化菌微生物的生长和繁殖。但是厌氧氨氧化工艺能否在污染的自然河流、湖泊中启用，很大程度取决于其中的厌氧氨氧化菌活性，目前尚没有测定实际污染的自然河流、湖泊中厌氧氨氧化菌活性的方法。
发明内容
本发明是要解决目前没有测定实际污染的自然河流、湖泊中厌氧氨氧化菌活性的方法的技术问题，而提供一种河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法。
本发明的河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法，法包括以下步骤：
一、在河道取样点现场测定溶解氧浓度、温度和pH值，其中溶解氧浓度记作C0，温度记为T0，pH值记为P0；用水样采样器采取河水水样，用泥土采样器采取三份河道同一深度的底泥泥样并混合均匀；
二、测定河水水样的化学需氧量(COD)、氨氮浓度、亚氮浓度、硝氮浓度和硫酸盐浓度，将化学需氧量(COD)记为M1，氨氮浓度记为M2，亚氮浓度记为M3，硝氮浓度记为M4，硫酸盐浓度记为M5；
三、配置三种人工模拟河水，其中
人工模拟河水I含有有机物、氨氮、亚氮、硝氮和硫酸盐，其COD为M1±15％M1，氨氮浓度为M2±5％M2，亚氮浓度为M3±5％M3、硝氮浓度为M4±5％M4，硫酸盐浓度为M5±5％M5，pH值为P0±0.5；
人工模拟河水II含有氨氮、亚氮和硫酸盐，其氨氮浓度为M2±5％M2，亚氮浓度为M3±5％M3，硫酸盐浓度为M5±5％M5，pH值为P0±0.5；
人工模拟河水Ⅲ含有有机物、氨氮、亚氮和硝氮，其COD为M1±15％M1，氨氮浓度为M2±5％M2，亚氮浓度为M3±5％M3、硝氮浓度为M4±5％M4，pH值为P0±0.5；
四、将河道底泥泥样取出四份，一份用来测定底泥中的污泥浓度(MLVSS)，记为M6；其余三份分别命名为泥样A、泥样B、泥样C；将泥样A、泥样B、泥样C先分别用磷酸盐缓冲溶液清洗干净，再离心分离，然后将泥样A用人工模拟河水I清洗，泥样B用人工模拟河水II清洗，泥样C用人工模拟河水Ⅲ清洗；
五、将清洗后的泥样分别加入反应器中，再按污泥浓度为M6，向在泥样A中加入人工模拟河水I，向泥样B加入人工模拟河水II，向泥样C加入人工模拟河水Ⅲ，然后将装有泥样A、B、C的反应器放入恒温振荡器中；再记录各泥样的起始总氮浓度TN始，泥样A、B和C的起始总氮浓度分别记为TN始A、TN始B和TN始C；
六、在恒温振荡器内各反应器内混合液的pH值为P0±0.5、溶解氧浓度为C0±0.1mg/L、温度为T0±1℃的条件下震动反应，反应结束后，测定各泥样的总氮浓度TN末，泥样A、B和C的总氮浓度分别记为TN末A、TN末B和TN末C；
七、计算总氮去除速率V，其中其中t为运行时间；泥样A、B和C的总氮去除速率分别记为VA、VB、VC；其中VA代表河道底泥中硝化反硝化、硫酸盐氨氧化、厌氧氨氧化(活性之和)过程总氮去除速率之和，VB为硫酸盐氨氧化活性和厌氧氨氧化活性之和，VC为硝化反硝化活性和厌氧氨氧化活性之和；
八、计算厌氧氨氧化活性VAnammox，其中VAnammox＝VC-(VA-VB)，单位为mg/d/g VSS。
更进一步地，步骤四中河道底泥泥样每份取5～10g；
更进一步地，步骤四中所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为7.0～7.5的缓冲溶液。
更进一步地，步骤六中恒温振荡器的震动转速为100～200r/min；
更进一步地，步骤六中恒温振荡器每天震动反应20～24h，共反应3～7天；
本发明采取实际受污染的河流底部的底泥，经过处理后，确定河道底泥的量，分配到三个反应器中进行，以人工配水模拟实际河水，按照料河道取样点现场的溶解氧浓度、温度和pH值模拟实际河流的水质和环境条件进行培养、反应，测定各反应器的活性，然后计算出河道底泥厌氧氨氧化活性。过程速度快，且准确，不仅对厌氧氨氧化工艺在河流中的进一步应用具有非常重要地意义，而且对可持续污水处理理念的发展也具有非常积极的推动作用。
附图说明
图1是实施例1的测试装置示意图，其中1为反应器，2为振荡器，3为pH测试仪，4为DO测定仪。
具体实施方式
用下面的实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例的河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法，按以下步骤进行：
一、在受污染的河道取样点现场测定溶解氧浓度、温度和pH值，其中溶解氧浓度记作C0，C0＝0.82mg/L，温度记为T0，T0＝25℃，pH值记为P0，P0＝8.00；用水样采样器采取河水水样，用泥土采样器采取三份河道同一深度的底泥泥样并混合均匀；水样及泥样分别装入相应的取样管，带回实验室处理；
二、测定河水水样中的化学需氧量(COD)、氨氮、亚氮、硝氮和硫酸盐的浓度，化学需氧量记为M1，M1＝80mg/L，氨氮浓度记为M2，M2＝40mg/L，亚氮浓度记为M3，M3＝1mg/L，硝氮浓度记为M4，M4＝3mg/L，硫酸盐浓度记为M5，M5＝50mg/L；
三、配置三种人工模拟河水，其中
人工模拟河水I含有有机物、氨氮、亚氮、硝氮和硫酸盐，其COD为M1，氨氮浓度为M2，亚氮浓度为M3、硝氮浓度为M4，硫酸盐浓度为M5，pH值为P0；
人工模拟河水II含有氨氮、亚氮和硫酸盐，其氨氮浓度为M2，亚氮浓度为M3，硫酸盐浓度为M5，pH值为P0；
人工模拟河水Ⅲ含有有机物、氨氮、亚氮和硝氮，其COD为M1，氨氮浓度为M2，亚氮浓度为M3、硝氮浓度为M4，pH值为P0；
四、取出河道底泥泥样四份，每份10g，一份用来测定底泥中的污泥浓度(MLVSS)，记为M6，M6＝10000mg/L；其余三份分别命名为泥样A、泥样B、泥样C；将泥样A、泥样B、泥样C先分别用配好的磷酸盐缓冲溶液清洗三次，再离心分离，然后将泥样A用人工模拟河水I清洗三次，泥样B用人工模拟河水II清洗三次，泥样C用人工模拟河水Ⅲ清洗三次；其中所述的磷酸盐缓冲溶液的配制方法为：称取8g氯化钠、0.2氯化钾、1.44磷酸氢二钠、0.24磷酸二氢钠，溶于500ml水中，调节pH到7.2，定容到1L，室温下保存；
五、将清洗后的泥样分别加入容积为100ml离心管中，再按污泥浓度为M6，向在泥样A中加入人工模拟河水I，向泥样B加入人工模拟河水II，向泥样C加入人工模拟河水Ⅲ，然后将装有泥样A、B、C的反应器放入恒温振荡器中；再记录各泥样的起始总氮浓度TN始，泥样A、B和C的起始总氮浓度分别记为TN始A、TN始B和TN始C；其中TN始A＝39.81mg/L、TN始B＝39.76mg/L、TN始C＝40.55mg/L；再在每个反应器中放入一个pH计3的探测头和DO测定仪4的探测头，用于监测pH值和溶解氧浓度；
六、每天在恒温振荡器2震动转速为150r/min、各反应器内混合液的pH值为P0±0.5、各反应器内混合液的溶解氧浓度为C0±0.1mg/L、各反应器内混合液的温度为T0±1℃的条件下震动反应20h，反应4天后，测定各泥样的总氮浓度TN末，泥样A、B和C的总氮浓度分别记为TN末A、TN末B和TN末C；TN末A＝1.44mg/L、TN末B＝10.64mg/L、TN末C＝8.51mg/L；
七、计算总氮去除速率V，其中其中t为运行时间，t＝4d；泥样A、B和C的总氮去除速率分别记为VA、VB、VC；其中VA代表河道底泥中硝化反硝化、硫酸盐氨氧化、厌氧氨氧化过程总氮去除速率之和，VB为硫酸盐氨氧化活性和厌氧氨氧化活性之和，VC为硝化反硝化活性和厌氧氨氧化活性之和；计算结果：VA＝0.959mg/d/g VSS、VB＝0.728mg/d/g VSS、VC＝0.801mg/d/g VSS；
八、计算厌氧氨氧化活性VAnammox，其中VAnammox＝VC-(VA-VB)；VAnammox＝0.570mg/d/gVSS。
本实施例采用的反应器为序批式反应器，为保证运行条件和实际河水相符，采用旋涡震荡器设置150转/min，使反应器中的水可以模拟现实河道中水的反应状况。实际河道底泥，经过一定处理，放入活性测定装置运行，定期取出水水样，测定进/出水污染物的浓度，计算出三个反应器的活性，最终得出厌氧氨氧化的活性。本方法是一种行之有效的测定河道底泥厌氧氨氧化活性的方法。
实施例2：本实施例的河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法，按以下步骤进行：
一、在受污染的河道取样点现场测定溶解氧浓度、温度和pH值，其中溶解氧浓度记作C0，C0＝1.77mg/L，温度记为T0，T0＝15.7℃，pH值记为P0，P0＝7.93；用水样采样器采取河水水样，用泥土采样器采取三份河道同一深度的底泥泥样并混合均匀；水样及泥样分别装入相应的取样管，带回实验室处理；
二、测定河水水样中的化学需氧量(COD)、氨氮、亚氮、硝氮和硫酸盐的浓度，化学需氧量记为M1，M1＝70mg/L，氨氮浓度记为M2，M2＝35mg/L，亚氮浓度记为M3，M3＝0.6mg/L，硝氮浓度记为M4，M4＝2.8mg/L，硫酸盐浓度记为M5，M5＝40mg/L；
三、配置三种人工模拟河水，其中
人工模拟河水I含有有机物、氨氮、亚氮、硝氮和硫酸盐，其COD为M1，氨氮浓度为M2，亚氮浓度为M3、硝氮浓度为M4，硫酸盐浓度为M5，pH值为P0；
人工模拟河水II含有氨氮、亚氮和硫酸盐，其氨氮浓度为M2，亚氮浓度为M3、硫酸盐浓度为M5，pH值为P0；
人工模拟河水Ⅲ含有有机物、氨氮、亚氮和硝氮，其COD为M1，氨氮浓度为M2，亚氮浓度为M3、硝氮浓度为M4，pH值为P0；
四、取出河道底泥泥样四份，每份10g，一份用来测定底泥中的污泥浓度(MLVSS)，记为M6，M6＝12000mg/L；其余三份分别命名为泥样A、泥样B、泥样C；将泥样A、泥样B、泥样C先分别用配好的磷酸盐缓冲溶液清洗三次，再离心分离，然后将泥样A用人工模拟河水I清洗三次，泥样B用人工模拟河水II清洗三次，泥样C用人工模拟河水Ⅲ清洗三次；其中所述的磷酸盐缓冲溶液的配制方法为：称取8g氯化钠、0.2氯化钾、1.44磷酸氢二钠、0.24磷酸二氢钠，溶于500ml水中，调节pH到7.2，定容到1L，室温下保存；
五、将清洗后的泥样分别加入容积为100ml离心管中，再按污泥浓度为M6，向在泥样A中加入人工模拟河水I，向泥样B加入人工模拟河水II，向泥样C加入人工模拟河水Ⅲ，然后将装有泥样A、B、C的反应器放入恒温振荡器中；再记录各泥样的起始总氮浓度TN始，泥样A、B和C的起始总氮浓度分别记为TN始A、TN始B和TN始C；其中TN始A＝34.71mg/L、TN始B＝35.02mg/L、TN始C＝35.21mg/L；再在每个反应器中放入一个pH计3的探测头和DO测定仪4的探测头，用于监测pH值和溶解氧浓度；
六、每天在恒温振荡器2震动转速为180r/min、各反应器内混合液的pH值为P0±0.5、各反应器内混合液的溶解氧浓度为C0±0.1mg/L、各反应器内混合液的温度为T0±1℃的条件下震动反应20h，反应7天后，测定各泥样的总氮浓度TN末，泥样A、B和C的总氮浓度分别记为TN末A、TN末B和TN末C；TN末A＝0.51mg/L、TN末B＝7.85mg/L、TN末C＝2.74mg/L；
七、计算总氮去除速率V，其中其中t为运行时间，t＝7d；泥样A、B和C的总氮去除速率分别记为VA、VB、VC；其中VA代表河道底泥中硝化反硝化、硫酸盐氨氧化、厌氧氨氧化过程总氮去除速率之和，VB为硫酸盐氨氧化活性和厌氧氨氧化活性之和，VC为硝化反硝化活性和厌氧氨氧化活性之和；计算结果：VA＝0.407mg/d/g VSS、VB＝0.323mg/d/g VSS、VC＝0.387mg/d/g VSS；
八、计算厌氧氨氧化活性VAnammox，其中VAnammox＝VC-(VA-VB)；VAnammox＝0.302mg/d/gVSS。
本实施例采用的反应器为序批式反应器，为保证运行条件和实际河水相符，采用旋涡震荡器设置180转/min，使反应器中的水可以模拟现实河道中水的反应状况。实际河道底泥，经过一定处理，放入活性测定装置运行，定期取出水水样，测定进/出水污染物的浓度，计算出三个反应器的活性，最终得出厌氧氨氧化的活性。本方法是一种行之有效的测定河道底泥厌氧氨氧化活性的方法。
Claims (5)
1.一种河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
一、在河道取样点现场测定溶解氧浓度、温度和pH值，其中溶解氧浓度记作C0，温度记为T0，pH值记为P0；用水样采样器采取河水水样，用泥土采样器采取三份河道同一深度的底泥泥样并混合均匀；
二、测定河水水样的化学需氧量、氨氮浓度、亚氮浓度、硝氮浓度和硫酸盐浓度，将化学需氧量记为M1，氨氮浓度记为M2，亚氮浓度记为M3，硝氮浓度记为M4，硫酸盐浓度记为M3；
三、配置三种人工模拟河水，其中人工模拟河水I含有有机物、氨氮、亚氮、硝氮和硫酸盐，其COD为M1±15％M1，氨氮浓度为M2±5％M2，亚氮浓度为M3±5％M3、硝氮浓度为M4±5％M4，硫酸盐浓度为M5±5％M5，pH值为P0±0.5；人工模拟河水II含有氨氮、亚氮和硫酸盐，其氨氮浓度为M2±5％M2，亚氮浓度为M3±5％M3，硫酸盐浓度为M5±5％M5，pH值为P0±0.5；人工模拟河水Ⅲ含有有机物、氨氮、亚氮和硝氮，其COD为M1±15％M1，氨氮浓度为M2±5％M2，亚氮浓度为M3±5％M3、硝氮浓度为M4±5％M4，pH值为P0±0.5；
四、将河道底泥泥样取出等量的四份，一份用来测定底泥中的污泥浓度，记为M6；其余三份分别命名为泥样A、泥样B、泥样C；将泥样A、泥样B、泥样C先分别用磷酸盐缓冲溶液清洗干净，再离心分离，然后将泥样A用人工模拟河水I清洗，泥样B用人工模拟河水II清洗，泥样C用人工模拟河水Ⅲ清洗；
五、将清洗后的泥样分别加入反应器中，再按污泥浓度为M6，向泥样A中加入人工模拟河水I，向泥样B加入人工模拟河水II，向泥样C加入人工模拟河水Ⅲ，然后将装有泥样A、B、C的反应器放入恒温振荡器中；再记录各泥样的起始总氮浓度TN始，泥样A、B和C的起始总氮浓度分别记为TN始A、TN始B和TN始C；
六、在恒温振荡器内各反应器内混合液的pH值为P0±0.5、溶解氧浓度为C0±0.1mg/L、温度为T0±1℃的条件下震动反应，反应结束后，测定各泥样的总氮浓度TN末，泥样A、B和C的总氮浓度分别记为TN末A、TN末B和TN末C；
七、计算总氮去除速率V，其中其中t为运行时间；泥样A、B和C的总氮去除速率分别记为VA、VB、VC；
八、计算厌氧氨氧化活性VAnammox，其中VAnammox＝VC-(VA-VB)，单位为mg/d/g VSS。
2.根据权利要求1所述的一种河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法，其特征在于步骤四中河道底泥泥样每份取5～10g。
3.根据权利要求1或2所述的一种河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法，其特征在于步骤四中所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为7.0～7.5。
4.根据权利要求1或2所述的一种河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法，其特征在于步骤六中恒温振荡器的震动转速为100～200r/min。
5.根据权利要求1或2所述的一种河道底泥厌氧氨氧化活性的测定方法，其特征在于步骤六中恒温振荡器每天震动反应20～24h，共反应3～7天。
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