CN110467273B - 一种垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法及其应用 - Google Patents

一种垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法及其应用。该方法包括如下步骤：(1)将对数生长期的假单胞菌分别接种至含有浓度梯度的垃圾渗滤液浓缩液的培养基中作为试验组，同时以接种假单胞菌的培养基为空白对照组，培养至试验组中TOC和TN均趋于稳定；(2)垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性评价和/或可生化性评价：测定试验组和空白对照组中假单胞菌的生长密度，以进行垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性评价；测定培养前后试验组和空白对照组的TOC浓度和TN浓度，并计算其Tt和Dt，以进行垃圾渗滤液浓缩液的可生化性评价。本发明方法有望成为垃圾渗滤液浓缩液可生化性提升技术研究的重要手段。

Description

一种垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法及 其应用
技术领域
本发明属于垃圾处理技术领域，特别涉及一种垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法及其应用。
背景技术
垃圾渗滤液膜浓液成分复杂、含盐量高、污染物浓度高、可生化性差，对环境有严重的危害性。目前针对垃圾渗滤液膜浓液的处理，已报道的主要方法有：回灌法、蒸发法、高级氧化法等。回灌法随着回灌次数的增加会不断富集污染物，尤其是无机盐和难降解有机物，而蒸发法和高级氧化法，要达到浓液的无害化处理成本高昂，无法适应膜浓液产量越来越高的趋势。近年来，高级氧化预处理结合生化方法处理垃圾渗滤液膜浓液的研究已有报道，但由于没有探明影响膜浓液可生化性的关键性组分和如何匹配优化和降低高级氧化技术成本，导致在实际应用中，生化方法在处理过程中发挥的作用非常有限，高级氧化复合生化组合工艺在大规模工程应用方面仍存在技术难题。因此对于垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液可生化性评价方法建立十分必要。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法。
本发明的另一目的在于提供所述垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，包括如下步骤：
(1)设计实验
将对数生长期的假单胞菌分别接种至含有浓度梯度的垃圾渗滤液浓缩液的培养基中作为试验组，同时以接种假单胞菌的培养基为空白对照组，然后分别在22±2℃下进行培养，培养至试验组中TOC(总有机碳)和TN(总氮)均趋于稳定为止；
(2)垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性评价和/或可生化性评价
S1：微生物毒性评价
测定步骤(1)中培养后的试验组和空白对照组中假单胞菌的生长密度Dt、Dbl(t)，并以此进行渗滤液浓缩液微生物毒性评价：若1×104cells/ml＜Dbl(t)-Dt≤11×107cells/ml(若生长密度超过11×107cells/ml，说明微生物在该环境下生长良好，说明渗滤液浓缩液没有什么毒性)，说明垃圾渗滤液浓缩液为低等毒性；若1×102cells/ml＜Dbl(t)-Dt≤1×104cells/ml，说明垃圾渗滤液浓缩液为中等毒性；若Dbl(t)-Dt≤1×102cells/ml，说明垃圾渗滤液浓缩液为高等毒性；
S2：可生化性评价
①先测定步骤(1)中培养前的试验组和空白对照组初始TOC浓度C0和Cbl(0)，以及TN浓度H0和Hbl(0)，然后测定步骤(1)中培养后的试验组和空白对照组的TOC浓度Ct和Cbl(t)，以及TN浓度Ht和Hbl(t)，并计算TOC降解率Tt和TN降解率Dt：
Figure GDA0003124073530000021
Figure GDA0003124073530000022
②根据TOC降解率Tt和TN降解率Dt进行垃圾渗滤液浓缩液的可生化性评价：
若Tt≥75％，且Dt≥75％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性强；
若60％≤Tt＜75％，且60％≤Dt＜75％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性较强；
若50％≤Tt＜60％，且50％≤Dt＜60％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性较弱；
若Tt＜50％，且Dt＜50％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性弱；
若Tt和Dt在不同的范围内，以降解率较低的为准(例如：Tt＞75％，但60％≤Dt＜75％，则忽略Tt，直接根据降解率低的Dt进行判断，将其认为该垃圾渗滤液浓缩液可生化性较强)。
步骤(1)中所述的假单胞菌为OD600为0.6～0.8的假单胞菌悬浮液；优选为OD600为0.6的假单胞菌悬浮液。
步骤(1)中所述的假单胞菌优选为假单胞菌(Pseudomonas Sp.)ATCC27853。
步骤(1)中所述的假单胞菌的接种量为不超过30mg/L(优选为占培养基体积的0.01％)。
步骤(1)中所述的垃圾渗滤液浓缩液包括DTRO膜浓缩液(碟管式反渗透膜)、RO膜浓缩液(反渗透膜浓缩液)、纳滤膜浓缩液(垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液)。
步骤(1)中所述的培养基优选为LB培养基。
步骤(1)中所述的含有浓度梯度的垃圾渗滤液浓缩液的培养基优选为通过如下方法配置得到：将牛肉膏3g、蛋白胨10g和NaCl 5g分别溶解到1000ml不同稀释倍数的垃圾渗滤液浓缩液中，调pH至7～7.5，121℃灭菌20min，得到所述的培养基；其中，垃圾渗滤液浓缩液稀释的倍数可以根据实际需要进行调整；优选为50～150倍；更优选为分别稀释50倍、100倍和150倍。
步骤(1)中所述的培养为曝气培养，其培养的时间为14以上。
步骤(1)中所述的试验组中TOC和TN均趋于稳定优选为通过如下方法确定：将试验组和空白对照组分别在22±2℃下进行培养，培养至10～13天，分别取试验组样品并测定其TOC浓度和TN浓度，然后继续培养至14天，再分别取试验组样品并测定其TOC浓度和TN浓度，若两次测定的TOC浓度以及TN浓度差值均在15％以内(优选为10％以内)，则可以结束培养，进行后续实验；反之，则继续培养，直至TOC浓度和TN浓度相较于上一个时间段的差值均在15％以内(优选为10％以内)；其中，取样的两个时间段间隔不超过四天(即小于等于四天)。
步骤S1中所述的生长密度优选为采用活菌计数法进行测定。
步骤①中所述的TOC浓度可采用常规方法或仪器设备进行测定，优选为采用岛津TOC-LCPH分析仪进行测定，可进行多次测定，再取平均值。
步骤①中所述的TN浓度可采用常规方法或仪器设备进行测定，优选为采用长春吉大·小天鹅GDYS-104TN进行测定，可进行多次测定，再取平均值。
所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法在垃圾处理领域中的应用。
原理：在渗滤液浓缩液中加入简单培养基作为营养源，以受试物作为有机碳源，在温度22±2℃下曝气培养。14d培养期，以固定时间间隔测定TOC以及TN，用于评价渗滤液浓缩液可生化率。通过分析开始以及结束时TOC以及TN变化确定其可生化性。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
膜浓液中长链烃和卤代烃的含量要高于原垃圾渗滤液，大量的芳香族化合物、邻苯二甲酸酯类等也在膜浓液中被检出，且其盐浓度较高。本发明利用假单胞菌(Pseudomonas Sp.)评价垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液生物毒性，以及利用假单胞菌降低渗滤液纳滤膜浓缩液TOC以及TN用于评价垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液可生化性，有望成为垃圾渗滤液浓缩液可生化性提升技术研究的重要手段。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件或按照制造厂所建议的实验条件。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
本发明实施例中涉及的假单胞菌(Pseudomonas Sp.)ATCC27853(北纳生物，http://www.bnbio.com/pub/search.asp？Keyword＝27853)为假单胞菌属，该菌为直或稍弯的革兰氏阴性杆菌，属于化能有机营养菌，严格好氧，呼吸代谢，从不发酵，有极强分解有机物的能力，可以将多种有机物作为能量来源，因此本发明选择假单胞菌接种垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液，由于垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液为高盐溶液，微生物难易生存，试验前需将浓缩液稀释检测，接种浓度不超过30mg/L。
实施例1
以中国山东济南某一老龄(约15年)垃圾填埋场的DTRO膜浓缩液为处理对象，该填埋场采用了二级DTRO工艺(Rochem，德国)，最高运行压力可达5.8MPa。本实验研究的DTRO膜浓缩液采样于一级DTRO所产出的浓缩液，其中膜浓液中长链烃和卤代烃的含量要高于原垃圾渗滤液，大量的芳香族化合物、邻苯二甲酸酯类等也在膜浓液中被检出，且其盐浓度较高。
1、培养基设定
LB培养基：(牛肉膏3g、蛋白胨10g、NaCl 5g、H2O 1000ml，pH 7.0，121℃灭菌20min)，用于培养扩增假单胞菌。
试验用水：为避免较大空白采用超纯水以及用于试验的渗滤液浓缩液(DTRO膜浓缩液)，同一试验目的采用同一水样。
2、渗滤液浓缩液微生物毒性评价试验
(1)采用LB培养基培养假单胞菌(Pseudomonas Sp.)ATCC27853至对数生长期，1200rpm离心10min后弃去上清液后用无菌水洗涤、悬浮至OD600为0.6，制备假单胞菌悬浮液；
(2)组别设计：
a、含渗滤液浓缩液(DTRO膜浓缩液)以及培养基成分且接种假单胞菌的试验组(2个平行)，具体为：将上述假单胞菌悬浮液分别接种(均接种100ul菌液)至含有稀释50倍、100倍、150倍的DTRO膜浓缩液的培养基(该培养基为：牛肉膏3g、蛋白胨10g、NaCl 5g、不同稀释倍数的DTRO膜浓缩液1000ml，pH 7.0，121℃灭菌20min)；混合后用铝箔将封口密封，并保持试验水样与外界空气流通；
b、将上述100ul假单胞菌悬浮液接种至等体积的LB培养基中，作为空白对照组(不添加DTRO浓缩液)(2个平行)；
(3)培养时间的确定
上述各试验组和空白对照组在温度22±2℃下曝气培养14d，培养至试验组中TOC(总有机碳)和TN(总氮)均趋于稳定：14d培养期间内，间隔一定时间(2,6,10,14天；注意取样的两个时间段间隔不超过四天)取试验组水样，取样前适当加水补充蒸发水分，取样后用离心或过滤方式分离出假单胞菌后测定TOC(总有机碳；通过岛津TOC-LCPH分析仪测定)浓度以及TN(总氮；通过长春吉大·小天鹅GDYS-104TN测定)浓度。若第14天的测定TOC浓度和TN浓度与上一个时间段(第10天)的测定TOC浓度和TN浓度相差在15％以内(优选为10％以内)，则可以结束培养，进行后续实验；反之，则继续培养，直至TOC浓度和TN浓度相较于上一个时间段的差值在15％以内(优选为10％以内)，注意取样的两个时间段间隔不超过四天。
所得TOC浓度和TN浓度数据见表1(3次结果取平均值)。从表1可以看出，培养至14天时，试验组中的TOC和TN均趋于稳定，且TOC浓度和TN浓度相较于第10天的差值在15％以内，因此，本实验培养至14天即可，可进行后续实验。
表1培养14d内TOC浓度和TN浓度
Figure GDA0003124073530000051
(4)生物毒性评价：
利用活菌计数法测定细菌生长密度，与空白对照组培养基对比，判断其微生物毒性。所得实验结果见表2。
生物毒性评价量化结果：试验组与空白对照组的生长密度之差大于1×104且小于等于11×107cells/ml，说明垃圾渗滤液浓缩液为低等毒性；大于1×102且小于等于1×104cells/ml，说明垃圾渗滤液浓缩液为中等毒性；小于等于1×102cells/ml，说明垃圾渗滤液浓缩液为高等毒性；若生长密度之差超过11×107cells/ml，说明细菌在该环境下生长良好，说明渗滤液浓缩液没有什么毒性。
根据表2的实验结果可知，该DTRO膜浓缩液为中等毒性。
表2假单胞菌的生长密度
Figure GDA0003124073530000061
注：表中，除去背景值的生长密度＝空白对照组的平均值-试验组的平均值
(3)假单胞菌接种垃圾渗滤液后固定时间间隔测定其TOC以及TN变化评价其可生化性
①取上述各试验组水样测定初始TOC(总有机碳；通过岛津TOC-LCPH分析仪测定)以及TN(总氮；通过长春吉大·小天鹅GDYS-104TN测定)浓度，同时用未接种假单胞菌的DTRO浓缩液水样(DTRO浓缩液分别稀释50倍、100倍、150倍)检测其是否发生非生物降解。14d培养期间，间隔一定时间(2,6,10,14天)取水样，取样前适当加水补充蒸发水分，取样后用离心或过滤方式分离出假单胞菌后再进行测定。所得浓度数据处理结果见表3(3次结果取平均值)。从结果可以看出：垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液在接种假单胞菌后其TOC以及TN降低。
②数据处理
用TOC测定平均值计算每次取样时两个试验组水样的降解率(Tt)：
Figure GDA0003124073530000062
式中，Tt：t时刻的降解百分率；
Ct：t时刻试验组平均TOC浓度，单位mg/L；
C0：初始时刻试验组平均TOC浓度，单位mg/L；
Cbl(t)：t时刻空白对照组TOC浓度，单位mg/L；
Cbl(0):初始时刻空白对照组TOC浓度；
所有浓度数据为试验所得。
用TN测定平均值计算每次取样时两个试验组水样的降解率(Dt)：
Figure GDA0003124073530000071
式中，Dt：t时刻的降解百分率；
Ht：t时刻试验组平均TN浓度，单位mg/L；
H0：初始时刻试验组平均TN浓度，单位mg/L；
Hbl(t)：t时刻空白对照组TN浓度，单位mg/L；
Hbl(0):初始时刻空白对照组TN浓度；
所有浓度数据为试验所得。
③可生化性评价
可生化性量化结果：
若TOC降解率和TN降解率均大于等于75％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性强；
若TOC降解率和TN降解率均大于等于60％且小于75％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性较强；
若TOC降解率和TN降解率均大于等于50％且小于60％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性较弱；
若TOC降解率和TN降解率均小于50％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性弱；
若TOC降解率和TN降解率在不同的范围内，则只根据降解率较低的数据进行评价。
根据表2中的数据以及上述公式可知：14d的降解率均大于75％，说明该DTRO膜浓缩液可生化性强。
表3 TOC浓度、TN浓度及降解率
Figure GDA0003124073530000072
Figure GDA0003124073530000081
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)设计实验
将对数生长期的假单胞菌分别接种至含有浓度梯度的垃圾渗滤液浓缩液的培养基中作为试验组，同时以接种假单胞菌的培养基为空白对照组，然后分别在22±2℃下进行培养，培养至试验组中TOC和TN均趋于稳定为止；
(2)垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性评价和/或可生化性评价
S1：微生物毒性评价
测定步骤(1)中培养后的试验组和空白对照组中假单胞菌的生长密度Dt、Dbl(t)，并以此进行渗滤液浓缩液微生物毒性评价：若1×104cells/ml＜Dbl(t)-Dt≤11×107cells/ml，说明垃圾渗滤液浓缩液为低等毒性；若1×102cells/ml＜Dbl(t)-Dt≤1×104cells/ml，说明垃圾渗滤液浓缩液为中等毒性；若Dbl(t)-Dt≤1×102cells/ml，说明垃圾渗滤液浓缩液为高等毒性；
S2：可生化性评价
①先测定步骤(1)中培养前的试验组和空白对照组初始TOC浓度C0和Cbl(0)，以及TN浓度H0和Hbl(0)，然后测定步骤(1)中培养后的试验组和空白对照组的TOC浓度Ct和Cbl(t)，以及TN浓度Ht和Hbl(t)，并计算TOC降解率Tt和TN降解率Dt：
Figure FDA0003124073520000011
Figure FDA0003124073520000012
②根据TOC降解率Tt和TN降解率Dt进行垃圾渗滤液浓缩液的可生化性评价：
若Tt≥75％，且Dt≥75％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性强；
若60％≤Tt＜75％，且60％≤Dt＜75％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性较强；
若50％≤Tt＜60％，且50％≤Dt＜60％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性较弱；
若Tt＜50％，且Dt＜50％，说明垃圾渗滤液浓缩液可生化性弱；
若Tt和Dt在不同的范围内，以降解率较低的为准。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，其特征在于，步骤(1)中所述的试验组中TOC和TN均趋于稳定为通过如下方法确定：
将试验组和空白对照组分别在22±2℃下进行培养，培养至10～13天，分别取试验组样品并测定其TOC浓度和TN浓度，然后继续培养至14天，再分别取试验组样品并测定其TOC浓度和TN浓度，若两次测定的TOC浓度以及TN浓度差值均在15％以内，则可以结束培养，进行后续实验；反之，则继续培养，直至TOC浓度和TN浓度相较于上一个时间段的差值均在15％以内；其中，取样的两个时间段间隔不超过四天。
3.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的含有浓度梯度的垃圾渗滤液浓缩液的培养基通过如下方法配置得到：将牛肉膏3g、蛋白胨10g和NaCl 5g分别溶解到1000ml不同稀释倍数的垃圾渗滤液浓缩液中，调pH至7～7.5，121℃灭菌20min，得到所述的培养基；其中，垃圾渗滤液浓缩液稀释的倍数为50～150倍。
4.根据权利要求3所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，其特征在于：
所述的垃圾渗滤液浓缩液稀释的倍数分别为50倍、100倍和150倍。
5.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的假单胞菌为OD600为0.6～0.8的假单胞菌悬浮液；
步骤(1)中所述的假单胞菌的接种量为不超过30mg/L。
6.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的假单胞菌为假单胞菌(Pseudomonas Sp.)ATCC27853。
7.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的垃圾渗滤液浓缩液为DTRO膜浓缩液，RO膜浓缩液、纳滤膜浓缩液。
8.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的培养基为LB培养基。
9.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法，其特征在于：
步骤S1中所述的生长密度为采用活菌计数法进行测定。
10.权利要求1～9任一项所述的垃圾渗滤液浓缩液的微生物毒性及可生化性评价方法在垃圾处理领域中的应用。
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