CN110672485A - 一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法。该方法将采集的污泥样品，用PBS缓冲溶液离心三次，将离心后的污泥样品用NaN3灭活；之后用PBS缓冲溶液将NaN3洗干净；用尼罗蓝溶液悬浮；分别取悬浮0min和悬浮一段时间后污泥样品一定体积离心，将离心后样品的上清液过膜；将过膜后的溶液采用国标法测定TN含量；最后，活性污泥表面疏水性等于两次上清液TN的浓度的相对变化量。该方法能够精准测定活性污泥表面疏水性，是一种改进的活性污泥表面疏水性测定方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，属于废水生物处理领域。
背景技术
细胞表面疏水性是影响细胞表面相互作用的重要物理化学参数之一。在污水处理过程中，细胞的疏水性对活性污泥的絮凝、沉淀和脱水过程有重要影响。因此，活性污泥中细胞疏水性的变化可能会导致污水处理厂严重的运行问题。例如，污泥发泡过程主要是由于表面极度疏水的丝状菌过度生长所致。此外，对于附着生长的生物处理过程，如滴滤，细胞疏水性也会在很大程度上影响生物膜的形成。因此，为了优化污水处理厂污水生物处理工艺，精确测定活性污泥的疏水性是十分必要的。
目前表征疏水性的方法主要有接触角测定、烷烃分配法及菲吸附法三种方法。其中，接触角测定只能测定污泥表面某一范围内的接触角，有一定局限性；烷烃分配法测定时要将污泥破碎，不能测定污泥表面的疏水性；菲吸附法的具体操作仍不明确。因此，我们研发了一种通过污泥对染料的吸附来精确测定活性污泥表面疏水性的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，通过紫外分光光度计，污泥对染料的吸附，测定上清液中总氮含量的变化表征活性污泥表面的疏水性。
通过吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，主要包括以下步骤，(1)污泥样品采集和清洗；(2)污泥灭活：排除微生物降解作用，只考虑污泥表面对染料中氮的吸附；(3)污泥洗涤；(4)染料悬浮：该方法在污泥样品中加入尼罗蓝溶液，尼罗蓝的溶剂为PBS；悬浮0min时，取样品离心；悬浮30min时，再次取样品离心；(5)过膜：将离心后的样品上清液通过水膜，保证后续总氮测定的准确；(6)TN测定；(7)计算活性污泥表面的疏水性。
本发明具体采用的技术方案如下：
一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其包括以下步骤：
步骤1：定量移取污泥样品于离心管中，通过离心固液分离；再用PBS缓冲溶液对分离得到的污泥继续进行多次清洗和离心分离；
步骤2：定量移取PBS缓冲溶液，将离心分离后的污泥全部悬浮，再向悬浮液中加入NaN3，置于摇床中震荡一定时间对污泥进行灭活；
步骤3：定量移取灭活后的污泥样品，用PBS缓冲溶液重复进行洗涤和离心若干次，除去污泥中的NaN3，直至洗涤液与FeCl3溶液混合后不产生红色络合物；
步骤4：定量移取尼罗蓝溶液，对步骤3中洗涤并离心后的污泥进行悬浮；悬浮完毕0min时，立即取部分悬浮污泥进行离心，保留上清液备用；剩余悬浮污泥在摇床中振荡并继续悬浮30min后，再取部分悬浮污泥进行离心，保留上清液备用；
步骤5：将悬浮0min和30min离心后的上清液，分别通过0.45微米滤膜过滤；
步骤6：分别测定经过步骤5过滤后得到的两种上清液的总氮浓度；
步骤7：计算悬浮0min和30min后的上清液总氮浓度相对变化率，用于表征活性污泥表面疏水性。
基于上述方案，各步骤中的参数以及材料可以采用如下优选方案：
作为优选，所述的步骤1中具体做法为：取30mL的污泥样品于离心管中，10000rpm离心5min，去除污泥样品中的杂质；之后再用PBS缓冲溶液重复清洗和离心三次。
作为优选，所述的步骤1中，每次清洗和离心过程中，PBS缓冲溶液的用量为10mL，离心转速10000rpm，离心时间5min。
作为优选，所述的步骤1中，污泥样品的污泥浓度为3000-6000mg/L。
作为优选，所述的步骤2中，定量移取PBS缓冲溶液的体积为100mL，向悬浮液中加入的NaN3体积为1mL。
作为优选，所述的步骤2中，在摇床中灭活时，反应条件为200rpm，25℃，30min。
作为优选，所述的步骤3中，取灭活后的污泥样品30mL，用PBS缓冲溶液重复进行洗涤和离心，在最后一次的洗涤液中加入1-2滴100g/L FeCl3，若未出现红色络合物，则表明污泥中的NaN3已洗涤干净。
作为优选，所述的步骤4中，悬浮所用的尼罗蓝溶液浓度为20mg/L，体积为60mL。
作为优选，所述的步骤5中过膜采用针头滤器和0.45微米滤膜。
作为优选，所述的步骤6中，总氮的测定方法为：用移液枪取过膜后的5mL上清液样品，加入25mL磨口比色管中；加蒸馏水至10mL；再加入5mL碱性过硫酸钾后用纱布包扎管口，进行消煮；消煮完毕后，再加入1mL1+9盐酸，用蒸馏水定容至25mL，分别在波长220nm、275nm测定其吸光度A220、A275，根据校正吸光度A＝A220-2A275，结合标准曲线计算得到对应的总氮浓度。
本发明的有益效果：
本发明在传统测定活性污泥表面疏水性的方法上，通过活性污泥对染料(尼罗蓝)的吸附作用，测定其吸附前后总氮浓度的相对变化量，精确地测定活性污泥表面的疏水性，以便后续有效研究。
附图说明
图1为通过吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的流程图。
图2为污泥样品加入1％NaN3 0min和30min红外光谱图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法总体包括以下基本步骤：(1)污泥样品采集和清洗；(2)污泥灭活；(3)污泥洗涤；(4)染料悬浮；(5)过膜；(6)TN测定；(7)计算活性污泥表面的疏水性。
本发明的疏水性测定原理如下：
活性污泥是一种多孔结构和胞外聚合物的絮体，既有疏水基团又有亲水基团，对亲水性染料尼罗蓝有较强的吸附能力。尼罗蓝溶于PBS缓冲溶液中，20mg/L尼罗蓝PBS缓冲溶液中含有氮含量为2.292mg/L。为了排除污泥对尼罗蓝中氮的生物降解作用，染料悬浮前用NaN3灭活，NaN3对污泥表面官能团没有影响。由于污泥表面疏水性与污泥对尼罗蓝的吸附能力成正相关，通过测定污泥吸附前后水溶液中氮含量的相对变化量来表示污泥表面疏水性。而总氮可以采用国标(HJ636—2012)碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定。
下面详细描述方法中各步骤的具体实现方式：
(1)步骤1，污泥样品采集和清洗
用量筒量取30mL的污泥样品(污泥浓度为6000mg/L)于50mL离心管中，10000rpm离心5min，将污泥样品中悬浮的杂质去除，弃去上清液。之后用移液枪量取10mL PBS缓冲溶液与前一次离心后的沉淀污泥混合，再次离心10000rpm5 min，该混合-离心的过程共重复3次，为保证污泥结构和功能完整提供良好的环境，用于下一步悬浮。
(2)步骤2，污泥灭活
将离心后的污泥样品用100mL PBS缓冲溶液全部悬浮至250mL锥形瓶中，再加入1mL NaN3后，在摇床中200rpm，25℃，30min，实现污泥的灭活。根据图2通过红外光谱测定发现加入NaN3后0min和30min，NaN3对污泥表面官能团几乎没有影响，所以采用NaN3灭活，可以在不损伤污泥表面结构的情况下排除微生物对染料中氮的降解作用，只考虑污泥表面对染料中氮的吸附。
(3)步骤3，污泥洗涤
取灭活后污泥30mL，用PBS缓冲溶液洗涤三次，将污泥中的NaN3洗掉，防止对后续试验的影响，每次洗涤后进行离心，固液分离。最后一次洗涤后分离出的洗涤液中，需加入1-2滴100g/L FeCl3，若洗涤液与FeCl3溶液混合后不产生红色络合物，则表明污泥中的NaN3已洗涤干净，否则需要重新重复进行洗涤和离心。
(4)步骤4，染料悬浮
用量筒量取浓度为20mg/L的尼罗蓝溶液60mL，将前一步离心后的污泥全部悬浮至150mL锥形瓶中。悬浮完毕0min时(也就是刚刚完成悬浮时)，立即取10mL悬浮污泥样品进行10000rpm离心5min，保留上清液备用。
剩余的悬浮污泥在摇床中振荡并继续悬浮30min后，取10mL悬浮污泥样品10000rpm离心5min，保留上清液备用。其中，配置的1L尼罗蓝溶液含有2.292mg总氮，国标中总氮的测定范围为0.050–4mg/L，所以通过测定污泥0min和10min污泥表面吸附尼罗蓝中总氮浓度相对变化量来表示污泥表面的疏水性。
(5)步骤5，过膜
将离心后的两种上清液(分别悬浮0min和30min)，用针头滤器取10mL通过0.45微米水系滤膜，去除上清液中悬浮污泥，保证测定总氮的准确性。
(6)步骤6，TN测定
对于两种过滤后的上清液，分别用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮，具体做法为：
用移液枪取过膜后的5mL上清液样品，加入25mL磨口比色管中；加蒸馏水至10mL；再加入5mL碱性过硫酸钾后用纱布包扎管口，进行消煮；消煮完毕后，再加入1mL1+9盐酸，用蒸馏水定容至25mL，分别在波长220nm、275nm测定其吸光度A220、A275，根据校正吸光度A＝A220-2A275，结合标准曲线计算得到对应的总氮浓度。
(7)步骤7，计算活性污泥表面的疏水性
计算悬浮0min和30min后的上清液总氮浓度相对变化率，用于表征活性污泥表面疏水性。活性污泥表面疏水性＝(悬浮0min的上清液中总氮浓度-悬浮30min的上清液中总氮浓度)/悬浮0min的上清液中总氮浓度。
本实施例设置了A、B、C三组平行试验，最终计算表面疏水性结果如下：活性污泥表面疏水＝总氮浓度的相对变化率
三组数据的方差为0.006668，表明该测定方法具有较好的准确性和重现性。需要注意的是，污泥表面疏水性是指相对疏水性，不同样品可以根据本方法分别计算出相应的疏水性值，通过比较确定污泥样品的疏水性相对大小。
Claims (10)
1.一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：定量移取污泥样品于离心管中，通过离心固液分离；再用PBS缓冲溶液对分离得到的污泥继续进行多次清洗和离心分离；
步骤2：定量移取PBS缓冲溶液，将离心分离后的污泥全部悬浮，再向悬浮液中加入NaN3，置于摇床中震荡一定时间对污泥进行灭活；
步骤3：定量移取灭活后的污泥样品，用PBS缓冲溶液重复进行洗涤和离心若干次，除去污泥中的NaN3，直至洗涤液与FeCl3溶液混合后不产生红色络合物；
步骤4：定量移取尼罗蓝溶液，对步骤3中洗涤并离心后的污泥进行悬浮；悬浮完毕0min时，立即取部分悬浮污泥进行离心，保留上清液备用；剩余悬浮污泥在摇床中振荡并继续悬浮30min后，再取部分悬浮污泥进行离心，保留上清液备用；
步骤5：将悬浮0min和30min离心后的上清液，分别通过0.45微米滤膜过滤；
步骤6：分别测定经过步骤5过滤后得到的两种上清液的总氮浓度；
步骤7：计算悬浮0min和30min后的上清液总氮浓度相对变化率，用于表征活性污泥表面疏水性。
2.如权利要求1所述的一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，所述的步骤1中具体做法为：取30mL的污泥样品于离心管中，10000rpm离心5min，去除污泥样品中的杂质；之后再用PBS缓冲溶液重复清洗和离心三次。
3.如权利要求1所述的一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，所述的步骤1中，每次清洗和离心过程中，PBS缓冲溶液的用量为10mL，离心转速10000rpm，离心时间5min。
4.如权利要求1所述的一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，所述的步骤1中，污泥样品的污泥浓度为3000-6000mg/L。
5.如权利要求1所述的一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，所述的步骤2中，定量移取PBS缓冲溶液的体积为100mL，向悬浮液中加入的NaN3体积为1mL。
6.如权利要求1所述的一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，所述的步骤2中，在摇床中灭活时，反应条件为200rpm，25℃，30min。
7.如权利要求1所述的一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，所述的步骤3中，取灭活后的污泥样品30mL，用PBS缓冲溶液重复进行洗涤和离心，在最后一次的洗涤液中加入1-2滴100g/L FeCl3，若未出现红色络合物，则表明污泥中的NaN3已洗涤干净。
8.如权利要求1所述的一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，所述的步骤4中，悬浮所用的尼罗蓝溶液浓度为20mg/L，体积为60mL。
9.如权利要求1所述的一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，所述的步骤5中过膜采用针头滤器和0.45微米滤膜。
10.如权利要求1所述的一种吸附染料精确测定活性污泥表面疏水性的方法，其特征在于，所述的步骤6中，总氮的测定方法为：用移液枪取过膜后的5mL上清液样品，加入25mL磨口比色管中；加蒸馏水至10mL；再加入5mL碱性过硫酸钾后用纱布包扎管口，进行消煮；消煮完毕后，再加入1mL1+9盐酸，用蒸馏水定容至25mL，分别在波长220nm、275nm测定其吸光度A220、A275，根据校正吸光度A＝A220-2A275，结合标准曲线计算得到对应的总氮浓度。
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