CN111855947A - 一种基于活性污泥降解前后bod差值的毒性检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法，首先制备活性污泥培养液，所述活性污泥培养液包括营养物溶液、微量元素溶液和磷酸缓冲液；利用所制备的活性污泥培养液培养驯化活性污泥5～6天，完成对活性污泥的驯化；将驯化好的活性污泥与待测液混合，利用所述活性污泥降解待测液，同时测定反应前后的COD差值，并以此来表示BOD抑制率；利用所述BOD抑制率评价所述待测液的生物毒性，并根据EC50来判断生物毒性的强弱。该方法简化毒性检测操作难度、降低毒性检测的费用，使毒性检测常规化，同时也实现了BOD与毒性一体化检测的目的。
Description
技术领域
本发明涉及环境毒理学技术领域，尤其涉及一种基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法。
背景技术
毒性(如重金属)污染不仅会威胁水质安全，而且对人体健康也会造成不可逆的损害，为了探明污水中毒性物质的潜在危害，降低污染物浓度并实现废水达标排放，有必要对污水处理过程中的重金属等毒性物质进行检测，目前有关重金属的检测方法主要有理化法、生物毒性检测法以及电化学生物传感器法，其中：
理化法多依赖于高效液相色谱、紫外可见分光光度仪以及原子吸收光谱等高效仪器进行检测。该法可实现对单一毒性物质定性、定量分析，但水样预处理繁琐、分析难度大、仪器设备费用高等问题制约了该方法的广泛应用。相较而言，生物毒性检测方法更简单且费用低，逐渐进入大众视野。生物毒性检测法是以指示剂颜色变化、电极传递电流信号变化、藻类及发光细菌的发光度变化等指标表征的方法，该方法将单一的毒物检测延伸到多种毒物混合的复杂实验检测，可有效评价地表径流、工业废水、农业废水等成分较复杂的水体。常见的生物毒性检测方法包括发光细菌法、鱼类毒性检测法都具有操作简单的优点，但检测用时较长、重现性差等缺点也不容忽视。为了提升微生物的毒性检测性能，有研究人员提出将电化学方法与微生物相结合。
在环境工程领域中，电化学生物传感器法是一种结合微生物与电化学传感器的优点，从而实现对水体中化学品毒性快速、实时监测的方法，该方法主要利用微生物对外界环境变化的高敏感性，通过探究暴露在毒性化合物中微生物的细胞代谢、呼吸速率以及酶活性等参数的变化规律，间接反映了水体中毒性物质的毒性强度。微生物燃料电池作为典型的电化学微生物检测技术广泛应用于水体的BOD检测以及毒性检测，经探究该技术实现了水体中BOD与毒性一体化检测的目的。电化学生物传感器技术具有简单、高效等优点，但启动时间长、生物阳极易堵塞以及长时间使用降能等问题也不容忽视。
上述现有技术的三种方案均存在缺陷，第一种方法对水样要求比较高且预处理复杂，不能探究水体中化合物的综合毒性；第二种方法受试生物培养驯化用时长，不能达到对水体快速检测的目的；第三种方法虽然有较短的检测用时，但是反应过程中电极表面易堵塞会影响电子的传递，电化学法的电信号强度以及稳定性需要进一步的提高，因此亟需开发一种操作简单、检测用时短、价格低廉毒性检测新方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法，该方法简化毒性检测操作难度、降低毒性检测的费用，使毒性检测常规化，同时也实现了BOD与毒性一体化检测的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法，所述方法包括：
步骤1、制备活性污泥培养液，所述活性污泥培养液包括营养物溶液、微量元素溶液和磷酸缓冲液；
步骤2、利用所制备的活性污泥培养液培养驯化活性污泥5～6天，完成对活性污泥的驯化；
步骤3、将驯化好的活性污泥与待测液混合，利用所述活性污泥降解待测液，同时测定反应前后的化学需氧量COD差值，并以此来表示生化需氧量BOD抑制率；
步骤4、利用所述BOD抑制率评价所述待测液的生物毒性，并根据EC50来判断生物毒性的强弱。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法简化毒性检测操作难度、降低毒性检测的费用，使毒性检测常规化，同时也实现了BOD与毒性一体化检测的目的，实现了对废水中有毒化合物毒性的快速定量分析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法流程示意图；
图2为本发明所举实例Cu2+浓度-BOD抑制率曲线示意图；
图3为本发明所举实例Zn2+浓度-BOD抑制率曲线示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法流程示意图，所述方法包括：
步骤1、制备活性污泥培养液，所述活性污泥培养液包括营养物溶液、微量元素溶液和磷酸缓冲液；
在该步骤中，所述微量元素溶液和磷酸缓冲液添加量为3mL/L。
具体实现中，营养物溶液可以采用C:N:P＝100:5:1的葡萄糖培养液。
步骤2、利用所制备的活性污泥培养液培养驯化活性污泥5～6天，完成对活性污泥的驯化；
在该步骤中，培养驯化活性污泥的条件具体为：
在24～25℃、pH为7.0连续曝气条件下培养，曝气条件为3.6～4.0mg/L；
曝气22小时，静置1小时，换液1小时，培养5～6天后，当出水COD达到最低并保持稳定，活性污泥的活性处于最高值，完成对活性污泥的驯化。
步骤3、将驯化好的活性污泥与待测液混合，利用所述活性污泥降解待测液，同时测定反应前后的COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)差值，并以此来表示BOD(Biochemical oxygen demand，生化需氧量)抑制率；
在该步骤中，在将驯化好的活性污泥与待测液混合时，所述待测液的取量为150mL，活性污泥的取量为48mL；
混合后的反应条件为：温度25℃，pH为7.0，溶解氧含量为4mg/L，反应时间90min。
具体实现中，所述BOD抑制率的计算公式如下：
BOD抑制率＝(COD2-COD1)/(COD0-COD1)×100％
其中，COD0是降解前原水的COD值；COD1是降解后无毒水样的COD值；COD2是降解后含待测液的COD值。
步骤4、利用所述BOD抑制率评价所述待测液的生物毒性，并根据EC50来判断生物毒性的强弱。
在该步骤中，微生物降解前测定的COD为废水中总有机物的量(CODT)，而微生物降解后测定的COD应该为不可生物降解有机物的量(CODNB)。因此可以用微生物处理前后COD的变化量(CODT-CODNB)表示BOD值，毒性是微生物降解BOD时受到抑制的量，可以用毒性物质参与前后BOD的变化量(BODCOD NT-BODCOD T)表示，最终通过对COD的测量来实现对毒性量的检测，具体来说：
通过检测不同浓度的待测液得到相应的BOD抑制率，再以所述待测液的浓度对相应BOD抑制率进行曲线拟合，将BOD抑制率为50％时的待测液浓度定义为所述待测液的EC50，并根据EC50来判断生物毒性的强弱。
下面以具体的实例对上述方法的过程进行说明，在本实例中活性污泥培养液的配制组成如下表：
1、首先取1.4058g葡萄糖、0.00735g氯化铵和0.00128g磷酸二氢钾溶于5L超纯水中，现用现配；微量元素按比例配制溶于1L超纯水中，4℃保存备用，每次加入15mL；磷酸缓冲液加入量约为15mL，将pH调节至7.0。
2、活性污泥的培养：
活性污泥在25℃恒温水浴、pH为7.0连续曝气条件下培养5～6天，曝气条件为3.6～4.0mg/L，当出水COD达到最低并保持不变，即活性污泥活性处于最高值，培养完成。
3、重金属毒性的检测方法：
将培养好的活性污泥静置60min，与此同时分别称取0.9g的葡萄糖及谷氨酸试剂在105℃下烘干60min，烘干冷却后分别取出0.45g溶解于500mL烧杯中，定容至3L；加入磷酸盐缓冲液20～25mL调节pH至7.0搅拌均匀后备用；
取250mL含有重金属的待测溶液混合物于反应器中；
将活性污泥上清液全部倒出，此时活性污泥浓度约为80％，取150mL搅拌均匀的活性污泥于上述反应器中，在溶解氧浓度为3.6～4.0mg/L，pH为7.0，25℃恒温水浴条件下反应90min，同时测定并记录降解前原水COD0，降解后无毒水样COD1，有毒水样COD2。
则BOD抑制率＝(COD2-COD1)/(COD0-COD1)×100％
其中，COD0是降解前原水的COD值；COD1是降解后无毒水样的COD值；COD2是降解后含待测液的COD值。
利用BOD抑制率评价待测溶液的生物毒性，并根据EC50来判断生物毒性的强弱。
实例1、检测Cu2+的生物毒性
制备0mg/L、20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L的Cu2+溶液，检测不同浓度的Cu2+的生物毒性并根据公式计算其BOD抑制率，得到Cu2+浓度-BOD抑制率曲线。
如图2所示为本发明所举实例Cu2+浓度-BOD抑制率曲线示意图，根据标准曲线的线性关系，计算得到Cu2+的EC50。
实例2、检测Zn2+的生物毒性
制备0mg/L、20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L的Zn2+溶液，检测不同浓度的Zn2+的生物毒性并根据公式计算其BOD抑制率，得到Zn2+浓度-BOD抑制率曲线。
如图3所示为本发明所举实例Zn2+浓度-BOD抑制率曲线示意图，根据标准曲线的线性关系，计算得到Zn2+的EC50。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
综上所述，本发明实施例所述方法具有如下优点：
(1)本发明采用活性污泥降解法来测定BOD，从而将BOD的值转化为COD值的测定，极大地缩短了检测用时且方法简单；
(2)本发明探究了BOD抑制率与重金属浓度之间的关系，将重金属毒性转换为BOD抑制率来观察，简化毒性检测操作难度，降低毒性检测的费用，使毒性检测常规化；
(3)本发明实现了BOD与毒性一体化检测的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、制备活性污泥培养液，所述活性污泥培养液包括营养物溶液、微量元素溶液和磷酸缓冲液；
步骤2、利用所制备的活性污泥培养液培养驯化活性污泥5～6天，完成对活性污泥的驯化；
步骤3、将驯化好的活性污泥与待测液混合，利用所述活性污泥降解待测液，同时测定反应前后的化学需氧量COD差值，并以此来表示生化需氧量BOD抑制率；
步骤4、利用所述BOD抑制率评价所述待测液的生物毒性，并根据EC50来判断生物毒性的强弱。
2.根据权利要求1所述基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法，其特征在于，在步骤1中，所述微量元素溶液和磷酸缓冲液添加量为3mL/L。
3.根据权利要求1所述基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法，其特征在于，在步骤2中，培养驯化活性污泥的条件具体为：
在24～25℃、pH为7.0连续曝气条件下培养，曝气条件为3.6～4.0mg/L；
曝气22小时，静置1小时，换液1小时，培养5～6天后，当出水COD达到最低并保持稳定，活性污泥的活性处于最高值，完成对活性污泥的驯化。
4.根据权利要求1所述基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法，其特征在于，在步骤3中，在将驯化好的活性污泥与待测液混合时，所述待测液的取量为150mL，活性污泥的取量为48mL；
混合后的反应条件为：温度25℃，pH为7.0，溶解氧含量为4mg/L，反应时间90min。
5.根据权利要求1所述基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法，其特征在于，在步骤3中，所述BOD抑制率的计算公式如下：
BOD抑制率＝(COD2-COD1)/(COD0-COD1)×100％
其中，COD0是降解前原水的COD值；COD1是降解后无毒水样的COD值；COD2是降解后含待测液的COD值。
6.根据权利要求1所述基于活性污泥降解前后BOD差值的毒性检测方法，其特征在于，所述步骤4的过程具体为：
通过检测不同浓度的待测液得到相应的BOD抑制率，再以所述待测液的浓度对相应BOD抑制率进行曲线拟合，将BOD抑制率为50％时的待测液浓度定义为所述待测液的EC50，并根据EC50来判断生物毒性的强弱。
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