CN114994237B - 一种测定厌氧氨氧化活性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体提供了一种测定厌氧氨氧化活性的方法，具体操作包括以下步骤:S1搭建测试装置、S2投放含有厌氧氨氧化细菌的污泥、S3测试装置的启动与运行以及S4数据分析与计算。本发明中，通过搭建测试装置、投放含有厌氧氨氧化细菌的污泥、测试装置的启动与运行、数据分析与计算，得出以反应不同时间脱氮贡献率，实现了厌氧氨氧化全过程活性测定的目的，并且通过对污泥进行处理，从而提高活性测定的准确性和客观性，以满足科研和生产的需要。

Description

一种测定厌氧氨氧化活性的方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种测定厌氧氨氧化活性的方法。

背景技术

厌氧氨氧化是以氨氮为电子供体，亚硝酸盐为电子受体的生物反应，最早发现于流化床反应器中，因其无需外加有机碳源、脱氮效率高、运行费用低、占地空间小等优点，已被公认为是目前最具经济效益的生物脱氮工艺之一。

近年来，国内外在厌氧氨氧化工艺的工程应用方面取得了显著的进步。在污水处理过程中，厌氧氨氧化脱氮过程存在两个路径，氨氮在氨氧化细菌的作用下不完全硝化生成亚硝氮，该过程称之为短程硝化，生成的亚硝氮和剩余的氨氮在厌氧氨氧化细菌的作用下生成氮气，实现水体中氮元素的去除，这一脱氮路径亦称为部分硝化-厌氧氨氧化途径。此外，有机物供给不充分的条件下硝氮可以在反硝化菌作用下不完全反硝化生成亚硝氮，不完全反硝化生成亚硝氮和已有的氨氮在厌氧氨氧化细菌的作用下生成氮气，这一脱氮路径则被称为部分反硝化-厌氧氨氧化途径。同时，污水处理过程中还存在传统硝化-反硝化脱氮途径、硫自养脱氮途径等等，这些途径与厌氧氨氧化途径的过程调控存在着较大的区别，且随着外界条件的变化，例如水温、水质、运行条件等，各个途径在脱氮过程中所发挥的作用则有较大的区别，因此，如何区分上述途径，特别是厌氧氨氧化途径所占贡献率是厌氧氨氧化工艺调控，以及工艺工程化应用过程中亟待解决的问题。而且，现有的测定方法，厌氧氨氧化菌容易受到外界因素的影响，导致测定的结果不够准确。例如中国专利CN2014100842368公开了一种定量测定自养脱氮工艺菌群活性的方法，该测定方法在六联反应器内，以碱度为主要影响因素，研究不同alkalinity/NH₄ ⁺-N条件下AOB和Anammox菌活性的变化，以氨氧化速率作为菌群活性的表征；上述测定方法虽然可以测定出菌群活性，但是由于菌群对客观环境变化的容忍性较差，使得厌氧氨氧化菌在活性测定过程中，容易受到外界因素的影响，造成菌群的活性偏低，并且不够稳定，导致活性测定的结果偏差较大。

本发明针对上述问题，提供一种全新的测定方法，可以有效的规避现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测定厌氧氨氧化活性的方法，通过搭建测试装置、投放含有厌氧氨氧化细菌的污泥、测试装置的启动与运行、数据分析与计算，得出以反应不同时间脱氮贡献率，实现了厌氧氨氧化全过程活性测定的目的，并且通过对污泥进行处理，从而提高活性测定的准确性和客观性，以满足科研和生产的需要。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种测定厌氧氨氧化活性的方法，具体包括以下步骤：

S1搭建测试装置

搭建三组及以上批次小试试验反应器，反应器包括进水泵1、出水泵2、膜3、生物反应池4、搅拌装置5、温控装置6、氮元素自动分析装置7、气体收集装置8、同位素分析装置9、数据收集与处理中心10等部分；

S2投放含有厌氧氨氧化细菌的污泥

向上述生物反应池投放占反应池体积1-90％的含有厌氧氨氧化细菌的污泥，启动搅拌装置和温控装置；

S3测试装置的启动与运行

将人工配制进水通过进水泵注入到上述生物反应池中，控制反应器的运行参数，厌氧氨氧化活性测试开始，氮元素自动分析装置、气体收集装置、同位素分析装置等收集的数据汇总至数据收集与处理中心；

S4数据分析与计算

上述数据收集与处理中心将数据汇总处理后输出处理结果。

更进一步，所述进水泵、出水泵为可控制流量的0-100L/min的蠕动泵、隔膜泵等。

更进一步，所述膜为孔径为0.01-10μm的微滤膜，出水口与出水泵相连接。

更进一步，所述生物反应池为有效容积1-100L的玻璃或有机玻璃透明材质。

更进一步，所述搅拌装置通过反应器内放置有磁力搅拌子来实现，搅拌转速可在0-5000r/min之间调节。

更进一步，所述温控装置通过将生物反应池放置于恒温气浴来实现，恒温气浴通过压缩机实现温度在4-90℃之间调节。

更进一步，所述氮元素自动分析装置通过氨氮探头、亚硝氮探头、硝氮探头实现对进水和出水的数据实时分析、记录与传输，氨氮探头、亚硝氮探头、硝氮探头的测定范围分别为0-1000mg/L、0-1000mg/L、0-500mg/L，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输。

更进一步，所述气体收集装置带有电子气体流量计，可分析0-100L/min气体流量，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输。

更进一步，所述同位素分析装置对气体收集装置中的气体产物中的²⁸N₂、²⁹N₂、³⁰N₂进行定量测定，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输。

更进一步，所述数据收集与处理中心包括数据采集与处理软件、数据分析软件、设备控制器，其中，设备控制器对包括进水泵、出水泵、搅拌装置、温控装置进行在线实时参数运行调整。

更进一步，所述含有厌氧氨氧化细菌的污泥需要采用纯度为99.9％的氩气进行预曝气，人工配置进水包含¹⁵NO₂ ^-、¹⁴NH₄ ⁺。

更进一步，所述反应器的运行参数如下：pH为6.0-9.0，溶解氧0.5mg/L以下，控制进水NH₄ ⁺-N与NO₂--N的比值为0.5-1.5。

更进一步，所述处理结果以反应不同时间脱氮贡献率Q＝T_Ax/T_TN表示，其中T_Ax为厌氧氨氧化菌生成氮气量，T_TN为总生成氮气量。

更进一步，所述污泥在投放至反应池前进行了处理，具体处理方法如下：

1)将污泥分成等量两份，一份与去离子水混合后得到固含量为10-25％的污泥混合液，置于离心管中，离心后弃去上清液，加入等体积的缓冲液，再次离心后弃去上清液，重复3-6次；

2)再加入等体积的缓冲液，重悬污泥至原体积，冰浴中超声处理，将经过超声处理的污泥悬浮液进行离心，将上清液经0.35-0.50μm滤膜过滤，得到滤液和滤饼，备用；

3)将滤饼用缓冲液再次重悬至原体积后，转移至装有阳离子交换树脂的锥形瓶中，密塞，置于恒温震荡器上进行震荡；

4)震荡结束后，将锥形瓶中的污泥上清液转移至离心管中进行离心，再次收集上清液，经0.35-0.50μm滤膜过滤，得到滤液，分别向滤液中加入羧甲基纤维素以及纤维素纳米纤维，搅拌混匀后得到污泥处理液，将剩余的污泥加入到污泥处理液中，混匀后静置2-10h，沥去水分后即可。

更进一步，步骤1)中，所述缓冲液的pH值为7，且包含如下组分：1-3mmol/L的Na₃PO₄，3-6mmol/L的NaH₂PO₄，8-12mmol/L的NaCl以及1-3mmol/L的KCl。

更进一步，步骤1)中，所述离心的参数如下：在3-6℃、5000-8000r/min下离心10-30min。

更进一步，步骤2)中，所述超声处理的参数如下：在10-50W下工作1-5s，间隔2-4s，重复30-60次。

更进一步，步骤2)中，所述离心的参数如下：在3-6℃、8000-12000r/min下离心20-50min。

更进一步，步骤3)中，所述震荡的参数如下：3-6℃冰浴，130-180r/min震荡3-6h。

更进一步，步骤3)中，所述阳离子交换树脂的投加量为每克MLVSS中加入60-100g阳离子树脂，并且，阳离子交换树脂在使用前先用缓冲液浸泡并震荡清洗1-3h。

更进一步，步骤4)中，所述离心的参数如下：3-6℃，10000-15000r/min震荡20-50min。

更进一步，步骤4)中，所述羧甲基纤维素以及纤维素纳米纤维的添加量分别占滤液质量的2-8％以及1-4％。

更进一步，步骤4)中，所述搅拌参数如下：在60-130r/min下搅拌10-30min。

更进一步，所述纤维素纳米纤维在使用前进行了预处理，具体处理方法如下：

1)将磷酸三纳和TEMPO溶解在去离子水中，超声分散后得到混合液，在磁力搅拌器上用盐酸将混合液的pH值调节至中性，将适量纤维素纳米纤维加入到上述混合液中，再加入亚氯酸钠和次氯酸钠溶液，置于50-70℃恒温恒温气浴中进行搅拌，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，备用；

2)将上述备用产物加入到氯化钙溶液中，在磁力搅拌2-6h，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，烘干后即可。

更进一步，步骤1)中，所述磷酸三纳、TEMPO、去离子水、纤维素纳米纤维、亚氯酸钠以及次氯酸钠的比例为1.0-1.8g:50-90mg:150-200mL:3-8g:40-60mg:5-10mL。

更进一步，步骤1)中，所述超声分散的参数如下：200-500W超声分散5-10min。

更进一步，步骤1)中，所述盐酸浓度为1.0-1.5mol/L，所述次氯酸钠的质量浓度为10-15％。

更进一步，步骤1)中，所述搅拌的参数如下：在300-500r/min搅拌2-5h。

更进一步，步骤2)中，所述氯化钙溶液与步骤1)中去离子水的体积比为50-80mL:150-200mL。

更进一步，步骤2)中，所述氯化钙溶液的浓度为0.15-0.20mol/L。

更进一步，步骤2)中，所述烘干的参数如下：在50-80℃真空烘箱中干燥5-8h。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下:

本发明所提供的一种测定厌氧氨氧化活性的方法推导厌氧氨氧化的脱氮贡献率，有利于分析水处理系统中的脱氮途径和各功能菌的作用，有利于厌氧氨氧化工艺的推广与应用。

本发明中，含有厌氧氨氧化细菌的污泥可进行全过程活性分析与数据收集，有利于实时污水处理工程的监测与分析。

本发明中，对放入生物反应池中的污泥进行预处理，通过多次反复的离心、震荡处理，将污泥中分泌的凝胶体提取处理，并于纤维素纳米纤维以及羧甲基纤维素一起，配制得到污泥处理液，通过将污泥加入到污泥处理液中，利用该凝胶体可以粘附在污泥颗粒表面，并在成膜剂羧甲基纤维素的作用下，形成一种屏障层，可以起到保护作用，可以抵抗外界因素对厌氧氨氧化菌的侵害，使得厌氧氨氧化菌在生物反应池中，可以保持活性，从而有助于提高活性测定结果的准确性；同时，该凝胶体的粘附作用，可以促进污泥颗粒的高度聚合，使得污泥颗粒的粒径增大，伴随着污泥的高度聚合，不仅可以促进厌氧氨氧化菌数量的增加，而且厌氧氨氧化菌细胞间的信息交流和合作也将加强，继而增强了厌氧氨氧化菌的代谢和活性，使得厌氧氨氧化菌对客观环境变化的容忍性得到提升，使得厌氧氨氧化菌在活性测定过程中，更加稳定，使从而得活性测定的结果更加准确与真实。

本发明中，通过在污泥处理液中引入纤维素纳米纤维，纤维素纳米纤维之间相互交联，形成相互缠绕的网状结构，可以有效的提高污泥颗粒表面形成的屏障层的强度，使得屏障层在外界因素的作用下不易发生破损，从而使得屏障层可以长久的对污泥颗粒起到保护作用；并且，本发明中，对纤维素纳米纤维还进行了处理，以纤维素纳米纤维作为载体，通过纳米纤维中的羧基官能团能螯合金属离子的特性，将钙离子负载在纤维素纳米纤维上，钙离子对厌氧氨氧化菌的趋化运动起到促进作用，使得厌氧氨氧化菌能够在污泥颗粒表面富集，大量富集的厌氧氨氧化菌之间紧密接触，从而有利于厌氧氨氧化菌细胞间的信息交流，使得厌氧氨氧化菌对客观环境变化的容忍性得到进一步提升，使得厌氧氨氧化菌在活性测定过程中，更加稳定，从而进一步提高活性测定结果的准确性。

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的附图。

图1为本发明的实验装置图；

图2-1为测试实验1中E-O组中²⁹N₂和³⁰N₂产生量随时间的变化；

图2-2为测试实验1中E-A组中²⁹N₂和³⁰N₂产生量随时间的变化；

图2-3为测试实验1中E-D组中²⁹N₂和³⁰N₂产生量随时间的变化；

图3为测试实验2中不同温度、不同污泥下每组试验的SAA。

图1中:1、进水泵；2、出水泵；3、膜；4、生物反应池；5、搅拌装置；6、温控装置；7、氮元素自动分析装置；8、气体收集装置；9、同位素分析装置；10、数据收集与处理中心。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明专利的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明专利的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离发明专利的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例和实验例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

实施例1

一种测定厌氧氨氧化活性的方法，具体步骤如下：

参照工程运行条件，搭建三组批次小试试验反应器，等比例缩小至150mL血清瓶中开展实验，反应器包括进水泵1、出水泵2、膜3、生物反应池4、搅拌装置5、温控装置6、氮元素自动分析装置7、气体收集装置8、同位素分析装置9、数据收集与处理中心10，批次实验污泥取自工程运行过程中的厌氧氨氧化污泥，人工配置的含氮废水，主要成分包括¹⁵NO₂ ^-、¹⁴NH₄ ⁺等，其浓度分别为355mg/L和455mg/L，实验用水均需纯度为99.9％的氩气进行预曝气，保证DO低于0.4mg/L，泥水以1:20的比例混匀快速移入150mL血清瓶，放置恒温气浴(25℃)进行培养，每1min取样测定不同形态的氮浓度；

进水泵、出水泵选择额定流量为0-100L/min的隔膜泵，膜为孔径为0.01μm的陶瓷微滤膜，出水口与出水泵相连接，搅拌装置通过反应器内放置有磁力搅拌子来实现，搅拌转速在500r/min，恒温气浴通过压缩机实现温度调节，氮元素自动分析装置通过氨氮探头、亚硝氮探头、硝氮探头实现对进水和出水的数据实时分析、记录与传输，并可通过433MHz无线频段进行模拟信号传输，气体收集装置带有电子气体流量计，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输，同位素分析装置对气体收集装置中的气体产物中的²⁸N₂、²⁹N₂、³⁰N₂进行定量测定，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输。

上述厌氧氨氧化污泥在投放至反应池中进行了处理，具体处理方法如下：

1)将污泥分成等量两份，一份与去离子水混合后得到固含量为10％的污泥混合液，置于离心管中，在3℃、5000r/min下离心10min，弃去上清液，加入等体积的缓冲液，缓冲液的pH值为7，且包含如下组分，1mmol/L的Na₃PO₄，3mmol/L的NaH₂PO₄，8mmol/L的NaCl以及1mmol/L的KCl，在3℃、5000r/min下离心10min，弃去上清液，重复3次；

2)再加入等体积的缓冲液，重悬污泥至原体积，冰浴，在10W下进行超声处理，工作3s，间隔2s，重复30次，将经过超声处理的污泥悬浮液在3℃、8000r/min下离心20min，将上清液经0.35μm滤膜过滤，得到滤液和滤饼，备用；

3)将滤饼用缓冲液再次重悬至原体积后，转移至装有阳离子交换树脂的锥形瓶中，密塞，置于恒温震荡器上，3℃冰浴，130r/min震荡3h，树脂的投加量为每克MLVSS中加入60g阳离子交换树脂，并且，阳离子交换树脂在使用前先用缓冲液浸泡并震荡清洗1h；

4)震荡结束后，将锥形瓶中的污泥上清液转移至离心管中，3℃，10000r/min震荡20min，再次收集上清液，经0.35μm滤膜过滤，得到滤液，按照滤液质量的2％以及1％，分别向滤液中加入羧甲基纤维素以及纤维素纳米纤维，在60r/min下搅拌10min，混匀后得到污泥处理液，将剩余的污泥加入到污泥处理液中，混匀后静置2h，沥去水分后即可。

上述纤维素纳米纤维在使用前进行了预处理，具体处理方法如下：

1)将1.0g磷酸三纳和50mgTEMPO溶解150mL去离子水中，200W超声分散5min，得到混合液，在磁力搅拌器上用1.0mol/L盐酸将混合液的pH值调节至中性，将3g纤维素纳米纤维加入到上述混合液中，再加入40mg亚氯酸钠和5mL质量浓度为10％的次氯酸钠溶液，置于50℃恒温恒温气浴中以300r/min搅拌2h，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，备用；

2)将上述备用产物加入到50mL浓度为0.15mol/L的氯化钙溶液中，在磁力搅拌2h，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，在50℃真空烘箱中干燥5h即可。

实施例2

一种测定厌氧氨氧化活性的方法，具体步骤如下：

参照工程运行条件，搭建三组批次小试试验反应器，等比例缩小至150mL血清瓶中开展实验，反应器包括进水泵1、出水泵2、膜3、生物反应池4、搅拌装置5、温控装置6、氮元素自动分析装置7、气体收集装置8、同位素分析装置9、数据收集与处理中心10，批次实验污泥取自工程运行过程中的厌氧氨氧化污泥，人工配置的含氮废水，主要成分包括¹⁵NO₂ ^-、¹⁴NH₄ ⁺等，其浓度分别为355mg/L和455mg/L，实验用水均需纯度为99.9％的氩气进行预曝气，保证DO低于0.4mg/L，泥水以1:20的比例混匀快速移入150mL血清瓶，放置恒温气浴(25℃)进行培养，每1min取样测定不同形态的氮浓度；

进水泵、出水泵选择额定流量为0-100L/min的隔膜泵，膜为孔径为0.01μm的陶瓷微滤膜，出水口与出水泵相连接，搅拌装置通过反应器内放置有磁力搅拌子来实现，搅拌转速在500r/min，恒温气浴通过压缩机实现温度调节，氮元素自动分析装置通过氨氮探头、亚硝氮探头、硝氮探头实现对进水和出水的数据实时分析、记录与传输，并可通过433MHz无线频段进行模拟信号传输，气体收集装置带有电子气体流量计，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输，同位素分析装置对气体收集装置中的气体产物中的²⁸N₂、²⁹N₂、³⁰N₂进行定量测定，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输。

上述厌氧氨氧化污泥在投放至反应池中进行了处理，具体处理方法如下：

1)将污泥分成等量两份，一份与去离子水混合后得到固含量为20％的污泥混合液，置于离心管中，在5℃、6000r/min下离心20min，弃去上清液，加入等体积的缓冲液，缓冲液的pH值为7，且包含如下组分，2mmol/L的Na₃PO₄，5mmol/L的NaH₂PO₄，10mmol/L的NaCl以及2mmol/L的KCl，在5℃、6000r/min下离心20min，弃去上清液，重复5次；

2)再加入等体积的缓冲液，重悬污泥至原体积，冰浴，在30W下进行超声处理，工作5s，间隔3s，重复50次，将经过超声处理的污泥悬浮液在5℃、10000r/min下离心35min，将上清液经0.45μm滤膜过滤，得到滤液和滤饼，备用；

3)将滤饼用缓冲液再次重悬至原体积后，转移至装有阳离子交换树脂的锥形瓶中，密塞，置于恒温震荡器上，5℃冰浴，150r/min震荡5h，树脂的投加量为每克MLVSS中加入80g阳离子交换树脂，并且，阳离子交换树脂在使用前先用缓冲液浸泡并震荡清洗2h；

4)震荡结束后，将锥形瓶中的污泥上清液转移至离心管中，5℃，13000r/min震荡35min，再次收集上清液，经0.45μm滤膜过滤，得到滤液，按照滤液质量的5％以及3％，分别向滤液中加入羧甲基纤维素以及纤维素纳米纤维，在100r/min下搅拌20min，混匀后得到污泥处理液，将剩余的污泥加入到污泥处理液中，混匀后静置6h，沥去水分后即可。

上述纤维素纳米纤维在使用前进行了预处理，具体处理方法如下：

1)将1.3g磷酸三纳和70mgTEMPO溶解180mL去离子水中，300W超声分散7min，得到混合液，在磁力搅拌器上用1.2mol/L盐酸将混合液的pH值调节至中性，将5g纤维素纳米纤维加入到上述混合液中，再加入50mg亚氯酸钠和7mL质量浓度为12％的次氯酸钠溶液，置于60℃恒温恒温气浴中以400r/min搅拌3h，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，备用；

2)将上述备用产物加入到70mL浓度为0.18mol/L的氯化钙溶液中，在磁力搅拌5h，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，在60℃真空烘箱中干燥6h即可。

实施例3

一种测定厌氧氨氧化活性的方法，具体步骤如下：

参照工程运行条件，搭建三组批次小试试验反应器，等比例缩小至150mL血清瓶中开展实验，反应器包括进水泵1、出水泵2、膜3、生物反应池4、搅拌装置5、温控装置6、氮元素自动分析装置7、气体收集装置8、同位素分析装置9、数据收集与处理中心10，批次实验污泥取自工程运行过程中的厌氧氨氧化污泥，人工配置的含氮废水，主要成分包括¹⁵NO₂ ^-、¹⁴NH₄ ⁺等，其浓度分别为355mg/L和455mg/L，实验用水均需纯度为99.9％的氩气进行预曝气，保证DO低于0.4mg/L，泥水以1:20的比例混匀快速移入150mL血清瓶，放置恒温气浴(25℃)进行培养，每1min取样测定不同形态的氮浓度；

进水泵、出水泵选择额定流量为0-100L/min的隔膜泵，膜为孔径为0.01μm的陶瓷微滤膜，出水口与出水泵相连接，搅拌装置通过反应器内放置有磁力搅拌子来实现，搅拌转速在500r/min，恒温气浴通过压缩机实现温度调节，氮元素自动分析装置通过氨氮探头、亚硝氮探头、硝氮探头实现对进水和出水的数据实时分析、记录与传输，并可通过433MHz无线频段进行模拟信号传输，气体收集装置带有电子气体流量计，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输，同位素分析装置对气体收集装置中的气体产物中的²⁸N₂、²⁹N₂、³⁰N₂进行定量测定，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输。

上述厌氧氨氧化污泥在投放至反应池中进行了处理，具体处理方法如下：

1)将污泥分成等量两份，一份与去离子水混合后得到固含量为25％的污泥混合液，置于离心管中，在6℃、8000r/min下离心30min，弃去上清液，加入等体积的缓冲液，缓冲液的pH值为7，且包含如下组分，3mmol/L的Na₃PO₄，6mmol/L的NaH₂PO₄，12mmol/L的NaCl以及3mmol/L的KCl，在6℃、8000r/min下离心30min，弃去上清液，重复6次；

2)再加入等体积的缓冲液，重悬污泥至原体积，冰浴，在50W下进行超声处理，工作5s，间隔4s，重复60次，将经过超声处理的污泥悬浮液在6℃、12000r/min下离心50min，将上清液经0.50μm滤膜过滤，得到滤液和滤饼，备用；

3)将滤饼用缓冲液再次重悬至原体积后，转移至装有阳离子交换树脂的锥形瓶中，密塞，置于恒温震荡器上，6℃冰浴，180r/min震荡6h，树脂的投加量为每克MLVSS中加入100g阳离子交换树脂，并且，阳离子交换树脂在使用前先用缓冲液浸泡并震荡清洗3h；

4)震荡结束后，将锥形瓶中的污泥上清液转移至离心管中，6℃，15000r/min震荡50min，再次收集上清液，经0.50μm滤膜过滤，得到滤液，按照滤液质量的8％以及4％，分别向滤液中加入羧甲基纤维素以及纤维素纳米纤维，在130r/min下搅拌30min，混匀后得到污泥处理液，将剩余的污泥加入到污泥处理液中，混匀后静置10h，沥去水分后即可。

上述纤维素纳米纤维在使用前进行了预处理，具体处理方法如下：

1)将1.8g磷酸三纳和90mgTEMPO溶解200mL去离子水中，500W超声分散10min，得到混合液，在磁力搅拌器上用1.5mol/L盐酸将混合液的pH值调节至中性，将8g纤维素纳米纤维加入到上述混合液中，再加入60mg亚氯酸钠和10mL质量浓度为15％的次氯酸钠溶液，置于70℃恒温恒温气浴中以500r/min搅拌5h，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，备用；

2)将上述备用产物加入到80mL浓度为0.20mol/L的氯化钙溶液中，在磁力搅拌6h，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，在80℃真空烘箱中干燥8h即可。

对比例1：本对比例中测定厌氧氨氧化活性的方法与实施例1基本相同，不同之处在于，污泥未经污泥处理液处理。

对比例2：本对比例中测定厌氧氨氧化活性的方法与实施例1基本相同，不同之处在于，污泥处理液中未添加纤维素纳米纤维。

对比例3：本对比例中测定厌氧氨氧化活性的方法与实施例1基本相同，不同之处在于，污泥处理液中添加的纤维素纳米纤维未进行预处理。

测试实验1

采用实施例1-3公开的方法，测定厌氧氨氧化活性，²⁹N₂和³⁰N₂的气体产量随时间变化的关系如图2所示，E-0组的²⁹N₂和³⁰N₂的积累较少，说明预培养过程中上覆水中的NO_x--N消耗殆尽；E-A组²⁹N₂产量随时间变化明显积累，同时，³⁰N₂无积累，说明该实验组有且仅存在厌氧氨氧化反应；E-D组²⁹N₂和³⁰N₂均有明显积累，说明该实验组厌氧氨氧化和反硝化作用同时发生。通过数据分析，该实验条件下，厌氧氨氧化的平均脱氮速率为31.2μmol·N/(m²·h)，而反硝化的脱氮速率为15.6μmol·N/(m²·h)。同位素实验数据表明，证实了工艺内确实存在着厌氧氨氧化脱氮路径，工艺启动初期首先降低DO然后投加厌氧氨氧化菌，为厌氧氨氧化的存在以及反应能够顺利进行提供了有力条件。反硝化和厌氧氨氧化的脱氮潜势为工艺运行高效的脱氮性能提供了理论依据，能够满足工艺71.44mg-N/(L·d)的日均脱氮量。此外，本实施例的工艺中厌氧氨氧化脱氮潜势大于反硝化，推测原因是生活污水中C/N比相对较低，实验过程中未另行投加有机碳源，反硝化活性一定程度上受到碳源的限制，因此反应强度较厌氧氨氧化低。

测试实验2

试验在60mL的血清瓶中进行，其有效容积为55mL，瓶口用丁基橡胶塞和铝盖密封，瓶口插两个接有三通旋塞阀的针头，分别作为曝气除氧时的进气孔和出气孔，将实施例1以及对比例1-3中的污泥置于瓶内，保证瓶内污泥浓度(以MLVSS)计为1000±0.15mg/L，酸碱度维持中性，试验开始之前，血清瓶用氩气吹扫15min，然后将血清瓶至于130r/min的水浴振荡器中，分别在10℃、15℃、20℃条件下，进水NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N的浓度为分别为50mg/L和66mg/L，反应时间24h，24h后取出水样测定每个瓶内NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃ ^--N的浓度，计算每个血清瓶中的SAA，其中SAA值是根据每克污泥的总氮(NH₄+-N和NO₂ ^--N之和)去除率计算的(表示为gN/gVSS/d)，计算公式如下SAA＝(C_TN(始)-C_TN(末))/MLVSS×T，式中，SAA：厌氧氨氧化活性(gN/gVSS/d)；C_TN(始)和C_TN(末)：反应开始和反应结束时总氮的浓度值(mg/L)；MLVSS：污泥浓度mg/L；T：反应时间，结果如图3所示。

通过图3可知，本发明中通过对污泥进行处理，可以使污泥中的厌氧氨氧化菌对客观环境变化的容忍性得到增强，使得厌氧氨氧化菌的活性不易受外界因素的影响，从而使得厌氧氨氧化菌在活性测定过程中，更加稳定，使得活性测定结果的更加准确、客观和真实。

以上所述仅为本发明的实施例和实验例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种测定厌氧氨氧化活性的方法，其特征在于，具体操作包括以下步骤:

S1搭建测试装置

搭建三组及以上批次小试试验反应器，反应器包括进水泵、出水泵、膜、生物反应池、搅拌装置、温控装置、氮元素自动分析装置、气体收集装置、同位素分析装置、数据收集与处理中心；

S2投放含有厌氧氨氧化细菌的污泥

向上述生物反应池投放占反应池体积1-90％的含有厌氧氨氧化细菌的污泥，启动搅拌装置和温控装置；

所述污泥在投放至反应池前进行了处理，具体处理方法如下：

1)将污泥分成等量两份，一份与去离子水混合后得到固含量为10-25％的污泥混合液，置于离心管中，离心后弃去上清液，加入等体积的缓冲液，再次离心后弃去上清液，重复3-6次；

2)再加入等体积的缓冲液，重悬污泥至原体积，冰浴中超声处理，将经过超声处理的污泥悬浮液进行离心，将上清液经0.35-0.50μm滤膜过滤，得到滤液和滤饼，备用；

3)将滤饼用缓冲液再次重悬至原体积后，转移至装有阳离子交换树脂的锥形瓶中，密塞，置于恒温震荡器上进行震荡；

4)震荡结束后，将锥形瓶中的污泥上清液转移至离心管中进行离心，再次收集上清液，经0.35-0.50μm滤膜过滤，得到滤液，分别向滤液中加入羧甲基纤维素以及纤维素纳米纤维，搅拌混匀后得到污泥处理液，将剩余的污泥加入到污泥处理液中，混匀后静置2-10h，沥去水分后即可；

所述缓冲液的pH值为7，且包含如下组分：1-3mmol/L的Na₃PO₄，3-6mmol/L的NaH₂PO₄，8-12mmol/L的NaCl以及1-3mmol/L的KCl；

所述阳离子交换树脂的投加量为每克MLVSS中加入60-100g阳离子树脂，并且，阳离子交换树脂在使用前先用缓冲液浸泡并震荡清洗1-3h；

所述羧甲基纤维素以及纤维素纳米纤维的添加量分别占滤液质量的2-8％以及1-4％；

所述纤维素纳米纤维在使用前进行了预处理，具体处理方法如下：

1)将磷酸三纳和TEMPO溶解在去离子水中，超声分散后得到混合液，在磁力搅拌器上用盐酸将混合液的pH值调节至中性，将适量纤维素纳米纤维加入到上述混合液中，再加入亚氯酸钠和次氯酸钠溶液，置于50-70℃恒温恒温气浴中进行搅拌，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，备用；

2)将上述备用产物加入到氯化钙溶液中，在磁力搅拌2-6h，将得到的产物过滤后，用去离子水反复清洗，烘干后即可；

所述磷酸三纳、TEMPO、去离子水、纤维素纳米纤维、亚氯酸钠以及次氯酸钠的比例为1.0-1.8g:50-90mg:150-200mL:3-8g:40-60mg:5-10mL；

所述所述盐酸浓度为1.0-1.5mol/L，所述次氯酸钠的质量浓度为10-15％；

所述氯化钙溶液与步骤1)中去离子水的体积比为50-80mL:150-200mL；

所述氯化钙溶液的浓度为0.15-0.20mol/L；

S3测试装置的启动与运行

将人工配制进水通过进水泵注入到上述生物反应池中，控制反应器的运行参数，厌氧氨氧化活性测试开始，氮元素自动分析装置、气体收集装置、同位素分析装置收集的数据汇总至数据收集与处理中心；

S4数据分析与计算

上述数据收集与处理中心将数据汇总处理后输出处理结果；

所述步骤S2中，含有厌氧氨氧化细菌的污泥需要采用纯度为99.9％的氩气进行预曝气，人工配置进水包含¹⁵NO₂ ^-、¹⁴NH₄ ⁺；

所述步骤S3中，反应器的运行参数如下：pH为6.0-9.0，溶解氧0.5mg/L以下，控制进水NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N的比值为0.5-1.5；

所述步骤S4中，处理结果以反应不同时间脱氮贡献率Q＝T_Ax/T_TN表示，其中T_Ax为厌氧氨氧化菌生成氮气量，T_TN为总生成氮气量。

2.根据权利要求1所述的一种测定厌氧氨氧化活性的方法，其特征在于：步骤S1中，所述氮元素自动分析装置通过氨氮探头、亚硝氮探头、硝氮探头实现对进水和出水的数据实时分析、记录与传输，其中氨氮探头、亚硝氮探头、硝氮探头的测定范围分别为0-1000mg/L、0-1000mg/L、0-500mg/L，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输；

所述气体收集装置带有电子气体流量计，可分析0-100L/min气体流量，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输。

3.根据权利要求1所述的一种测定厌氧氨氧化活性的方法，其特征在于：步骤S1中，所述同位素分析装置对气体收集装置中的气体产物中的²⁸N₂、²⁹N₂、³⁰N₂进行定量测定，并通过433MHz无线频段进行模拟信号传输；

所述数据收集与处理中心包括数据采集与处理软件、数据分析软件、设备控制器，其中，设备控制器对包括进水泵、出水泵、搅拌装置、温控装置进行在线实时参数运行调整。

Images