CN1372141A - 一种有机物生物降解性综合测试评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种有机物生物降解性综合测试评价方法,涉及有机物环境行为评价方法及技术。本发明从有机物的综合性水质指标BOD5/COD、降解产物CO2、微生物生理生化指标ATP作为综合评估因子,以模糊数学的分类评价方法为依据,采用模糊聚类综合评估法和加权综合评估法,编制计算机程序上机运行,具有分类准确、计算简单、快速的优点,且排除了人为确定权重等带来的误差,准确地表征有机物生物降解性能的大小,对属于同类降解程度的有机物也可以区分其降解能力,使评价结果直观量化。因此克服了由于不同单一测试法评价结果不一致的缺点,使对有机物生物降解性的评估分类更加全面、准确和可信。
Description
技术领域
本发明涉及一种对有机物生物降解性的测试评价方法，属于污水处理及有机物环境行为评价领域。
背景技术
有机物的生物降解性是指在微生物的作用下，有机物被分解转化，使其在物理和化学性质及分子结构上引起的变化所能达到的程度。迄今为止，对有机物生物降解性鉴定的研究已提出了许多方法，这些有机物生物降解性的评价方法，都只考虑了影响有机物生物降解过程的某一个方面，而并没有全面地考虑影响有机物生物降解的其他因素。在ISO10708中采用了BOD5/COD这个比值来确定有机物的生物降解性，但这个比值只能反映出有机物降解过程中对氧的消耗，而这仅仅是影响有机物生物降解性的一个方面，参见文献“Waterquality-Evaluation in an aqueous medium of the ultimate aerobicbiodegradability of organic compounds-Method by determining the biochemicaloxygen demand in a two-phase closed bottle test.ISO17908：1997”。
文献“Mai Wenning，Jiang Zhanpeng.A Test Method for DeterminingBiodegradability of Organic Substances.J.of Environmental Sciences，7(2)：146-150，1995.”中采用有机物生物分解产物CO2指标来测定有机物的生物降解性，这个指标只能表征有机物生物降解过程中产物的生成情况，而并不能反映出中间产物的生成情况。“Jiang Zhanpeng，Yang Hongwei，Shi Shaoqi，Sun Lixin.Biodegradability ofOrganic Substances by ATP Test.J.of Toxicological and Environmental Chemistry，74(3-4)，245-255，2000”采用微生物的活性指标ATP来测定有机物生物降解性，这个指标则只能反映反应物或中间产物对微生物活性的影响，并不能反映具体是哪一种物质影响了微生物的活性。而且在以上提到的不同有机物生物降解性的测试方法中，它们的测试条件又各不相同，因此所得结果之间的可比性不强，有时甚至会得到相反的结果。德国学者Gerike和Fischer在“A Correlation Study of Biodegradability Determination withVarious Chemicals in Various Tests.Ecotoxicol.Environ.Safety 1981，5：45.”中采用几种不同测试方法进行了比较研究，其研究结果表明，不同的测试方法所得到的评价结果存在着很大的差异。
文献“Mai Wenning，Jiang Zhanpeng.A Test Method for DeterminingBiodegradability of Organic Substances.J.of Environmental Sciences，7(2)：146-150，1995.”和“Jiang Zhanpeng，Yang Hongwei，Shi Shaoqi，Sun Lixin.Biodegradability of Organic Substances by ATP Test.J.of Toxicological andEnvironmental Chemistry，74(3-4)，245-255，2000”中采用了图1装置来分别测定有机物生物降解过程中的CO2产量和ATP的试验装置。该装置包括气体流量计1、NaOH一级吸收瓶2、NaOH二级吸收瓶3、Ba(OH)2吸收瓶4、水洗瓶5、反应瓶6、恒温水浴7、取样与加样管8、Ba(OH)2一级吸收瓶9、Ba(OH)2二级吸收瓶10和Ba(OH)2三级吸收瓶11。空气经过2、3(二级NaOH)和4(Ba(OH)2)吸收瓶后，可以去除空气中本身含有的CO2，这样可以消除空气中CO2对反应产生CO2的干扰，然后通过9、10、11(三级Ba(OH)2)来吸收反应产生的CO2，最后通过测定沉淀下来的Ba(OH)2的重量就可以得到反应产生的CO2的量。从取样口8取样，再通过测定水样中的有机磷可以确定出ATP的含量。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足和缺陷，综合考虑到生物降解过程的多个方面，从有机物的综合性水质指标BOD5/COD、降解产物CO2、微生物生理生化指标ATP作为综合评估因子，提供一种有机物生物降解性综合测试评价方法，克服由于不同单一测试法评价结果不一致的缺点，使对有机物生物降解性的评估分类更加全面、准确，提高可信度。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的，一种有机物生物降解性综合测试评价方法，其特征包括如下步骤：1)污泥预处理：从污水处理厂取来的活性污泥空曝10～12小时，以去除其中的残
留有机物；2)实验条件：反应液总体积为2升，其中有机物浓度为100mg/L(以DOC计)，污泥
浓度为500mgMLSS/L，同时做一瓶空白实验(不加受试有机物)；反应的温度为
20±1℃，反应液的初始pH值调节为7.5±0.1，反应时间为14天；3)采用标准测试方法，测定受试有机物或废水的BOD5和COD值，根据公式IO＝
(BOD5/COD)×100计算IO指数；4)利用有机物生物降解过程中CO2和ATP的测试装置，定期测定CO2产量和ATP含量，
并分别绘制CO2和ATP随时间的变化曲线；5)根据ATP和CO2的测定结果，利用公式IB＝(As/A0)×100计算IB指数，利用公
式IA＝(PI/PT)×100和PI＝Ps/P0计算IA指数；6)用模糊聚类综合评估计算程序来对有机物生物降解性进行分类，根据上面得到的
I0、IA和IB指数直接作为计算程序的输入值，然后根据得到的输出结果分为难
降解有机物、可降解有机物和易降解有机物三种情况；7)最后采用加权评估法对有机物的生物降解性进行定量评估，利用计算公式IW＝IO
×0.3+IB×0.3+IA×0.4，得到定量的评价结果。
本发明的技术方案正是综合考虑到生物降解过程的多个方面，从有机物的综合性水质指标BOD5/COD、降解产物CO2、微生物生理生化指标ATP作为综合评估因子，这3个指标分别从有机物生物降解的速度、深度、消耗的氧量和微生物活性、能量增长等多个方面反映了影响有机物生物降解性的主要因素，因此克服了由于不同单一测试法评价结果不一致的缺点，使对有机物生物降解性的评估分类更加全面、准确可信。同时，本发明以模糊数学的分类评价方法为依据，采用模糊聚类综合评估法，编制计算机程序上机运行，具有分类准确、计算简单快速的优点，且排除了人为确定权重等带来的误差。加权综合评估法能定量、准确地表征有机物生物降解性能的大小，对属于同类降解程度的有机物也可以区分其降解能力，使评价结果直观量化。
附图说明
图1为现有技术中测试有机物生物降解过程中CO2和ATP的装置示意图。
图2为受试有机物和空白实验的CO2产气曲线示意图。
图3为受试有机物和空白实验ATP含量曲线示意图。
图4为有机物生物降解性模糊聚类综合评价程序流程图。
图5为苯酚和空白实验的CO2产气曲线
图6为苯酚和空白实验的ATP含量曲线
具体实施方式
对于生物降解性能完全未知的有机物或有机废水，可用如下步骤进行测试和评估：
1)污泥预处理：从污水处理厂取来的活性污泥空曝10～12小时，以去除其中的残留有机物；
2)实验条件：反应液总体积为2升，其中有机物浓度为100mg/L(以DOC计)，污泥浓度为500mgMLSS/L，反应液中的无机介质成分如表1所示。同时做一瓶空白实验(不加受试有机物)；反应的温度为20±1℃，反应液的初始pH值调节为7.5±0.1，反应时间为14天；
3)受试有机物或废水的BOD5和COD值，其中BOD5和COD的测定方法都是根据ISO17908中的标准测定方法进行的，根据公式IO＝(BOD5/COD)×100计算IO指数；
4)利用图1的装置定期取样测定反应瓶中的CO2产量和ATP含量，CO2和ATP的测定方法可根据现有技术(如文献2和3)中介绍的测定方法进行，实验结束后，根据测得的CO2和ATP数据，分别绘制CO2和ATP随时间的变化曲线；
5)根据CO2和ATP的测定结果，利用公式IB＝(As/A0)×100计算IB指数，利用公式IA＝(PI/PT)×100和PI＝Ps/P0计算IA指数；其中：公式IB＝(As/A0)×100中，As表示受试有机物CO2产量曲线与时间横坐标之间的面积；A0表示空白实验CO2产量曲线与时间横坐标之间的面积；在公式IA＝(PI/PT)×100中，PI表示ATP曲线中的峰高指数，为无量纲数，PI＝Ps/P0，Ps表示受试有机物ATP曲线的峰高，P0表示空白实验ATP曲线的峰高；PT表示ATP曲线中的峰值出现的时间，单位为天；
6)根据图4的模糊聚类综合评估计算程序来对有机物生物降解性进行分类计算，根据上面得到的IO、IA和IB指数直接作为计算程序的输入值，然后根据得到的输出结果来判断该有机物的生物降解性。输出结果是“0”、“1”或“2”，其中“0”表示该有机物为难降解有机物；“1”表示该有机物为可降解有机物；“2”表示该有机物为易降解有机物。
在评估计算程序中第一步是依次输入IO、IA、IB三个数据，第二步给定分类矩阵E，第三步计算模糊关系矩阵R，可根据以下的方法计算：
当x(i)≤e(i，1)，取R(i，1)＝1，R(i，2)＝R(i，3)＝0；当x(i)＞e(i，3)，取R(i，3)＝1，R(i，1)＝R(i，2)＝0。据此可以计算模糊关系矩阵R。上面的计算公式中R(i，m)表示关系矩阵R中第i行的第m个元素，e(i，m)表示分类矩阵E中的第i行的第m个元素，x(i)表示输入向量[IO，IA，IB]中的第i个元素。得到关系矩阵R后就可根据第四步计算向量A，根据第五步计算向量B，最后确定向量B中最大值所处的位置来给出输出结果。
7)最后采用加权评估法对有机物的生物降解性进行定量评估，计算公式为IW＝IO×0.3+IB×0.3+IA×0.4，得到定量的评价结果。
实施例：
下面以苯酚为例来说明其生物降解性的综合评价过程：
(1)根据步骤1和2分别进行苯酚生物降解实验和一个空白实验。
(2)测定苯酚反应瓶中溶液的BOD5和COD值，测得BOD5＝161.8mg/L，COD＝311mg/L，计算IO＝(BOD5/COD)×100＝52。
(3)定期测定两个实验瓶中的CO2和污泥的ATP值，并分别绘制CO2和ATP随时间的变化曲线，如图5和图6所示。
(4)从图5中可以计算得到空白实验的A0＝56.00，As＝122.80，计算IB＝(As/A0)×100＝219.3。
(5)从图6中可以得到苯酚的出峰时间PT＝4天，空白实验的峰高P0＝3.6，苯酚的峰高Ps＝34.5，则PI＝Ps/P0＝9.6，所以IA＝(PI/PT)×100＝239.6。
(6)以IO＝52，IB＝219.3和IA＝239.6作为模糊聚类综合评价计算程序的输入，经计算程序计算后得到的输出为“2”，这个结果表明该有机物是易生物降解的。
(7)再计算IW＝IO×0.3+IB×0.3+IA×0.4＝177.2。
(8)最后得到的结论是苯酚是易生物降解的，并且其综合评价指数为177.2。
表1.无机营养介质成分化合物 浓度/g.L-1NH4SO4 0.6NH4NO3 0.3KH2PO4 0.6Na2HPO4·12H2O 4.0MgSO4·7H2O 0.1CaCl2·2H2O 0.1微量元素 0.001
Claims (1)
1、一种有机物生物降解性综合测试评价方法，其特征包括如下步骤及条件：
1)污泥预处理：从污水处理厂取来的活性污泥空曝10～12小时，以去除其中的残留有机物；
2)实验条件：反应液总体积为2升，其中有机物浓度为100mg/L(以DOC计)，污泥浓度为500mgMLSS/L；同时做一瓶空白实验(不加受试有机物)；反应的温度为20±1℃，反应液的初始pH值调节为7.5±0.1，反应时间为14天；
3)采用标准测试方法，测定受试有机物或废水的BOD5和COD值，根据公式IO＝(BOD5/COD)×100计算IO指数；
4)利用有机物生物降解过程中CO2和ATP的测试装置，定期测定CO2产量和ATP含量，并分别绘制CO2和ATP随时间的变化曲线；
5)根据ATP和CO2的测定结果，利用公式IB＝(As/A0)×100计算IB指数，利用公式IA＝(PI/PT)×100和PI＝Ps/P0计算IA指数；
6)采用模糊聚类综合评估计算程序来对有机物生物降解性进行分类，根据上面得到的IO、IA和IB指数直接作为计算程序的输入值，然后根据得到的输出结果分为难降解有机物、可降解有机物和易降解有机物三种情况；
7)最后采用加权评估法对有机物的生物降解性进行定量评估，利用计算公式IW＝IO×0.3+IB×0.3+IA×0.4，得到定量的评价结果。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |