一种废水中铜离子浓度对微生物活性影响程度的检测方法与流程

本发明涉及一种废水中铜离子浓度对微生物活性影响程度的检测方法，属于水处理技术领域。

背景技术：

随着工业化进程的不断加快，铜需求和使用量的迅速增长，使得含有铜离子的工业废水量也逐渐增加。铜离子随废水排入环境水体后，往往参与食物链从而进入生物体，与生物体内成分如蛋白质、脂肪酸或氨基酸起反应形成有机酸盐和鳌合物，与无机的碳酸根和磷酸根起反应，生成无机金属盐，通过累积毒害作用，对生物体产生严重的影响。目前，含铜离子的工业废水主要来自电镀、印刷、油漆生产、塑料和合金制造等行业，其水质复杂、酸碱性强、可生化性差。

相关研究表明低浓度的铜离子(0.5和1mg·L^-1)可以增加活性污泥系统最大比生长速率和生物量产率。但高浓度的铜离子可以抑制微生物的活性，干扰微生物代谢进而影响活性污泥系统处理效率。

由于铜离子在微生物代谢中的重要作用，铜对生物系统的影响吸引了重多研究者的关注。因此，评价铜离子在废水处理过程中的毒性影响至关重要，在评价铜离子的毒性影响的方法中，呼吸作用和酶活性是评价铜离子对微生物毒性影响的常见指标。当污水中出现重金属等毒性物质时，污泥脱氢酶活性可较早的预告污泥生物活性的改变，甚至可反映出毒性物质影响污泥活性的等级，因此脱氢酶活性在相关研究中呈现出作为评价毒理的有效方法。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种废水中铜离子浓度对微生物活性影响程度的检测方法，该方法通过测定含铜离子废水的脱氢酶活性，从而建立系统中脱氢酶活性与铜离子浓度的关系，最终达到利用废水中脱氢酶活性预警铜离子含量的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种废水中铜离子浓度对微生物活性影响程度的检测方法，包括如下步骤：

步骤1，采用带水浴保温的SBR容器作为模拟实际污水运行的实验装置；其中，实验装置的温度为20±1℃，溶解氧含量为5.0mg·L^-1，模拟污水的成分为：水中含有蔗糖647.1mg·L^-1、NH₄HCO₃263.4mg·L^-1、K₂HPO₄20.4mg·L^-1、KH₂PO₄4.93mg·L^-1、MgCL₂·6H₂O3.7mg·L^-1、FeCL₂·2H₂O3.7mg·L^-1、CaCL₂·2H₂O3.7mg·L^-1、MnSO₄0.057mg·L^-1、H₂MoO₄0.031mg·L^-1、ZnSO₄0.046mg·L^-1以及CoSO₄0.049mg·L^-1；

步骤2，建立多个步骤1的实验装置作为平行对照实验，分别往实验装置中加入不同浓度的铜离子，各个实验装置中铜离子的浓度范围为0～32mg/L；

步骤3，定期从每个实验装置中取一定量的样，分别测定每个实验装置中脱氢酶活性；

步骤4，利用公式IR＝((R₀-R)/R₀)·100％，得到每个实验装置中铜离子浓度对脱氢酶活性的抑制率；其中，公式中R₀为不添加铜离子时实验装置中脱氢酶活性，R为添加铜离子时各个实验装置中脱氢酶活性。

其中，步骤1中，所述实验装置的容积为1L。

其中，步骤2中，所述铜离子是以CuSO₄·5H₂O形式添加。

其中，步骤3中，所述定期为0～24h之间的任一时间。

其中，步骤3中，对于每个实验装置中取出的样，需要进行三次测量，取三次测量结果的平均值作为该实验装置中脱氢酶活性的测量结果。

其中，所述脱氢酶活性检测过程中采用的试剂为碘硝基氯化四氮唑蓝，碘硝基氯化四氮唑蓝氧化还原电位较低(+90mV)，当实验在有氧条件下进行时，能够用于测定好氧、厌氧和脱氮污泥的生物活性。

与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果为：

本发明方法通过测定含铜离子废水的脱氢酶活性，从而建立脱氢酶活性与铜离子浓度的关系，最终达到利用废水中脱氢酶活性预警铜离子含量的目的；因此有利于实现通过监测脱氢酶活性进而监测反应系统中铜离子浓度的变化，由于脱氢酶活性的变化可以较早的预告污泥生物系统的改变，进而可以反映出铜离子浓度对污泥活性影响的等级。

附图说明

图1为本发明实施例1中1小时后铜离子对脱氢酶活性抑制影响和抑制速率曲线；

图2为本发明实施例1中24小时后铜离子对脱氢酶活性抑制影响和抑制速率曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

本发明废水中铜离子浓度对微生物活性影响程度的检测方法，包括如下步骤：

步骤1，选10个完全相同的圆筒状反应器作为模拟实际污水运行的实验装置，每个反应器外层水浴加热，使反应器温度保持在20℃左右，每个反应器的有效体积为1升，反应器进水配方中含有蔗糖647.1mg·L^-1、NH₄HCO₃263.4mg·L^-1、K₂HPO₄20.4mg·L^-1、KH₂PO₄4.93mg·L^-1、MgCL₂·6H₂O3.7mg·L^-1、FeCL₂·2H₂O3.7mg·L^-1、CaCL₂·2H₂O3.7mg·L^-1、MnSO₄0.057mg·L^-1、H₂MoO₄0.031mg·L^-1、ZnSO₄0.046mg·L^-1以及CoSO₄0.049mg·L^-1，反应器的溶解氧含量维持在5.0mg·L^-1左右；

步骤2，分别向每个反应器投加浓度为0、1、2、4、5、8、10、16、20和32mg·L^-1的铜离子，铜离子以CuSO₄·5H₂O形式加入；

步骤3，各个反应器分别在铜离子作用1和24小时后，取0.3mL污泥混合液，进行脱氢酶活性的测定；

其中，脱氢酶活性测定方法为：将取出的0.3mL污泥混合液置于10mL离心管中，向离心管中依次加入1.5mL的Tris-HCl缓冲溶液和1mL质量百分浓度为0.2％的碘硝基氯化四氮唑蓝(INT)溶液，得到待测试样品；迅速将制备好的样品放在(37±1)℃的水浴振荡器内振荡培养30min，然后往样品中加入1mL质量百分浓度为37％的甲醛终止酶反应，上述所有操作均在暗处进行；将反应后的样品置于4000r/min下离心5min，轻轻弃去上清液；加入5mL丙酮作为萃取剂，混合搅拌均匀后，于(37±1)℃下暗处振荡萃取10min；待样品萃取完毕，将萃取液置于4000r/min下离心5min，离心后得到上清液和沉淀污泥；用分光光度计在485nm处读取离心分离后上清液的吸光度，经离心的沉淀污泥在(105±1)℃下烘干1h后测干重；脱氢酶活性的计算公式按下式计算：

式中：ETSt为脱氢酶活性[μg·(mg·h)^-1]；D₄₈₅为波长485nm处的上清液吸光度；V为萃取剂体积(mL)；kt为标准曲线斜率；W为污泥干重(mg)；t为震荡时间(h)，本试验t为0.5h；

步骤4，利用公式IR＝((R₀-R)/R₀)·100％，计算得到铜离子对反应体系中脱氢酶活性的抑制率；公式中R₀为不添加铜离子时反应器中脱氢酶活性，R为添加铜离子时各个反应器中脱氢酶活性。

图1～2为分别将铜离子作用1小时和24小时后对脱氢酶活性的抑制率和铜离子浓度进行拟合，得到的一条拟合对数曲线，经过结果比对，相关性(R²)均大于0.9，铜离子作用24小时后测得的数据相关性高于作用1小时的相关性，因此铜离子作用24小时后的脱氢酶活性可作为一种更好的(与1小时相比)预警不同浓度铜离子对活性污泥系统性能影响的方法。

本发明方法以脱氢酶活性为指标，对得到的抑制率与相应的铜离子浓度进行拟合，发现铜离子浓度和脱氢酶活性的抑制率呈现很好的相关性，因此说明脱氢酶活性可以作为一种预警铜离子作用下活性污泥系统性能的有效方法。