一种检测MBBR系统生物膜活性微生物含量的方法及系统与流程

本发明属于污水处理和环境微生物检测分析
技术领域：
，具体涉及一种检测mbbr系统生物膜活性微生物含量的方法及系统。
背景技术：
：公开该
背景技术：
部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。移动床生物膜反应器(mbbr,movingbedbiofilmreactor)工艺于上世纪九十年代在挪威兴起，凭借其紧凑的结构、较高的活性生物量和稳定的去除效率等诸多优点被广泛用于新建污水处理厂以及污水处理厂的升级改造项目中。mbbr系统中的微生物以生物膜的形式在填料上附着生长，生物膜上的活性微生物的含量是影响系统处理效果的重要因素。生物膜中的微生物可分为自养型微生物和异养型微生物两类，自养型微生物的活性和数量直接影响氨氮的处理效果，异养微生物的活性生物量则与cod的去除和反硝化过程密切相关。由于同一个mbbr系统各个独立的反应区对悬浮填料的拦截，在环境选择作用下各反应区形成了不同的微生物分布。因此，研究mbbr系统中的活性异养型微生物和活性自养型生物的含量及其在各腔室中的分布，可有效评估系统的处理效率、处理能力及运行稳定性。目前污水处理厂常用悬浮固体浓度(mlss)及挥发性悬浮固体浓度(mlvss)作为活性微生物含量的评价指标，但由于这两项指标中除活性微生物质之外，还包含部分微生物自生氧化的残留物、惰性的有机物及被吸附的无机物，因此发明人发现，用其来评价活性微生物含量具有不准确、不稳定性。传统的微生物含量测定方法(平板菌落计数法)因部分微生物不可培养、人工培养基限制等因素使得其应用范围受限，且无法获得生物膜上活性微生物的准确含量。其他的一些分子生物学检测方法，如pcr定量扩增技术、荧光染色技术和实时荧光定量pcr技术等对高精度设备、技术的要求高。此外，因mbbr系统中微生物在填料上附着生长的状态，采用上述方法进行检测时，为保证测定的准确性需对填料上的生物膜进行完全的剥离，生物膜预处理难度大。技术实现要素：针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种方法简单、测量准确且无需复杂生物膜预处理的活性微生物含量定量检测方法和系统，并且可实现对mbbr系统中各腔室活性自养型与异养型微生物比例的测定，具有良好的实际应用之价值。本发明是通过如下技术方案实现的：本发明的第一个方面，提供一种检测mbbr系统生物膜活性微生物含量的方法，所述方法包括：测定mbbr系统中填料生物膜的耗氧呼吸速率；利用活性污泥模型计算出生物膜上活性微生物的含量。其中，测定mbbr系统生物膜的耗氧呼吸速率具体方法包括：将mbbr系统中的填料置于生物反应系统中，实时记录系统内随时间变化的溶解氧浓度；绘制溶解氧-时间曲线，计算耗氧呼吸速率ours。其中，所述生物反应系统包括生物反应装置、搅拌装置、曝气装置、溶解氧测定装置和温度测定装置。其中，所述生物反应装置为可密闭透明装置，如采用有机玻璃制成的圆柱形反应器；具体是将mbbr系统中的填料置于生物反应装置中；所述搅拌装置置于生物反应装置内，所述搅拌装置可以以搅拌桨机械搅拌方式进行搅拌，以保证填料始终处于良好的流化状态；所述曝气装置可以为曝气泵连接的曝气头，所述曝气头伸入生物反应装置的底部。所述溶解氧测定装置可以为便携式溶解氧仪，测定频率可以为1～2min(优选为1min)，以实时记录反应过程中的溶解氧浓度。所述温度测定装置可以为玻璃球温度计，从而实现对进行反应过程中温度的测定。所述活性污泥模型为asm1。所述利用活性污泥模型计算出生物膜上活性微生物的含量具体为基于耗氧呼吸速率ours和活性污泥模型asm1计算自养型微生物和异养型微生物的活性微生物含量和/或比例。本发明的第二个方面，提供一种检测mbbr系统生物膜活性微生物含量的系统，所述系统为上述生物反应系统。本发明的第三个方面，提供上述检测mbbr系统生物膜活性微生物含量的方法和/或系统在对mbbr系统中各腔室活性自养型与异养型微生物含量和/或比例的测定中的应用。上述一个或多个技术方案的有益技术效果：上述技术方案提出一种方法简单、测量准确且无需复杂生物膜预处理的活性微生物含量定量检测方法，并且可实现对mbbr系统中各腔室活性自养型与异养型微生物比例的测定，对于mbbr系统中填料上生物膜上活性微生物含量的测定，有效克服了目前常用的检测方法所具有的生物膜预处理难度大、测定不准确、设备和技术要求高等问题。上述技术方案通过监测生物膜耗氧呼吸速率的测定，无需复杂的生物膜预处理，结合活性污泥模型即可实现生物膜上活性微生物含量的量化，方法简单便捷、准确度高，因此具有良好的实际应用之价值。附图说明构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。图1为本发明实施例1中mbbr系统生物膜上活性微生物含量测定装置示意图；图2为本发明实施例1中生物膜耗氧呼吸速率计算示意图；附图中标记代表：101-生物反应装置，102-搅拌装置，103-曝气装置，104-溶解氧测定装置，105-温度测定装置，201-第一阶段线性区间，201-第二阶段线性区间，203-第三阶段线性区间。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属
技术领域：
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。如前所述，目前mbbr系统中生物膜活性微生物含量测定普遍存在测量不准确、设备和技术要求高、生物膜预处理困难等问题。有鉴于此，本发明的一个具体实施方式中，提供一种mbbr系统中悬浮填料的生物膜上活性微生物含量的测定方法，所述方法包括：测定mbbr系统中填料生物膜的耗氧呼吸速率；利用活性污泥模型计算出生物膜上活性微生物的含量。本发明的又一具体实施方式中，所述测定mbbr系统生物膜的耗氧呼吸速率具体方法包括：将mbbr系统中的填料置于生物反应系统中，实时记录系统内随时间变化的溶解氧浓度；绘制溶解氧-时间曲线，计算耗氧呼吸速率ours。本发明的又一具体实施方式中，在将填料置于生物反应系统前，优选对填料进行预处理，所述预处理方法具体包括使用清水冲洗填料3-5次；本发明预处理方法十分简便，同时避免因目前常规技术剥离生物膜进行检测而产生的误差。本发明的又一具体实施方式中，在mbbr系统生物膜的耗氧呼吸速率过程中，将活性微生物的耗氧活动分为三个阶段；第一阶段为：开启曝气，当溶解氧浓度上升到9mg·l-1以上时停止曝气，同时开启搅拌装置，不投加药剂，记录温度并实时记录溶解氧浓度，待浓度下降到0.2mg·l-1时停止记录，此阶段为活性微生物的内源呼吸作用阶段；第二阶段为：开启曝气，当溶解氧浓度上升到9mg·l-1以上时停止曝气，开启搅拌装置，投加20mgn·l-1的氯化铵溶液，实时记录溶解氧浓度，待浓度下降到0.2mg·l-1时停止记录，此阶段主要进行活性自养型微生物的代谢活动及活性异养型微生物的内源呼吸活动；第三阶段：开启曝气，当溶解氧浓度上升到9mg·l-1以上时停止曝气，开启搅拌装置，投加20mgn·l-1的氯化铵溶液、250mgcod·l-1的碳源和20mgn·l-1的硝化抑制剂atu，实时记录溶解氧浓度，待浓度下降到0.2mg·l-1时停止记录，因加入了足量的硝化抑制剂抑制了自养型微生物的代谢活动，因此本阶段全部为活性异养型微生物的代谢活动；绘制上述三个阶段的溶解氧-时间曲线，并进一步获得内源呼吸速率ouren、自养菌耗氧速率oura和异养菌耗氧速率ourh。本发明的又一具体实施方式中，所述生物反应系统包括生物反应装置、搅拌装置、曝气装置、溶解氧测定装置和温度测定装置。本发明的又一具体实施方式中，所述生物反应装置为可密闭透明装置，如采用有机玻璃制成的圆柱形反应器；具体是将mbbr系统中的填料置于生物反应装置中；本发明的又一具体实施方式中，所述搅拌装置置于生物反应装置内，所述搅拌装置可以以搅拌桨机械搅拌方式进行搅拌，以保证填料始终处于良好的流化状态；本发明的又一具体实施方式中，所述曝气装置可以为曝气泵连接的曝气头，所述曝气头伸入生物反应装置的底部。本发明的又一具体实施方式中，所述溶解氧测定装置可以为便携式溶解氧仪(哈希hq40d)，测定频率可以为1～2min(优选为1min)，以实时记录反应过程中的溶解氧浓度。本发明的又一具体实施方式中，所述温度测定装置可以为玻璃球温度计，从而实现对进行反应过程中温度的测定。本发明的又一具体实施方式中，所述活性污泥模型为asm1。本发明的又一具体实施方式中，所述利用活性污泥模型计算出生物膜上活性微生物的含量具体为基于耗氧呼吸速率ours和活性污泥模型asm1计算自养型微生物和异养型微生物的活性微生物含量和/或比例。本发明的又一具体实施方式中，提供一种检测mbbr系统生物膜活性微生物含量的系统，所述系统为上述生物反应系统。本发明的又一具体实施方式中，提供上述检测mbbr系统生物膜活性微生物含量的方法和/或系统在对mbbr系统中各腔室活性自养型与异养型微生物含量和/或比例的测定中的应用。以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例1本实施例通过生物反应系统实现生物膜上微生物好氧呼吸速率的测定，该生物反应系统如图1所示，包括包括生物反应装置101、搅拌装置102、曝气装置103、溶解氧测定装置104和温度测定装置105。其中生物反应装置为整个系统的主体，该装置是一个密闭的透明有机玻璃圆柱形反应器，容积为5l，mbbr系统中的生物膜将在此进行反应。生物反应装置内部设有搅拌装置，以保证填料始终处于良好的流化状态。曝气装置为曝气泵连接的小型曝气头，曝气头深入生物反应装置的底部。溶解氧测定装置为便携式溶解氧仪(哈希hq40d)，测定频率为1min，实时记录反应过程中的溶解氧浓度。温度测定装置为玻璃球温度计，进行反应过程中温度的测定。系统测定过程中应始终保持密闭状态。本实施例测定mbbr系统生物膜上活性微生物含量的方法包括步骤：(1)从mbbr中试系统各个腔室中定量取出填料，并记录填料的个数，用自来水冲洗3-5次后，将其放置于生物反应装置中，加入自来水到5l，开始活性微生物耗氧呼吸速率的测定。(2)将活性微生物的耗氧活动分为三个阶段，其中各个阶段的加药方法如表1所示。第一阶段：开启曝气，当溶解氧浓度上升到9mg·l-1以上时停止曝气，同时开启搅拌装置，不投加药剂，记录温度并实时记录溶解氧浓度，待浓度下降到0.2mg·l-1时停止记录，此阶段为活性微生物的内源呼吸作用。第二阶段：开启曝气，当溶解氧浓度上升到9mg·l-1以上时停止曝气，开启搅拌装置，投加20mgn·l-1的氯化铵溶液，实时记录溶解氧浓度，待浓度下降到0.2mg·l-1时停止记录，此阶段主要进行活性自养型微生物的代谢活动及活性异养型微生物的内源呼吸活动。第三阶段：开启曝气，当溶解氧浓度上升到9mg·l-1以上时停止曝气，开启搅拌装置，投加20mgn·l-1的氯化铵溶液、250mgcod·l-1的碳源和20mgn·l-1的硝化抑制剂atu，实时记录溶解氧浓度，待浓度下降到0.2mg·l-1时停止记录，因加入了足量的硝化抑制剂抑制了自养型微生物的代谢活动，因此本阶段全部为活性异养型微生物的代谢活动。(3)绘制三个阶段的溶解氧-时间曲线，如图2所示。选取其中溶解氧浓度与时间呈线性关系的区间部分(201、202、203)，计算稳态耗氧呼吸速率ours，其斜率的绝对值即为相应的ours(ours＝∣b∣，单位为mgo2·l-1·min-1)，三个阶段的耗氧呼吸速率依次记为our1、our2、our3。进一步计算出内源呼吸速率ouren、自养菌耗氧速率oura、异养菌耗氧速率ourh，其中，内源呼吸速率，ouren＝our1；自养菌耗氧速率，oura＝our2-our1；异养菌耗氧速率，ourh＝our3。(4)由活性污泥模型asm1中的公式(如下公式(1)、公式(2))计算出活性异养生物量和活性自养生物量，由于在试验过程中cod和氨氮的量是充足的，因此将公式(1)、(2)进行进一步的简化，得到公式(3)和公式(4)，最终可由公式(3)和公式(4)计算得出活性异养型微生物xh和自养型微生物xa的含量，公式(1)-(4)中各组分定义如表2所示。若试验的环境温度并非是asm1的标准温度(20℃)，则需要对最大比增长速率(μh,max、μa,max)进行温度校正，温度系数采用asm2的建议数值(ah＝1.07，aa＝1.12)，如公式(5)、(6)所示，其余参数使用asm1的默认值，具体数值见表3。μh,max＝μh,max,20·a(t-20)公式(5)μa,max＝μa,max,20·a(t-20)公式(6)计算得出活性异养型微生物xh和自养型微生物xa的含量后，可由公式(7)、(8)得到活性异养微生物与活性自养微生物的比例，具体的计算结果如表4所示。表1测定生物膜中活性生物量的呼吸试验方法表2活性异养生物量和自养生物量生长模型的变量及模型参数表3asm1各参数默认值表4活性微生物含量具体计算结果项目数值单位our10.25385mgo2·l-1·min-1our20.27422mgo2·l-1·min-1our30.979mgo2·l-1·min-1oura0.02037mgo2·l-1·min-1ourh0.979mgo2·l-1·min-1温度28℃μa,,01.98day-1μh,,010.31day-1填料个数340个xa0.00mgcod·l-1xh0.82mgcod·l-1xa(％)0.29％xh(％)99.71％应注意的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。当前第1页12