本发明涉及环境监测分析的
技术领域：
，更具体地，涉及一种测定好氧活性污泥表观产率系数的方法。
背景技术：
：好氧活性污泥的表观产率系数(theobservedyieldcoefficient,yobs)是指在一定时间内合成的生物量(混合液悬浮固体浓度,mixedliquidsuspendedsolids,mlss)与生化需氧量(biochemicaloxygendemand,bod)消耗量的比值。表观产率系数是污水处理系统数学模型中的关键参数之一，不仅可以计算好氧污泥生产量和需氧量，还可以计算动力学参数，如污水处理系统中的最大比生长速率(μm)和底物半饱和系数(ks)。因此，一种有效测定表观产率系数的方法对好氧活性污泥污水处理系统的运行和管理具有重要意义。目前，好氧活性污泥的表观产率系数确定主要是通过在培养期内(通常为0.5～2h)测定好氧活性污泥mlss的增加量和bod的减少量实现的。mlss的测定通常采用重量法，需要将样品通过0.45μm滤纸过滤，将滤纸及其滤纸上收集的物质置于105℃的烘箱中6～8小时，以完全除去水分，干燥前后滤纸的重量差即为mlss，为了确定mlss的显著变化，要求每个称重样品的检测限大于25mg。生化需氧量(bod)的消耗量一般通过碘量滴定法、溶氧仪测量。为了确定bod的显著变化，样品培养需要5天。简而言之，通过测定mlss和bod来确定好氧活性污泥表观产率系数的传统方法检测限差，测定和培养的时间很长，且操作过程复杂。技术实现要素：本发明的目的在于解决现有技术的问题，提供一种测定好氧活性污泥表观产率系数的方法。本发明的目的通过以下技术方案予以实现：一种测定好氧活性污泥表观产率系数的方法，包括以下步骤：步骤(1)样品预处理：用生理盐水冲洗好氧活性污泥样品后，在加入生理盐水曝气；同时，将污水过滤并曝气；步骤(2)样品培养：将冲洗过的污泥和曝气废水放入顶空瓶中，放置在恒温摇床中培养；步骤(3)样品测定：在不同培养时间后，分别从培养箱中取出顶空瓶，并向每个顶空瓶中注入0.5～2ml盐酸，以结束样品中微生物的代谢活动；然后，将顶空瓶放到顶空进样器中测量氧气和二氧化碳的信号值；步骤(4)结果计算：将步骤(3)中所得峰面积代入如下公式，得到好氧活性污泥的产率系数yobs：式中：k为培养过程中顶空瓶内二氧化碳峰面积的变化量与微生物增长量的比例常数；k为培养过程中顶空瓶内氧气峰面积的变化量与微生物耗氧量的比例常数；δac为培养过程中二氧化碳的峰面积的变化量；δao为培养过程中氧气的峰面积的变化量。优选地，步骤(1)中好氧活性污泥样品冲洗3至5次，使用0.45μm滤纸过滤污水，曝气时间为0.5～2.0h，以确保溶解氧浓度为6.0～8.0mg/l。优选地，步骤(2)中所述混合样品体积为5～20ml；步骤(2)中所述顶空瓶体积为21.6ml。优选地，步骤(3)中所述恒温摇床的温度为20～30℃，转速为100～300rpm；步骤(3)中所述盐酸的浓度为0.001～0.05mol/l。优选地，步骤(3)中所述顶空进样器操作条件是：平衡温度40～100℃，样品平衡时间4～40min，顶空样品瓶中载气平衡时间10～20s，管路充气时间10～20s，管路平衡时间1～10s，环路平衡时间10～20s。优选地，步骤(3)中所述色谱仪操作条件是：gs-q型毛细管色谱柱(30m×0.53mm)，色谱柱温为30～150℃，氮气作为载气，氮气流量2.0～6.0ml/min，热导检测器(tcd)检测器温度150～250℃。优选地，比例系数k的确定：使用重量法测定好氧活性污泥mlss的增长量，并按照权利要求1～6任意一项所述方法测定同一样品的二氧化碳信号值；同一样品的二氧化碳信号值，与好氧活性污泥的mlss增长量之间存在线性关系，即：δmlss＝kδac(2)式中：δmlss为活性污泥mlss的增长量；δac为培养过程中二氧化碳的峰面积的变化量。优选地，比例系数k的确定：通过设置空白试样测定空气中氧气的信号值，在室温20℃下，根据以下公式计算比例系数k：式中：cb为空气中氧气的摩尔浓度，m为氧气的分子量，γ为空气中氧气的体积分数，p0为大气压强，ab为空白试样测得氧气的峰面积。本方法仅适用与好氧活性污泥，表观产率系数是好氧活性污泥特有的动力学参数，其他类型污泥不适用该参数。与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明利用顶空气相色谱技术，测定好氧活性污泥培养过程中二氧化碳生成量与氧气消耗量，计算后得出好氧活性污泥样品的表观产率系数，不仅测定速度快，且分析结果准确度高，操作简单。首先，本发明涉及测定好氧活性污泥的表观产率系数，传统方法需要通过分别测定mlss与bod才可得到好氧活性污泥表观产率系数，而本发明仅需测试顶空瓶氧气和二氧化碳的变化量即可得到好氧活性污泥表观产率系数，其中，氧气和二氧化碳的量可以在一次顶空气相色谱检测中实现同步测定，这使测定操作步骤得到极大的简化。本方法具有良好的精密度和准确度，表观产率系数的相对标准偏差小于5.46％；与现有方法相比较，两种方法的相对偏差均在9.23％以内。其次，本发明所用的分析时间(90-120min)比传统方法的分析时间(2-5d)要短得多，说明本方法测定好氧活性污泥表观产率系数的效率更高。附图说明图1为好氧活性污泥培养过程中的氧气和二氧化碳的信号值变化图2好氧活性污泥培养过程中瓶内二氧化碳的信号值与mlss增长量的关系。具体实施方式下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。实施例1(1)样品预处理：用生理盐水冲洗取自某污水处理厂好氧池的好氧活性污泥1(mlss＝4238mg/l，ph＝7.28)3～5次，然后加入生理盐水曝气。同时，将污水过滤(使用0.45μm纸过滤)，并曝气1.0h，以确保溶解氧浓度为8.0mg/l。(2)样品培养：将15ml混合样品(即污泥和曝气废水)放入21.6ml顶空瓶中，放置在恒温摇床中培养，恒温摇床的温度为20℃，转速为150rpm。(3)样品测定：在不同培养时间后，分别从培养箱中取出顶空瓶，并向每个顶空瓶中注入1.0ml盐酸(0.005mol/l)，以结束样品中微生物的代谢活动。然后，将顶空瓶放到顶空进样器中测量氧气和二氧化碳的信号值。顶空进样器操作条件是：平衡温度为75℃，平衡时间为6.0min，顶空样品瓶中载气平衡时间12s，管路充气时间12s，管路平衡时间3s，环路平衡时间12s；气相色谱仪操作条件中使用gs-q型毛细管色谱柱(30m×0.53mm,j&wscientific公司)柱温为105℃；氮气作为载体，所述氮气流量为3.1ml/min；所述热导检测器(tcd)检测器温度为220℃。好氧活性污泥培养过程中的氧气和二氧化碳的信号值如图1所示。(4)比例系数k的确定使用重量法测定好氧活性污泥mlss的增长量，并按照上述实施例检测方法测定同一样品二氧化碳信号值。如图2所示，通过顶空气相色谱测定的二氧化碳信号值，与好氧活性污泥的mlss增长量之间存在线性关系，即：δmlss＝8.65×10-4δac(n＝11,r2＝0.9938)(1)式中：δmlss为活性污泥mlss的增长量；δac为培养过程中二氧化碳的峰面积的变化量；(5)比例系数k的确定由于顶空瓶内氧气的分压与理想气体的行为非常相似，可通过设置空白试样测定空气中氧气的信号值，在室温20℃下，根据以下公式计算比例系数k：式中：cb为空气中氧气的摩尔浓度，m为氧气的分子量，γ为空气中氧气的体积分数，p0为大气压强，ab为空白试样测得氧气的峰面积。(6)结果计算：将步骤(3)中氧气和二氧化碳线性变化区内的样品的氧气和二氧化碳信号值代入如下公式，即可得到好氧活性污泥样品产率系数yobs：实施例2～4检测各种样品实施例2～4分别对来自南宁几个不同的污水处理厂的好氧活性污泥样品进行检测，各检测参数条件如表1所示，其他未列出操作同实施例1。表1实施例2～4各样品的检测条件对比例1～3对比例1～3的工艺条件如表2所示，其他未列出操作同实施例1。表2对比例1～3的工艺条件本发明方法的准确性和精确性评价(1)重现性检验取4个不同的好氧活性污泥样品，分别以实施例1～4的顶空气相色谱法测定5个平行样。其检测结果由表1所示。由表3可知，顶空气相色谱法得到的表观产率系数的相对标准偏差小于5.46％。因此，可见本方法对产率系数的检测具有较好的重现性。但从对比例和表4可知，若操作检测参数条件不在本方法的范围内，方法准确性将无法保证，该方法将无法发挥对好氧活性污泥样品的检测优势，具体表现为标准偏差大于12.8％。表3实施例顶空气相色谱法重复性检验编号yobs,mgmlss/mgbod相对标准偏差,％好氧活性污泥10.236±0.0145.46好氧活性污泥20.435±0.0213.95好氧活性污泥30.562±0.0162.65好氧活性污泥40.643±0.0122.51表4对比例顶空气相色谱法的重复性检验(2)方法对比取4个不同的好氧活性污泥样品，分别以本发明的顶空气相色谱法和传统方法(即使用国标hj505-2009和gb11901-89分别测定bod消耗量和mlss增长量)进行分析检测并记录分析结果。其检测结果由表5所示。表5顶空气相色谱法与传统方法测定产率系数的结果比较两种方法的相对偏差均在9.23％以内，说明顶空气相色谱法测定结果准确度高。同时，顶空气相色谱法的分析时间(90-120min)比传统方法的分析时间(2-5d)要短得多，说明顶空气相色谱法更高效。以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种测定好氧活性污泥表观产率系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)样品预处理：用生理盐水冲洗好氧活性污泥样品后，在加入生理盐水曝气；同时，将污水过滤并曝气；
步骤(2)样品培养：将冲洗过的污泥和曝气废水放入顶空瓶中，放置在恒温摇床中培养；
步骤(3)样品测定：在不同培养时间后，分别从培养箱中取出顶空瓶，并向每个顶空瓶中注入0.5～2ml盐酸，以结束样品中微生物的代谢活动；然后，将顶空瓶放到顶空进样器中测量氧气和二氧化碳的信号值；
步骤(4)结果计算：将步骤(3)中所得峰面积代入如下公式，得到好氧活性污泥的产率系数yobs：
式中：k为培养过程中顶空瓶内二氧化碳峰面积的变化量与微生物增长量的比例常数；k为培养过程中顶空瓶内氧气峰面积的变化量与微生物耗氧量的比例常数；δac为培养过程中二氧化碳的峰面积的变化量；δao为培养过程中氧气的峰面积的变化量。
2.根据权利要求1所述测定好氧活性污泥表观产率系数的方法，其特征在于，步骤(1)中好氧活性污泥样品冲洗3至5次，使用0.45μm滤纸过滤污水，曝气时间为0.5～2.0h，以确保溶解氧浓度为6.0～8.0mg/l。
3.根据权利要求1所述测定好氧活性污泥表观产率系数的方法，其特征在于，步骤(2)中所述混合样品体积为5～20ml；步骤(2)中所述顶空瓶体积为21.6ml。
4.根据权利要求1所述测定好氧活性污泥表观产率系数的方法，其特征在于，步骤(3)中所述恒温摇床的温度为20～30℃，转速为100～300rpm；步骤(3)中所述盐酸的浓度为0.001～0.05mol/l。
5.根据权利要求1所述测定好氧活性污泥表观产率系数的方法，其特征在于，步骤(3)中所述顶空进样器操作条件是：平衡温度40～100℃，样品平衡时间4～40min，顶空样品瓶中载气平衡时间10～20s，管路充气时间10～20s，管路平衡时间1～10s，环路平衡时间10～20s。
6.根据权利要求1所述测定好氧活性污泥表观产率系数的方法，其特征在于，步骤(3)中所述色谱仪操作条件是：gs-q型毛细管色谱柱(30m×0.53mm)，色谱柱温为30～150℃，氮气作为载气，氮气流量2.0～6.0ml/min，热导检测器检测器温度150～250℃。
7.根据权利要求1所述测定好氧活性污泥表观产率系数的方法，其特征在于，比例系数k的确定：
使用重量法测定好氧活性污泥mlss的增长量，并按照权利要求1～6任意一项所述方法测定同一样品的二氧化碳信号值；
同一样品的二氧化碳信号值，与好氧活性污泥的mlss增长量之间存在线性关系，即：
δmlss＝kδac(2)
式中：δmlss为活性污泥mlss的增长量；δac为培养过程中二氧化碳的峰面积的变化量。
8.根据权利要求1所述测定好氧活性污泥表观产率系数的方法，其特征在于，比例系数k的确定：
通过设置空白试样测定空气中氧气的信号值，在室温20℃下，根据以下公式计算比例系数k：
式中：cb为空气中氧气的摩尔浓度，m为氧气的分子量，γ为空气中氧气的体积分数，p0为大气压强，ab为空白试样测得氧气的峰面积。
技术总结本发明涉及环境监测分析的技术领域，公开了一种测定好氧活性污泥表观产率系数的方法。本方法包括(1)样品预处理；(2)样品培养；(3)采用顶空气相色谱对培养样品进行检测；(4)结果计算。本发明利用顶空气相色谱技术，通过测定顶空瓶中培养的好氧污泥样品在短时间内氧气消耗量和二氧化碳生成量，经计算可得到好氧活性污泥样品的表观产率系数。本方法具有良好的精密度和准确度，表观产率系数的相对标准偏差小于5.46％；与现有方法相比较，两种方法的相对偏差均在9.23％以内。相较于传统的方法更简单、更高效，尤其适用于环境领域中好氧活性污泥相关的研究与应用。
技术研发人员：胡湛波;郑榆凯;李佩仪;吴凯;涂晓杰
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2020.01.22
技术公布日：2020.06.05
