[发明专利]一种基于ICP-MS快速测定厌氧氨氧化污泥活性的方法

说明书

本发明涉及一种基于ICP‑MS快速测定厌氧氨氧化污泥活性的方法，即提供了一种通过电感耦合等离子体质谱测定污泥血红素提取液中铁元素浓度来快速精确表征厌氧氨氧化污泥活性的手段。具体步骤包括污水处理厂厌氧氨氧化污泥样品采集和保藏、污泥样品泥水分离、污泥样品血红素提取、血红素提取液中铁浓度测定等步骤。通过醋酸盐缓冲液提取超声波破碎的细胞，高速离心后可获得血红素溶液，提取简单快捷，效果稳定，解决了目前微生物体内血红素含量低、提取困难等诸多问题。电感耦合等离子体质谱法具有极低的检出限和宽达七个数量级的线性动态范围，能够准确测定血红素提取液中痕量铁元素含量，自动化程度高，分析快速(2～3分钟/样品)，抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及一种基于电感耦合等离子体质谱法快速测定厌氧氨氧化污泥活性的方法，适用于市政污水、工业废水等厌氧氨氧化生物脱氮工程。

背景技术

随着我国经济的快速发展，由氮磷引起的水体富营养化问题日益严重，导致城市河湖及水库水体环境质量日益恶化。污水处理厂作为氮磷削减的重要组成单元，是实现水体环境不被进一步破坏的重要保证。据统计，2010年我国各城市共有污水处理厂2630座，污水的日处理量可达到1.22亿m³，城市污水处理率已达到73％。但是城市污水处理是一种高能耗的产业之一，处理每吨污水电耗约为0.2～0.3kWh/m³，总能耗约占全社会用电量的0.3％。另外，当前我国城市污水处理厂普遍面临进水碳源不足的问题，常常需要投加大量的化学药剂(如甲醇、乙酸钠等碳源)强化反硝化脱氮。随着国家对排放标准的进一步提高，污水处理厂的能耗占比和化学药剂的投加也会不断提高。高能耗造成污水处理运营成本高，同时也加剧了我国现阶段的能源危机。因此，节能降耗是污水处理行业迫切需要解决的问题。

近年来，新型生物脱氮工艺厌氧氨氧化法的出现，弥补了传统硝化-反硝化工艺的缺陷，提高了脱氮效率和经济性。厌氧氨氧化(ANAMMOX)作为一种以NH₄⁺为电子供体，NO₂^-为电子受体，依靠无机碳源自养，最终产生N₂的生化反应(式1)，相比传统的硝化反硝化工艺具有很大的优势，如无需碳源，节省62.5％曝气量和50％耗碱量，污泥产率低，氮素去除效率高等，是迄今为止最经济高效的污水脱氮工艺。因此厌氧氨氧化工艺是实现我国污水处理厂节能降耗的重要技术手段。

NH₄⁺+1.32NO₂^-+0.066HCO₃^-+0.13H⁺→0.066CH₂O_0.5N_0.15+1.02N₂

+0.26NO₃^-+2.03H₂O (式1)

然而，厌氧氨氧化菌属慢速生长型自养微生物，细胞产率低(0.08～0.11gVSS/gNH₄⁺-N)，世代时间长达10～25天，对环境条件敏感，富集培养困难。由于接种物缺乏和富集培养难，导致厌氧氨氧化工艺启动十分缓慢，世界上第一个生产性装置的启动时间长达3.5年，使其工程应用面临巨大的挑战。接种厌氧产甲烷污泥后，厌氧氨氧化工艺整个启动过程一般分为菌体水解期、活性迟滞期、活性提高期和稳定运行期四个阶段。在每个阶段，工作人员都需要时刻关注反应器内厌氧氨氧化污泥的活性，以便对工艺流程进行及时调整。此外，厌氧氨氧化反应器顺利启动后，为了污水的有效处理和达标排放，污水处理厂管理和操作人员需要时刻监控和及时判断影响厌氧氨氧化过程异常的原因，以便对工厂设施进行必要的调整，保证厌氧氨氧化过程的正常运行，保证污水的达标排放。