《产甲烷毒性》PPT课件.ppt

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1、间歇法,间歇法,1、试验装置 试验装置如图所示，反应器体积 500mL，置换瓶内装5%的NaOH溶液用于提纯甲烷，甲烷产量由集气瓶收集并计量。,间歇法,2、试验方法 试验是在一次性投加底物的静态培养条件下进行的，反应器中接种用低浓度废水连续驯化六周的产甲烷相反应器的等量厌氧颗粒污泥，基础底物采用产酸相发酵糖蜜的正常出水VFA混合液（乙醇：乙酸：丙酸：丁酸=20：40:3:70）。对比试验共五套装置平行进行，一组为基础底物空白试验（对比），其它四组的培养液为以基础底物稀释废水的试样组（见表）。试验开始前，向上述各试样瓶混合液中通氮气10min以驱除溶解氧，然后置于35恒温水浴箱中培养，每隔半小时

2、摇动反应瓶一次且逐小时记录甲烷产量。该试验历时240h。,间歇法,3、试验结果分析 试验过程的累计产甲烷量可以表征受试物的厌氧产甲烷毒性,即抑制程度(或毒性)的大小可以通过相对活性来比较判断,相对活性(Relative Activity,记作RA)可用下式表示:,大多数化学物质在浓度很低时对生物活性有一定的刺激作用（或促进作用），当浓度较高时，开始产生抑制作用，而且浓度愈高，抑制作用愈强烈。图毒性试验阶段累积产甲烷曲线为废水产甲烷毒性测定中各反应器的累积甲烷产量曲线，其中1#为空白对照，2#、3#、4#和5#培养液中废水与VFA混合液体积比分别为1/20、1/10、1/7及 1/4。从图中可以

3、看出，废水对产甲烷活性有明显的抑制作用，且抑制作用随着废水浓度的提高而增大，当稀释比为1/7时（4#），已出现了明显的抑制作用，当稀释比达到1/4，时（5#）产甲烷活性基本被完全抑制。根据上述相关公式可计算出 2#、3#、4#和5#反应器的 A、I以及 RA如表,间歇法,间歇法,图不同稀释比磺胺废水的阶段产气量曲线为毒性试验阶段各反应器的阶段产气量变化曲线，从中可以看出，产甲烷菌在利用底物的过程中有两个产气速率高峰区间，一个是在培养时间50-60h之间，一个是在75-85h之间。磺胺废水不但随稀释比的增大而不同程度的抑制了产甲烷活性，而且使其最大产气区间滞后。1#、2#的最大产气区间在50-6

4、0h内，3#、4#的最大产气区间在70-90h左右，5#的最大产气区间在85-95h左右，各反应器最大反应区间的后移现象说明，随着培养液中磺胺废水浓度的增加，产甲烷菌对其适应过程越来越困难，以至活性最后完全被抑制。,利用微生物的生理生化指标来判定有机物的厌氧降解性,直接测定微生物的数量、测量挥发性悬浮固体(VSS)、用微生物体内的特殊物质来判定,直接测定微生物的数量,1显微镜计数法 虽然这种测定方法操作很简单也很直接,但不能区分死菌和活菌,而且重现性亦较差,故不能真实反映厌氧微生物的活性。2活菌计数法 这种测定方法的优点是能测出活菌数目,但是操作时间太长,对厌氧微生物来说其培养也很不容易,测定

5、的重现性也很不理想。,测量挥发性悬浮固体(VSS),挥发性悬浮固体,即VSS包含了挥发性的有机物和细胞体,因此通过测定这个参数大致可反映出反应液中的厌氧微生物的量,尽管这个参数的测定原理和方法都很简单,但是这种方法不能区分死菌和活菌,也不能区分有机物和细胞体,故不能真正反映厌氧微生物的活性,尤其是在厌氧条件下,微生物的数量增加得很有限,有时在整个厌氧过程中基本上没有什么变化,这就难以根据这个参数来判断微生物的活性。,用微生物体内的特殊物质来判定,ATP是基质在降解过程中所产生的能量载体,基质被分解得越多,ATP产生得就越多,厌氧微生物的活性越高,说明该有机物容易被厌氧微生物所降解。ATP所反映

6、的是反应器中所有活的厌氧微生物的活性,同时ATP还和产气量等参数有很好的相关性,所以用ATP的含量来判定有机物的厌氧生物降解性在理论上是可行的。应该说利用这些厌氧微生物体内的活性酶的含量来判断厌氧微生物的活性的方法,提出的时间并不短。尽管在药用ATP生产中对于ATP的测定方法已经比较成熟,但是由于微生物体内的ATP的含量很低,尤其是厌氧微生物,据报道在厌氧微生物体内其ATP的含量一般在0.24mgATP/gVSS2.4mgATP/gVSS之间。如此低的含量,如果没有灵敏度很高的仪器和提取方法是很难得到理想的结果的,因此在厌氧微生物活性的判断上一直没有采用ATP法。,用微生物体内的特殊物质来判定

7、,进入80年代后期,出现了一种测定ATP的新方法。这种方法主要是利用ATP能在反应基质与特定的酶的作用下,与荧光素LH2、荧光素酶E、氧气和镁离子发生反应,生成单磷酸腺苷(AMP),放出两个磷酸根(PP),并发出光子。这个反应的过程可简写如下:LH2+ATP+EE LH2 AMP+PPE LH2 AMP+O2E+CO2+AMP+产物+光子。可采用荧光计数器来记录光子的数量,因此这种测定方法是比较灵敏的。已经有人用这种方法测出了厌氧微生物体内的ATP含量。用ATP含量来判断厌氧微生物的活性,由此来推断出相应化合物的厌氧生物降解性是可行的,而且与其它方法相比,ATP含量是最能反应出微生物的活性的指

8、标,因此是一种最有效、最直接的判断厌氧微生物活性的方法。,有两类指标可以用于测定有机物的去除率。一类是特性指标，如被测有机物的浓度。另一类是综合性指标，如化学需氧量(COD)、总有机碳(TOC)。,利用有机物的去除率来判断有机物的厌氧生物降解性,利用有机物的去除率来判断有机物的厌氧生物降解性,1、用特性指标来确定有机物的厌氧生物降解性 这种方法是测定基质(被测有机物)在厌氧反应前后的浓度,以它作为特性指标,然后用浓度的变化(去除率)来表示有机物的厌氧生物降解性:=1-Ce/Co式中Ce反应后基质浓度,mg/L;Co反应前基质浓度,mg/L。这种方法需要用一系列分离、定性、定量分析技术来测定被测

9、有机物的浓度,因此对分析样品的预处理要求比较高,操作很繁琐。其次若该有机物在降解过程中产生了有毒害或抑制作用的中间产物,而无法再进一步被厌氧微生物所分解。此时即使从表观上看该有机物的去除率很高,但实际上它也是一种难厌氧生物降解的有机化合物。因此用这种特性指标来描述有机物的厌氧生物降解性是不太实用和不太妥当的。当然有时在研究有机物的厌氧降解过程和降解机理时,这种指标还是必要的。,利用有机物的去除率来判断有机物的厌氧生物降解性,2、用综合性指标来确定有机物的厌氧降解性 常用的综合性指标有COD、TOC和溶解性有机碳(DOC)等。通过测定这些指标在厌氧反应前后的变化可表示有机物的厌氧生物降解性。在这

10、几个指标中COD是用来表征水中有机物浓度的常规监测方法,但测定时间较长,当待测溶液的COD值较低时,测定的相对误差较大,而且一些不能与重铬酸钾反应的有机物无法用COD来表示,如苯、甲苯等苯的同系物。TOC和DOC需要用较精密的仪器,测定的速度较快,数据也较准确,但是需要对水样进行适当的预处理。美国试验与材料协会提出的ASTM测试法建议；在每升反应液中加入污水处理厂厌氧污泥的上清液100mL,受试有机物的初始浓度相当于50mg/L(以有机碳计)。试验在125mL的血清瓶中进行,同时做一不加受试物的对照试验。反应温度35,反应时间为28d。计算生物降解百分率来评价受试物的厌氧生物降解性。,间歇反应

11、测定法,其中典型的方法为ECETOC标准测定方法。有一个叫ECETOC的工作小组提出的测试步骤，世界标准组织(ISO)1991年决定将ECETOC方法标准化，作为有机物厌氧生物降解性的筛选侧试法。,间歇反应测定法,取来污水处理厂厌氧污泥,先洗涤以减少无机碳的含量。将此污泥预消化2d 5d后可进一步降低背景气体产量。最后将污泥放入有盖的玻璃瓶中(容积0.1L 1.0L),瓶中污泥干固体浓度为100g/L,受试有机物的初始浓度相当于20mg/L 50mg/L(以有机碳计)。同时做一不加受试物的对照试验。反应温度35。试验周期为数星期。试验结束时,量测容器顶部气体的压力和总产量,并打开瓶盖立即测定溶

12、液中溶解性无机碳的含量。按式(1)计算生物降解百分率D:D=(CT-CC)/C 100%(1）式中CT总矿化碳(容器顶部的CH4和CO2中的碳,以及溶液中的溶解性无机碳);CC对照试验中的总矿化碳;C受试有机物的总有机碳。总矿化碳CT可分为两部分:一部分为容器顶部气体中的碳量CH(mg)。可用式(2)表示:CH=12PV/RT 103（2）式中P收集到的气体分压,atm;V收集到的气体体积,L;R气体常数,0.08205Latm/(molK);T开氏温度,K。,间歇反应测定法,另一部分为溶液中的溶解性无机碳CL(mg),可用式(3)表示:CL=DIC VL(3)式中DIC溶解性无机碳浓度,mg

13、/L;VL反应液体积,L。则总矿化碳CT(mg)可表示为：CT=CH+CL(4)受试有机物的总有机碳量C(mg)可根据下式计算得到:C=CS VL(5)式中CS受试有机物的初始浓度,以DOC来表示,mg/L;VL反应液体积,L。这种方法比较准确,而且对所有的有机物都适用,能够较真实地反映出有机物的厌氧分解程度。,试验装置与间歇反应测定法相似，反应过程中按一定的时间间隔，排出一定量的反应液，并补充新鲜的营养液和受试物。当反应达到稳定后,根据气体的产量变化评价有机物厌氧生物降解性。这与工业处理过程相似，即不断地有污水流入体系，不断地有净水流出。该方法所要求的设备较复杂。,这是一种最直接的厌氧降解性

14、的测定方法。被试物用14C标记，测定最终降解产物放射性甲烷和二氧化碳的量。虽然这种方法极为有效，却需要特殊的试验设备，昂贵的标记化合物，而且制备放射性标记物的难度也很大，因此不适宜做为一种通用的标准方法,14C标记法,理论产气量可通过巴斯韦尔方程计算得到：,利用实际产气量与理论产气量的比值来判断,利用实际产气量与理论产气量的比值来判断,当基质(被测有机物)组成、基质浓度与反应液体积已知时,可以通过这个方程来计算得到理论产气量,用QT表示。试验中测出CH4与CO2的总体积,用QF表示。则可用QF/QT的比值来表示有机物的厌氧生物降解性。实践表明,当QF/QT75%时,可以认为该有机物易被厌氧生物

15、降解;当30%QF/QT75%时,可以认为该有机物可被厌氧生物降解;当QF/QT30%时,可以认为该有机物难以被厌氧生物降解。这种方法能较方便地反映有机物的厌氧生物降解性,但也存在着一定的问题,因为气体体积的测定不是太可靠：CO2较易溶于水,即使在pH值很低的情况下CO2的溶解也不容忽视;而且反应器的密闭性也会影响气体的收集；再者温度和压力对气体体积的影响比较大,如果不进行校正,则会使评价结果的可信度降低。因此在采用这种测定方法来评价有机物的厌氧生物降解性时要尽可能减少气体体积测量的误差。美国环保局(EPA)标准测试法就是这种测定方法。将一定量的市政污水处理厂厌氧污泥加到一个有盖的反应器中(容积为500mL),加入受试有机物和营养盐溶液。受试有机物的初始浓度范围最高可到200mg/L,相当于采用50mgDOC/L。同时做一不加受试物的对照试验。反应温度35 37,试验周期为56d或直至生物降解完全。计算实际气体产量(扣除对照试验的气体产量)占理论气体产量的百分率,以评价受试物的厌氧生物降解性。,谢谢！,