產(chǎn)甲烷毒性課件

1、產(chǎn)甲烷毒性產(chǎn)甲烷毒性的測定產(chǎn)甲烷毒性的測定 匯報人：王博第一頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)法01第二頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)法1、試驗裝置 試驗裝置如圖所示，反應(yīng)器體積 500mL，置換瓶內(nèi)裝5%的NaOH溶液用于提純甲烷，甲烷產(chǎn)量(chnling)由集氣瓶收集并計量。第三頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)法2、試驗方法 試驗是在一次性投加底物的靜態(tài)培養(yǎng)條件下進(jìn)行的，反應(yīng)器中接種用低濃度廢水連續(xù)馴化六周的產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器的等量厭氧顆粒污泥，基礎(chǔ)底物采用產(chǎn)酸相發(fā)酵糖蜜的正常出水VFA混合液（乙醇(y chn)：乙酸：丙酸：丁酸=20：40:3:70

2、）。對比試驗共五套裝置平行進(jìn)行，一組為基礎(chǔ)底物空白試驗（對比），其它四組的培養(yǎng)液為以基礎(chǔ)底物稀釋廢水的試樣組（見表）。試驗開始前，向上述各試樣瓶混合液中通氮氣10min以驅(qū)除溶解氧，然后置于35恒溫水浴箱中培養(yǎng)，每隔半小時搖動反應(yīng)瓶一次且逐小時記錄甲烷產(chǎn)量。該試驗歷時240h。第四頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)法3、試驗(shyn)結(jié)果分析 試驗過程的累計產(chǎn)甲烷量可以表征受試物的厭氧產(chǎn)甲烷毒性,即抑制程度(或毒性)的大小可以通過相對活性來比較判斷,相對活性(Relative Activity,記作RA)可用下式表示:大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)在濃度很低時對生物活性有一定的刺激作用（或促進(jìn)作

3、用），當(dāng)濃度較高時，開始產(chǎn)生抑制作用，而且濃度愈高，抑制作用愈強烈。圖毒性試驗階段累積產(chǎn)甲烷曲線為廢水產(chǎn)甲烷毒性測定中各反應(yīng)器的累積甲烷產(chǎn)量曲線，其中1#為空白對照，2#、3#、4#和5#培養(yǎng)液中廢水與VFA混合液體積比分別為1/20、1/10、1/7及 1/4。從圖中可以看出，廢水對產(chǎn)甲烷活性有明顯(mngxin)的抑制作用，且抑制作用隨著廢水濃度的提高而增大，當(dāng)稀釋比為1/7時（4#），已出現(xiàn)了明顯的抑制作用，當(dāng)稀釋比達(dá)到1/4，時（5#）產(chǎn)甲烷活性基本被完全抑制。根據(jù)上述相關(guān)公式可計算出 2#、3#、4#和5#反應(yīng)器的 A、I以及 RA如表第五頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi

4、)法第六頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)法 圖不同稀釋比磺胺廢水的階段產(chǎn)氣量曲線為毒性試驗階段各反應(yīng)器的階段產(chǎn)氣量變化曲線，從中可以看出，產(chǎn)甲烷菌在利用底物的過程中有兩個產(chǎn)氣速率高峰區(qū)間，一個是在培養(yǎng)時間50-60h之間，一個是在75-85h之間?；前窂U水不但隨稀釋比的增大而不同程度的抑制(yzh)了產(chǎn)甲烷活性，而且使其最大產(chǎn)氣區(qū)間滯后。1#、2#的最大產(chǎn)氣區(qū)間在50-60h內(nèi)，3#、4#的最大產(chǎn)氣區(qū)間在70-90h左右，5#的最大產(chǎn)氣區(qū)間在85-95h左右，各反應(yīng)器最大反應(yīng)區(qū)間的后移現(xiàn)象說明，隨著培養(yǎng)液中磺胺廢水濃度的增加，產(chǎn)甲烷菌對其適應(yīng)過程越來越困難，以至活性最后完全被抑制

5、。第七頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性厭氧生物可降解性測定厭氧生物可降解性測定 匯報人：王博第八頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性利用(lyng)微生物的生理生化指標(biāo)來判定有機物的厭氧降解性01直接測定微生物的數(shù)量(shling)、測量揮發(fā)性懸浮固體(VSS)、 用微生物體內(nèi)的特殊物質(zhì)來判定第九頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性直接(zhji)測定微生物的數(shù)量1顯微鏡計數(shù)法 雖然這種測定方法操作很簡單也很直接,但不能區(qū)分(qfn)死菌和活菌,而且重現(xiàn)性亦較差,故不能真實反映厭氧微生物的活性。2活菌計數(shù)法 這種測定方法的優(yōu)點是能測出活菌數(shù)目,但是操作時間太長,對厭氧微生物來說其培養(yǎng)也很不容易,測定的重現(xiàn)性也很不理想。

6、第十頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性測量(cling)揮發(fā)性懸浮固體(VSS) 揮發(fā)性懸浮固體,即VSS包含(bohn)了揮發(fā)性的有機物和細(xì)胞體,因此通過測定這個參數(shù)大致可反映出反應(yīng)液中的厭氧微生物的量,盡管這個參數(shù)的測定原理和方法都很簡單,但是這種方法不能區(qū)分死菌和活菌,也不能區(qū)分有機物和細(xì)胞體,故不能真正反映厭氧微生物的活性,尤其是在厭氧條件下,微生物的數(shù)量增加得很有限,有時在整個厭氧過程中基本上沒有什么變化,這就難以根據(jù)這個參數(shù)來判斷微生物的活性。第十一頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性用微生物體內(nèi)(t ni)的特殊物質(zhì)來判定 ATP是基質(zhì)在降解過程中所產(chǎn)生的能量載體,基質(zhì)被分解得越多,ATP產(chǎn)生得就

7、越多,厭氧微生物的活性越高,說明該有機物容易(rngy)被厭氧微生物所降解。ATP所反映的是反應(yīng)器中所有活的厭氧微生物的活性,同時ATP還和產(chǎn)氣量等參數(shù)有很好的相關(guān)性,所以用ATP的含量來判定有機物的厭氧生物降解性在理論上是可行的。 應(yīng)該說利用這些厭氧微生物體內(nèi)的活性酶的含量來判斷厭氧微生物的活性的方法,提出的時間并不短。盡管在藥用ATP生產(chǎn)中對于ATP的測定方法已經(jīng)比較成熟,但是由于微生物體內(nèi)的ATP的含量很低,尤其是厭氧微生物,據(jù)報道在厭氧微生物體內(nèi)其ATP的含量一般在0.24mgATP/gVSS2.4mgATP/gVSS之間。如此低的含量,如果沒有靈敏度很高的儀器和提取方法是很難得到理想

8、的結(jié)果的,因此在厭氧微生物活性的判斷上一直沒有采用ATP法。第十二頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性用微生物體內(nèi)的特殊(tsh)物質(zhì)來判定 進(jìn)入80年代后期,出現(xiàn)了一種測定ATP的新方法。這種方法主要是利用ATP能在反應(yīng)基質(zhì)與特定的酶的作用下,與熒光素LH2、熒光素酶E、氧氣和鎂離子發(fā)生反應(yīng),生成單磷酸腺苷(AMP),放出兩個磷酸根(PP),并發(fā)出光子。這個反應(yīng)的過程可簡寫(jinxi)如下:LH2+ ATP+ EE LH2 AMP+ PPE LH2 AMP+ O2E+ CO2+ + AMP+產(chǎn)物+光子。 可采用熒光計數(shù)器來記錄光子的數(shù)量,因此這種測定方法是比較靈敏的。已經(jīng)有人用這種方法測出了厭氧微生

9、物體內(nèi)的ATP含量。用ATP含量來判斷厭氧微生物的活性,由此來推斷出相應(yīng)化合物的厭氧生物降解性是可行的,而且與其它方法相比,ATP含量是最能反應(yīng)出微生物的活性的指標(biāo),因此是一種最有效、最直接的判斷厭氧微生物活性的方法。第十三頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性02有兩類指標(biāo)可以用于測定(cdng)有機物的去除率。一類是特性指標(biāo)，如被測有機物的濃度。另一類是綜合性指標(biāo)，如化學(xué)需氧量(COD)、總有機碳(TOC)。利用有機物的去除率來判斷(pndun)有機物的厭氧生物降解性第十四頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性利用有機物的去除率來判斷(pndun)有機物的厭氧生物降解性 1、用特性指標(biāo)來確定有機物的厭氧生物降解性

10、 這種方法是測定基質(zhì)(被測有機物)在厭氧反應(yīng)前后的濃度,以它作為特性指標(biāo),然后用濃度的變化(去除率)來表示有機物的厭氧生物降解性:= 1- Ce/ Co式中Ce反應(yīng)后基質(zhì)濃度,mg/L; Co反應(yīng)前基質(zhì)濃度,mg/L。 這種方法需要用一系列分離、定性、定量分析技術(shù)來測定被測有機物的濃度,因此對分析樣品的預(yù)處理要求比較高,操作很繁瑣。其次若該有機物在降解過程中產(chǎn)生了有毒害或抑制作用的中間產(chǎn)物,而無法再進(jìn)一步被厭氧微生物所分解。此時即使從表觀上看該有機物的去除率很高,但實際上它也是一種難厭氧生物降解的有機化合物。因此用這種特性指標(biāo)來描述有機物的厭氧生物降解性是不太實用(shyng)和不太妥當(dāng)?shù)?。?dāng)

11、然有時在研究有機物的厭氧降解過程和降解機理時,這種指標(biāo)還是必要的。第十五頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性利用有機物的去除率來判斷(pndun)有機物的厭氧生物降解性2、用綜合性指標(biāo)來確定有機物的厭氧降解性 常用的綜合性指標(biāo)有COD、TOC和溶解性有機碳(DOC)等。通過測定這些指標(biāo)在厭氧反應(yīng)前后的變化可表示有機物的厭氧生物降解性。在這幾個指標(biāo)中COD是用來表征水中有機物濃度的常規(guī)監(jiān)測方法,但測定時間較長,當(dāng)待測溶液的COD值較低時,測定的相對誤差較大,而且一些不能與重鉻酸鉀反應(yīng)的有機物無法用COD來表示,如苯、甲苯等苯的同系物。TOC和DOC需要用較精密(jngm)的儀器,測定的速度較快,數(shù)據(jù)也較準(zhǔn)

12、確,但是需要對水樣進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。 美國試驗與材料協(xié)會提出的ASTM測試法建議；在每升反應(yīng)液中加入污水處理廠厭氧污泥的上清液100mL,受試有機物的初始濃度相當(dāng)于50mg/L(以有機碳計)。試驗在125mL的血清瓶中進(jìn)行,同時做一不加受試物的對照試驗。反應(yīng)溫度35 ,反應(yīng)時間為28d。計算生物降解百分率來評價受試物的厭氧生物降解性。第十六頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)反應(yīng)測定法03其中典型的方法為ECETOC標(biāo)準(zhǔn)測定方法。有一個叫ECETOC的工作小組提出的測試步驟，世界標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)1991年決定將ECETOC方法標(biāo)準(zhǔn)化，作為(zuwi)有機物厭氧生物降解性的篩選側(cè)試法

13、。第十七頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)反應(yīng)測定法取來污水處理廠厭氧污泥,先洗滌以減少無機碳的含量。將此污泥預(yù)消化2d 5d后可進(jìn)一步降低背景氣體產(chǎn)量。最后將污泥放入有蓋的玻璃瓶中(容積0.1L 1.0L),瓶中污泥干固體濃度為100g/L,受試有機物的初始濃度相當(dāng)于20mg/L 50mg/L(以有機碳計)。同時做一不加受試物的對照試驗。反應(yīng)(fnyng)溫度35。試驗周期為數(shù)星期。試驗結(jié)束時,量測容器頂部氣體的壓力和總產(chǎn)量,并打開瓶蓋立即測定溶液中溶解性無機碳的含量。按式(1)計算生物降解百分率D:D= (CT- CC)/ C 100% (1）式中CT總礦化碳(容器頂部的CH4

14、和CO2中的碳,以及溶液中的溶解性無機碳); CC對照試驗中的總礦化碳; C受試有機物的總有機碳。 總礦化碳CT可分為兩部分:一部分為容器頂部氣體中的碳量CH(mg)?？捎檬?2)表示:CH= 12PV/RT 103 （2）式中P收集到的氣體分壓,atm; V收集到的氣體體積,L; R氣體常數(shù),0.08205Latm/(molK); T開氏溫度,K。第十八頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)反應(yīng)測定法 另一部分為溶液中的溶解性無機碳CL(mg),可用式(3)表示:CL= DIC VL (3)式中DIC溶解性無機碳濃度,mg/L; VL反應(yīng)液體積,L。 則總礦化碳CT(mg)可表示為：

15、CT= CH+ CL (4) 受試有機物的總有機碳量C(mg)可根據(jù)下式計算得到:C= CS VL (5)式中CS受試有機物的初始濃度,以DOC來表示,mg/L; VL反應(yīng)液體積,L。 這種方法比較準(zhǔn)確,而且對所有的有機物都適用,能夠較真實(zhnsh)地反映出有機物的厭氧分解程度。第十九頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性04試驗裝置與間歇反應(yīng)測定法相似，反應(yīng)過程中按一定的時間間隔(jin g)，排出一定量的反應(yīng)液，并補充新鮮的營養(yǎng)液和受試物。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定后,根據(jù)氣體的產(chǎn)量變化評價有機物厭氧生物降解性。這與工業(yè)處理過程相似，即不斷地有污水流入體系，不斷地有凈水流出。該方法所要求的設(shè)備較復(fù)雜。第二十頁

16、，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性05這是一種最直接的厭氧降解性的測定方法。被試物用14C標(biāo)記，測定最終降解產(chǎn)物放射性甲烷和二氧化碳的量。雖然這種方法極為有效，卻需要特殊的試驗設(shè)備，昂貴的標(biāo)記化合物，而且制備(zhbi)放射性標(biāo)記物的難度也很大，因此不適宜做為一種通用的標(biāo)準(zhǔn)方法14C標(biāo)記(bioj)法第二十一頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性06理論產(chǎn)氣量可通過巴斯韋爾方程計算(j sun)得到：利用(lyng)實際產(chǎn)氣量與理論產(chǎn)氣量的比值來判斷第二十二頁，共二十五頁。產(chǎn)甲烷毒性利用實際產(chǎn)氣量與理論(lln)產(chǎn)氣量的比值來判斷 當(dāng)基質(zhì)(被測有機物)組成、基質(zhì)濃度與反應(yīng)液體積已知時,可以通過這個方程來計算得到理論

17、產(chǎn)氣量,用QT表示。試驗中測出CH4與CO2的總體積,用QF表示。則可用QF/QT的比值來表示有機物的厭氧生物降解性。實踐表明,當(dāng)QF/QT75%時,可以認(rèn)為該有機物易被厭氧生物降解;當(dāng)30%QF/QT75%時,可以認(rèn)為該有機物可被厭氧生物降解;當(dāng)QF/QT30%時,可以認(rèn)為該有機物難以被厭氧生物降解。這種方法能較方便地反映有機物的厭氧生物降解性,但也存在著一定的問題,因為氣體體積的測定不是太可靠：CO2較易溶于水,即使在pH值很低的情況下CO2的溶解也不容忽視;而且反應(yīng)器的密閉性也會影響氣體的收集；再者溫度和壓力對氣體體積的影響比較大,如果不進(jìn)行校正,則會使評價結(jié)果的可信度降低。因此在采用這種測定方法來評價有機物的厭氧生物降解性時要盡可能減少氣體體積測量的誤差(wch)。 美國環(huán)保局(EPA)標(biāo)準(zhǔn)測試法就是這種測定方法。將一定量的市政污水處理廠厭氧污泥加到一個有蓋的反應(yīng)器中(容積為500mL),加入受試有機物和營養(yǎng)鹽溶液。受試有機物的初始濃度范圍最高可到200mg/L,相當(dāng)于采用50mgDOC/L。同時做一不加受試物的對照試驗。反應(yīng)溫度35