一種廢水中銅離子濃度對微生物活性影響程度的檢測方法與流程

2023-12-12 20:56:27 2

本發明涉及一種廢水中銅離子濃度對微生物活性影響程度的檢測方法，屬於水處理技術領域。

背景技術：

隨著工業化進程的不斷加快，銅需求和使用量的迅速增長，使得含有銅離子的工業廢水量也逐漸增加。銅離子隨廢水排入環境水體後，往往參與食物鏈從而進入生物體，與生物體內成分如蛋白質、脂肪酸或胺基酸起反應形成有機酸鹽和鰲合物，與無機的碳酸根和磷酸根起反應，生成無機金屬鹽，通過累積毒害作用，對生物體產生嚴重的影響。目前，含銅離子的工業廢水主要來自電鍍、印刷、油漆生產、塑料和合金製造等行業，其水質複雜、酸鹼性強、可生化性差。

相關研究表明低濃度的銅離子(0.5和1mg·L-1)可以增加活性汙泥系統最大比生長速率和生物量產率。但高濃度的銅離子可以抑制微生物的活性，幹擾微生物代謝進而影響活性汙泥系統處理效率。

由於銅離子在微生物代謝中的重要作用，銅對生物系統的影響吸引了重多研究者的關注。因此，評價銅離子在廢水處理過程中的毒性影響至關重要，在評價銅離子的毒性影響的方法中，呼吸作用和酶活性是評價銅離子對微生物毒性影響的常見指標。當汙水中出現重金屬等毒性物質時，汙泥脫氫酶活性可較早的預告汙泥生物活性的改變，甚至可反映出毒性物質影響汙泥活性的等級，因此脫氫酶活性在相關研究中呈現出作為評價毒理的有效方法。

技術實現要素：

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種廢水中銅離子濃度對微生物活性影響程度的檢測方法，該方法通過測定含銅離子廢水的脫氫酶活性，從而建立系統中脫氫酶活性與銅離子濃度的關係，最終達到利用廢水中脫氫酶活性預警銅離子含量的目的。

為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案如下：

一種廢水中銅離子濃度對微生物活性影響程度的檢測方法，包括如下步驟：

步驟1，採用帶水浴保溫的SBR容器作為模擬實際汙水運行的實驗裝置；其中，實驗裝置的溫度為20±1℃，溶解氧含量為5.0mg·L-1，模擬汙水的成分為：水中含有蔗糖647.1mg·L-1、NH4HCO3263.4mg·L-1、K2HPO420.4mg·L-1、KH2PO44.93mg·L-1、MgCL2·6H2O3.7mg·L-1、FeCL2·2H2O3.7mg·L-1、CaCL2·2H2O3.7mg·L-1、MnSO40.057mg·L-1、H2MoO40.031mg·L-1、ZnSO40.046mg·L-1以及CoSO40.049mg·L-1；

步驟2，建立多個步驟1的實驗裝置作為平行對照實驗，分別往實驗裝置中加入不同濃度的銅離子，各個實驗裝置中銅離子的濃度範圍為0～32mg/L；

步驟3，定期從每個實驗裝置中取一定量的樣，分別測定每個實驗裝置中脫氫酶活性；

步驟4，利用公式IR＝((R0-R)/R0)·100％，得到每個實驗裝置中銅離子濃度對脫氫酶活性的抑制率；其中，公式中R0為不添加銅離子時實驗裝置中脫氫酶活性，R為添加銅離子時各個實驗裝置中脫氫酶活性。

其中，步驟1中，所述實驗裝置的容積為1L。

其中，步驟2中，所述銅離子是以CuSO4·5H2O形式添加。

其中，步驟3中，所述定期為0～24h之間的任一時間。

其中，步驟3中，對於每個實驗裝置中取出的樣，需要進行三次測量，取三次測量結果的平均值作為該實驗裝置中脫氫酶活性的測量結果。

其中，所述脫氫酶活性檢測過程中採用的試劑為碘硝基氯化四氮唑藍，碘硝基氯化四氮唑藍氧化還原電位較低(+90mV)，當實驗在有氧條件下進行時，能夠用於測定好氧、厭氧和脫氮汙泥的生物活性。

與現有技術相比，本發明技術方案具有的有益效果為：

本發明方法通過測定含銅離子廢水的脫氫酶活性，從而建立脫氫酶活性與銅離子濃度的關係，最終達到利用廢水中脫氫酶活性預警銅離子含量的目的；因此有利於實現通過監測脫氫酶活性進而監測反應系統中銅離子濃度的變化，由於脫氫酶活性的變化可以較早的預告汙泥生物系統的改變，進而可以反映出銅離子濃度對汙泥活性影響的等級。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中1小時後銅離子對脫氫酶活性抑制影響和抑制速率曲線；

圖2為本發明實施例1中24小時後銅離子對脫氫酶活性抑制影響和抑制速率曲線。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步說明。

實施例1

本發明廢水中銅離子濃度對微生物活性影響程度的檢測方法，包括如下步驟：

步驟1，選10個完全相同的圓筒狀反應器作為模擬實際汙水運行的實驗裝置，每個反應器外層水浴加熱，使反應器溫度保持在20℃左右，每個反應器的有效體積為1升，反應器進水配方中含有蔗糖647.1mg·L-1、NH4HCO3263.4mg·L-1、K2HPO420.4mg·L-1、KH2PO44.93mg·L-1、MgCL2·6H2O3.7mg·L-1、FeCL2·2H2O3.7mg·L-1、CaCL2·2H2O3.7mg·L-1、MnSO40.057mg·L-1、H2MoO40.031mg·L-1、ZnSO40.046mg·L-1以及CoSO40.049mg·L-1，反應器的溶解氧含量維持在5.0mg·L-1左右；

步驟2，分別向每個反應器投加濃度為0、1、2、4、5、8、10、16、20和32mg·L-1的銅離子，銅離子以CuSO4·5H2O形式加入；

步驟3，各個反應器分別在銅離子作用1和24小時後，取0.3mL汙泥混合液，進行脫氫酶活性的測定；

其中，脫氫酶活性測定方法為：將取出的0.3mL汙泥混合液置於10mL離心管中，向離心管中依次加入1.5mL的Tris-HCl緩衝溶液和1mL質量百分濃度為0.2％的碘硝基氯化四氮唑藍(INT)溶液，得到待測試樣品；迅速將製備好的樣品放在(37±1)℃的水浴振蕩器內振蕩培養30min，然後往樣品中加入1mL質量百分濃度為37％的甲醛終止酶反應，上述所有操作均在暗處進行；將反應後的樣品置於4000r/min下離心5min，輕輕棄去上清液；加入5mL丙酮作為萃取劑，混合攪拌均勻後，於(37±1)℃下暗處振蕩萃取10min；待樣品萃取完畢，將萃取液置於4000r/min下離心5min，離心後得到上清液和沉澱汙泥；用分光光度計在485nm處讀取離心分離後上清液的吸光度，經離心的沉澱汙泥在(105±1)℃下烘乾1h後測乾重；脫氫酶活性的計算公式按下式計算：

式中：ETSt為脫氫酶活性[μg·(mg·h)-1]；D485為波長485nm處的上清液吸光度；V為萃取劑體積(mL)；kt為標準曲線斜率；W為汙泥乾重(mg)；t為震蕩時間(h)，本試驗t為0.5h；

步驟4，利用公式IR＝((R0-R)/R0)·100％，計算得到銅離子對反應體系中脫氫酶活性的抑制率；公式中R0為不添加銅離子時反應器中脫氫酶活性，R為添加銅離子時各個反應器中脫氫酶活性。

圖1～2為分別將銅離子作用1小時和24小時後對脫氫酶活性的抑制率和銅離子濃度進行擬合，得到的一條擬合對數曲線，經過結果比對，相關性(R2)均大於0.9，銅離子作用24小時後測得的數據相關性高於作用1小時的相關性，因此銅離子作用24小時後的脫氫酶活性可作為一種更好的(與1小時相比)預警不同濃度銅離子對活性汙泥系統性能影響的方法。

本發明方法以脫氫酶活性為指標，對得到的抑制率與相應的銅離子濃度進行擬合，發現銅離子濃度和脫氫酶活性的抑制率呈現很好的相關性，因此說明脫氫酶活性可以作為一種預警銅離子作用下活性汙泥系統性能的有效方法。