產(chǎn)甲烷毒性課件

1、產(chǎn)甲烷毒性產(chǎn)甲烷毒性的測(cè)定產(chǎn)甲烷毒性的測(cè)定 匯報(bào)人：王博第一頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)法01第二頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)法1、試驗(yàn)裝置 試驗(yàn)裝置如圖所示，反應(yīng)器體積 500mL，置換瓶?jī)?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(jì)量。第三頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)法2、試驗(yàn)方法 試驗(yàn)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(duì)比試驗(yàn)共五套裝置平行進(jìn)行，一組為基礎(chǔ)底物空白試驗(yàn)（對(duì)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(jiàn)表）。試驗(yàn)開(kāi)始前，向上述各試樣瓶混合液中通氮?dú)?0min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(shí)搖動(dòng)反應(yīng)瓶一次且逐小時(shí)記錄甲烷產(chǎn)量。該試驗(yàn)歷時(shí)240h。第四頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)法3、試驗(yàn)(shyn)結(jié)果分析 試驗(yàn)過(guò)程的累計(jì)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(guò)相對(duì)活性來(lái)比較判斷,相對(duì)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(shí)對(duì)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(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生抑制作用，而且濃度愈高，抑制作用愈強(qiáng)烈。圖毒性試驗(yàn)階段累積產(chǎn)甲烷曲線為廢水產(chǎn)甲烷毒性測(cè)定中各反應(yīng)器的累積甲烷產(chǎn)量曲線，其中1#為空白對(duì)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(duì)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(shí)（4#），已出現(xiàn)了明顯的抑制作用，當(dāng)稀釋比達(dá)到1/4，時(shí)（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(jì)算出 2#、3#、4#和5#反應(yīng)器的 A、I以及 RA如表第五頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi

4、)法第六頁(yè)，共二十五頁(yè)。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(yàn)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(guò)程中有兩個(gè)產(chǎn)氣速率高峰區(qū)間，一個(gè)是在培養(yǎng)時(shí)間50-60h之間，一個(gè)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(shuō)明，隨著培養(yǎng)液中磺胺廢水濃度的增加，產(chǎn)甲烷菌對(duì)其適應(yīng)過(guò)程越來(lái)越困難，以至活性最后完全被抑制

5、。第七頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性厭氧生物可降解性測(cè)定厭氧生物可降解性測(cè)定 匯報(bào)人：王博第八頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性利用(lyng)微生物的生理生化指標(biāo)來(lái)判定有機(jī)物的厭氧降解性01直接測(cè)定微生物的數(shù)量(shling)、測(cè)量揮發(fā)性懸浮固體(VSS)、 用微生物體內(nèi)的特殊物質(zhì)來(lái)判定第九頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性直接(zhji)測(cè)定微生物的數(shù)量1顯微鏡計(jì)數(shù)法 雖然這種測(cè)定方法操作很簡(jiǎn)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(shí)反映厭氧微生物的活性。2活菌計(jì)數(shù)法 這種測(cè)定方法的優(yōu)點(diǎn)是能測(cè)出活菌數(shù)目,但是操作時(shí)間太長(zhǎng),對(duì)厭氧微生物來(lái)說(shuō)其培養(yǎng)也很不容易,測(cè)定的重現(xiàn)性也很不理想。

6、第十頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性測(cè)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(jī)物和細(xì)胞體,因此通過(guò)測(cè)定這個(gè)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(gè)參數(shù)的測(cè)定原理和方法都很簡(jiǎn)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(jī)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(shí)在整個(gè)厭氧過(guò)程中基本上沒(méi)有什么變化,這就難以根據(jù)這個(gè)參數(shù)來(lái)判斷微生物的活性。第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性用微生物體內(nèi)(t ni)的特殊物質(zhì)來(lái)判定 ATP是基質(zhì)在降解過(guò)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(shuō)明該有機(jī)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(shí)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(lái)判定有機(jī)物的厭氧生物降解性在理論上是可行的。 應(yīng)該說(shuō)利用這些厭氧微生物體內(nèi)的活性酶的含量來(lái)判斷厭氧微生物的活性的方法,提出的時(shí)間并不短。盡管在藥用ATP生產(chǎn)中對(duì)于ATP的測(cè)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(bào)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(méi)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(méi)有采用ATP法。第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性用微生物體內(nèi)的特殊(tsh)物質(zhì)來(lái)判定 進(jìn)入80年代后期,出現(xiàn)了一種測(cè)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(gè)磷酸根(PP),并發(fā)出光子。這個(gè)反應(yīng)的過(guò)程可簡(jiǎn)寫(xiě)(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(jì)數(shù)器來(lái)記錄光子的數(shù)量,因此這種測(cè)定方法是比較靈敏的。已經(jīng)有人用這種方法測(cè)出了厭氧微生

9、物體內(nèi)的ATP含量。用ATP含量來(lái)判斷厭氧微生物的活性,由此來(lái)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(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性02有兩類(lèi)指標(biāo)可以用于測(cè)定(cdng)有機(jī)物的去除率。一類(lèi)是特性指標(biāo)，如被測(cè)有機(jī)物的濃度。另一類(lèi)是綜合性指標(biāo)，如化學(xué)需氧量(COD)、總有機(jī)碳(TOC)。利用有機(jī)物的去除率來(lái)判斷(pndun)有機(jī)物的厭氧生物降解性第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性利用有機(jī)物的去除率來(lái)判斷(pndun)有機(jī)物的厭氧生物降解性 1、用特性指標(biāo)來(lái)確定有機(jī)物的厭氧生物降解性

10、 這種方法是測(cè)定基質(zhì)(被測(cè)有機(jī)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(lái)表示有機(jī)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(lái)測(cè)定被測(cè)有機(jī)物的濃度,因此對(duì)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(jī)物在降解過(guò)程中產(chǎn)生了有毒害或抑制作用的中間產(chǎn)物,而無(wú)法再進(jìn)一步被厭氧微生物所分解。此時(shí)即使從表觀上看該有機(jī)物的去除率很高,但實(shí)際上它也是一種難厭氧生物降解的有機(jī)化合物。因此用這種特性指標(biāo)來(lái)描述有機(jī)物的厭氧生物降解性是不太實(shí)用(shyng)和不太妥當(dāng)?shù)?。?dāng)

11、然有時(shí)在研究有機(jī)物的厭氧降解過(guò)程和降解機(jī)理時(shí),這種指標(biāo)還是必要的。第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性利用有機(jī)物的去除率來(lái)判斷(pndun)有機(jī)物的厭氧生物降解性2、用綜合性指標(biāo)來(lái)確定有機(jī)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(jī)碳(DOC)等。通過(guò)測(cè)定這些指標(biāo)在厭氧反應(yīng)前后的變化可表示有機(jī)物的厭氧生物降解性。在這幾個(gè)指標(biāo)中COD是用來(lái)表征水中有機(jī)物濃度的常規(guī)監(jiān)測(cè)方法,但測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng),當(dāng)待測(cè)溶液的COD值較低時(shí),測(cè)定的相對(duì)誤差較大,而且一些不能與重鉻酸鉀反應(yīng)的有機(jī)物無(wú)法用COD來(lái)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(cè)定的速度較快,數(shù)據(jù)也較準(zhǔn)

12、確,但是需要對(duì)水樣進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。 美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)提出的ASTM測(cè)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(jī)物的初始濃度相當(dāng)于50mg/L(以有機(jī)碳計(jì))。試驗(yàn)在125mL的血清瓶中進(jìn)行,同時(shí)做一不加受試物的對(duì)照試驗(yàn)。反應(yīng)溫度35 ,反應(yīng)時(shí)間為28d。計(jì)算生物降解百分率來(lái)評(píng)價(jià)受試物的厭氧生物降解性。第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)反應(yīng)測(cè)定法03其中典型的方法為ECETOC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法。有一個(gè)叫ECETOC的工作小組提出的測(cè)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(jī)物厭氧生物降解性的篩選側(cè)試法

13、。第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)反應(yīng)測(cè)定法取來(lái)污水處理廠厭氧污泥,先洗滌以減少無(wú)機(jī)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(jī)物的初始濃度相當(dāng)于20mg/L 50mg/L(以有機(jī)碳計(jì))。同時(shí)做一不加受試物的對(duì)照試驗(yàn)。反應(yīng)(fnyng)溫度35。試驗(yàn)周期為數(shù)星期。試驗(yàn)結(jié)束時(shí),量測(cè)容器頂部氣體的壓力和總產(chǎn)量,并打開(kāi)瓶蓋立即測(cè)定溶液中溶解性無(wú)機(jī)碳的含量。按式(1)計(jì)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(wú)機(jī)碳); CC對(duì)照試驗(yàn)中的總礦化碳; C受試有機(jī)物的總有機(jī)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(kāi)氏溫度,K。第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性間歇(jin xi)反應(yīng)測(cè)定法 另一部分為溶液中的溶解性無(wú)機(jī)碳CL(mg),可用式(3)表示:CL= DIC VL (3)式中DIC溶解性無(wú)機(jī)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(jī)物的總有機(jī)碳量C(mg)可根據(jù)下式計(jì)算得到:C= CS VL (5)式中CS受試有機(jī)物的初始濃度,以DOC來(lái)表示,mg/L; VL反應(yīng)液體積,L。 這種方法比較準(zhǔn)確,而且對(duì)所有的有機(jī)物都適用,能夠較真實(shí)(zhnsh)地反映出有機(jī)物的厭氧分解程度。第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性04試驗(yàn)裝置與間歇反應(yīng)測(cè)定法相似，反應(yīng)過(guò)程中按一定的時(shí)間間隔(jin g)，排出一定量的反應(yīng)液，并補(bǔ)充新鮮的營(yíng)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(píng)價(jià)有機(jī)物厭氧生物降解性。這與工業(yè)處理過(guò)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(yè)

16、，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性05這是一種最直接的厭氧降解性的測(cè)定方法。被試物用14C標(biāo)記，測(cè)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(yàn)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(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性06理論產(chǎn)氣量可通過(guò)巴斯韋爾方程計(jì)算(j sun)得到：利用(lyng)實(shí)際產(chǎn)氣量與理論產(chǎn)氣量的比值來(lái)判斷第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)。產(chǎn)甲烷毒性利用實(shí)際產(chǎn)氣量與理論(lln)產(chǎn)氣量的比值來(lái)判斷 當(dāng)基質(zhì)(被測(cè)有機(jī)物)組成、基質(zhì)濃度與反應(yīng)液體積已知時(shí),可以通過(guò)這個(gè)方程來(lái)計(jì)算得到理論

17、產(chǎn)氣量,用QT表示。試驗(yàn)中測(cè)出CH4與CO2的總體積,用QF表示。則可用QF/QT的比值來(lái)表示有機(jī)物的厭氧生物降解性。實(shí)踐表明,當(dāng)QF/QT75%時(shí),可以認(rèn)為該有機(jī)物易被厭氧生物降解;當(dāng)30%QF/QT75%時(shí),可以認(rèn)為該有機(jī)物可被厭氧生物降解;當(dāng)QF/QT30%時(shí),可以認(rèn)為該有機(jī)物難以被厭氧生物降解。這種方法能較方便地反映有機(jī)物的厭氧生物降解性,但也存在著一定的問(wèn)題,因?yàn)闅怏w體積的測(cè)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(huì)影響氣體的收集；再者溫度和壓力對(duì)氣體體積的影響比較大,如果不進(jìn)行校正,則會(huì)使評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度降低。因此在采用這種測(cè)定方法來(lái)評(píng)價(jià)有機(jī)物的厭氧生物降解性時(shí)要盡可能減少氣體體積測(cè)量的誤差(wch)。 美國(guó)環(huán)保局(EPA)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法就是這種測(cè)定方法。將一定量的市政污水處理廠厭氧污泥加到一個(gè)有蓋的反應(yīng)器中(容積為500mL),加入受試有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽溶液。受試有機(jī)物的初始濃度范圍最高可到200mg/L,相當(dāng)于采用50mgDOC/L。同時(shí)做一不加受試物的對(duì)照試驗(yàn)。反應(yīng)溫度35