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申请/专利权人：南京大学;南京大学宜兴环保研究院

摘要：本发明公开了一种快速测定硝化菌剂性能的装置及方法，属于水处理技术领域。针对现有测定硝化菌剂性能的常规方法耗时长、操作繁琐的问题，本发明利用硝化过程中NH3转化为NO2‑时会产生H+，导致反应区pH下降这一原理，提供了一种快速测定硝化菌剂性能的装置，包括碱液槽、反应区、蠕动泵、曝气装置和pH检测装置等，通过一段时间内泵入碱液的量来推算硝化效率，从而实现快速测定硝化菌剂性能，本发明的装置及方法成本低廉、操作简单快速、结果稳定且直观，适合于实际应用。

主权项：1.快速测定硝化菌剂性能的方法，其特征在于，采用快速测定硝化菌剂性能的装置进行测定，所述装置包括碱液槽2、反应区5、蠕动泵7、曝气装置9和pH检测装置，所述碱液槽2、蠕动泵7和反应区5依次连接；所述pH检测装置用于检测反应区5中的pH；所述曝气装置9用于对反应区5进行曝气；测定的方法包括以下步骤：1调节水样的pH至7.0～7.9；2打开恒温水浴装置8，使恒温水浴装置8温度达到所需温度，并在碱液槽2中加入碱液，所述碱液为NaOH溶液；所述步骤2中的所需温度为硝化菌剂实际应用时处理对象的温度；3打开蠕动泵7、pH检测器4和pH控制开关3，设置pH控制开关3的阈值为7.2～7.9，设置蠕动泵7的流速为5～10mLmin；4取硝化菌剂及步骤1得到的水样加入反应区5，并打开曝气装置9；5每隔一段固定时间记录碱液量，至碱液消耗速率稳定，得到此时的碱液消耗速率，进而计算得到待测菌剂硝化性能，所采用的计算公式为：Y＝V1×60×C15.71×M3×V3，其中Y为菌剂硝化性能，单位为mgNH4+-NgMLSS·L·h，V1为每分钟碱液消耗量，单位为mL，C1为碱液的浓度，单位为gL，M3为硝化菌剂的质量，单位为g，V3为反应区5内水样的体积，单位为L；所述pH检测装置包括pH检测器4和pH探头6，所述pH探头6伸入到所述反应区5的溶液内；还包括pH控制开关3，所述pH控制开关3用于控制蠕动泵7的开关，所述pH检测器4与pH控制开关3连接；还包括恒温水浴装置8，所述恒温水浴装置8位于所述反应区5的下方；还包括电子天平1，所述电子天平1位于所述碱液槽2的下方；所述碱液槽2内的碱液为氢氧化钠溶液，所述碱液的浓度为0.4～40gL；实验过程中恒温水浴装置温度控制的范围为4～40℃。

全文数据：一种快速测定硝化菌剂性能的装置及方法技术领域[0001]本发明属于水处理技术领域，更具体地说，涉及一种快速测定硝化菌剂性能的装置及方法。背景技术[0002]生物强化技术是实现氨氮高效处理的重要技术之一，其重点在于高效微生物（即硝化菌剂）的研发和应用。目前国内硝化菌剂的使用情况较为混乱，菌种来源、组分特点以及处理效果差异较大，质量良莠不齐，市场秩序混乱，大量劣质硝化菌剂充斥在市场中会导致使用方丧失信心，严重影响其广阔的应用前景。为缓解市场乱象，提供一种测定硝化菌剂性能的方法十分必要。[0003]常规硝化菌剂性能的测定方法主要是通过分光光度法测定硝化菌剂处理的氨氮废水在不同时间段的氨氮浓度，从而测得硝化性能。该方法需要紫外分光光度计、比色管和氨氮显色剂等仪器耗材，存在耗时长、操作繁琐等缺点。为了克服以上缺点，国内研发了其他的一些测定方法，例如，公开日为2015年3月11日的中国专利201410597001.9公开了一种污泥硝化活性智能分析系统的分析方法，该发明提供了一种适用于测定城市污水处理厂生物池中活性污泥的硝化活性以及活性污泥工艺的氨氮硝化速率的系统。该发明虽然大大提高了检测速率和对氨氮硝化速率实时监测的效率，但是其需要一套全自动反应装置和一套数据分析软件，设备复杂且昂贵；又如，公开日为2016年6月15日的中国专利201610116208.9公开了一种土壤呼吸、硝化、反硝化过程速率原位测量方法，其提供了一种可实时、动态且同时原位测量土壤呼吸、硝化和反硝化过程速率的方法，该发明虽然大大增加了相关化学过程测定的精确度，但是其需要配置压力传感器、温度传感器、二氧化碳浓度传感器和氧气浓度传感器，传感器是一种较为易损的耗材，大大降低了该方法的性价比和稳定性。发明内容[0004]1.要解决的问题[0005]针对现有测定硝化菌剂性能的常规方法耗时长、操作繁琐的问题，本发明提供一种快速测定硝化菌剂性能的装置及方法，该装置及方法成本低廉、操作简单快速、结果稳定且直观，可应用于各种条件。[0006]2.技术方案[0007]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：[0008]—种快速测定硝化菌剂性能的装置，包括碱液槽、反应区、蠕动栗、曝气装置和pH检测装置，所述碱液槽、蠕动栗和反应区依次连接；[0009]所述pH检测装置用于检测反应区中的pH;[0010]所述曝气装置用于对反应区进行曝气。[0011]更进一步地，所述pH检测装置包括pH检测器和pH探头，所述pH探头伸入到所述反应区的溶液内。[0012]更进一步地，还包括pH控制开关，所述pH控制开关用于控制蠕动栗的开关，所述pH检测器与pH控制开关连接。[0013]更进一步地，还包括恒温水浴装置，所述恒温水浴装置位于所述反应区的下方。[0014]更进一步地，还包括电子天平，所述电子天平位于所述碱液槽的下方。[0015]—种快速测定硝化菌剂性能的方法，包括以下步骤：[0016]1调节水样的pH至7.0〜7.9;[0017]2打开恒温水浴装置，使恒温水浴装置温度达到所需温度，并在碱液槽中加入碱液；[0018]3打开蠕动栗、pH检测器和pH控制开关，设置pH控制开关的阈值为7.2〜7.9,设置蠕动栗的流速为5〜10mLmin;[0019]⑷取硝化菌剂及步骤1得到的水样加入反应区，并打开曝气装置；[0020]5每隔一段固定时间记录碱液量，至碱液消耗速率稳定，得到此时的碱液消耗速率，进而计算得到待测菌剂硝化性能，所采用的计算公式为Y=VlX60XCV5.71XM3XV3，其中Y为菌剂硝化性能，Vl为每分钟碱液消耗量，Cl为配置碱液浓度，M3为硝化菌剂质量，V3为反应液体积。[0021]更进一步地，所述步骤中的所需温度为硝化菌剂实际处理对象的温度。[0022]更进一步地，所述碱液槽内的碱液为氢氧化钠溶液，所述碱液的浓度为0.4〜40gL0[0023]更进一步地，实验过程中恒温水浴装置温度控制的范围为4〜40°C。[0024]3.有益效果[0025]相比于现有技术，本发明的有益效果为：[0026]1本发明所述装置及方法无需使用紫外分光光度计、比色管和氨氮显色剂等仪器耗材，较常规方法可节约80%的测试成本，且操作更方便，结果更直观，可应用于多种场景，有利于硝化菌剂的推广和应用；[0027]2本发明的快速测定体现在将氨氮氧化速率以直观的方式天平的数值变化表现出来，无需二次测定，省去了紫外分光光度法测定氨氮浓度的过程，而该过程仅仅显色就需要10〜30分钟，所以本发明比常规方法至少可减少50%的测试时间，此外，将Ig氨氮转变为5.71g氢氧化钠，其数值变化大了5.71倍，意味着取样可以间隔更短的时间；[0028]3本发明所述装置及方法可快速分辨硝化菌剂优劣，减少市场中滥竽充数的现象，有效规范菌剂市场；[0029]⑷本发明的快速测定硝化菌剂性能的装置结构简单，设计合理。附图说明[0030]图1为本发明的一种快速测定硝化菌剂性能的装置的示意图；[0031]图中：1-电子天平;2-碱液槽;3-pH控制开关;4-pH检测器;5-反应区;6-pH探头;7-蠕动栗;8-恒温水浴装置;9-曝气装置。具体实施方式[0032]下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。[0033]本发明的快速测定硝化菌剂性能的装置的工作原理为：如式（1所示，NH3转化为NOiT的过程会产生H+，导致反应区pH下降，当pH下降到设定的阈值时，pH控制开关打开，栗入碱液，当PH恢复到设定的阈值时，关闭pH控制开关，如此循环，最后根据一段时间内栗入碱液的量来推算硝化速率，从而快速测定硝化菌剂性能（即单位时间内单位数量菌剂降解氨氮的能力，单位为:mgNH4+_NgMLSS·h。[0034][0035]计算方法如下：[0036]a根据碱液消耗量与时间建立线性回归方程，此方程斜率的绝对值K即为每分钟碱液消耗量Vl;[0037]⑹根据配置碱液的浓度Cl，可得到每小时碱液消耗的质量Ml，M1=VlX60XCl;[0038]c根据每小时碱液消耗的质量及硝化Ig氨氮需要的碱度（5.71g，以氢氧化钠计），计算出每小时氧化氨氮的质量M2，M15.71=M2;[0039]⑹根据加入硝化菌剂质量M3和反应液体积V3,可得到硝化菌剂性能Y，Y=M2M3XV3;计算公式如式2所示。[0040][0041]其中：Y为菌剂硝化性能，Vl为每分钟碱液消耗量，Cl为碱液的浓度，M3为硝化菌剂的质量，V3为反应区内水样的体积。[0042]实施例1[0043]如图1所示的快速测定硝化菌剂性能的装置，碱液槽2、蠕动栗7和反应区5依次连接，碱液槽2和蠕动栗7之间设有pH控制开关3，pH检测器4连有pH探头6，pH探头6伸至反应区5的底部，pH检测器4连接并控制pH控制开关3,曝气装置9伸入反应区5的底部，以使反应区内水样曝气，反应区5由恒温水浴装置8控温，碱液槽2下设有电子天平1，用以显示碱液槽2内碱液量的变化。[0044]本实施例的快速测定某硝化菌剂性能的方法，处理对象为某市政污水，采用本实施例的快速测定硝化菌剂性能的装置，其操作步骤包括：[0045]1采集某市政污水水样1L，测得水样pH为7.8，向水样中加入浓度为0.Olmo1L的盐酸溶液，调节水样PH至7.0。通过添加强酸或强碱将反应液中自带的酸、碱、pH缓冲物质如碳酸钙等去除，以增加所得到的碱液消耗量的准确性；[0046]2打开恒温水浴装置8并将温度调节至28°C，打开电子天平（1，向碱液槽2中加入IOOg浓度为4gL的氢氧化钠溶液；[0047]3打开pH检测器4、pH控制开关⑶和蠕动栗7，pH控制开关设置阈值为7.4，懦动栗流速控制为I〇mLmiη;[0048]⑷将Ig待测硝化菌剂和IL市政污水水样加入反应区⑸，并打开曝气装置⑼；[0049]5根据电子天平读数记录每分钟氢氧化钠消耗量，10分钟后消耗量基本一致；[0050]⑹待碱液消耗量稳定后，每隔5分钟记录氢氧化钠消耗量，结果如表1所示；[0051]7根据式（2计算可得该市政污水处理用硝化菌剂速率（即菌剂硝化性能）为8.12mgNH4+_NgMLSS·h。[0052]表1实施例1的氢氧化钠余量的变化[0053][0054]计算过程为：Y=V1*60*C^5·71*M3*V3，其中Vl=0·1931mLmin，Cl=4gL，M3=1区，¥3=比，代入计算丫=0.1931*60*4八5.71*1*1=8.1211^順4+4^]\0^5·!!。[0055]实施例2[0056]采用与实施例I相同的装置，测定某河道修复用硝化菌剂的性能，包括以下步骤：[0057]1采集所需修复河道水样1L，测得水样pH为6.8,向水样中加入浓度为0.01molL的氢氧化钠溶液，调节水样pH至7.2;[0058]2打开恒温水浴装置⑻并将温度调节至4°C;打开电子天平（1，向碱液槽⑵中加入IOOg浓度为0.4gL的氢氧化钠溶液；[0059]3打开pH检测器4、pH控制开关⑶和蠕动栗7，pH控制开关设置阈值为7.2，懦动栗流速控制为8mLmiη;[0060]⑷将Ig待测硝化菌剂和IL水样加入反应区⑸，并打开曝气装置⑼；[0061]5根据电子天平读数记录每分钟氢氧化钠消耗量，20分钟后消耗量基本一致；[0062]⑹待碱液消耗量稳定后，每隔5分钟记录氢氧化钠消耗量，结果如表2所示；[0063]7根据式（2计算可测得该河道修复用硝化菌剂速率（即菌剂硝化性能）为1.73mgNH4+_NgMLSS·h。[0064]表2实施例2的氢氧化钠余量的变化[0065][0066]实施例3[0067]采用与实施例1相同的装置，测定某制药厂废水处理用硝化菌剂的性能，包括以下步骤：[0068]1采集某制药厂废水水样IL，测得水样pH为8·2，向水样中加入浓度为0·OlmolL的盐酸溶液，调节水样pH至7.9;[0069]2打开恒温水浴装置⑻并将温度调节至40°C;打开电子天平（1，向碱液槽2中加入IOOg浓度为40gL的氢氧化钠溶液；[0070]3打开pH检测器4、pH控制开关⑶和蠕动栗7，pH控制开关设置阈值为7.9，懦动栗流速控制为7mLmin;[0071]⑷将Ig待测硝化菌剂和IL水样加入反应区⑸，并打开曝气装置⑼；[0072]5根据电子天平读数记录每分钟氢氧化钠消耗量，30分钟后消耗量基本一致；[0073]⑹每隔5分钟记录氢氧化钠消耗量，结果如表3所示；[0074]7根据式2计算可测得该制药厂废水处理用硝化菌剂速率（即菌剂硝化性能）为71.03mgNH4+-NgMLSS·h。[0075]表3实施例3的氢氧化钠余量的变化[0076][0077]实施例4[0078]为测定某工业园区废水处理用硝化菌剂性能，同时采用本发明方法及常规方法对该硝化菌剂进行测定。[0079]常规方法的步骤如下：[0080]1采集某工业园区废水1L，测得水样pH为5·8，向水样中加入浓度为0·Olmo1L的氢氧化钠溶液，调节水样pH至7.4;[0081]2打开恒温水浴装置并将温度调节至25°C;[0082]3将Ig待测硝化菌剂和IL水样加入烧杯中，并向烧杯中充入足量的氧气，每隔30分钟采集50mL水样，共采集六个样品；[0083]⑷通过紫外分光光度法测定六个样品的氨氮浓度，结果如表4所示；[0084]5在30分钟后，结果呈线性相关（即从30分钟开始计算硝化菌剂速率），线性回归方程斜率即为该工业园区废水处理用硝化菌剂速率（即菌剂硝化性能），数值为16.OlmgNH4+-NgMLSS·h〇[0085]表4实施例4的常规方法测定某工业园区废水氨氮浓度的变化[0086][0087]采用本发明的方法，步骤如下：[0088]1采集某工业园区废水IL，测得水样pH为5·8，向水样加入中浓度为0·OlmolL的氢氧化钠溶液，调节水样pH至7.4;[0089]2打开恒温水浴装置⑻并将温度调节至25°C;打开电子天平（1，向碱液槽2中加入IOOg浓度为4gL的氢氧化钠溶液；[0090]3打开pH检测器4、pH控制开关⑶和蠕动栗7，pH控制开关设置阈值为7.4，懦动栗流速控制为5mLmiη;[0091]⑷将Ig待测硝化菌剂和IL水样加入反应区⑸，并打开曝气装置⑼；[0092]5根据电子天平读数记录每分钟氢氧化钠消耗量，30分钟后消耗量基本一致；[0093]⑹每隔5分钟记录氢氧化钠消耗量，结果如表5所示；[0094]7根据理论值氧化Ig氨氮需要碱度氢氧化钠计5.71g，即可测得某制药厂废水处理用硝化菌剂速率即菌剂硝化性能为，与常规方法相比，偏差5.37%。[0095]经过分析，出现偏差的原因可能为：（1常规方法通过紫外分光光度法测定氨氮浓度有系统误差，得到的硝化速率有一定偏差；（2氢氧化钠吸水，所以在配置过程和测定过程中有误差，影响测定精度；（3为减少装置费用，所使用的电子天平为100〜200元的国产天平，只精确到小数点后2位，存在误差；（4在记录读数过程中，可能会存在同时有碱液栗入的状态，此时碱液消耗量读数存在误差；（5为了计算方便，天平所显示的碱液消耗质量直接视为其体积，即碱液的密度均视为lgcm3，实际上0.4〜40gL浓度的氢氧化钠溶液的密度在1〜1.05gcm3之间，所以最终的计算结果可能也会有一定偏差。但是以上这些原因导致的这种偏差范围不会超过10%，因此在实际应用中可以接受。此外常规方法本身就有一定偏差，与常规方法相比有偏差也很正常，但此偏差范围不代表本发明测定方法结果不准确。实际上，不考虑成本及操作难度，上述本发明的偏差能得到很大的克服如使用更精确的天平、氢氧化钠溶液配置过程在干燥环境进行、氢氧化钠称重前烘干、碱液槽尽可能密封等），其测定结果比常规方法要更精确。[0096]表5实施例4的氢氧化钠余量的变化[0097]

权利要求：1.一种快速测定硝化菌剂性能的装置，其特征在于，包括碱液槽2、反应区（5、蠕动栗7、曝气装置⑼和pH检测装置，所述碱液槽2、蠕动栗⑺和反应区⑸依次连接；所述PH检测装置用于检测反应区⑸中的pH;所述曝气装置⑼用于对反应区⑸进行曝气。2.根据权利要求1所述的快速测定硝化菌剂性能的装置，其特征在于，所述pH检测装置包括pH检测器4和pH探头6，所述pH探头⑹伸入到所述反应区⑸的溶液内。3.根据权利要求2所述的快速测定硝化菌剂性能的装置，其特征在于，还包括pH控制开关⑶，所述PH控制开关⑶用于控制蠕动栗⑺的开关，所述pH检测器4与pH控制开关⑶连接。4.根据权利要求1或3所述的快速测定硝化菌剂性能的装置，其特征在于，还包括恒温水浴装置8，所述恒温水浴装置⑻位于所述反应区⑸的下方。5.根据权利要求1、2或3中任一项所述的快速测定硝化菌剂性能的装置，其特征在于，还包括电子天平（1，所述电子天平（1位于所述碱液槽2的下方。6.权利要求1至5中任一项所述的快速测定硝化菌剂性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：1调节水样的pH至7·O〜7·9;2打开恒温水浴装置8，使恒温水浴装置8温度达到所需温度，并在碱液槽2中加入碱液；⑶打开蠕动栗⑺、pH检测器⑷和pH控制开关3，设置pH控制开关⑶的阈值为7.2〜7.9，设置蠕动栗⑺的流速为5〜10mLmin;⑷取硝化菌剂及步骤1得到的水样加入反应区（5，并打开曝气装置9;5每隔一段固定时间记录碱液量，至碱液消耗速率稳定，得到此时的碱液消耗速率，进而计算得到待测菌剂硝化性能，所采用的计算公式为Y=VlX60XCV5.71XM3XV3，其中Y为菌剂硝化性能，单位为mgNH4+_NgMLSS·h，Vl为每分钟碱液消耗量，单位为mL，Cl为碱液的浓度，单位为gL，M3为硝化菌剂的质量，单位为g，V3为反应区⑸内水样的体积，单位为L。7.根据权利要求6所述的快速测定硝化菌剂性能的方法，其特征在于，所述步骤2中的所需温度为硝化菌剂实际应用时处理对象的温度。8.根据权利要求6所述的快速测定硝化菌剂性能的方法，其特征在于，所述碱液槽2内的碱液为氢氧化钠溶液，所述碱液的浓度为0.4〜40gL。9.根据权利要求6所述的快速测定硝化菌剂性能的方法，其特征在于，实验过程中恒温水浴装置温度控制的范围为4〜40°C。

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