申请日2009.07.03
公开(公告)日2011.06.08
IPC分类号C02F3/12; C12Q1/02
摘要
本发明提供一种快速并且准确地判断出在排水的生物处理设备的处理槽中所存在的微生物群落的生理状态的微生物群落生理状态判断方法以及利用了该判断方法的排水处理方法。在本发明的微生物群落生理状态判断方法包括：染色步骤，对于从排水处理设备的处理槽中取样得到的微生物群落，利用与微生物的核苷酸链相结合的第一荧光色素和被微生物细胞内的酶分解而发出与第一荧光色素波长不同的荧光的第二荧光色素来对所述微生物群落进行染色;以及测量步骤，对经过染色的所述微生物群落测量来自所述第一荧光色素的第一荧光强度(F1)和来自所述第二荧光色素的第二荧光强度(F2)，进而根据所得到的测量值的比值(F1/F2)来判断微生物群落的生理状态的良好度。
权利要求书
1.一种微生物群落生理状态判断方法，用于判断存在于排水的生物处理设备的处理槽中的微生物群落的生理状态，所述微生物群落生理状态判断方法包括：
取样步骤，对存在于所述处理槽中的微生物群落进行取样;
染色步骤，利用第一荧光色素和第二荧光色素来对该微生物群落进行染色，其中，所述第一荧光色素是与该微生物群落中的微生物的核苷酸链相结合的色素，所述第二荧光色素是被该微生物细胞内的酶分解而发出与所述第一荧光色素不同波长的荧光的色素;
荧光强度测量步骤，对经过染色的该微生物群落，测量来自所述第一荧光色素的第一荧光强度F1和来自所述第二荧光色素的第二荧光强度F2;以及
判断步骤，对于在所述测量步骤中得到的测量值，当第一荧光强度F1与第二荧光强度F2的比值F1/F2大于或等于预先设定的基准值时，则判断该微生物群落的生理状态为良好，而当该比值F1/F2低于所述基准值时，则判断该微生物群落的生理状态差。
2.根据权利要求1所述的微生物群落生理状态判断方法，其中，所述第一荧光色素为选自由碘化丙啶、溴化乙啶、溴乙啡啶二聚体、DAPI、7-氨基放线菌素D、和SYTOX Green中的一种，
所述第二荧光色素为选自由荧光素二乙酸酯、羧基荧光素二乙酸酯、磺酸基荧光素二乙酸酯、二氯荧光素二乙酸酯、钙黄绿素-AM、和CFSE中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的微生物群落生理状态判断方法，其特征在于，通过对经过染色的所述微生物群落进行荧光显微镜观察或者使用流式细胞仪加以分析来进行所述荧光强度测量步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的微生物群落生理状态判断方法，其特征在于，通过用荧光显微镜观察经过染色的所述微生物群落，对于荧光显微镜观察图像，使用图像处理软件，根据预先设定的信号强度的阈值，将来自所述第一荧光色素和所述第二荧光色素的荧光信号面积数值化，再求出分别来自所述第一荧光色素和所述第二荧光色素的信号面积的比值，来进行所述荧光强度测量步骤。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的微生物群落生理状态判断方法，其特征在于，通过用荧光显微镜观察经过染色的所述微生物群落，对于荧光显微镜观察图像，使用图像处理软件算出亮度和信号面积，将来自荧光色素的荧光总量(即信号面积×亮度)数值化，进而求出来自所述第一荧光色素和所述第二荧光色素的荧光总量的比值S1/S2，来进行所述荧光强度测量步骤。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的微生物群落生理状态判断方法，其特征在于，通过使用流式细胞仪测量经过染色的所述微生物群落的第一荧光强度F1和第二荧光强度F2，进而求出第一荧光强度F1与第二荧光强度F2的比值F1/F2来进行所述荧光强度测量步骤。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的微生物群落生理状态判断方法，其特征在于，第一荧光强度F1与第二荧光强度F2的比值F1/F2为1～20的范围内时，判断为所述微生物群落的生理状态良好;该比值F1/F2不到1或者大于20时，判断为所述微生物群落的生理状态差。
8.一种排水处理方法，包括：
进行权利要求1～7中任一项所述的微生物群落生理状态判断方法的步骤;以及
在根据该判断方法判断微生物群落的生理状态为差时，进行以下步骤：
(A)向处理槽中投入微生物制剂、和/或
(B)控制处理槽的固形物停留时间，
从而为使所述微生物群落的生理状态变为良好，边调整排水的生物处理设备的处理槽的运行状态，边进行排水处理。
9.根据权利要求8所述的排水处理方法，其特征在于，在进行所述(B)控制处理槽的固形物停留时间时，作为控制对象的处理槽的固形物停留时间控制在按下式(1)算出的固形物停留时间的±2天的范围内：
固形物停留时间(天)=(τ×X)/((a×Ci)+(b×Si)-(c×τ×X)) ......(1)
其中，式(1)中的各符号表示下述意义：
τ：反应罐的水力学停留时间V/Qi(天)
Qi：排水量(m3/天)
Ci：排水的溶解性BOD值(mgO/L)
Si：排水的SS浓度(mg/L)
X：反应罐内的MLSS(mg/L)
V：反应罐容积(m3)
a：相对于溶解性BOD的污泥转换率(gMLSS/gBOD)
b：相对于SS的污泥转换率(gMLSS/gSS)
c：表示活性污泥微生物的内源呼吸所引起的减少量的系数(L/天)。
说明书
微生物群落生理状态判断方法以及排水处理方法
技术领域
本发明涉及一种快速并且准确地判断出在排水的生物处理设备的处理槽中所存在的微生物群落的生理状态的微生物群落生理状态判断方法。本发明还涉及一种能够根据利用该判断方法所判断的微生物群落的生理状态，一面良好地维持管理该微生物群落的生理状态，一面稳定地进行排水处理的排水处理方法。本发明能够应用于诸如采用活性污泥法的排水处理设备的曝气槽或者采用生物膜法的排水处理设备的反应罐等各种排水处理设备的处理槽中。
背景技术
在采用活性污泥法的排水处理设备中，一边向装有活性污泥的处理槽(曝气槽)供给空气，一边向该处理槽供给应该进行生物处理的排水，在有氧气氛下，通过使形成活性污泥的微生物群落与排水接触，微生物群落摄取排水中的营养成分，并进行增殖，从而减少排水中的有机性污浊。从处理槽流出的排水导入至沉淀槽等并使污泥沉降，进而与处理水分离。在这种采用活性污泥法的排水处理过程中，往往是在处理槽内同时存在有多种微生物，这些微生物大多形成污泥絮凝而在曝气槽内的水中浮游、悬浮着。
在这种排水处理设备中，为了长时间在稳定的状态下实施处理，就要求掌握并管理在处理槽内所存在的微生物群落的生理状态。
作为处理槽内的微生物群落的生理状态较差时的一个例子，可以给出如下这种情况：污泥絮凝形成为体积庞大的棉絮状而与水的比重差变小，在沉淀槽中由于污泥絮凝的压密性下降而发生处理水与污泥絮凝的分离变得困难的污泥膨胀现象。如果发生这种膨胀，则在沉淀槽中处理水与活性污泥的分离就会变得困难，因而排水处理设备的运行效率就会极端地下降。
为了防止这种污泥膨胀，需要准确地掌握存在于处理槽内的微生物群落的生理状态，并采取一些措施，以使丝状细菌等导致膨胀的菌不能优势增殖。
然而，直到现在为止，还尚未确立用于对存在于处理槽内的微生物群落的生理状态进行快速并且准确判断的、有效的微生物群落生理状态判断方法，防止膨胀等异常情况于未然是困难的。
以前，作为判断微生物的生理活性状态的方法，例如，已经提出了在专利文献1～3中公开的现有技术。
在专利文献1中公开了一种如下的方法：使用第一荧光色素、与第一荧光色素波长不同的第二荧光色素以及与第一和第二荧光色素波长不同的第三荧光色素对含有微生物的检样进行染色处理，利用流式细胞仪或者激光扫描细胞仪测定荧光，根据该结果来掌握能够分解并通过脱氯作用来净化检样中环境污染化合物的微生物的细胞数、环境污染化合物的净化活性以及生存状态。
在专利文献2中，公开了一种微生物的生理活性的判断方法，其特征在于，在将微生物捕集到滤膜上并进行了培养之后，用使从该滤膜的下面一侧浸透的荧光染色液来对上述滤膜上的微生物进行染色。
在专利文献3中公开了一种细胞周期分析方法，其由如下步骤组成：使细胞核可视化的步骤;使特定的细胞周期特异性表达的生物分子可视化的步骤;以及利用通过使上述细胞核可视化而得到的细胞核的数值数据和通过使上述生物分子可视化而得到的生物分子的数值数据来确认细胞群中的上述特定的细胞周期比例。
并且，作为活性污泥型排水处理工艺的控制方法，在专利文献4中，提出了一种好氧活性污泥法的排水处理工艺的控制方法，其特征在于：对于活性污泥中最频繁出现的一种或者数种微生物，在持续性监视其数量时，在活性污泥和/或取自活性污泥罐的流入口的典型试样中，通过使该微生物与该微生物的荧光标记抗体结合或者利用该微生物的特异性代谢能力使荧光团(fluorogen)基质转换，从而利用流式细胞仪来测量被荧光标记的微生物的量，并且，与此同时，利用散射光和/或DNA染色测量该试样中所存在的微生物的总量，相应于如此得到的测量值来适当地调节一种或者数种特定的微生物的量和/或该微生物的成长条件，进而来监视微生物的量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-284592号公报
专利文献2：日本特开2007-97532号公报
专利文献3：日本特开2008-99625号公报
专利文献4：日本特开平2-31892号公报
非专利文献
非专利文献1：用水和废水第48卷第一号p48-52
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1～3中公开的现有技术并不是用于判断排水的生物处理设备的处理槽中所存在的微生物群落的生理状态的。并且，关于判断排水的生物处理设备的处理槽中所存在的微生物群落处于怎样的状态为良好或者生理状态较差，一点也没有说明。所以，根据这些现有技术想到判断排水的生物处理设备的处理槽中所存在的微生物群落的生理状态的方法是不可能的。
并且，在专利文献4所公开的现有技术中，从通过纯粹培养法而从活性污泥分离的微生物中，选择了一种或者数种所要控制的主要微生物。
但是，就目前来说，对于环境中的微生物(细菌)的90%以上(例如，参照非专利文献1)，具体而言为90%～99%，一般的培养基还不能够进行纯粹培养，这一点已经为人们所知。
根据采用分子生物学方法得到的活性污泥的菌相分析结果可知，活性污泥中存在有多种多样的细菌，而并不是特定种类特别多，并且，存在着多种与截至目前为止已经知道的细菌所不同的细菌(例如，参照非专利文献1)。
并且，专利文献4虽然公开了通过调节营养素的供给量、pH值和/或温度，能够对利用酶活性来使特定的微生物或者该微生物中的荧光基质转换的微生物的成长条件进行调节或者改良，但是，达到本领域的普通技术人员能够进行实施的程度所需要的具体条件还尚未公开。
并且，在专利文献4中虽然公开了通过用荧光团基质羧基荧光素二乙酸酯和碘化丙啶染色，根据酯酶活性和向细胞的通透性能够判断细胞的生死情况，但这是公知的技术。
并且，在专利文献4中，尚未阐明通过监视、控制这些微生物而在活性污泥处理中可以得到怎样的改善。
根据上述情况，监视、控制一种或者数种通过纯粹培养而得到的微生物这种在专利文献4中公开的现有技术，作为活性污泥处理的控制方法来说并不充分。
本发明就是鉴于上述情况而完成的。本发明的目的在于提供快速并且准确地判断在排水的生物处理设备的处理槽中存在的微生物群落的生理状态的微生物群落生理状态判断方法以及能够根据利用该判断方法所判断的微生物群落的生理状态，一面良好地维持管理该微生物群落的生理状态，一面稳定地进行排水处理的排水处理方法。
解决技术问题的手段
为了达到上述目的，本发明提供一种判断在排水的生物处理设备的处理槽中存在的微生物群落的生理状态的微生物群落生理状态判断方法，具有如下步骤：
取样步骤，对存在于上述处理槽中的微生物群落进行取样;
染色步骤，利用第一荧光色素和第二荧光色素来对该微生物群落进行染色，其中，上述第一荧光色素是与该微生物群落中的微生物的核苷酸链相结合的色素，上述第二荧光色素是被该微生物细胞内的酶分解而发出与上述第一荧光色素不同波长的荧光的色素;
荧光强度测量步骤，对经过染色的该微生物群落，测量来自上述第一荧光色素的第一荧光强度F1和来自上述第二荧光色素的第二荧光强度F2;以及
判断步骤，对于在上述测量步骤中得到的测量值，当第一荧光强度F1与第二荧光强度F2的比值F1/F2大于或等于预先设定的基准值时，则判断该微生物群落的生理状态为良好，而当该比值F1/F2低于上述基准值时，则判断为该微生物群落的生理状态差。
在本发明的微生物群落生理状态的判断方法中，上述第一荧光色素为选自由碘化丙啶、溴化乙啶、溴乙啡啶二聚体、DAPI、7-氨基放线菌素D、SYTOX Green中的一种，上述第二荧光色素为选自由荧光素二乙酸酯、羧基荧光素二乙酸酯、磺酸基荧光素二乙酸酯、二氯荧光素二乙酸酯、钙黄绿素-AM、CFSE中的一种。
在本发明的微生物群落生理状态的判断方法中，通过对经过染色的上述微生物群落进行荧光显微镜观察或者使用流式细胞仪加以分析来进行上述荧光强度测量步骤。
在本发明的微生物群落生理状态的判断方法中，通过用荧光显微镜观察经过染色的上述微生物群落，对于荧光显微镜观察图像，使用图像处理软件，根据预先设定的信号强度的阈值，将来自上述第一荧光色素和上述第二荧光色素的荧光信号面积数值化，再求出分别来自上述第一荧光色素和上述第二荧光色素的信号面积的比值来进行上述荧光强度测量步骤。
在本发明的微生物群落生理状态的判断方法中，通过用荧光显微镜观察经过染色的上述微生物群落，对于荧光显微镜观察图像，使用图像处理软件算出亮度和信号面积，将来自荧光色素的荧光总量(即信号面积×亮度)数值化，进而求出来自上述第一荧光色素和上述第二荧光色素的荧光总量的比值S1/S2来进行上述荧光强度测量步骤。
在本发明的微生物群落生理状态的判断方法中，通过使用流式细胞仪测量经过染色的上述微生物群落的第一荧光强度F1和第二荧光强度F2，进而求出第一荧光强度F1与第二荧光强度F2的比值F1/F2来进行上述荧光强度测量步骤。
在本发明的微生物群落生理状态的判断方法中，优选，第一荧光强度F1与第二荧光强度F2的比值F1/F2为1～20的范围内时，判断为上述微生物群落的生理状态良好;该比值F1/F2不到1或者大于20时，判断为上述微生物群落的生理状态差。
并且，本发明提供一种包括如下步骤的排水处理方法：
进行根据本发明的微生物群落生理状态判断方法的步骤;以及
在根据该判断方法的判断、微生物群落的生理状态被判断为差时，进行以下步骤：
(A)向处理槽中投入微生物制剂、和/或
(A)控制处理槽中的固形物停留时间，
从而为使上述微生物群落的生理状态变为良好，边调整排水的生物处理设备的处理槽的运行状态，边进行排水处理。
在本发明的排水处理方法中，在进行上述(B)控制处理槽的固形物停留时间时，作为控制对象的处理槽的固形物停留时间控制在按下式(1)算出的固形物停留时间的±2天的范围内来：
固形物停留时间(天)=(τ×X)/((a×Ci)+(b×Si)-(c×τ×X)) ......(1)
其中，式(1)中的各符号表示下述意义：
τ：反应罐的水力学停留时间V/Qi(天)
Qi：排水量(m3/天)
Ci：排水的溶解性BOD值(mgO/L)
Si：排水的SS浓度(mg/L)
X：反应罐内的MLSS(mg/L)
V：反应罐容积(m3)
a：相对于溶解性BOD的污泥转换率(gMLSS/gBOD)
b：相对于SS的污泥转换率(gMLSS/gSS)
c：表示活性污泥微生物的内源呼吸所引起的减少量的系数(L/天)。
发明效果
本发明的微生物群落生理状态判断方法能够快速并且准确地判断出在排水的生物处理设备的处理槽中存在的微生物群落的生理状态是否良好。
本发明的排水处理方法能够根据利用本发明的判断方法所判断的微生物群落的生理状态，一面良好地维持管理该微生物群落的生理状态，一面稳定地进行排水处理。
