一种基于色彩空间的污泥微生物群落特征的表征方法技术

本发明专利技术公开了一种基于色彩空间的污泥微生物群落特征的表征方法，包括：1)对污泥样品进行泥水分离，得到污泥固体；2)用数码相机拍摄得到污泥的彩色照片若干；3)提取照片中污泥絮体的颜色RGB值；4)颜色RGB值转化为HSV、YUV等颜色空间编码。可依据活性污泥的色彩值表征活性污泥的群落变化，从而对污泥处理能力进行评估。通过此方法，可以使污水厂的技术工作人员快速掌握当前活性污泥运行状态，及时调整运行参数，为污水处理厂的合理运行和节能降耗提供指导性意见。

A characterization method of microbial community characteristics of sewage sludge based on color space

The invention discloses a characterization method, based on the color space of sludge microbial community characteristics include: 1) for water separation of sludge samples, obtained sludge solids; 2) color pictures with digital cameras to get some sludge; sludge extraction 3) in the picture of body color RGB; 4) RGB color value conversion to HSV and YUV color space encoding. According to the color value of activated sludge, the community change of activated sludge can be characterized, and the sludge treatment capacity can be evaluated. By this method, the technical staff of sewage treatment plant activated sludge to quickly grasp the current running status, timely adjustment of operating parameters, provide guidance and reasonable operation and energy saving for sewage treatment plant.

【技术实现步骤摘要】
一种基于色彩空间的污泥微生物群落特征的表征方法
本专利技术属于污水处理领域，涉及一种通过对污泥样品色彩空间变化的分析，从而监测污泥微生物群落特征的色彩表示方法。
技术介绍
在污水处理过程中，要想让污水处理达标排放，不仅要选择好处理工艺，还要对污水处理运行中出现的异常能正确分析，找到症结，制定出合理的防治对策。所以对生物群落特征进行监测是污水处理厂运行管理的重要工作。在现有的监测污泥系统中生物群落特征的方法中，大部分运行者采用生物测序的方法，此方法成本十分昂贵，且测序时间较长。因此，提供一种高效、简便的利用污泥色彩的变化来监测污泥系统中生物群落，并大幅度节约经济成本和时间成本的方法，成为目前本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供监测污泥中生物群落特征的色彩表示方法。在常规活性污泥系统和厌氧氨氧化系统中，通过分子生物学手段与颜色空间分析，建立了一种基于污泥颜色空间表征微生物群落结构特征的方法。该方法将污泥图像中的RGB值转化为HSV或YUV等其它颜色空间值，HSV或YUV等其它颜色空间值的分量与活性污泥群落结构的种群数量、微生物比例、优势菌群丰度等特征具有良好的相关性，可用于表征活性污泥的群落结构特征。本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的。一种基于色彩空间的污泥微生物群落特征的表征方法，该方法包括以下步骤：1)取污水处理厂污泥系统中的污泥作为样品，将其分成等量的若干份；2)将若干份污泥样品经抽滤后使得污泥泥水分离，分别在滤纸上得到固体污泥；3)用数码相机对得到的若干固体污泥进行拍摄，对同一样品拍摄不少于20幅照片；4)从中选取至少3幅污泥颜色相近的照片，用专业图像分析软件对各幅照片进行分析，分别得到R、G、B值；5)通过算法转换将得到的R、G、B值转化为HSV颜色空间模型中的H、S、V颜色编码值，以及YUV颜色空间模型中的Y、U、V颜色编码值；6)重复步骤1)～5)，得到不同阶段污水处理厂污泥系统中污泥的颜色编码值，利用公式计算，分别得到颜色编码值各自的相对变化量；其中，R1、R2分别代表连续监测的两个相邻的颜色指标；7)在HSV颜色空间模型中，用H值表征污泥系统在目标环境中优势菌群的类型，用S值表征污泥系统中的各种菌群比例，用V值表征污泥系统中的功能性菌群的丰度；在YUV颜色空间模型中，用Y值表征污泥系统中的功能性菌群的丰度；用V值表征污泥系统中的各种菌群比例；8)将分别得到的颜色编码值各自的相对变化量用以判断污泥系统中的微生物群落特征；当H、S、V颜色编码值和Y、U、V颜色编码值发生变化时，则表示污泥系统中的微生物群落特征中的优势菌群的类型、各菌群比例、功能性菌群的丰度发生了变化。进一步，在HSV颜色空间模型中：当H值发生变化时，则表示目标环境中优势菌群的类型发生了变化；当S值发生变化时，则表示污泥系统中的各菌群比例发生了变化；当V值发生变化时，则表示污泥系统中功能性菌群的丰度发生了变化；且H值和V值的变化量随S值的变化量而变，即目标环境中优势菌群的类型和功能性菌群的丰度随各菌群比例变化量而变。在YUV颜色空间模型中：当Y值发生变化时，则表示污泥系统中功能性菌群的丰度发生了变化；当V值发生变化时，则表示污泥系统中的各菌群比例发生了变化；且Y值的变化量随V值的变化量而变，即功能性菌群的丰度随各菌群比例变化量而变。进一步，步骤1)要保证污泥样品滤去无关残渣、取样时混合均匀。进一步，步骤2)在步骤1)的条件下，每份污泥样品取5～30ml，根据污泥浓度的大小和污泥样品的泥水分离性状进行选择，确保污泥区域不留白，且抽滤时间不宜过长。进一步，所述步骤3)中，拍摄照片时，要在每次取样当天的固定光照下、固定相机模式下拍摄若干能反映污泥真实颜色的彩色照片。进一步，取样拍照的时间间隔，对于好氧污泥系统，每天进行取样拍照监测；对于厌氧污泥系统，则4d或者一周取样拍照监测一次。进一步，用专业图像分析软件对照片进行分析时，要选择无杂质的污泥区域。进一步，步骤4)中，对照片中的污泥区域进行分析时，用相同大小的取样框将污泥区域分割成若干个分析对象，进行统计分析，得到RGB值。进一步，所述步骤5)中，将RGB值转化为颜色编码值，其中，在HSV颜色空间模型中，H值为色调，S值为饱和度，V值为明度；在YUV颜色空间模型中，Y值为明亮度，U值与V值为色度。进一步，所述步骤7)中，目标环境是指系统运行中的脱氮、除磷、厌氧氨氧化或甲烷发酵环境。本专利技术具有以下优点：1)快速有效，弥补现行方法的不足。基于污泥系统的颜色变化，能够有效快速地判定污泥系统培养过程中的变化以及处理能力，弥补系统运行中处理能力难以评估的不足。2)检测方便。步骤简单易行，不用添加任何药剂，只需使用普通数码相机即可得到实验数据。即便是没有经验或没有技术知识的污水厂工作人员也可以根据此方法对污泥进行分析。3)科学高效。本专利技术所运用的参数并非水质这种非直观表征污水厂运行情况的指标，而是关注在污水处理的核心主体污泥上。污泥的自身状态才是真正影响污水厂运行的关键。由于颜色编码值是一种简易、稳定并且方便监测的指标，使得本专利技术可以适用于大多数运行中的污泥系统。而本专利技术建立了一种相当简单的方法来描述污泥系统培养过程中生物群落的变化，综合来看，是一种有效提高污水处理运行管理效果的方法。附图说明图1(A)是UASB反应器中厌氧氨氧化污泥培养过程中HSV的相对变化图；图1(B)是UASB反应器中厌氧氨氧化污泥培养过程中YUV的相对变化图；图2(A)、图2(B)和图2(C)分别是UASB反应器中厌氧氨氧化工艺的接种污泥、正在培养污泥、已经培养成功的厌氧氨氧化污泥的呼吸图谱；图3(A)是UASB反应器中厌氧氨氧化接种污泥、正在培养的厌氧氨氧化污泥、已经培养成功的厌氧氨氧化污泥的高通量测序结果综合图；图3(B)是UASB反应器中厌氧氨氧化接种污泥、正在培养的厌氧氨氧化污泥、已经培养成功的厌氧氨氧化污泥的Weighted样本距离热图；图4(A)、图4(B)和图4(C)分别是SW污水厂好氧短期培养条件下的HSV相对变化图、SW污水厂厌氧搅拌短期培养条件下的HSV相对变化图、SW污水厂厌氧放置短期培养条件下的HSV相对变化图；图4(D)、图4(E)和图4(F)分别是SW污水厂好氧短期培养条件下的YUV相对变化图、SW污水厂厌氧搅拌短期培养条件下的YUV相对变化图、SW污水厂厌氧放置短期培养条件下的YUV相对变化图；图5图(A)、图5(B)、图5(C)和5(D)分别是每种工况下SW污水厂污泥短期培养开始和短期培养结束时的呼吸图谱。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术通过污泥的色彩变化来监测污泥系统中生物群落的演变方法。本专利技术基于色彩空间的污泥微生物群落特征的表征方法，包括以下步骤：1)取污水处理厂污泥系统中的污泥作为样品，分成等量的若干份，要保证污泥样品滤去无关残渣、取样时混合均匀。2)用真空泵和抽滤装置将污泥泥水分离，在滤纸上得到污泥固体。每份污泥样品取5～30ml，根据污泥浓度的大小和污泥样品的泥水分离性状进行选择，确保污泥区域不留白，且抽滤时间不宜过长。3)同一污泥系统的样品，每间隔以天为单位的相同时间(根据污泥系统主体微生物的特性决定，比如好氧污泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于色彩空间的污泥微生物群落特征的表征方法，其特征在于，包括下述步骤：1)取污水处理厂污泥系统中的污泥作为样品，将其分成等量的若干份；2)将若干份污泥样品经抽滤后使得污泥泥水分离，分别在滤纸上得到固体污泥；3)用数码相机对得到的若干固体污泥进行拍摄，对同一样品拍摄不少于20幅照片；4)从中选取至少3幅污泥颜色相近的照片，用专业图像分析软件对各幅照片进行分析，分别得到R、G、B值；5)通过算法转换将得到的R、G、B值转化为HSV颜色空间模型中的H、S、V颜色编码值，以及YUV颜色空间模型中的Y、U、V颜色编码值；6)重复步骤1)～5)，得到不同阶段污水处理厂污泥系统中污泥的颜色编码值，利用公式

【技术特征摘要】
1.一种基于色彩空间的污泥微生物群落特征的表征方法，其特征在于，包括下述步骤：1)取污水处理厂污泥系统中的污泥作为样品，将其分成等量的若干份；2)将若干份污泥样品经抽滤后使得污泥泥水分离，分别在滤纸上得到固体污泥；3)用数码相机对得到的若干固体污泥进行拍摄，对同一样品拍摄不少于20幅照片；4)从中选取至少3幅污泥颜色相近的照片，用专业图像分析软件对各幅照片进行分析，分别得到R、G、B值；5)通过算法转换将得到的R、G、B值转化为HSV颜色空间模型中的H、S、V颜色编码值，以及YUV颜色空间模型中的Y、U、V颜色编码值；6)重复步骤1)～5)，得到不同阶段污水处理厂污泥系统中污泥的颜色编码值，利用公式计算，分别得到颜色编码值各自的相对变化量；其中，R1、R2分别代表连续监测的两个相邻的颜色指标；7)在HSV颜色空间模型中，用H值表征污泥系统在目标环境中优势菌群的类型，用S值表征污泥系统中的各种菌群比例，用V值表征污泥系统中的功能性菌群的丰度；在YUV颜色空间模型中，用Y值表征污泥系统中的功能性菌群的丰度；用V值表征污泥系统中的各种菌群比例；8)将分别得到的颜色编码值各自的相对变化量用以判断污泥系统中的微生物群落特征；当H、S、V颜色编码值和Y、U、V颜色编码值发生变化时，则表示污泥系统中的微生物群落特征中的优势菌群的类型、各菌群比例、功能性菌群的丰度发生了变化。2.根据权利要求1所述的一种基于色彩空间的污泥微生物群落特征的表征方法，其特征在于，在HSV颜色空间模型中：当H值发生变化时，则表示目标环境中优势菌群的类型发生了变化；当S值发生变化时，则表示污泥系统中的各菌群比例发生了变化；当V值发生变化时，则表示污泥系统中功能性菌群的丰度发生了变化；且H值和V值的变化量随S值的变化量而变，即目...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志华，王利君，韩冬，吕国辉，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，西安绿标水环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61