廢水可生化性測(cè)定實(shí)驗(yàn)9頁

1、For personal use only in study and research; not for commercial use莃薃專業(yè)： 環(huán)境工程 蝕姓名： 王 義 莇學(xué)號(hào)： 3071401071 肅日期： 2010-5-21 莂地點(diǎn)： 中心北樓513 實(shí)驗(yàn)報(bào)告螀課程名稱： 水處理工程實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師： 胡宏 成績：_螈實(shí)驗(yàn)名稱： 廢水可生化性測(cè)定實(shí)驗(yàn) 類型：_同組學(xué)生姓名： 陳巧麗、林蓓 薃一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）膁三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟袀五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）腿七、討論、心得芄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵竽f羀裝 訂

2、線根據(jù)微生物的降解性能，有機(jī)污染物可分為三種類型。第一類是可生物降解的有機(jī)污染物，第二類是難生物降解的有機(jī)污染物，第三類是不可生物降解的有機(jī)污染物?？紤]到毒性，第一、第二類有機(jī)污染物又可分為四種類型：能夠?yàn)槲⑸锼到猓覍?duì)微生物的生理功能無抑制作用的有機(jī)污染物；能夠?yàn)槲⑸锼到猓珜?duì)微生物有毒害作用的有機(jī)污染物；難于為微生物所降解，但對(duì)微生物無毒害作用的有機(jī)污染物；難于為微生物所降解，而且對(duì)微生物有毒害作用的有機(jī)污染物。上述四種類型的有機(jī)污染物中，第一類適宜于采用生物處理技術(shù)進(jìn)行處理。第二類經(jīng)過對(duì)微生物作一定時(shí)間的馴化，有可能采用生物處理技術(shù)進(jìn)行處理。第三類也有可能采用生物處理技術(shù)進(jìn)行處

3、理，但必須對(duì)微生物進(jìn)行較長時(shí)間的誘導(dǎo)馴化。第四類不宜采用生物處理技術(shù)進(jìn)行處理。芅本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定微生物的呼吸耗氧特性來確定某種廢水是否具有進(jìn)行生化處理的可能性。羆二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理羂微生物降解有機(jī)污染物的物質(zhì)代謝過程中所消耗的氧包括兩部分：（1）氧化分解有機(jī)物，使其分解為CO2、H2O、NH3（存在含氮有機(jī)物時(shí)）等為合成新細(xì)胞提供能量；（2）供微生物進(jìn)行內(nèi)源呼吸，使細(xì)胞物質(zhì)氧化分解。下例可以說明物質(zhì)代謝過程中的這一關(guān)系。肀8CH2O+3O2+NH3C5H7NO2+3CO2+6H2O蚆3CH2O+3O23CO2+3H2O+能量蒄5CH2O+NH3C5H7NO2+3H2O蟻從上反應(yīng)式可以看到：約1/

4、3 的CH2O（酪蛋白）被微生物氧化分解為CO2、H2O，同時(shí)產(chǎn)生能量供微生物合成新的細(xì)胞，這一過程要消耗氧。膀內(nèi)源呼吸：C5H7NO2+5O25CO2+NH3+2H2O肇由上反應(yīng)式可以看到，內(nèi)源呼吸過程氧化1g微生物需要的氧量為1.42g(5O2/C5H7NO2=100/113=1.42)，微生物進(jìn)行物質(zhì)代謝過程的需氧速率可以用下式表示：膆總的需氧速率=合成細(xì)胞的需氧速率+內(nèi)源呼吸的需氧速率，即：蒀上式中三項(xiàng)分別為：總的需氧速率（mg/L.min）；降解有機(jī)物，合成新細(xì)胞的耗氧速率（mg/(L.min)；微生物內(nèi)源呼吸需氧速率（mg/(L.min)）。艿采用華氏呼吸器來測(cè)定微生物在以某種廢水

5、中的有機(jī)物為呼吸基質(zhì)，進(jìn)行呼吸過程氧氣的消耗量和二氧化碳的產(chǎn)量，就可以間接地知道微生物對(duì)該廢水中有機(jī)物的降解情況。再與一個(gè)不加呼吸基質(zhì)的呼吸反應(yīng)相比較，從而確定該廢水是否可以采用生化方法來進(jìn)行處理。蒈呼吸反應(yīng)可用下列圖示來表示：薄圖中曲線為不加呼吸基質(zhì)（被測(cè)廢水）的呼吸反應(yīng)，即屬微生物的內(nèi)源呼吸反應(yīng)。當(dāng)被測(cè)廢水得到了如那樣的曲線時(shí)，則說明該廢水中含有較多的有機(jī)物質(zhì)并且能被微生物作為呼吸基質(zhì)來利用。故得到了一條較高于曲線的曲線，當(dāng)被測(cè)量廢水得到的曲線是類似曲線時(shí)，則說明廢水中能被微生物利用的物質(zhì)不多，故只是得到了一條稍高于曲線的曲線，那說明該廢水不宜作生化處理當(dāng)被測(cè)廢水得到的是一條低于曲線的曲線

6、時(shí)（如曲線）則說明該廢水中含有一些能對(duì)微物進(jìn)行抑制或毒害的物質(zhì)，從而抑制了微生物的正常呼吸作用，故得到一條低于曲線的曲線。這種廢水當(dāng)然不能作生化處理。因此通過微生物對(duì)廢水的呼吸反應(yīng)的測(cè)定，就能快速、簡便地測(cè)出某種廢水的可生化性程度。蒃三、主要儀器設(shè)備艿（一）實(shí)驗(yàn)裝置薅本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定反應(yīng)器混合溶液中溶解氧的變化，獲得微生物的氧消耗量，從而得到微生物的呼吸耗氧曲線，就能快速、簡便地判斷某種廢水的可生化性程度。莆圖2 廢水可生化性測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置示意圖節(jié)（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器荿655ml生化反應(yīng)器4個(gè)；空氣泵1臺(tái)；溶解氧測(cè)定儀1臺(tái)；時(shí)鐘1個(gè)；100ml量筒；羆磺基水楊酸、分散藍(lán)、營養(yǎng)液及自來水。螄四、操作

7、方法和實(shí)驗(yàn)步驟 肁廢水可生化性測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟1、2、 葿將活性污泥曝氣一段時(shí)間，使其中的微生物處于饑餓狀態(tài)；3、4、 莇取4個(gè)生化反應(yīng)器，打開閥門，分別加入550ml 自來水、磺基水楊酸、分散藍(lán)廢水和營養(yǎng)液；5、6、 蒆將活性污泥靜止一段時(shí)間，并去除上清液；各取污泥100ml 分別加入4個(gè)反應(yīng)器中，測(cè)定各反應(yīng)器中的溶解氧濃度；7、8、 肄關(guān)閉反應(yīng)器閥門，20分鐘后打開閥門，再測(cè)定各反應(yīng)器中的溶解氧濃度，關(guān)閉反應(yīng)器閥門；9、10、 蕿每隔20分鐘打開閥門后迅速測(cè)定一次各反應(yīng)器中混合液的溶解氧濃度；11、12、 螈記錄每次測(cè)定溶解氧濃度，并計(jì)算耗氧速率。羃五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理袃表1 廢水可生化性測(cè)

8、定實(shí)驗(yàn)溶解氧數(shù)據(jù)表蠆自來水溶液膈營養(yǎng)液蚅分散藍(lán)溶液蟻磺基水楊酸溶液蝿時(shí)間/min蒞溶解氧濃度（mg/L）肅時(shí)間/min莀溶解氧濃度（mg/L）蝿時(shí)間/min螆溶解氧濃度（mg/L）裊時(shí)間/min蒃溶解氧濃度（mg/L）袈0膇4.39芃0膂5.59羈0薈6.21羅0羈5.12肈20罿4.20蒃25羄3.14膈25肆4.30膅20螃4.90羋40蕆3.90袆40薂2.91莈40袇4.23莄40芀4.26莈60羋3.73肆60莃2.49蒈60蒅4.21薄60肂4.20薇80袆3.73芆80袁2.29羈80芇3.80蚄80襖4.18肁100蚈3.55莆1002.211003.471004.22表2 廢

9、水可生化性測(cè)定實(shí)驗(yàn)耗氧量數(shù)據(jù)表自來水溶液營養(yǎng)液分散藍(lán)溶液磺基水楊酸溶液時(shí)間/min耗氧量（mg/L）時(shí)間/min耗氧量（mg/L）時(shí)間/min耗氧量（mg/L）時(shí)間/min耗氧量（mg/L）00000000200.19252.45251.91200.22400.49402.68401.98400.86600.66603.1602600.92800.66803.3802.41800.941000.841003.381002.741000.9六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析【活性污泥微生物呼吸曲線與耗氧曲線分析】由表1、圖3及圖4可以看出：隨著靜置時(shí)間的增大，各水樣的溶解氧濃度均逐漸下降，耗氧量依次遞增而耗氧速

10、率基本上都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)；任意時(shí)刻，微生物耗氧量及耗氧速率均以營養(yǎng)液中為最高，分散藍(lán)染液、磺基水楊酸溶液次之，自來水中為最低。內(nèi)源呼吸線(endogenous respiration curve)是指在無外源基質(zhì)的條件下，微生物內(nèi)源呼吸耗氧量隨時(shí)間的變化曲線，本實(shí)驗(yàn)易知自來水中微生物呼吸曲線為內(nèi)源呼吸線，依據(jù)圖3、圖4所示，其他各溶液中微生物呼吸曲線均在內(nèi)源呼吸線之上，則說明營養(yǎng)液、分散藍(lán)及磺基水楊酸3種基質(zhì)均可被微生物降解，這與理論事實(shí)不符：營養(yǎng)液是為微生物提供生存所需能量，自然可被微生物降解，但分散藍(lán)（結(jié)構(gòu)式如下圖示）既含提高生物降解性的基團(tuán)（如酚羥基、胺基），也含降低生物降解性能的集團(tuán)

11、（如羰基、溴代基），其基質(zhì)呼吸線應(yīng)與內(nèi)源呼吸線不相上下、幾乎重疊（耗氧曲線亦應(yīng)與自來水的耗氧曲線接近）；而磺基水楊酸對(duì)微生物具有毒性，且主要含有磺基、羰基這類降低生物降解性能的集團(tuán)，其基質(zhì)呼吸線應(yīng)在內(nèi)源呼吸線之下（耗氧曲線亦應(yīng)在自來水的耗氧曲線之下），綜合考慮，我認(rèn)為是內(nèi)源呼吸線偏低，自來水基質(zhì)實(shí)驗(yàn)中耗氧量偏小，即其測(cè)得的溶解氧濃度數(shù)據(jù)值偏高。耗氧曲線是微生物耗氧速率隨時(shí)間的變化關(guān)系，圖4中除自來水基質(zhì)的耗氧速率值整體偏小外，其體現(xiàn)的耗氧速率隨時(shí)間的增加而逐漸減小的趨勢(shì)是因?yàn)槲⑸锖难跛俾逝c底物濃度有關(guān)?！菊`差分析】本實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)誤差主要出現(xiàn)在廢水的溶解氧濃度的測(cè)定：1) 時(shí)間與溶解氧濃度數(shù)值的

12、對(duì)應(yīng)性：實(shí)驗(yàn)中有4中基質(zhì)溶液但只有1個(gè)溶解氧測(cè)定儀，確定時(shí)間到依次最后測(cè)定、記錄溶解氧濃度數(shù)據(jù)之間有一定的時(shí)間差；2) 溶解氧濃度數(shù)值讀取的準(zhǔn)確性：因?yàn)槲⑸锏暮粑饔每傇谶M(jìn)行，溶解氧濃度測(cè)定過程中，儀器顯示值總在不停波動(dòng)，最后記錄的溶解氧濃度數(shù)值與真實(shí)值有一定誤差；3) 反應(yīng)器內(nèi)部同一時(shí)刻不同位置的溶解氧濃度有差異，每次測(cè)定溶解氧濃度時(shí)測(cè)定儀探頭位置總有差異，這也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響；4) 實(shí)驗(yàn)中所使用的各類儀器設(shè)備本身帶入的誤差，如溶解氧測(cè)定儀本身的準(zhǔn)確度與靈敏度等。七、討論、心得u 水樣溶解氧濃度的的測(cè)定是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，為減少各操作步驟帶入的實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)注意如下事項(xiàng)： 1) 向基質(zhì)溶液中

13、加入活性污泥時(shí)，要注意依次添加的順序，為提高時(shí)間與溶解氧濃度數(shù)值的之間對(duì)應(yīng)性，依次測(cè)定溶解氧濃度的順序應(yīng)與之一致；2) 反應(yīng)器內(nèi)部同一時(shí)刻不同位置的溶解氧濃度有差異，每次測(cè)定溶解氧濃度時(shí)，應(yīng)盡量保證測(cè)定儀探頭位置相同；3) 每次測(cè)定完反應(yīng)器中的溶解氧濃度后，要記得關(guān)閉反應(yīng)器閥門；4) 溶解氧濃度測(cè)定過程中，儀器顯示值總在不停波動(dòng)，為減小實(shí)驗(yàn)者主觀因素帶入的實(shí)驗(yàn)誤差，最后記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)為穩(wěn)定3秒以上的儀器顯示值，其判定最好綜合實(shí)驗(yàn)小組2人以上的意見。u 如何用BOD5/CODcr的比值來判斷廢水的可生化性？廢水的可生化處理性(biological treatment ability)就是通過試驗(yàn)去

14、判斷某種污水或某種物質(zhì)用生物處理的可能性，或確定不影響生化處理設(shè)備正常工作的水量和濃度。BOD指有氧條件下好氧微生物分解利用廢水中有機(jī)污染物進(jìn)行新陳代謝過程中所消耗的氧量，通常用BOD5直接代表廢水中可生物降解的那部分有機(jī)物。CODcr指利用化學(xué)氧化劑K2Cr2O7氧化廢水中有機(jī)污染物過程中所消耗氧的量，通常用CODcr表示廢水中有機(jī)污染物的總量。BOD5CODcr比值法是直接比較廢水的生物需氧量和化學(xué)需氧量。使用該方法時(shí)，可參考表3中的數(shù)據(jù)，對(duì)廢水的可生化性進(jìn)行評(píng)價(jià)：該種判定方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于：BOD、COD等水質(zhì)指標(biāo)的意義已被廣泛了解和接受，且測(cè)定方法成熟，所需儀器簡單。但該判定方法也存在

15、明顯不足，導(dǎo)致該種方法在應(yīng)用過程中有較大的局限性：a) 某些廢水中含有的有機(jī)懸浮性固體，容易在COD的測(cè)定中被重鉻酸鉀氧化，以CODcr的形式表現(xiàn)出來，但在BOD反應(yīng)瓶中受物理形態(tài)限制，BOD5數(shù)值較低；實(shí)際上有機(jī)懸浮固體可通過生物絮凝作用去除，繼之可經(jīng)胞外酶水解后進(jìn)入細(xì)胞被微生物氧化，其BOD5CODcr值雖小，可生化性卻不差。b) BOD無法反映廢水中有害有毒物質(zhì)對(duì)于微生物的抑制作用；測(cè)定BOD時(shí)由于稀釋，抑制物質(zhì)對(duì)生物降解的不利作用可能被掩蓋，而實(shí)際處理中效果卻極低或甚至微生物死亡，導(dǎo)致處理徹底失敗。c) 重鉻酸鉀在酸性條件下的氧化能力很強(qiáng)，大多數(shù)情況下CODcr值可近似地作為廢水中全部

16、有機(jī)物的含量，但有些化合物如吡啶不被重鉻酸鉀氧化，不能以CODcr的形式表現(xiàn)出需氧量，但卻可以在微生物作用下被氧化，以BOD5的形式表現(xiàn)出需氧量，因此對(duì)BOD5CODcr值產(chǎn)生很大影響。u BOD5/CODcr高的有機(jī)物在進(jìn)行生物處理時(shí)是否有濃度的限制？由于BOD無法反映廢水中有害有毒物質(zhì)對(duì)于微生物的抑制作用，因而BOD5/CODcr高的有機(jī)物在進(jìn)行生物處理時(shí)有濃度的限制：有些污染物具有較高的BOD5CODcr值，但是廢水中的毒性物質(zhì)對(duì)微生物毒害作用的最低極限較低。采用生物處理時(shí)生物的生長繁殖容易受到抑制，導(dǎo)致效果不佳。例如乙酰苯，它的BOD5CODcr=0.425，但其對(duì)微生物毒害作用的最低

17、極限值是0.1mgL，故含乙酰苯的有機(jī)物廢水在進(jìn)行生物處理時(shí)，乙酰苯的濃度應(yīng)低于0.1mgL。u 在以上幾種可生化性評(píng)定方法中，哪種方法對(duì)工程設(shè)計(jì)更有實(shí)用價(jià)值？有機(jī)污染物生物降解性的評(píng)定方法有：按廢物性質(zhì)指標(biāo)評(píng)定，即用BOD5/COD 的比值來評(píng)定；按微生物的呼吸耗氧特性評(píng)定；按有機(jī)物的去除效果評(píng)價(jià)；其它方法，如測(cè)定活性細(xì)菌的數(shù)量變化，測(cè)定脫氫酶活性等。綜前所述，按有機(jī)物的去除效果評(píng)價(jià)廢水可生化性，比較直觀、正確，對(duì)工程設(shè)計(jì)更有實(shí)用價(jià)值。八、相關(guān)拓展 可生化性評(píng)定方法用BOD5/COD 的比值、微生物的呼吸耗氧特性評(píng)定廢水可生化性的方法之前已有所敘述，另外介紹脫氫酶活性法、亞甲基藍(lán)毒性測(cè)定法和

18、三磷酸腺苷（ATP）指標(biāo)法。脫氫酶活性法：利用無色的物質(zhì)氧化三苯基四氮唑(TTC)作為外源受氫體。當(dāng)把這種外源受氫體引入生化反應(yīng)中時(shí)，經(jīng)脫氫酶活化的氫原子將被受氫體接受，成為紅色的三苯基甲月替(TF)。脫氫酶活性越高，活化的氫離子就越多，TTC轉(zhuǎn)化成TF的量就越多，紅色的色度越深。通過比色法，測(cè)定485nm下的光密度變化，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線可以做脫氫酶活性的定量分析。因?yàn)闇y(cè)定微生物的脫氫酶活性可以表征微生物受到外界毒性物質(zhì)影響的情況，判斷微生物是否已經(jīng)被馴化或死亡，從而達(dá)到評(píng)價(jià)廢水可生化性的目的。亞甲基藍(lán)毒性測(cè)定法：以亞甲基藍(lán)為指示劑，對(duì)照廢水加毒物和不加毒物處理，通過觀察亞甲基藍(lán)的褪色時(shí)間，可判斷

19、廢水和某些廢水對(duì)微生物的毒性。令t1為廢水使亞甲基藍(lán)褪色的時(shí)間，t2為生活污水使亞甲基藍(lán)褪色的時(shí)間。根據(jù)褪色時(shí)間對(duì)比，可以得出：tl=t2時(shí)，廢水不存在抑制微生物生長的物質(zhì)；tlt2時(shí)，廢水對(duì)活性污泥有毒，會(huì)抑制微生物的生長。三磷酸腺苷（ATP）指標(biāo)法：微生物對(duì)污染物的氧化降解過程，實(shí)際上是能量代謝過程。微生物產(chǎn)能能力的大小直接反映其活性的高低。三磷酸腺苷(ATP)是微生物細(xì)胞中貯存能量的物質(zhì)，因而可通過測(cè)定細(xì)胞中ATP的水平來反映微生物的活性，并作為評(píng)價(jià)微生物降解有機(jī)污染物能力的指標(biāo)。如果在以某種廢水（有機(jī)污染物）為基質(zhì)的培養(yǎng)液中生長的微生物ATP的活性增加，則表明該微生物能夠降解這種廢水（

20、有機(jī)污染物）。 可生物降解性與化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系有機(jī)污染物生物降解的難易程度與有機(jī)污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，具有如下規(guī)律：1) 對(duì)于烴類化合物，鏈烴比環(huán)烴易降解，直鏈烴比支鏈烴易降解，不飽和烴比飽和烴易降解；2) 當(dāng)有機(jī)化合物主要分子鏈上的碳被其他元素取代時(shí)，對(duì)生物降解的阻抗性加強(qiáng)，其中以氧的影響最為顯著（醚很難被生物降解），其次為硫和氮；3) 碳原子上保持一個(gè)以上碳?xì)滏I的有機(jī)物，其支鏈對(duì)生物降解的阻抗較弱。相反，當(dāng)碳原子上的氫全部被烷基或芳基取代時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的阻抗作用。4) 分子量是影響有機(jī)物生物降解的重要因素。對(duì)聚合和復(fù)合而成的高分子化合物，由于微生物及其酶系統(tǒng)不能觸及化合物內(nèi)部，襲擊其敏感的化學(xué)鍵，可生物降解性降低。5) 官能團(tuán)的性質(zhì)、多少以及有機(jī)物的同分異構(gòu)作用，對(duì)可生物降解性影響很大。當(dāng)苯環(huán)上的氫被羥基或胺基取代而形成酸和苯胺時(shí)，可生物降解性提高。鹵代作用則降低苯的可生物降解性。伯、仲醇易被微生物降解，而叔醇則對(duì)生物降解有很強(qiáng)的阻抗作用。6) 有機(jī)化合物與其他成分混合，可改變生物降解性。很多不飽和有機(jī)物，可發(fā)生聚合作用而降低生物降解性。兩種或兩種以上化合物形成的復(fù)合物，也可降低生物降解