城污水BOD與COD關系的探討

1、城市污水 BOD 與 COD 關系的探討摘 要：從 BOD 與 COD 的構成及降解動力學出發(fā)，探討了 BOD 與 COD 的相關關系，得到了 BOD 5 與 COD 的 相關模型。應用某城市污水的實測數(shù)據(jù)和數(shù)理統(tǒng)計方法對模型進行了檢驗，表明該模型具有適用性。提出并討論了當 量耗氧系數(shù)和城市污水最大 BOD 5 /COD 之值。1 前言化學需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)是用來表明廢水特性，評價廢水處理構筑物效率的重要指標。COD是在酸性條件下用強氧化劑，將水中有機物氧化為簡單穩(wěn)定的無機物所消耗的氧量，其測定歷時短，不受毒物限制，測定設備簡 單易于普及。 BOD 表示水中有機物在有氧條件

2、下，被微生物分解代謝所消耗掉的溶氧量，它間接地表示了水中可生化有機物的量。 盡管 BOD 作為評價有機污染和生物處理構筑物性能的綜合指標已被廣泛采用， 但是它測定所需歷時長 (一 般用 5日計為 BOD 5 )，不能及時迅速地反映生物處理構筑物的運行情況，測定條件又要求嚴格，且易受到水中毒物、 營養(yǎng)條件以及菌種的干擾，因此不易操作分析。近年來，諸多環(huán)境學工作者在快速測定BOD 方面做了許多工作。如以30'C BOD代替BOD 5 1，用固定化微生物傳感器測定 BOD 2等；另一方面試圖尋求廢水中 BOD 5與COD之 間的相互關系35，以期能根據(jù)測得的 COD值和其相關方程預報出 BO

3、D 5的值。本文擬從 BOD與COD構成 和降解動力學出發(fā)，對 BOD與COD的關系進行分析，以求得城市污水BOD 5與COD的關系模型。2 BOD、COD 特點的分析2.1 COD 組成分析在大多數(shù)情況下，污水中許多能被重鉻酸鉀氧化的有機化合物，不一定能被生物化學作用氧化，某些無機離子如硫化 物、硫代硫酸鹽、亞硫酸鹽、亞鐵離子等可被重鉻酸鉀氧化，卻不能被BOD 實驗測定出含量來。因化 COD 值主要包括兩部分；即不能被微生物降解的物質 (COD NB ) 和能被微生物降解的有機物質 (COD B )，表示成關系式為 : COD=COD B 十 COD NB (1)2.2 CON NB 與 C

4、OD 分析以往對 BOD 5 和 COD 相關性的研討中，大多是假設 COD 中的 COD NB 為常數(shù)。這一假設顯然不符合實際，從普遍 意義上講 COD NB 不可能是常數(shù)，而是一個時間序列的隨機變量。對于同一種廢水、在同一斷面取樣，取樣的時刻、 取樣時的外部條件、測定中的誤差以及測試反應進行的程度等會使COD 值具有隨機性，從而使 COD NB 也具有隨機特性，但并不意味著兩個值完全不具有確定性。如前述， COD NB 無非是由兩類物質造成，即不可被生物降解的有機 物和不能被生物所利用的還原性無機鹽。就工業(yè)污水而言，如果生產(chǎn)工藝流程固定，生產(chǎn)的產(chǎn)品、原料和生產(chǎn)條件相 同，那么污水中 COD

5、 的相對組成應該是穩(wěn)定的，即 COD NB /COD 的比值應保持不變。對于某一地區(qū)的生活污水而 言，由于生活習慣、生活條件、食物結構變化不大或基本相同，那么排出的生活污水中的各種有機和無機物的相對組 成應該是穩(wěn)定的，即是 COD NB /COD 的比值也應保持為常數(shù)。按照這一原則，假定 :COD NB =KCOD (2)2.3 BOD 與 COD 的分析BOD 與 COD 的關系，可根據(jù)微生物對有機物降解生物化學過程加以分析，如圖1。作為微生物營養(yǎng)基質、可被微生物降解的有機物(COD)，一部分通過微生物的呼吸代謝 (異化作用)被氧化分解為無機物；另一部分通過合成代謝(同化作用)成為細胞物質，

6、即表現(xiàn)為合成細菌體 Ma，而Ma部分通過內源呼吸而無機化，另一部分則表現(xiàn)為菌體的增殖。因此實際上 BOD UCOD B ，而應vCOD B，且應有如下關系：1舎.Z 內» . “ 靈產(chǎn).十"圖1有機物降解模式BOD U =A COD B +BC COD B=(A+BC) COD B式中BOD U 總生化需氧量COD B 可被微生物降解的化學需氧量A呼吸代謝氧化有機物的比例系數(shù)B合成代謝氧化有機物的比例系數(shù)C內源呼吸氧化細胞物質的比例系數(shù)3 COD與BOD 5的相關關系3.1相關方程有實驗研究表明，城市污水基質的降解過程可用一級動力學模式來描述，亦即有dc/dt=-K C C

7、 (4)dl/dt=-K L L (5)式中 C COD B 的濃度LBOD的濃度t時間在只要滿足有氧條件、有機物質參與生化反應這一概念下，反應器內剩余 系式：BOD和剩余COD量的降解，應存在如下關厶(1 一 £-切)總 W式中a機物在生物降解時伴隨的耗氧當量系數(shù)由式(6)得：lima =lim8|-*CQloG(7)式中L o、C o 生化反應開始時 COD B與BOD的濃度 因此有，在反應進行得很徹底時 ：BODud = COD；又因BOD產(chǎn)BODu(l廣叫)(8)(9)由式(1)和(2)得：CODB=(1-K)COD (10) 將式(9)、(10)代入式(8)得:(11)_B

8、ODSa= (1-K) * GODBOD5 =a(l -K)(1 -e-SJCO COD令 Kf則得*'ODS=K/COD(12)»1 COD 與 BODs序號CODBODs序號CODBODs1627.63607370.$1602555-5340504.02903238.11259383.02104437,828010372.42005300.018011324. 01626457.0280COD (mf/L)圖2 COD與BOD匚的回歸關系5表i為重慶市某污水干管總排放口處的實測資料。采用最小二乘法對上述數(shù)據(jù)進行線性回歸，得回歸直線方程為：BOD 5 =0.57COD (1

9、3)回歸直線如圖2所示。3.2直線回歸方程的檢驗在求得回歸直線方程后，其規(guī)律性強不強以及能否利用它來根據(jù)COD的測定值預報BOD 5值?是這類回歸經(jīng)驗方程實用性好壞的關鍵。因此，必須通過對回歸直線方程進行假設檢驗，即檢驗線性回歸模型是否成立，而最終歸結為回歸系數(shù)的檢驗。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計知，檢驗線性回歸的方法是：給定顯著水平 a計算得：ajT= (14)的數(shù)值，若|T| >t a/22n則認為線性回歸顯著。式中T統(tǒng)計變量回歸系數(shù)的無偏估計值Xi自變量實測值:< 自變量算術平均值5 * 差的無偏估計值t a /2 -2)自由度為(n-2)的t分布n子樣容量«2誠市污水BODS &

10、#171;測值與預擢值比較序號實渚值(tng/L)(mg/L)絕對誤差 (mg/L)相對課蔓(%)I360357- 732. 270.62340316. 6423- 36& 93125135* 72-10. 728. 64280249. 5530. 4510.9518017L0945,06280260. 4919. 51化0718021L413L 4117,5829028?. 282. 720,99210218.31-8* 314010200212. 27-12- 276*】11162184. 68-22. 68T4.0平均0.17-3-7此處，取a=1% 經(jīng)計算T=4.9431，查表

11、t a/2 (9)=3.2498因為T>t a/2 (9)所以線性回歸顯著。BOD 5與COD兩者線性相關性很好。研究廢水BOD與COD的相關性并建立回歸方程的目的之一，是利用易測的COD指標來預報廢水的 BOD 5。如表2所示城市污水BOD 5的實測值與預報值的比較中可以看出，預報的最大絕對誤差為-31.41mg/L，最大相對誤差為-17.5% ;平均絕對誤差為0.17mg/L，平均相對誤差為-3.7%。因此可以認為預報的精度較高。4討論4.1耗氧當量系數(shù)a的意義由式(3)和式有：乙(1 一廣心)=G (匚巧1kl*= (A+BC) ；_；壬(15)式(15)說明，耗氧當量系數(shù) a是呼

12、吸代謝、合成代謝和內源呼吸代謝的綜合指標，是隨生化反應進程歷時變化的一個過程變量，它與BOD和COD B的反應速度常數(shù)有關，表達了 BOD與COD之間的關系，具有普遍意義，不同于以 往研究中關于BOD與COD的簡單常數(shù)比例關系。而系數(shù) A、B、C是一種描述物質比例關系的狀態(tài)量，因此a把過程量和狀態(tài)量聯(lián)系了起來。 僅當BOD和COD B的反應速度常數(shù)相等(K L =K C )時或者反應歷時足夠長時， 它才在數(shù) 值上等于呼吸代謝氧化比例系數(shù)加上合成代謝氧化比例系數(shù)與內源呼吸比例系數(shù)乘積的和，并且對于同一種污水才可 能是常數(shù)。也就是說不同污水具有不同的BOD與COD比例關系，是由于所含有機物的性質和

13、數(shù)量不同，以及反應器內微生物生長狀況、生化反應過程和微生物生態(tài)系統(tǒng)的不同而產(chǎn)生的。4.2關于最大BOD 5 /COD的值由前面分析知：BQ臥 6 CXI-*%)COD；= (A+B *C) (1-e) (16)COD>CODbBOD, BOPsCODCOD；= C(l一嚴巧(17)由此可見，BOD 5 /COD的值直接與BOD的降解速率常數(shù)(K L )有關，也與A、B、C代謝常數(shù)有關。這些系數(shù)可以 通過平行的間歇式生化培養(yǎng)實驗來確定，在20C下連續(xù)培養(yǎng)20d以上，逐日測定其同一份培養(yǎng)液的COD和BOD并分析培養(yǎng)液的組份，回歸有機物降解過程線確定 K L和比例系數(shù)A、B、C值。對于城市污水，一般認為A=1/3、B=2/3、C=0.8 7，在20 C時K L =0.23 _則BOD 5 /COD的最大值為0.593,本試驗測得的 BOD 5 /COD最大值為