（环境工程专业论文）活性污泥缓冲性能的研究.pdf

中文摘要 活性污泥法作为生活污水、城市污水以及有机性工业废水的主要处理技术被 广泛应用，由此产生的大量剩余污泥，给城市环境带来了一定程度的危害，污水 和污泥的处理是当前的一个重要研究课题。活性污泥系统的生物复杂性，使得目 前对水处理的监测和控制存在着一定的局限，影响污泥处理效果的性质参数的多 样性，导致了污泥系统评价的困难。因此，探索一种新的参数，使其能够全面的 反映活性污泥的性质，简化污泥评价系统，具有重要的意义。 本文通过测定活性污泥的p h 和o r p 缓冲容量，对污泥的基本缓冲性能进行 研究，探索其与污泥性质的关系及其影响因素，判断其对污泥系统评价的可行性。 实验结果表明活性污泥对酸、碱、氧化剂和还原剂都有一定的缓冲能力，不 同污泥的酸、碱、氧化和还原缓冲容量不同，同种污泥的四种缓冲容量呈现出相 同的规律。活性污泥的缓冲容量与污泥的性质之间具有相关性，缓冲容量越大， 其沉降、絮凝和脱水效果越好，相应污泥的水处理效果越好，后期污泥处理越容 易。污泥好氧和厌氧培养对污泥的缓冲容量有一定的影响，好氧培养后的污泥的 缓冲容量降低，厌氧培养后污泥缓冲容量升高。营养物质影响了污泥的缓冲性能， 在对污泥厌氧处理的过程中加入营养物质后，其酸、碱、氧化和还原缓冲容量均 比不加营养物质厌氧的污泥高，营养物质从一定程度上提高了污泥的缓冲容量。 高温灭活后污泥的缓冲容量急剧降低，污泥活性是污泥缓冲容量存在的一个重要 因素。污泥加入絮凝剂后其缓冲容量降低，对絮凝剂缓冲性的研究发现，絮凝剂 自身缓冲性极弱，对酸、碱、氧化剂和还原剂几乎无抵抗能力。污泥的p h 和o r p 之间呈现良好的线性关系，符合能斯特方程的基本规律，将污泥的p h 和o r p 缓 冲性能作为评价污泥性质的参数可行。 关键词：活性污泥；缓冲容量；脱水性；絮凝性 a b s t r a c t a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si su s e dw i d e l yi nt h et r e a t m e n to fd o m e s t i cs e w a g e ， m u n i c i p a ls e w a g ea n do r g a n i ci n d u s t r i a lw a s t e w a t e r , t h u sam a s so fr e s i d u a ls l u d g ei s p r o d u c e d t h es l u d g eh a sb r o u g h tc e r t a i ne x t e n to fh a r mt ot h ee n v i r o n m e n t a tp r e s e n t ， i ti sa ni m p o r t a n tt a s kf o rt h er e s e a r c ho nt h et r e a t m e n to fw a s t e w a t e ra n dr e s i d u a l s l u d g e t h eb i o l o g i c a lc o m p l e x i t yo fa c t i v a t e ds l u d g es y s t e mr e s u l t si nt h el i m i t a t i o n o fm o n i t o ra n dc o n t r o lo nt h ep r o c e s s m e a n w h i l e ，t h ec h a r a c t e r st h a ta f f e c tt h e t r e a t m e n to fr e s i d u a ls l u d g ea r ed i v e r s i f o r m 1 1 1 i sl e a d st ot h ed i f f i c u l t yo ft h ee s t i m a t e o ns l u d g es y s t e m t h e r e f o r e ，s e a r c han e wp a r a m e t e rt or e f l e c tt h eq u a l i t yo fa c t i v a t e d s l u d g ec o m p r e h e n s i v ea n ds i m p l i f i e dt h ee s t i m a t eo fs l u d g eh a sg r e a ts i g n i f i c a n c e t h ea r t i c l ed e t e r m i n e dt h ep ha n do r p b u f f e r i n gc a p a c i t yo fa c t i v a t e ds l u d g et o i n v e s t i g a t ei t sf u n d a m e n t a lb u f f e r i n gp e r f o r m a n c e s ，t oe x p l o r et h ec o n n e c t i o nb e t w e e n t h es l u d g ec h a r a c t e ra n dt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so ni t ，a n dt oj u d g et h ef e a s i b i l i t yo nt h e e s t i m a t eo fs l u d g e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e t h a ta c t i v a t e ds l u d g eh a sd e f i n i t eb u f f e r i n g a b i l i t yt oa c i d ，a l k a l i ，o x i d a n ta n dr e d u c e r - d i f f e r e n tk i n d so fa c t i v a t e ds l u d g eh a v e d i f f e r e n tb u f f e r i n gc a p a c i t y t h es a m es l u d g e sf o u rb u f f e r i n gc a p a c i t ys h o wt h es a m e r e g u l a r i t y t h e r ei sac o r r e l a t i o nb e t w e e nt h eb u f f e r i n gc a p a c i t ya n dt h ec h a r a c t e ro f a c t i v a t e d s l u d g e w h e n t h e b u f f e r i n gc a p a c i t y i s l a r g e l t h e s e t t l i n ga b i l i t y , f l o c c u l a b i l i t y a n ds ot h ed e w a t e r a b i l i t yo ft h es l u d g e ，t h et r e a t m e n te f f e c to f w a s t e w a t e ri sb e u e ra n dt h el a t e rs t a g eo fs l u d g ed i s p o s a li se a s i e r c u l t u r em e t h o d s h a v ea ni m p a c to nt h eb u f f e r i n gc a p a c i t y 1 1 1 eb u f f e r i n gc a p a c i t yr e d u c e da f t e ra e r o b i c i n c u b a t i o na n di n c r e a s e da f t e ra n a e r o b i cc u l t i v a t i o n t h en u t r i t i v em a t e r i a lh a s i n f l u e n c e dt h e b u f f e r i n gc a p a c i t yo ft h ea c t i v a t e ds l u d g e a f t e rt h ea n a e r o b i c c u l t i v a t i o n ，a d d e ds o m en u t r i e n tt ot h es l u d g e ，i t sb u f f e d n gc a p a c i t yi sl a r g e rt h a nt h e o n et h a th a v e n ta d d e dn u t r i e n t t h eh y p e r t h e r m i cd e v i t a l i z a t i o nc a u s e sad r a m a t i c d e c r e a s eo nt h es l u d g e sb u f f e r i n gc a p a c i t y t h ea c t i v i t yo fs l u d g ei saf a c t o rt h a t a c t i v a t e ds l u d g eh a sb u f f e r i n gc a p a c i t y s l u d g e sb u f f e r i n gc a p a c i t yd e c r e a s e da f t e r a d d i n gc o a g u l a n t r e s e a r c hs h o w st h a tt h eb u f f e r i n ga b i l i t yo fc o a g u l a n ti sv e r yw e e k i ta l m o s td o e s n th a v er e s i s t a n ta b i l i t yt oa c i d ，a l k a l i ，o x i d a n ta n dr e d u c e r t h ep ha n d o r po ft h ea c t i v a t e ds l u d g es h o w sag o o dl i n e a rr e l a t i o n s h i pa n dt h i sa g r e e dv e r yw e l l w i t hn e m s te q u a t i o n i ti sf e a s i b l et oe v a l u a t et h ec h a r a c t e ro fa c t i v a t e ds l u d g ew i t h p ha n do r pb u f f e r i n gc a p a c i t y k e yw o r d s ：a c t i v a t e ds l u d g e ；b u f f e rc a p a c i t y ；d e w a t e r a b i l i t y ；f i o c c u l a b i l i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得丞盗盘鲎或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：二得辛移 签字同期：缈7 年6 月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫盗盘鲎有关保匿、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：d 办私 签字同期：7 呻年6 月弓同 导师虢膨江 彳月弓f t 第章绪论 1 1 活性污泥法 第一章绪论 在污水处理技术领域中，活性污泥法因其具有出水水质好、经济节约、污染 少等特剧1 1 ，自诞生以来一直被世界各地尤其是工业废水处理中广泛采用【2 】。随 着科技的进步和社会发展的需要，活性污泥应用领域已经向多个方向拓展，从城 市污水到工业废水1 3 5 j ，从低浓度废水到高浓度废水1 6 】，从印染废水到重金属废水 等等。因此，对活性污泥法的研究仍然具有重大的意义。 活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理方法，其主要构筑物是初次 沉淀池、曝气池和二次沉淀池。活性污泥法由传统的方法逐渐发展，产生出各具 特色的运行方式，如厌氧、好氧活性污泥法、氧化沟活性污泥法、a b 法活性污 泥系统、间歇式活性污泥法等【丌。 活性污泥法工艺的影响因素很多，溶解氧、水温、p h 、营养物质、有毒物质 等都影响污泥处理水的效果f 引，且其迸水水质水量时刻在变化，处于非稳定状态 下运行，这必然引起其它参数和出水水质的不断变化【9 】。这些因素导致了活性污 泥处理工艺运行管理复杂，如果设计和运行中的一些关键问题处理不好，将产生 一些异常现象，如污泥上浮、二沉池透明度降低、产生大量泡沫和污泥膨胀等问 题。活性污泥的主要成分是微生物，其生物的特性导致了污泥评价复杂，参数多 样，目前对污泥生物性的研究主要是对污泥中菌的形态、颗粒粒径等方面的研究， 而没有从整体对活性污泥的性质进行分析，因此，仍需对活性污泥的生物性参数 进行研究，以探求一更全面简洁的评价方式。 1 2 污泥的性状及其对污泥处理的影响 活性污泥法水处理工艺的大量应用必然产生大量的副产物剩余污泥，给 城市环境带来了一定程度的危害。目前污泥处置问题已经成为多数污水处理厂急 待解决的问题，污泥处置是否妥当已关系到污水处理厂的生存f 1 0 1 。 1 2 1 污泥的性质 ( 1 ) 含水率 单位质量污泥所含水分的质量百分数称为含水率，相应的固体物质在污泥中 所含的质量百分数称为含固量( ) 。污泥的含水率一般都很高，而含固率很低。 一般来说，固体颗粒越小，其所含有机物越多，污泥的含水率越耐1 1 1 。污泥体积 对含水率及其敏感，实现污泥减量化的关键是污泥缩水。 第一章绪论 污泥的含水率可用如下公式计算： 污泥含水率： 昂2 赢 ( ) 式中凡污泥含水率，； 形污泥中水分质量，g ； s 污泥中总固体质量，g 。 ( 2 ) 脱水性 污泥的脱水性指污泥的脱水难易程度，过滤比阻抗值和毛细吸水时间是被广 泛用作衡量污泥脱水性能的两项指标。毛细吸水时间c s t 值等于污泥与滤纸接触 时，在毛细管作用下，其水分在滤纸上渗透lc r i l 长度的时间，以秒计【1 2 】，时间 越短表示脱水性能越好( 13 1 。 脱水性能主要体现在污泥的沉降性和浓缩性能上，而两者在很大程度上又取 决于污泥的絮凝性能，因此研究污泥的絮凝性，可以从一定程度上评价污泥的沉 降性和浓缩性。实验用絮凝率来定量表示污泥的絮凝性，取1 0 0m l 污泥加入1m l 聚丙烯酰胺p a m 絮凝剂，摇匀后静置5m i n ，取上清液于6 6 0n m 处测定吸光度 值，以不加p a m 的样品作对比，通过吸光度值的变换来测定絮凝率1 1 4 】。絮凝率e 计算公式如下： e = ( 彳一功卅x1 0 0 ( 1 - 2 ) 式中彳无絮凝剂上清液在6 6 0n m 处的吸光度值： k 加絮凝剂上清液在6 6 0n m 处的吸光度值。 污泥絮凝性的主要影响冈素是氮源、p h 值、温度和营养物质等。 污泥脱水性的影响因素很多，其中，污泥自身的许多性质如污泥颗粒粒径的大小 1 1 5 1 、污泥结合水含量、糖类含量、丝状菌长度l i 6 和外部条件如好氧、厌氧、超声 波处理f 1 刀等是影响其脱水性能的重要因素。有许多学者已对上述各种性质对污泥 脱水性能的影响进行了研究，但所得出的结论不尽先同，有的甚至相反。顾国维 等通过实验得出污泥颗粒大小及其分布是影响污泥脱水性能的重要因素。 1 2 2 污泥的处理 在充分认识城市污水生物污泥的污染与资源双重性的基础上，根据污水污泥 的特性，国内外研究者对污水污泥处理与处置技术先后提出了减量化、稳定化、 资源化、无害化的要求l i s 。德国联邦政府在1 9 9 6 年明确提出了污泥等固体废物 2 第一章绪论 减量化、资源化和无害化处置的优先顺剧1 9 】。污泥的减量化是污泥处理的首要目 标，而污泥中的间隙水一般占污泥总含水量的6 5 8 5 ，是污泥浓缩的主要对 象，所以污泥脱水是污泥减量化中最为经济的一种方法，是污泥处理工艺中的一 个重要环节，其目的是去除污泥中的空隙水和毛细水，降低污泥的含水率，为污 泥的最终处置创造条件。 影响活性污泥水处理和后期污泥处理的因素非常复杂，很多学者已经研究了 温度、p h i 2 0 1 、d o 、营养物质、有毒物质、盐度、污泥的表面特性等分别对两 过程的影响因素并给出了相关结论。然而，活性污泥生物系统的复杂性导致了研 究存在着一定局限，各种因素之间的独立性使得控制评价污泥系统存在一定的片 面性，因此，寻求两过程中的相关联系，探索一种全新的评价污泥系统的指标， 使其能够直接反映出污泥水处理和后期处理中的相关性能，是本研究的主要目标。 1 3 污泥的缓冲特性及其表现 溶液的缓冲能力是指溶液在受到外界作用时暂时保持原性状不变的能力，污 泥的基本缓冲特性是指其对酸、碱、氧化剂和还原剂的缓冲能力。缓冲容量是用 来反映体系缓冲能力的指标，它随着外界条件呈动态变化，已有的众多研究表明 土壤1 2 2 1 、海水等诸多复合溶液体系中，缓冲容量与体系的各种性质参数如温度、 离子浓度、物质含量等都密切相判2 3 1 ，所以探索与土壤、海水系统具有一定相似 性的复杂活性污泥体系的综合评价指标，其酸、碱，尤其是氧化还原缓冲性能成 为探索的一个方向。 1 3 1 缓冲容量 缓冲容量为当酸碱缓冲溶液中的酸或碱量加入d n 。或砌。单位对溶液p h 值的 改变【2 4 】，即 ：一旦一：坠一( 1 - 3 ) 。d ( p h ) d ( p h ) 式中 - 酸碱缓冲容量，m o l p h ； 咖。单位物质的量的酸，t o o l ； 砌单位物质的量的碱，t o o l ： 勿日单位p h 值变化。 刘传银【2 4 】等研究将缓冲容量推广为：当溶液的p ，值改变咖p 单位时，所需加 入的强质点受体d n o 。或质点给予体a n 。的量，即 第一章绪论 ：坠 ( 1 - 4 ) 。 d p 式中冲容量； 咖。物质的单位加入量； 咖，溶液参数的单位改变量。 该缓冲容量适合于酸碱、氧化还原体系。加入酸、碱、氧化剂和还原剂时溶 液对它们的抵抗能力即为溶液的相对缓冲性能。评价溶液的酸碱缓冲容量时，咖p 即为单位p h 值的变化量，相应的评价溶液的氧化还原缓冲容量时，咖p 即为溶 液的单位氧化还原电位变化量。 1 3 2 污泥对酸碱和氧化还原的缓冲 1 3 2 1 污泥的酸碱缓冲性能 酸碱的缓冲是溶液最基本的缓冲能力，它能够反映出溶液对加入的酸、碱作 用的抵抗能力，一般用酸碱滴定来测定溶液的酸碱缓冲容量，它是海水、土壤系 统研究中常用的一个参数。探索污泥的酸碱缓冲容量，研究其评价污泥性能的可 行性，是研究污泥缓冲性能的一个重要指标。 1 3 2 2 污泥的氧化还原缓冲性能 氧化还原反应的本质是电子的转移，物质接受电子的倾向越大，其氧化还原 性就越强，该物质也就是强氧化剂，相反给出电子倾向越大的物质就是强还原剂。 因此，氧化( 还原) 剂的强弱可借助测定其接受( 或给出) 电子倾向的大小来进 行比较，测定由氧化还原电对构成的电极与参比电极的电位差即可得知【2 5 1 。 规定标准氢电极的电位在任何温度下均为零，因此测定有关氧化还原电对组 成的电极与标准氢电极构成的原电池的电位差，在消除了液接电位的情况下，即 为该氧化还原电对的电极电位，也称o r p 。 当溶液中存在一个可逆的氧化还原电对时，其氧化还原半反应式为 o x m e = r e d 其o r p 的大小遵循能斯特方程： ( 1 5 ) e m ，鼬d = e & k d + ( 0 0 5 9 i n ) l g ( a 仇a d ) ( 1 - 6 ) 式中e 洲r 。d 伽p d 电对的电极电位，即o r p ，所以 翻c 氧化态； 4 第一章绪论 r e 仁还原态； 坛，d o 非e d 电对的标准电极电位，只与电对的本性及温度有关， m 阢 口m 、口r e d 氧化态和还原态的活度( 活度= 活度系数浓度) ； 伊。反应中电子e 的转移数。 在实际溶液中，溶液的离子强度往往较大，而且当溶液的组成改变、有副反 应发生时，电对的氧化态和还原态的存在形式也往往随之改变，从而因其电极电 位的变化。因此，常用条件电极电位来进行计算 易，r c d = 酝，r e d + ( 0 0 5 9 n ) 蜮c 矗c r 。d )( 1 7 ) t o 式中o x r e d o 非e d 电对的条件电极电位，与电对的本性、温度、离子强度、 酸度和副反应影响有关，掰耽 l o x 、l r e d 氧化态和还原态的总浓度，m o l l ； 伊。反应中电子的转移数。 对于一个水体来说，往往存在多个氧化还原电对，构成复杂的氧化还原体系， 而氧化还原电位是多种氧化物质和还原物质发生氧化还原反应的综合结果，这一 指标虽不能作为某种氧化物与还原物浓度的指标，但有助于我们了解水体的电化 学特征，它反映出体系氧化性还原能力的相对程度，同时反应系统中化合物的组 成、p h 和温度等对系统氧化还原能力的影响都可以通过氧化还原电位的变化反映 出来 2 6 】。 指示氧化还原电对的o r p 值的电极常用铂电极，它本身不参加氧化还原反 应，只起传递电子的作用，它的电极电位等于溶液中氧化还原电对。参比电极用 甘汞电极。 铂电极参比电极 图1 1 测最装置示意图 水体的氧化还原电位测量如图1 - l 所示，以铂电极为指示电极，甘汞电极作 5 第一章绪论 参比电极与水样组成原电池，用晶体管毫伏计测定铂电极相对于甘汞电极的氧化 还原电位，然后换算成相对于标准氢电极的氧化还原电位。其公式为： e h = e 喇+ e 心 ( 】8 ) 式中 e 。水样的氧化还原电位，r f l 坎 p d 俐测得的氧化还原电位，m 耽 f 。测定温度下甘汞电极的电极电位，m v o o r p 在水处理中应用非常广泛【27 1 。2 0 世纪4 0 年代开发o r p 监测电极并用于 曝气量的控制，可对曝气池中的物理或生物活动提供有用的信息【2 8 1 。o r p 值可帮 助向活性污泥中投加用于特殊处理的化学药剂，o r p 信号的变化还可以判断处理 厂的非正常运行工况，如曝气装置故障、冲击负荷等，在缺氧好氧法工艺反硝化 工艺的缺氧区末端，硝酸氮浓度和o r p 值具有很好的相关性，可将o r p 值作为 该工艺内循环回流量和外碳源投加的模糊控制参数【2 9 】。目前，o r p 已经成功的用 于s b r 和b i o d e n i t r o 等交替好氧缺氧工艺脱氮中的曝气和搅拌时间的控制1 3 0 1 ， 厌氧生物处理中o r p 判断和控制生物厌氧的营养代谢途径以控制代谢产物，在纯 水处理中用于保证水流经膜或离子交换树脂等可能被氧化破坏的材料前脱除氯或 其他氧化剂1 3 1 1 。同时，利用氧化剂达到积累平衡的o r p 绝对值作为水质消毒指 标，利用相关曲线上的拐点和某种药剂的稳定浓度所对应的o r p 范围作为投药指 标，o r p 值还用于控制含铬或氰化物的电镀废水的处理，用于冷却塔水消毒、地 下水补给、收割用水的消毒、生物除铁等过程的控制【3 2 】，还可以优化低负荷活性 污泥系统的污染物去除率，节约能量【3 3 】，实际中用o r p 来对污水处理系统进行 实时监控】，c h e n g 等的研究显示氧化还原电位可作为剩余活性污泥水解的控制 参数【3 5 】。 1 9 7 1 年世界卫生组织规定了饮用水采用o r p 值为6 5 0m v 铂甘汞电极的标 准，o r p 指标考虑了水中的p h 、余氯、氰尿酸浓度、有机负荷等多种化学冈素。 氧化还原电位作为反映水体中各种物质所表现出的综合氧化能力( 或还原能 力) 的一个状态参数，反应系统中化合物的组成、p h 和温度等对系统氧化还原能 力的影响都可以通过氧化还原电位的变化反映出来，而用氧化还原缓冲能力作为 氧化还原电位的延伸，它能够反映出系统的整体o r p 的变化情况，能更清楚直观 的反映污泥的性质，因此，o r p 缓冲性能成为探索活性污泥水处理和后期污泥两 工艺总体规律性的一个重要参数。 6 第一章绪论 1 4 本课题的研究内容和意义 在水处理中，活性污泥法的广泛运用以及相对产生的大量的剩余污泥使得对 活性污泥相关性质的探索研究显得尤为重要，而目前虽然国内外对活性污泥工艺 的研究很多，其p h 值、溶解氧、温度、污泥指数、污染物浓度等基本参数对处 理效果的影响都已经有了较为深入的研究，并在此基础上对各种相关的水处理技 术进行了参数的控制，但活性污泥系统是一个极为复杂的生物系统，其组成的多 变性和多参数性使得对其监测极为困难。而同时污水量的大量增加导致污泥产量 的增加，而用于堆置、弃置、填埋的资源越来越少，因此污泥的处理和处置问题 日益突出，而无法对污泥进行有效的处理和处置的一个重要的原因是污水的含水 率过高，絮凝性难以控制。 所以针对复杂的活性污泥系统，探索一种参数使其能够较为综合的反映出包 括水处理和污泥处理两过程中的各种参数的影响及其相关的处理性能，是本课题 的主要研究目标。本实验根据能斯特方程和目前o r p 系统的研究现状和物理意 义，主要研究了污泥的p h 和o r p 缓冲能力，探索污泥的缓冲容量与污泥性质的 关系，并对污泥缓冲容量的相关影响因素进行研究和分析。 第二章实验装置和方法 2 1 实验装置 2 1 1 缓冲性测定装置 第二章实验装置和方法 缓冲性主要测定活性污泥对酸、碱、氧化剂和还原剂的抵抗能力，主要设备 为电磁搅拌器和p h 3 c 型雷磁精密p h 计和m e t t l e rt o l e d o 实验用p h 计。 实验装置如图2 1 所示。 l - 精密p h 计2 - 参比电极3 - o r p 电极4 - 梅特勒o r p 计5 一搅拌器6 - 电源 图2 1 缓冲性测定实验装置 2 1 2 厌氧和好氧培养装置 对刚取回的剩余污泥进行厌氧培养，采用恒温水浴锅在3 7 。c 下培养，具体装置 如图2 2 所示。 1 电源2 恒温水浴锅3 容奄瓶 图2 - 2 污泥厌氧培养装置 第二章实验装置和方法 采用空气压缩机向污泥曝气，进行好氧培养2 4 h ，具体装置如图2 3 所示。 2 2 实验内容 2 2 1 实验仪器 3 厂 1 空气压缩机2 曝气头3 烧杯4 电源 图2 3 污泥耗氧培养装置图 实验室o r p 计：型号m e t t l e rt o l e d of e 2 0 ，电极为m e 5 1 0o r p 电极 和l e 4 2 0p h 电极，p h 测量范围为0 0 0 1 4 0 0 ，m v 范围为1 9 9 9 1 9 9 9m v ，分辨 率为0 0 1p h 和1m v ，电源要求为2 2 0v 5 0h z ； p h 计：型号p h s 3 c 雷磁精密p h 计 搅拌器：型号j b 1 a 雷磁搅拌器， 水浴锅：型号e m s 3 0 双列六孔恒温水浴磁力搅拌器，温度范围为0 1 0 0 ； 天津市欧诺仪器仪表有限公司； 真空泵：型号z x 2 旋片真空泵，功率为0 1 2k w ，转速为1 4 0 0r m i n ，极限 压力为0 6p a ，抽速为0 2 5l s ； 空压机：a c o 系列电磁式空气压缩机，型号为a c o 0 0 4 ，功率为5 5w ，电 源为2 2 0v 5 0h z ，空气量为6 0l m i r a 干燥箱：电热鼓风干燥箱，型号为d g g 1 0 1 0 ，温度范围为室温加l o 3 0 0 ，温度波动 g 厶 应 o o246 8 1 0 n a o h 物质的骨( m a a o b 卜纪庄子污泥 游泳馆污泥 + 鹏翔污泥+ 蒸馏水 图3 - 2 单位体积蒸馏水和三种污泥加入n a o h 时其o r p 值随n a o h 加入量的变化 从图3 1 和3 2 中可以看出，相对蒸馏水的缓冲来说，三种污泥对碱有着一 定的缓冲能力。蒸馏水在加入n a o h 溶液后其p h 和o r p 值急剧变化，其中作为 缓冲容量的评价值，蒸馏水的碱度缓冲容量1 8 2 1 0 之m m o l n a o h p h ，而氧化还 原缓冲容量为5 7 8 1 0 。4m m o l n a o h o r p 。相对应的纪庄子污泥的碱度缓冲容量 为1 2 1 2m m o l n a o h p h ，氧化还原缓冲为4 8 2 x1 0 。2m m o l n a o h o r p ，纪庄子污 泥的两种缓冲容量分别达到蒸馏水的6 6 6 7 8 倍和8 3 3 3 倍，游泳馆污泥的碱度缓 冲容量为1 2 5m m o i n a o h p h ，氧化还原缓冲为1 7 3 1 0 m m o l n a o h o r p ，其两 种缓冲容量是蒸馏水的6 9 0 5 倍和3 0 倍。鹏翔污泥的碱度缓冲容量为1 0 6 m m o l n a o h p h ，氧化还原缓冲容量为1 6 7 x1 0 m m o l n a o h o r p ，两种缓冲容量 分别达到蒸馏水的5 8 9 3 倍和2 8 8 9 倍。三种污泥系统都有着良好的碱度缓冲容量 和一定的氧化还原缓冲容量，碱度缓冲容量从大到小依次为纪庄子污泥、游泳馆 污泥和鹏翔污泥。 3 1 1 2 活性污泥酸度缓冲特性 分别向所取的纪庄子污泥、游泳馆中水处理处污泥和鹏翔水处理处三种污泥 中加入h c l 溶液，并与蒸馏水的缓冲作对比，测定其p h 值和氧化还原电位，计 算缓冲容量，以对其酸度缓冲能力做出评价，并观察其相应的氧化还原缓冲性能， 四种溶液中p h 值和o r p 值的变化如下图3 3 和3 - 4 所示。 第三章实验结果与分析 8 0 0 7 0 0 6 0 0 古5 o o 4 0 0 3 0 0 2 o o 0 0 00 5 01 0 01 5 02 0 02 5 0 h c l 物质的量( n m 口0 1 1 + 纪庄子污泥l 游泳馆污泥 + 鹏翔污泥- - k - - - 蒸馏水 图3 3 单位体积蒸馏水和三种污泥加入h c i 时其p h 值随h c i 加入量的变化 h c l 物质的量( r r r n 0 1 ) 卜纪庄子污泥l 游泳馆污泥 + 鹏翔污泥+ 蒸馏水 图3 - 4 单位体积蒸馏水和三种污泥加入h c i 时其o r p 值随h c i 加入量的变化 从图3 3 和3 4 中可以看出，相对蒸馏水的缓冲来说，三种污泥对酸有着一 定的缓冲能力。蒸馏水在加入h c i 溶液后其p h 和o r p 值急剧变化，其中作为缓 冲容量的评价值，蒸馏水的酸度缓冲容量0 1 3m m o l h c l p h ，而相对氧化还原缓 冲容量为2 4 5 1 0 一m m o l h c i o r p 。相对应的纪庄子污泥的酸度缓冲容量为7 7 4 m m o l h c l p h ，氧化还原缓冲为0 1 6m m o l h c i o r p ，纪庄子污泥的两种缓冲容量 分别达到蒸馏水的6 4 2 6 倍和6 6 4 3 倍。游泳馆污泥的酸度缓冲容量为2 2 2 m m o l h c i p h ，氧化还原缓冲为0 0 4m m o l h c i o r p ，其两种缓冲容量是蒸馏水的 第三章实验结果与分析 1 7 4 4 倍和1 6 倍。鹏翔污泥的酸度缓冲容量为1 8 8m m o l h c l p h ，氧化还原缓冲 容量为0 3 7m m o l h c v o r p ，两种缓冲容量分别达到蒸馏水的1 4 7 9 倍和1 5 0 倍。 三种污泥系统都有着良好的酸度缓冲容量和一定的氧化还原缓冲容量，酸度缓冲 容量从大到小依次为纪庄子污泥、游泳馆污泥和鹏翔污泥。 3 1 1 3 活性污泥的氧化缓冲特性 实验分别向所取的纪庄子污泥、游泳馆中水处理处污泥和鹏翔水处理处三种 污泥中加入氧化剂双氧水，并与蒸馏水的缓冲作对比，测定其p h 值和氧化还原 电位，计算缓冲容量，以对其氧化性缓冲能力做出评价，并观察其相应的酸碱缓 冲性能，四种溶液中p h 值和o r p 值的变化如下图3 5 和3 - 6 所示。 8 0 0 7 5 0 7 0 0 6 5 0 z6 0 0 q 5 5 q 5 0 0 4 5 0 4 0 0 01 02 03 0 4 0 双氧水物质的量( n a t a l ) + 纪庄子污泥 游泳馆污泥 十鹏翔污泥* 蒸馏水 图3 5 单位体积蒸馏水和三种污泥加入双氧水时其p h 值随双氧水加入量的变化 s e 芒 臣 o ol o2 03 04 0 双氧水物质的量( r r r n 0 1 ) + 纪庄子污泥- 游泳馆污泥 十鹏翔污泥* 蒸馏水 图3 石单位体积蒸馏水和三种污泥加入双氧水时其o r p 值随双氧水加入量的变化 第三章实验结果与分析 从图3 5 和3 - 6 中可以看出，相对蒸馏水的缓冲来说，三种污泥对氧化剂有 着一定的缓冲能力。蒸馏水在加入双氧水后其p h 和o r p 值急剧变化，其中作为 缓冲容量的评价值，蒸馏水的p h 缓冲容量4 1 1 3m m o l h 2 0 2 p h ，而相对氧化缓冲 容量为o 0 2m m o l h 2 0 2 o r p 。相对应的纪庄子污泥的p h 缓冲容量为1 8 7 4 2 m m o l h 2 0 2 p h ，相对氧化缓冲容量为0 0 7m m o l h 2 0 2 o r p ，纪庄子污泥的两种缓 冲容量是蒸馏水的4 5 6 倍和3 倍。游泳馆污泥的p h 缓冲容量为1 4 6 2 2 m m o l h 2 0 2 p h ，相对氧化缓冲容量为0 0 2m m o l h 2 0 2 o r p ，其两种缓冲容量是蒸 馏水的3 5 5 倍和1 倍。鹏翔污泥的p h 缓冲容量为1 6 4 7 1m m o l h 2 0 2 p h ，相对氧 化缓冲容量为o 0 2m m o l h 2 0 2 o r p ，两种缓冲容量分别是蒸馏水的4 倍和1 5 倍。 三种污泥系统都有着一定的p h 缓冲容量和氧化缓冲容量，其p h 缓冲容量从大到 小依次是纪庄子污泥、鹏翔污泥和游泳馆污泥，而相对氧化缓冲容量从大到小依 次是纪庄子污泥、鹏翔污泥和游泳馆污泥。 3 1 1 4 活性污泥还原缓冲特性 实验分别向所取的纪庄子污泥、游泳馆中水处理处污泥和鹏翔水处理处三种 污泥中加入硫化钠溶液，并与蒸馏水的缓冲作对比，测定其ph 值和氧化还原电 + 位，计算缓冲容量，以对其还原性缓冲能力做出评价，并观察其相应的酸碱缓冲 性能，四种溶液中p h 值和o r p 值的变化如下图3 7 和3 8 所示。 8 0 0 7 5 0 7 0 0 暑6 5 0 6 0 0 5 5 0 5 0 0 0 0 0 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 00 2 5 硫化钠物质的量( r r a n 0 1 ) 卜纪庄子污泥游泳馆污泥 + 鹏翔污泥 一蒸馏水 图3 7 单位体积蒸馏水和三种污泥加入硫化钠时其p h 值随硫化钠加入量的变化 第三章实验结果与分析 9 e 吝 筐 。 硫化钠物质的量( u r m l ) + 纪庄子污泥- 游泳馆污泥 十鹏翔污泥+ 蒸馏水 图3 8 单位体积蒸馏水和三种污泥加入硫化钠时其o r p 值随硫化钠加入量的变化 从图3 7 和3 8 中可以看出，相对蒸馏水的缓冲来说，三种污泥对还原剂有 着很强的缓冲能力。蒸馏水在加入硫化钠后其p h 和o r p 值急剧变化，其中作为 缓冲容量的评价值，蒸馏水的p h 缓冲容量0 0 3m m o l n a 2 s p h ，而还原缓冲容量 为2 0 5 1 0 m m o l n a 2 s o r p 。相对应的纪庄子污泥的p h 缓冲容量为1 7 0 8 m m o l n a 2 s p h ，还原缓冲容量为6 3l 1 0 一m m o l n a 2 s o r p ，纪庄子污泥的两种缓 冲容量是蒸馏水的5 0 0 7 5 倍和3 0 7 7 5 倍。游泳馆污泥的p h 缓冲容量为1 8 l m m o l n a 2 s p h ，还原缓冲容量为6 1 6 1 0 一m m o l n a 2 s o r p ，其两种缓冲容量是蒸 馏水的5 3 1 3 倍和3 0 0 0 0 倍。鹏翔污泥的p h 缓冲容量为1 0 3m m o l n a 2 s p h ，还 原缓冲容量为5 2 8 x1 0 一m m o l n a 2 s o r p ，两种缓冲容量分别是蒸馏水的3 0 0 8 倍 和2 5 7 5 0 倍。三种污泥系统对硫化钠溶液都有着很强的p h 缓冲容量和还原缓冲 容量，容量从大到小依次是纪庄子污泥、游泳馆污泥和鹏翔污泥。 综上所得结果，可知活性污泥对酸、碱、氧化剂和还原剂都有着一定的缓冲 能力，其四种缓冲容量的相对大小关系均相同，从大n d , 依次是纪庄子污泥、游 泳馆污泥和鹏翔污泥。 3 1 2 活性污泥的氧化还原电位和p h 之间的关系 由能斯特方程可知，溶液的p h 和o r p 值之间存在着定的线性关系，对三 种污泥在加入酸、碱、氧化剂和还原剂的过程中两者的关系作图。加入n a o h 溶 液时结果如下图3 - 9 所示。 第三章实验结果与分析 卜纪庄子污泥士游泳馆污泥十鹏翔污泥 图3 - 9 三种污泥加入n a o h 时其p h 和o r p 值的变化关系 由图3 - 9 可知，在加入n a o h 时三种污泥的p h 和o r p 值之间存在着很好的 线性关系，其同归方程如下表所示( 为直观用x 值代表p h ，y 代表o r p 值) 。 表3 - 1 三种污泥加入n a o h 时p h 和o r p 值之间的线性关系 如上所示用同样的方法分别对加入h c i 、双氧水和硫化钠时污泥中p h 和o r p 的变化关系作图，得出的线性回归方程如下表所示( 用x 值代表p h ，y 代表o r p 值) 。 表3 - 2 三种污泥加入h c i 、双氧水和硫化钠时p h 和o r p 值关系的线性回归 由上述实验结果可知，活性污泥的p h 和o r p 有着很好的线性关系，符合能 斯特方程的变化趋势。说明活性污泥系统虽然是个复杂的生物系统，但其总的综 合氧化还原性和酸碱性仍然符合纯溶液的性质规律【3 6 】，因此将污泥的酸、碱和氧 第三章实验结果与分析 化还原缓冲性质作为探索污泥性能的参数简单可行。 3 1 3 污泥的缓冲特性与污泥性质的关系 实验测定了三种活性污泥的体积指数s v i 、含水率p 、毛细吸水时间c s t 和 絮凝率e ，结果如下表3 - 3 所示。 表3 3 三种污泥的性质指标 盈堡壁耋型! f 巴垦! 勤f 堑2堡墨! f 1 2垦f 丝2 纪庄子污泥5 7 1 09 8 2 83 2 87 5 3 1 游泳馆污泥1 4 4 5 69 9 3 37 0 4 6 6 4 9 鹏翔污泥2 7 9 3 39 9 6 1 1 0 1 0 9 2 3 由表3 3 可知，三种污泥对应的性质中纪庄子污泥性能最优，体积指数最小、 含水率最低、毛细水时间最短、絮凝率最大，说明纪庄子污泥具有最好的沉降性、 脱水性【37 j 和絮凝性，该污泥的水处理效果和后期污泥处理效果较优，依次为游泳 馆污泥，+ 鹏翔污泥性能最差。由前面结论可知，三种污泥中纪庄子污泥具有最大 的污泥酸、碱和氧化还原缓冲容量，其次为游泳馆污泥和鹏翔污泥。污泥缓冲容 量与污泥的水处理和污泥处理性能结果相符，初步判断污泥的缓冲容量越大，污 泥的沉降性、脱水性和絮凝性越好。同时，分析上述实验结果可知，三种污泥中 的氧化还原电位从大到小依次是鹏翔污泥、游泳馆污泥和纪庄子污泥，与缓冲容 量呈相反的关系，可推断氧化还原电位可从一定程度上反映污泥的性质。 3 2 好氧和厌氧培养对活性污泥缓冲性能的影响 三种污泥的缓冲容量在3 1 中已有论述，对同种污泥分别进行好氧培养和厌 氧培荆3 9 】，分析其对污泥的缓冲性能的影响。 3 2 1 好氧和厌氧培养对污泥缓冲特性的影响 取纪庄子污泥同时进行好氧曝气培养和厌氧培养，均不加营养物质培养2 4 h 。 3 2 1 1 两种培养污泥的碱度缓冲容量 取纪庄子污泥分别进行好氧和厌氧培养，向原污泥和两种培养后的污泥中加 入n a o h 溶液，测定其p h 值和氧化还原电位，计算缓冲容量，以对其碱度缓冲 能力做出评价，并观察其相应的氧化还原缓冲性能，三种污泥中p h