废水可生化性测定实验

1、For personal use only in study and research; not for commercial use薃 专业：环境工程莃实验报告蚀 姓名： 王 义莇 学号：3071401071螀 课程名称：水处理工程实验指导老师：胡宏成绩： 螈 实验名称：废水可生化性测定实验类型： 同组学生姓名：陈巧丽、林蓓薃 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）膁 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤袀 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）腿 七、讨论、心得芄 一、实验目的和要求膄 根据微生物的降解性能，有机污染物可分为三种类型。第一类是可生物降解的有

2、机污染物，第二类 是难生物降解的有机污染物，第三类是不可生物降解的有机污染物。考虑到毒性，第一、第二类有机污染 物又可分为四种类型：能够为微生物所降解，而且对微生物的生理功能无抑制作用的有机污染物；能 够为微生物所降解，但对微生物有毒害作用的有机污染物；难于为微生物所降解，但对微生物无毒害作 用的有机污染物；难于为微生物所降解，而且对微生物有毒害作用的有机污染物。上述四种类型的有机污染物中，第一类适宜于采用生物处理技术进行处理。第二类经过对微生物作一定时间的驯化，有可能采 用生物处理技术进行处理。第三类也有可能采用生物处理技术进行处理，但必须对微生物进行较长时间的诱导驯化。第四类不宜采用生物处

3、理技术进行处理。芅 本实验通过测定微生物的呼吸耗氧特性来确定某种废水是否具有进行生化处理的可能性。羆 二、实验内容和原理羂 微生物降解有机污染物的物质代谢过程中所消耗的氧包括两部分：（ 1）氧化分解有机物，使其分解为 CO2、 H2O、 NH3（存在含氮有机物时）等为合成新细胞提供能量；（2）供微生物进行内源呼吸，使细胞物质氧化分解。下例可以说明物质代谢过程中的这一关系。肀 8CH 2O+3O 2 +NH 3C 5H7NO2+3CO2+6H 2O蚆 3CH2O+3O23CO2+3H2O+能量蒄 5CH 2O+NH 3C 5H 7NO 2+3H 2O蚁 从上反应式可以看到：约1/3 的 CH 2

4、O（酪蛋白）被微生物氧化分解为CO2、 H2O，同时产生能量供微生物合成新的细胞，这一过程要消耗氧。膀 内源呼吸：C5H7NO2+5O25CO2+NH 3+2H2O肇 由上反应式可以看到，内源呼吸过程氧化1g微生物需要的氧量为1.42g（5O2/C5H7NO2=100/113=1.42），微生物进行物质代谢过程的需氧速率可以用下式表示：膆 总的需氧速率= 合成细胞的需氧速率+ 内源呼吸的需氧速率，即：蒀 上式中三项分别为：总的需氧速率（ mg/L.min ） ； 降解有机物，合成新细胞的耗氧速率（ mg/（L.min） ；微生物内源呼吸需氧速率（mg/（L.min） ）。艿 采用华氏呼吸器来测

5、定微生物在以某种废水中的有机物为呼吸基质，进行呼吸过程氧气的消耗量和二氧化碳的产量，就可以间接地知道微生物对该废水中有机物的降解情况。再与一个不加呼吸基质的呼吸 反应相比较，从而确定该废水是否可以采用生化方法来进行处理。蒈 呼吸反应可用下列图示来表示：薄 图中曲线为不加呼吸基质（被测废水）的呼吸反应，即属微生物的内源呼吸反应。当被测废水得到了如那样的曲线时，则说明该废水中含有较多的有机物质并且能被微生物作为呼吸基质来利用。故得到了一条较高于曲线的曲线，当被测量废水得到的曲线是类似曲线时，则说明废水中能被微生物利用的物质不多，故只是得到了一条稍高于曲线的曲线，那说明该废水不宜作生化处理当被测废水

6、得到的是一条低于曲线的曲线时（如曲线）则说明该废水中含有一些能对微物进行抑制或毒害的物质，从而抑制了微生物的正常呼吸作用，故得到一条低于曲线的曲线。这种废水当然不能作生化处理。因此通过微 生物对废水的呼吸反应的测定，就能快速、简便地测出某种废水的可生化性程度。蒃 三、主要仪器设备艿 （一）实验装置薅 本实验通过测定反应器混合溶液中溶解氧的变化，获得微生物的氧消耗量，从而得到微生物的呼吸耗氧曲线，就能快速、简便地判断某种废水的可生化性程度。莆 图 2 废水可生化性测定实验装置示意图节 （二）实验设备及仪器荿 655ml 生化反应器4个；空气泵1 台；溶解氧测定仪1 台；时钟1 个；100ml量筒

7、；羆 磺基水杨酸、分散蓝、营养液及自来水。螄 四、操作方法和实验步骤肁 废水可生化性测定实验步骤1、2、 葿 将活性污泥曝气一段时间，使其中的微生物处于饥饿状态；3、4、 莇 取 4个生化反应器，打开阀门，分别加入550ml 自来水、磺基水杨酸、分散蓝废水和营养液；5、6、 蒆 将活性污泥静止一段时间，并去除上清液；各取污泥100ml 分别加入4个反应器中，测定各反应器中的溶解氧浓度；7、8、 肄 关闭反应器阀门，20分钟后打开阀门，再测定各反应器中的溶解氧浓度，关闭反应器阀门；9、10、 蕿 每隔20分钟打开阀门后迅速测定一次各反应器中混合液的溶解氧浓度；11、12、 螈 记录每次测定溶解氧

8、浓度，并计算耗氧速率。羃 五、实验数据记录和处理袃 表 1 废水可生化性测定实验溶解氧数据表虿 自来水溶液膈 营养液蚅 分散蓝溶液蚁 磺基水杨酸溶液蝿 时间/min莅 溶解氧浓度（ mg/L ）肃 时间/min莀 溶解氧浓度（ mg/L）蝿 时间 /min螆 溶解氧浓度（ mg/L ）袅 时间 /min蒃 溶解氧浓度（ mg/L ）袈0膇 4.39芃0膂 5.59羈0薈 6.21羅0羁 5.12肈 20罿 4.20蒃 25羄 3.14膈 25肆 4.30膅 20螃 4.90芈 40蒇 3.90袆 40薂 2.91莈 40袇 4.23莄 40芀 4.26莈 60芈 3.73肆 60莃 2.49蒈

9、 60蒅 4.21薄 60肂 4.20薇 80袆 3.73芆 80袁 2.29羁 80芇 3.80蚄 80袄 4.18肁 100蚈 3.55莆 1002.211003.471004.22表 2 废水可生化性测定实验耗氧量数据表自来水溶液营养液分散蓝溶液磺基水杨酸溶液时间 /min耗氧量（ mg/L ）时间 /min耗氧量（ mg/L ）时间 /min耗氧量（ mg/L）时间 /min耗氧量（ mg/L ）00000000200.19252.45251.91200.22400.49402.68401.98400.86600.66603.1602600.92800.66803.3802.41800

10、.941000.841003.381002.741000.9六、实验结果与分析【活性污泥微生物呼吸曲线与耗氧曲线分析】由表 1 、图 3 及图 4 可以看出：随着静置时间的增大，各水样的溶解氧浓度均逐渐下降，耗氧量依次递增而耗氧速率基本上都呈现出下降的趋势；任意时刻，微生物耗氧量及耗氧速率均以营养液中为最高，分散蓝染液、磺基水杨酸溶液次之，自来水中为最低。内源呼吸线(endogenous respiration curve) 是指在无外源基质的条件下，微生物内源呼吸耗氧量随时间的变化曲线，本实验易知自来水中微生物呼吸曲线为内源呼吸线，依据图3、图4所示，其他各溶液中微生物呼吸曲线均在内源呼吸线

11、之上，则说明营养液、分散蓝及磺基水杨酸3种基质均可被微生物降解，这与理论事实不符：营养液是为微生物提供生存所需能量，自然可被微生物降解，但分散蓝(结构式如下图示)既含提高生物降解性的基团(如酚羟基、胺基)，也含降低生物降解性能的集团(如羰基、溴代基)，其基质呼吸线应与内源呼吸线不相上下、几乎重叠(耗氧曲线亦应与自来水的耗氧曲线接近)；而磺基水杨酸对微生物具有毒性，且主要含有磺基、羰基这类降低生物降解性能的集团，其基质呼吸线应在内源呼吸线之下(耗氧曲线亦应在自来水的耗氧曲线之下)，综合考虑，我认为是内源呼吸线偏低，自来水基质实验中耗氧量偏小，即其测得的溶解氧浓度数据值偏高。耗氧曲线是微生物耗氧速

12、率随时间的变化关系，图4中除自来水基质的耗氧速率值整体偏小外，其体现的耗氧速率随时间的增加而逐渐减小的趋势是因为微生物耗氧速率与底物浓度有关。【误差分析】本实验中实验误差主要出现在废水的溶解氧浓度的测定：1) 时间与溶解氧浓度数值的对应性：实验中有4 中基质溶液但只有1 个溶解氧测定仪，确定时间到依次最后测定、记录溶解氧浓度数据之间有一定的时间差；2) 溶解氧浓度数值读取的准确性：因为微生物的呼吸作用总在进行，溶解氧浓度测定过程中，仪器显示值总在不停波动，最后记录的溶解氧浓度数值与真实值有一定误差；3) 反应器内部同一时刻不同位置的溶解氧浓度有差异，每次测定溶解氧浓度时测定仪探头位置总有差异，

13、这也会对实验结果产生影响；4) 实验中所使用的各类仪器设备本身带入的误差，如溶解氧测定仪本身的准确度与灵敏度等。七、讨论、心得水样溶解氧浓度的的测定是本实验的关键，为减少各操作步骤带入的实验误差，应注意如下事项：1) 向基质溶液中加入活性污泥时，要注意依次添加的顺序，为提高时间与溶解氧浓度数值的之间对应性，依次测定溶解氧浓度的顺序应与之一致；2) 反应器内部同一时刻不同位置的溶解氧浓度有差异，每次测定溶解氧浓度时，应尽量保证测定仪探头位置相同；3) 每次测定完反应器中的溶解氧浓度后，要记得关闭反应器阀门；4) 溶解氧浓度测定过程中，仪器显示值总在不停波动，为减小实验者主观因素带入的实验误差，最

14、后记录的数据应为稳定3 秒以上的仪器显示值，其判定最好综合实验小组2 人以上的意见。如何用 BOD 5/COD cr 的比值来判断废水的可生化性？废水的可生化处理性(biological treatment ability) 就是通过试验去判断某种污水或某种物质用生物处理的可能性，或确定不影响生化处理设备正常工作的水量和浓度。BOD 指有氧条件下好氧微生物分解利用废水中有机污染物进行新陈代谢过程中所消耗的氧量，通常用BOD 5直接代表废水中可生物降解的那部分有机物。CODcr指利用化学氧化剂K2Cr2O7氧化废水中有机污染物过程中所消耗氧的量，通常用COD cr表示废水中有机污染物的总量。BO

15、D 5 COD cr比值法是直接比较废水的生物需氧量和化学需氧量。使用该方法时，可参考表3中的数据，对废水的可生化性进行评价：该种判定方法的主要优点在于：BOD 、 COD等水质指标的意义已被广泛了解和接受，且测定方法成熟，所需仪器简单。但该判定方法也存在明显不足，导致该种方法在应用过程中有较大的局限性：a) 某些废水中含有的有机悬浮性固体，容易在COD 的测定中被重铬酸钾氧化，以 COD cr的形式表现出来，但在 BOD反应瓶中受物理形态限制，BOD 5数值较低；实际上有机悬浮固体可通过生物絮凝作用去除，继之可经胞外酶水解后进入细胞被微生物氧化，其BOD 5 CODcr值虽小，可生化性却不差

16、。b) BOD 无法反映废水中有害有毒物质对于微生物的抑制作用；测定 BOD 时由于稀释，抑制物质对生物降解的不利作用可能被掩盖，而实际处理中效果却极低或甚至微生物死亡，导致处理彻底失败。c) 重铬酸钾在酸性条件下的氧化能力很强，大多数情况下COD cr值可近似地作为废水中全部有机物的含量，但有些化合物如吡啶不被重铬酸钾氧化，不能以COD cr的形式表现出需氧量，但却可以在微生物作用下被氧化，以BOD 5的形式表现出需氧量，因此对BOD 5 COD cr值产生很大影响。BOD 5 /COD cr 高的有机物在进行生物处理时是否有浓度的限制？由于BOD 无法反映废水中有害有毒物质对于微生物的抑制

17、作用，因而BOD 5/COD cr高的有机物在进行生物处理时有浓度的限制：有些污染物具有较高的BOD 5 CODcr值，但是废水中的毒性物质对微生物毒害作用的最低极限较低。采用生物处理时生物的生长繁殖容易受到抑制，导致效果不佳。例如乙酰苯，它的BOD 5 COD cr=0.425，但其对微生物毒害作用的最低极限值是0.1mg L， 故含乙酰苯的有机物废水在进行生物处理时，乙酰苯的浓度应低于0.1mg L。在以上几种可生化性评定方法中，哪种方法对工程设计更有实用价值？有机污染物生物降解性的评定方法有：按废物性质指标评定，即用BOD 5/COD 的比值来评定；按微生物的呼吸耗氧特性评定；按有机物的

18、去除效果评价；其它方法，如测定活性细菌的数量变化，测定脱氢酶活性等。综前所述，按有机物的去除效果评价废水可生化性，比较直观、正确， 对工程设计更有实用价值。八、相关拓展可生化性评定方法用 BOD 5/COD 的比值、微生物的呼吸耗氧特性评定废水可生化性的方法之前已有所叙述，另外介绍脱氢酶活性法、亚甲基蓝毒性测定法和三磷酸腺苷(ATP )指标法。脱氢酶活性法：利用无色的物质氧化三苯基四氮唑(TTC) 作为外源受氢体。当把这种外源受氢体引入生化反应中时，经脱氢酶活化的氢原子将被受氢体接受，成为红色的三苯基甲月替(TF)。脱氢酶活性越高，活化的氢离子就越多，TTC 转化成 TF 的量就越多，红色的色

19、度越深。通过比色法，测定 485nm 下的光密度变化，根据标准曲线可以做脱氢酶活性的定量分析。因为测定微生物的脱氢酶活性可以表征微生物受到外界毒性物质影响的情况，判断微生物是否已经被驯化或死亡，从而达到评价废水可生化性的目的。亚甲基蓝毒性测定法：以亚甲基蓝为指示剂，对照废水加毒物和不加毒物处理，通过观察亚甲基蓝的褪色时间，可判断废水和某些废水对微生物的毒性。令t1 为废水使亚甲基蓝褪色的时间，t2 为生活污水使亚甲基蓝褪色的时间。根据褪色时间对比，可以得出：tl=t2时，废水不存在抑制微生物生长的物质；tl<t2时，废水的生化性良好，容易生化处理；t 1>t2时，废水对活性污泥有毒

20、，会抑制微生物的生长。三磷酸腺苷(ATP )指标法：微生物对污染物的氧化降解过程，实际上是能量代谢过程。微生物产能能力的大小直接反映其活性的高低。三磷酸腺苷(ATP) 是微生物细胞中贮存能量的物质，因而可通过测定细胞中ATP 的水平来反映微生物的活性，并作为评价微生物降解有机污染物能力的指标。如果在以某种废水(有机污染物)为基质的培养液中生长的微生物ATP 的活性增加，则表明该微生物能够降解这种废水(有机污染物)。可生物降解性与化学结构的关系有机污染物生物降解的难易程度与有机污染物的化学结构有关，具有如下规律：1) 对于烃类化合物，链烃比环烃易降解，直链烃比支链烃易降解，不饱和烃比饱和烃易降解

21、；2) 当有机化合物主要分子链上的碳被其他元素取代时，对生物降解的阻抗性加强，其中以氧的影响最为显著(醚很难被生物降解)，其次为硫和氮；3) 碳原子上保持一个以上碳氢键的有机物，其支链对生物降解的阻抗较弱。相反，当碳原子上的氢全部被烷基或芳基取代时，就会产生很强的阻抗作用。4) 分子量是影响有机物生物降解的重要因素。对聚合和复合而成的高分子化合物，由于微生物及其酶系统不能触及化合物内部，袭击其敏感的化学键，可生物降解性降低。5) 官能团的性质、多少以及有机物的同分异构作用，对可生物降解性影响很大。当苯环上的氢被羟基或胺基取代而形成酸和苯胺时，可生物降解性提高。卤代作用则降低苯的可生物降解性。伯、仲醇易被微生物降解，而叔醇则对生物降解有很强的阻抗作用。6) 有机化合物与其他成分混合，可改变生物降解性。很多不饱和有机物，可发生聚合作用而降低生物降解性。两种或两种以上化合物形成的复合物，也可降低生物降解性。九、参考文献1 胡宏；水处理工程实验M ，浙江大学环境与资