天然及污染水体综合处理分析技术Word格式.docx
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吸附达到饱和后，污泥失去活性，不再具有吸附能力。
但通过氧化阶段，除去了所吸附的大量有机物后，污泥又重新出现活性，恢复它的吸附氧化分解能力。
（3）絮凝体形成及凝聚沉降作用：
污水中有机物通过生物降解，一部分氧化分解成CO2和H2O，一部分合成细胞物质形成菌体，因此，必须把形成的菌体有机物从混合液中分离出去，这样才能彻底净化。
目前菌体与水的分离，多是采用重力沉淀法，即菌体先形成比重较大的凝絮体，再凝聚沉降。
1.2污水的脱氮除磷
水环境污染的主要特征是水体的有机污染和富营养化，特别是以磷、氮等营养物质造成水体富营养化现象日益严重。
GB18918-2002[2]城镇污水处理厂污染物排放标准对所有排放在污水中的氮、磷含量都做出了明确的规定，这就意味着今后绝大多数城市污水和工业废水处理设施都要考虑脱氮除磷处理，因此生物除磷工艺得到了广泛应用。
1.2.1生物脱氮的机理
生物脱氮已经证明是一种经济、可靠的污水脱氮方法。
该方法是指通过生物化学反应，将污水中的有机氮、氨氮和其他方式的氮转化为氮气。
传统的生物脱氮过程包括氨化、硝化、反硝化三个过程。
氨化作用是指微生物分解有机氮化合物产生氨的过程。
氨化作用无论在好氧还是厌氧，中性、酸性还是碱性环境中都能进行，只是作用的微生物种类不同、作用的强弱不一。
硝化作用是指通过自养型好氧微生物将氨氮氧化为硝酸盐的过程。
在有氧条件下，氨氮首先由亚硝酸菌氧化为亚硝酸盐，继而亚硝酸盐再由硝酸菌氧化硝酸盐[3]。
反硝化反应是指硝酸氮和亚硝酸氮在反硝化菌的作用下，被还原为氮气的过程。
1.2.2生物除磷的机理
生物除磷的基本过程为在好氧条件下，聚磷菌对磷的过剩摄取，等系统转为厌氧条件时，聚磷菌体内的ATP进行水解，从而达到磷的释放。
在生物除磷的过程中，磷的充分释放是磷去除的前提[4]，磷的释放量与出水总磷浓度是成反比的，而硝酸盐的存在能影响磷的释放进而导致工艺的除磷效率[5]。
在传统工艺中，要保证磷的充分释放必须以充足的碳源为前提，但是磷的释放是在厌氧段进行，这与缺氧段氮的去除对碳源的需求相冲突[6]，因此，碳源浓度偏低时，传统工艺很难在同一反应器中实现对污水的同步脱氮除磷。
污水中具有充足的碳源是保证缺氧段反硝化效果的关键，也是厌氧段充分释磷的重要前提。
但是对于低碳源污水，缺氧段脱氮和厌氧段释磷对碳源的需求矛盾凸显，很难保证在同一反应器中实现同步脱氮除磷[7]。
而且在缺氧环境下反硝化菌先于聚磷菌利用污水中的易生物降解有机物进行脱氮，导致PAO聚磷菌释磷程度降低，同时厌氧条件下磷释放的充分程度和合成的PHB量是随后好氧条件下过量摄磷的充分条件和决定性因素。
因此低碳源污水，污水中易生物降解的溶解性有机物的数量，更确切的说是合适的碳氮磷比是保证系统同时脱氮除磷的效果的重要因素。
1.3活性污泥反应器简单介绍
活性污泥法处理污水自问世以来，根据处理要求的不同，逐渐发展出了多种方式。
下面我做一个简单的介绍。
①普通活性污泥法（CAS）
普通活性污泥法曝气池呈长方形，水流形态为推流式。
污水净化吸附阶段和氧化阶段在一个曝气池内进行。
进口处有机物浓度高，沿池长逐渐降低，需氧量也是沿池长逐渐降低。
处理工业废水时的BOD负荷为0.2~0.4kg（BOD5）/[kg（MLSS）.d]，MLSS浓度为1.5~3.5g/L。
普通活性污泥法对有机物和悬浮物的去除率高，达85%~95%，因此特别适合处理要求高而水质比较稳定的废水。
[8]
②阶段曝气法
阶段曝气法又称为逐步曝气法，是为了克服普通活性法中需氧量沿池长前大后小，前段氧量不足，后段过剩的缺点发展起来的。
在阶段曝气法中，污水沿池长分段多点进入，使有机负荷分布均匀，对氧的需求也变得均匀，微生物能充分发挥分解有机物的能力。
阶段曝气法可以提高空气利用效率和曝气池的工作能力，并且能减轻二沉池的负荷。
该法适用于大型曝气池及高浓度废水。
③氧化沟
氧化沟（oxidationditch）又名氧化渠，实际上它是活性污泥法的一种变型。
因为污水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动，有人称其为“循环曝气池”、“无终端的曝气系统”。
氧化沟的主要类型有卡鲁塞尔型（Carroussel）、奥贝尔型（Orbal）、交替式工作型、一体化氧化沟（Integratedoxidationditch）。
它将曝气、沉淀和污泥稳定等处理过程集于一体，间歇运行，BOD5去除率高达97%，管理十分方便，运行效果稳定，适用于中小村镇的污水处理。
氧化沟自问世以来，经久不衰的一个重要原因是污水在一个闭合沟渠中完成污水净化。
从理论上讲，它既具有推流反应的特征，又具有完全混合反应的优势前者使其具有出水优良的条件。
[9]
④另外，利用活性污泥处理污水还有很多方法，比如：
SBR法、浅层曝气法、完全混合法、生物吸附法等等，再此就不做详细介绍了。
2.实验材料与方法
2.1实验用品
本实验采用武汉理工大学马房山校区西院恬园食堂的排放废水，其内有机物含量比较高。
本实验采用的活性污泥是生活污水处理厂二沉池的污泥进行驯化得到的。
主要反应仪器是活性污泥反应器以及测量指标所用的试剂和仪器。
2.2实验方法
实验采用的是生活污水，但是为了达到合适的碳氮比，我们投加了一定量的葡萄糖。
具体如下：
用量筒量取9700mL废水于活性污泥反应器内，另加300mL活性污泥和g葡萄糖。
取100mL原水测定浊度、溶解氧、pH、CODCr、氨氮、总磷。
打开曝气机开始曝气，持续曝气1.5小时后，停止曝气，0.5小时后，取100mL上清液水样，分别测定浊度、pH、CODCr、氨氮、总磷。
如此反复，分别测定2小时、4小时、6小时、8小时、10小时、12小时的各项指标的值。
2.3各项指标监测方法
2.3.1浊度的测定方法
本实验中，浊度的测定我们采用的是浊度仪直接测定的方法。
本实验采用透射光式浊度仪，其原理同分光光度法，即在同样条件下测定水样的吸光度与标准浊度溶液对比，得出水样浊度，其值可以直接从仪器上读出来。
浊度仪的使用步骤：
（1）仔细检查浊度标准板，如有灰尘、污渍，可用脱脂棉加乙醇、乙醚各半混合液擦净，比色皿可用清洁剂和洗涤精清洗，然后用清水冲洗，两个透光面擦干。
仪器预热10min。
（2）量程选择钮置于“100档”，在试样槽后方紧靠右插入浊度标准板（有编号面朝左），拉杆推入，光路中不置任何物体，调整“零位”钮，使显示读数为“0”，拉杆拉出，浊度标准板置入光路，调整（标准）旋钮，使显示读数为浊度标准板出厂标定值65.0NTU，在此以后“校准”旋钮不能再动，取出标准板。
（3）量程“1”，“10”采用30mm比色皿，量程“100”采用5mm比色皿。
5mm比色皿紧靠右插。
（4）在比色皿内放入无浊度水（约3/4高度），放入试样槽前方，被测液放入试样槽后方（大小比色皿均紧靠右侧），推入拉杆，调节“零位”钮显示数为零，拉杆拉出，样品置入光路，显示值即为被测液浊度值NTU。
测量中“量程”选择键如需转换，除选用不同比色皿外，无浊度水调整步骤重复一次。
2.3.2溶解氧的测定方法
利用溶氧仪直接测定。
测定原理：
溶解氧电击通常是聚四氟乙烯薄膜电极。
根据其工作原理，分为极谱型和原电池型两种，氧电极有黄金阴极、银—氯化银阳极，聚四氟乙烯薄膜、壳体等部分组成。
由电极腔内充入KCl溶液，聚四氟乙烯薄膜内电解液和被测水样隔开，溶解氧通过薄膜扩散，当两极间加上0.5~0.8V固定极化电压时，水样中的溶解氧扩散通过薄膜，并在阳极上还原，产生与氧浓度成正比的扩散电流，电极反应：
阴极：
O2+2H2O+4e-=4OH-
阳极：
Ag+4Cl-=4AgCl+4e-
产生的还原电流还可表示为：
I还=KnFA（Pm/L）C0
测定方法
（1）将DO探头放入饱和湿空气室内；
（2）连接电极和主机；
（3）打开电源；
（4）按下“CAL”键，自动显示氧含量计算模式；
（5）按下“RON/ENTER”键，系统开始自动校正；
（6）如果条件合适，将显示斜率值来表征电极质量，只有当斜率大于0.6才可使用；
（7）按下“M”，进入测试模式，选择mg/L，待读数稳定后记录数据；
（8）使用完毕，将电极用蒸馏水中洗干净，放入饱和湿空气室，从主机上分开放入设备箱内。
2.3.3pH的测定方法
pH值由测量电池的电动势而得。
该电池通常由饱和甘汞电极为参比电极，玻璃电极为指示电极所组成。
在25℃，溶液中每变化1个pH单位，电位差改变为59.16mV，据此在仪器上直接以pH的读数表示。
温度差异在仪器上有补偿装置。
①测量pH时，按水样呈酸性、中性和碱性三种可能，常配制以下三种标准溶液:
pH标准溶液甲（pH=4.008，25℃）
称取先在110~130℃干燥2~3h的邻苯二甲酸氢钾10.12g，溶于水并在容量瓶中稀释至1L。
pH标准溶液乙（pH=6.865，25C）
分别称取先在110~130℃干燥2~3h的磷酸二氢钾3.388g和磷酸氢二钠3.533g，溶于水并在容量瓶中稀释至1L。
pH标准溶液丙（pH=9.180，25℃）
为了使晶体具有一定的组成，应称取与饱和嗅化钠（或氯化钠加蔗塘）溶液（室温）共同放置在干澡器中平衡两昼夜的硼砂3.80g，溶于水并在容量瓶中稀释至1L。
②仪器校准:
操作程序按仪器使用说明书进行。
先将水样与标准溶液调到同一温度，记录测定温度，并将仪器温度补偿旋钮调至该温度上。
用标准溶液校正仪器，该标准溶液与水样pH相差不超过2个pH单位。
从标准溶液中取出电极，彻底冲洗并用滤纸吸干。
再将电极浸人第二个标准溶液中，其pH大约与第一个标准溶液相差3个pH单位，如果仪器响应的示值与第二个标准溶液的pH（S）值之差大于0.1pH单位，就要检查仪器、电极或标准溶液是否存在问题。
当三者均正常时，方可用于测定样品。
③样品测定
测定样品时，先用蒸馏水认真冲洗电极，再用水样冲洗，然后将电极浸人样品中，小心摇动或进行搅拌使其均匀，静置，待读数稳定时记下pH值。
2.3.4氨氮的测定方法
氨氮（NH3-N）是以游离氨（NH3）或铵盐（NH4+）形式存在于水中的氮。
水体中氨氮的来源主要是生活污水中含氮的有机物受微生物的作用分解的产物，某些工业废水如焦化废水、合成氨化肥厂废水等、以及农田排水。
在无氧的环境中，水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物的作用还原为氨。
测定水体中的各种形态的氮化物有助于评价水体被污染和"
自净"
情况，氨氮含量较高时对鱼类有毒害作用，甚至会导致鱼类死亡，氨氮含量高时对人体健康也会有危害作用。
测定氨氮的方法有很多，通常有钠氏试剂比色法、气相分子吸收法、苯酚-次氯酸盐比色法、电极法、离子色谱法等。
本实验采用钠氏试剂比色法测定污水中氨氮含量。
钠氏试剂比色法是测定水体中氨氮的常规用法，是国家标准方法。
其原理是以游离态的氨或铵离子的形式存在的氨氮与钠氏试剂反应生成黄棕色的络合物，该络合物的色度于氨氮的含量成正比。
钠氏试剂比色法的测试范围是试样体积为50毫升时其检出上限是2mg/mL，下限位0.025mg/mL。
它具有操作简单、灵敏的特点，适用于清洁饮用水、天然水和高纯净净化过的废水出水中氨氮的测定。
仪器与试剂：
①仪器：
50mL比色管，烧杯，移液管，量筒，电子天平，分光光度计容量瓶
②试剂：
（1）10%硫酸锌溶液：
称取10g硫酸锌溶于水，稀释至100mL。
（2）25%氢氧化钠溶液：
称取25g氢氧化钠溶于水，并稀释至100ml，移入聚乙烯瓶中，密塞保存。
（3）纳氏试剂：
称取7g碘化钾和10g碘化汞（HgI2）溶于水，并充分搅拌，另称取16g氢氧化钠溶于水，并稀释至50mL，充分冷却至室温后，将上述溶液在搅拌下，徐徐注入氢氧化钠钾溶液中，用水稀释至100ml，混匀。
移入聚乙烯瓶中，密封保存。
（4）酒石酸钾钠溶液：
称取50g酒石酸钾钠溶于100ml水中，加热煮沸以除去氨，放冷，定容至100ml。
（5）铵标准贮备液：
称取1.9455g经100℃干燥过的优级纯氯化铵溶于水，移入500ml容量瓶中，稀释至标线。
此溶液每毫升含1.00mg氨氮。
（6）铵标准使用溶液：
移取5.00ml铵标准贮备液于500ml容量瓶中，用水稀释至标线。
此溶液每毫升含0.010mg氨氮。
实验步骤
①标准曲线的绘制：
（1）吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.0ml铵标准使用液于50ml比色管，加水至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液，混匀。
加1.5ml纳氏试剂，混匀。
放置10min后，在波长420nm处，用光程20mm比色皿，以水为参比，测量吸光度。
（2）由测得的吸光度，减去零浓度空白的吸光度后，得到校正吸光度，绘制以氨氮含量（mg）对校正吸光度的校准曲线。
②水样的预处理：
取100mL水样与具塞比色管中，加入1mL10%硫酸锌溶液和0.1~0.25mL25%氢氧化钠溶液，调节pH=10.5左右，混匀。
放置使其沉淀，用经无氨水充分洗涤过的中速滤纸过滤，弃去初滤液20mL。
③水样的测定：
分取适量经絮凝沉淀预处理后的水样（使氨氮含量不超过0.1mg），加入50ml比色管中，稀释至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液，混匀。
④空白试验
以无氨水代替水样，做全程空白测定。
⑤计算
由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从校准曲线上查得氨氮含量（mg）。
氨氮（N，mg/L）=（m/V）×
1000（2-1）
式中：
m——从校准曲线上查得氨氮含量（mg）；
V——水样体积（ml）。
2.3.5COD的测定方法
化学需氧量用来反映水中受还原性物质污染的程度。
水中的还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。
因此化学需氧量是有机物相对含量的指标之一。
根据HJ/T399-2007[10]规定，化学需氧量采用快速消解分光光度法。
在强酸性溶液中，一定量的重铬酸钾氧化水中还原性物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵试剂作为指示剂，用硫酸亚铁铵回滴。
根据硫酸亚铁铵的用量算出水样中还原性物质消耗氧化剂的量，换算成氧的mg/L，即CODCr。
①仪器和试剂
（1）仪器：
微波消解炉；
消解罐；
25mL酸式滴定管；
移液管：
10mL2支、5mL1支
（2）试剂：
重铬酸钾消解液：
称取2.4516g基准或优级纯重铬酸钾（120烘干2h），溶于约500mL水中，边搅拌边缓慢加入100mL浓硫酸，冷却后转入1000mL容量瓶中，加入30g硫酸汞，用水稀释至刻度，摇匀。
重铬酸钾校准溶液：
称取2.4516g基准或优级纯重铬酸钾（120℃烘干2h），加水溶解，转入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。
试亚铁灵指示液：
称取1.485g邻菲罗琳（C12H8N2H2O），0695g硫酸亚铁（FeSO4·
7H2O）溶于水中，稀释至100mL，储于棕色瓶内。
硫酸亚铁铵标准溶液：
称取4.2g硫酸亚铁铵溶液于水中，边搅拌边缓慢加入20mL浓硫酸，冷却后稀释至1000mL。
（使用当天，用重铬酸钾标准溶液标定。
）
②标定方法：
准备吸取0.25mol/L重铬酸钾溶液5.00mL于100mL锥形瓶中，加水至45mL左右，加入10mL浓硫酸，混匀。
冷却后，加入2滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液颜色由黄色经蓝绿色至绿色再至红褐色即为终点。
（2-2）
试中：
-----硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；
V----硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL。
硫酸—硫酸银催化剂：
称取5g硫酸银加入到500mL浓硫酸中。
放置1~2天，使其溶解。
硫酸汞：
结晶或粉末。
邻苯二甲酸氢钾标准溶液：
称取0.3401g邻苯二甲酸氢钾标溶于水中，转入1000容量瓶中，用水稀释至1000mL。
此溶液的COD理论值为400mL/L。
③测定步骤：
（1）用移液管移取10mL水样于消解罐中（同事做空白实验）;
（2）加入5mL重铬酸钾消解液，加入10mLH2SO4-AgSO4催化剂（消除氯离子干扰）
（3）旋紧密封盖，摇匀。
均匀放入炉腔内；
（4）将“方法选择”拨至“0”，选择“样品数目”，将“时间选择”拨至“15min”进行样品消解。
（5）消解完毕后，取出消解罐，冷却或放入冷水中冷却至室温。
（6）打开消解罐，将溶液转入250mL锥形瓶中，用少量蒸馏水洗涤消解罐2~3次，溶液并入锥形瓶中，总体积控制在60mL左右.
（7）加入2滴试铁灵指示剂，用0.01mol/L硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液颜色由黄-黄绿-绿-红褐色即为终点，记录滴定体积V1.
空白滴定体积记为V0。
（2-3）
④注意事项
（1）每次测定后，若消解罐内无固体残留物，只需用水冲洗干净即可，尽量避免使用有机洗涤剂刷洗，以免残留的有机洗涤剂影响下次滴定结果。
（2）水样加热消解完毕后，溶液中重铬酸钾剩余量应为加入量的0.2~0.8为宜。
（3）CODCr的测定结果应保留三位有效数字。
（4）每次实验应对硫酸亚铁铵重新标定，室温较高时尤其要注意其浓度的变化。
（5）每次吸取试剂和水样前，应先摇匀，以免影响测定结果。
（6）对于化学需氧量小于50ml/l的水样，应改为0.2500ml/l重铬酸钾标准溶液，回滴时用0.05ml/l硫酸亚铁铵标准溶液。
（7）水样加热回流后，溶液中重铬酸钾剩余量应为加入量的0.2~0.8为宜。
2.3.6总磷的测定方法
根据GB11893-89[11]中的规定，总磷的测定采用钼酸铵分光光度法。
在中性条件下用过硫酸钾（或硝酸--高氯酸）使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。
在酸性介质中，正磷酸盐与铝酸钱反应，在锑盆存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。
分析步骤：
空白试样
按规定进行空白试验，用水代替试样，并加人与测定时相同体积的试剂。
测定：
①消解：
过硫酸钾消解：
向试样中加4mL过硫酸钾，将具塞刻度管的盖寨紧后。
用一小块布和线将玻璃塞扎紧（或用其他方法固定），放在大烧杯中，于高压蒸气消毒器中加热，待压力达1.1kg/cm2，相应温度为120℃时，保持30min后停止加热。
待压力表读数降至零后。
取出放冷。
然后用水稀释至标线。
②发色：
分别向各份消解液中加入1mL抗坏血酸溶液混匀，30s后加2mL钼酸盐溶液充分混匀。
③分光光度测量：
室温下放置15min后，使用光程为30mm比色皿，在700nm波长下，以水做参比，测定吸光度。
扣除空白试验的吸光度后，从工作曲线上查得磷的含量。
④工作曲线的绘制：
取7支具塞刻度管分别加入0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，15.0毫升磷酸盐标准溶液。
加水至25mL。
然后按测定步骤进行处理。
以水做参比，测定吸光度。
扣除空白试验的吸光度后，和对应的磷的含量绘制工作曲线。
⑤结果的表示
总磷含量以C（mg/L）表示，按下式计算：
C=m/V（2-4）
m—试样测得含磷量}ug}
V—测定用试样体积，mL。
3.结果与分析讨论
3.1浊度的变化
根据实验测定，我们得到的浊度如下：
表1各个小时浊度值
时间（h）
2
4
6
8
10
浊度
116.9
83.9
75.8
69.2
60.7
54.6
根据表1，我做得的浊度变化图如下：
图1浊度变化曲线图
3.1.1浊度去除率的计算
我们将所得的数据填入下列表格，根据浊度去除率计算公式（3-1），可以得到浊度去除率Y。
去除率Y=（Ma-Mb）/Ma×
100%（3-1）
表2去除率计算表格
原始浊度
监测浊度
去除率Y
28.23%
35.16%
40.80%
48.08%
53.29%
3.1.2浊度去除率曲线
图2浊度去除率曲线
3.1.3结果分析
由3.1.1和3.1.2中的实验数据和实验作图，我们可以看出，随着时间的逐渐增长，浊度逐渐减小，而浊度去除率逐渐增大。
究其原因，首先是活性污泥不断吸附水中的悬浮颗粒物，而吸附颗粒物后的活性污泥在厌氧段逐渐沉降到了池底，使得污水的浊度逐渐降低。
利用活性污泥法处理污水的污水处理厂内的污水刚进入活性污泥处理系统的时候，在很短时间内经过吸附作用，使得悬浮物质快速除去就是这个道理。
3.2溶解氧变化
3.2.1各个时段的溶解氧值
实验中，溶解氧是直接用仪器测量得到的，其数值如下：
表3各个时段的溶解氧值
溶解值（mg/L）
0.5
2.2
0.4
0.9
4.9
5.9
3.2.2溶解氧随时间变化
据上表，我们得
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