山西煤炭管理干部学院学报 2002年第4期
影响曝气池中溶解氧测定的因素分析
张兰君1, 常爱泽2
(1. 太钢集团临汾钢铁有限公司焦化厂, 山西临汾041000; 2. 临汾市环境监测站, 山西临汾041000) 摘 要:通过对曝气池中溶解氧的测定, 找出干扰因素并加以消除。关键词:生物脱酚; 曝气池; 溶解氧
中图分类号:X832 文献标识码:A 文章编号:1008-8881(2002) 04-0081-02
菌降解过程的需要; 溶解氧浓度太高, 则使细菌发生自身氧
一、前言
焦化废水中含有酚、氰、硫等有毒化合物, 这些有毒污水外排就会污染水源, 危害人体健康, 危害渔业、农业等。其中酚类化合物是原型质毒物, 它对一切生物都有毒害作用。目前, 我国焦化废水处理大多采用生物脱酚技术。生物脱酚是利用活性污泥中的好氧菌在自身的新陈代谢过程中氧化和分解水中的有机物质, 使得有机物变成无机物, 最后变成二氧化碳和水。
生物脱酚过程中需控制的关键指标就是溶解氧, 一般控制范围在1～4mg /l 。溶解氧浓度太低, 不能满足有机物被细
二、生物脱酚工艺流程及溶解氧的测定原理1. 生物脱酚工艺流程
焦化废水生物脱酚工艺流程如下图所示。2.
溶解氧的测定原理
化, 消耗细胞体本身的物质。由于脱酚过程中发生了许多复杂的化学—生物—化学反应, 产生了干扰因素, 使得二级曝气池中的溶解氧与真实值相差较大。经过多次分析、检验, 发现干扰因素主要是Fe 3+和NO 2-。为了消除干扰, 在分析之前加入了叠氮化钠和氟化钾, 取得了良好的效果。
溶解氧即溶解在水中的分子态氧。它的测定采用碘量法, 即水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾, 水中的溶解氧将低价锰氧化为高价锰, 生成四价锰的氢氧化物棕色沉淀。加酸后, 氢氧化物沉淀溶解并与碘离子反应而释放出游离碘。以淀粉作指示剂, 用标准硫代硫酸钠滴定释放出的碘, 从而计算出溶解氧的含量。计算公式如下:
M ·V ×8×1000
溶解氧(O 2, mg /L ) =
100收稿日期:2002-03-04
式中, M —硫代硫酸钠溶液的浓度(mol /L ) ; V —滴定时消耗硫代硫酸钠溶液的体积(mL ) 。
三、实验结果
将2000年7月份一级曝气池(简称一曝) 、二级曝气池(简称二曝) 的溶解氧测定结果列于表1。
从实验结果可以看出, 一级曝气池的溶解氧很稳定, 一般都在1～4mg /L 之间, 平均值为1. 86mg /L ; 而二级曝气池的
作者简介:张兰君(1967-) , 太钢集团临汾钢铁有限公司焦化厂工程师。
溶解氧却很高, 平均值为44. 22mg /L 。
四、影响溶解氧的测定因素
在测定二级曝气池溶解氧的过程中发现, 在碘量瓶中加入硫酸锰和碱性碘化钾后, 立即生成深红棕色沉淀, 比一级曝气池溶解氧测定时的颜色要深得多, 且用硫代硫酸钠标准溶
表1 溶解氧测定结果表
单位:mg /L
位置/日期一曝二曝
1日3. 042. 0
3日1. 659. 4
5日2. 475. 6
7日1. 833. 0
9日1. 247. 0
11日1. 430. 2
12日1. 034. 8
14日1. 644. 2
19日1. 639. 0
20日2. 037. 0
均值1. 8644. 22
液测定时, 出现一种反常的现象, 即随着硫代硫酸钠的消耗量达到一定程度时, 被滴定的溶液变为无色后立即又变蓝。继续滴定时, 这种现象反复出现, 找不到滴定终点。根据实验过程中出现的现象及工艺流程推测, 估计二级曝气池中存在着Fe 3+和NO 2-。
为什么一级曝气池中的溶解氧没有干扰, 而二级曝气池就有Fe
3+
被迅速转化为NO 3-, 所以对溶解氧影响不大。而在二级曝气池中, 废水要经过一级沉淀池。在沉淀池中, 反硝化细菌将一级曝气池出水中的NO 3-还原为NO 2-, NO 2-游离到环境中。此时溶解氧仅有0. 5mg /L , 不能进一步将NO 2-转化为N 2和NH 3, 只能随之流入二级曝气池。同时酚、氰、COD 在一级曝气池中被大量消耗, 而氨氮在两级系统中差别不大, 所以COD 负荷低, 碳、氮比严重失调, 造成二级曝气池中NO 2-急剧增多, 而NO 2-与I -反应生成单质碘, 从而产生干扰。化学反应式如下:
2NO 2-+2I -+4H +=2NO +I 2+2H 2O
为了进一步证明Fe 3+和NO 2-的存在, 又做了下面两个定性实验:一是取10mL 上清液, 滴加碳酸钠, 一级曝气池废水中没有沉淀, 二级曝气池废水中有棕色沉淀。由此可见, 二级曝气池中存在Fe 3+, 而一级曝气池中则没有。二是取10mL 上清液, 加醋酸酸化后, 加入碘化钾溶液, 再加四氯化碳振荡萃取。结果发现, 在四氯化碳层中, 一级曝气池的废水无色, 二级曝气池废水则呈现紫红色。由此可看出, 二级曝气池中有NO 2-, 而一级曝气池中没有。
五、采取措施消除干扰
对于二级曝气池中的Fe 3+, 从工艺上加大污泥量, 在分析过程中加入氟化钾予以消除; 对于NO 2-的干扰, 从工艺上, 在酚氰焦化废水进入生化处理前, 加强预处理措施, 降低氨氮含量, 严格控制一级沉淀池的反硝化作用, 尽量保持出水溶解氧在0. 5～1mg /L 之间, 在分析过程中加入叠氮化钠予以消除。
和
-NO 2的干扰呢?
这是因为:
1. 在曝气池进水时加了聚合硫酸铁, 聚合硫酸铁作为混凝剂, 沉淀了一部分物质, 且成了细菌的组成成分。一级曝气池中的污泥数量多, 没有剩余的Fe 3+; 而二级曝气池的污泥来源于一级曝气池, 在一级曝气池往二级曝气池分泥的过程中, 大量污泥随水流失, 二级曝气池的污泥存活率仅3～5%。再加上分泥过程中大量细菌因不适应二级曝气池环境而迸裂死亡, 产生了过量的Fe 3+, 因E O 770V , E O 545V 。Fe3+Fe2+=0. I 2/I -=0. 根据氧化—还原反应原理, Fe 产生正干扰, 使溶解氧偏大。
2. 在焦化废水中, 氨氮含量一般是比较高的, 虽然经过气提法可去除部分氨氮, 但曝气池进水中氨氮浓度仍高达500mg /L 左右, 而且活性污泥对氨氮的降解率不高, 存在着一种由氨氮转化为NO 2-的生理、生化机制。因为活性污泥的构成主体菌胶团, 是由大量不同种类的硝化细菌和反硝化细菌构成。这些细菌通过硝化和反硝化作用都能形成NO 2和NO 3-, 且
NO 3可被细菌分泌到细胞外部, 而
--3+
就能氧化I 而游离出碘, 从而
-
NO 2-则不能。
-
3. 对一级曝气池而言, 化学耗氧量(即COD ) 负荷相对稳定, 碳、氮比合适, 主要是硝化细菌起作用, 它所产生的NO 2能
表2 溶解氧测定结果表
单位:mg /L
位置/日期一曝二曝
2. 22. 8
28日
2. 02. 7
2. 21. 6
29日
2. 11. 6
1. 21. 8
30日
1. 21. 9
1. 42. 0
31日
1. 32. 1
平均值1. 72. 1
(下转第84页)
三、微生物过滤法
气体恶臭污染物过滤法净化的实质, 是利用微生物的生物活动, 将恶臭污染物转化为简单无害的无机物及微生物细胞质的过程。
1. 水溶性恶臭物质净化过程
(1) 含恶臭成分的气体与水接触, 恶臭成分溶解于水, 实现由气相转移到液相或固相表面的液膜中的传质过程。
(2) 溶于水中的恶臭成分, 经过循环水的运行, 被过滤器的上细菌作为生长和繁殖的营养原所利用。
如:化能自养型微生物的生长需要无机物。在氧化无机物过程中获得能源, 同时, 无机物又作为电子供体使二氧化碳还原为有机碳化合物。其反应式如下
:
图1 微生物过滤器结构示意图
将含有恶臭物质的气体通过管道集中后, 经风机正压送入微生物过滤器内, 将分解恶臭物质的细菌高密度地固定在多孔疏松的活性炭载体上, 装填到过滤器中。整个过滤器保持一定的水分, 臭气从塔的低部通入。臭气组分通过滤层时, 被水溶液吸收。溶解于水中的臭气组分被活性炭吸附浓缩,
影响微生物过滤器解速率的因素有多种:有与基质相关的因素, 即降解化合物的种类、浓度; 有与生物体相关的因素, 即微生物群体的活性、空间分布, 群体密度等; 有与环境相关的因素, 即环境温度、酸碱度、湿度、其他基质等。因此在利用微生物过滤器净化恶臭物质的工程设计时, 要充分考虑以上因素的影响, 以保证处理效果达到恶臭污染物排放标准(GB14554-93) 的要求。
2. 微生物过滤器净化恶臭污染物质的工艺结构
微生物过滤器脱臭法, 实际上是生物滤床的一种。它是将恶臭气体通过含有微生物的滤层, 从而将臭气成分除去。其工艺结构如图1
。
固着在活性炭上的细菌再将恶臭成分分解成无臭的成分, 从而达到净化气体的目的。
四、结论
恶臭物质是令人生厌的污染物。自然界中存在大量的生物种类能用于净化恶臭成分。在适当的处理负荷范围内, 利用微生物过滤法能够解决恶臭污染问题, 达到改善环境的目的。随着人们生活质量和环保意识的提高, 微生物过滤法在治理恶臭气体方面将会比其他处理方法具有明显的优越性和广阔的发展前景。因为它能耗低, 处理设施简单, 脱臭效率高, 运行稳定。
(上接第82页)
下面将2000年8月28日—30日的实验结果列于表2中(实验中滴加了叠氮化钠和氟化钾) 。
由实验结果可看出, 加入叠氮化钠和氟化钾后, 二级曝气池中的溶解氧明显下降, 达到了预期的效果。于是, 我们重新修改了溶解氧的分析方法, 一级曝气池采用碘量法, 二级曝气池采用叠氮化钠—氟化钾修正法, 并编入《化验室技术操作规程》, 为准确控制曝气池中的溶解氧提供了技术依据。
参考文献:
[1]分析化学[M ]. 北京:高等教育出版社.
[2]水和废水监测分析方法[M ]. 北京:中国环境科学出版社, 1980.
[3]无机废水的生物化学处理[M ]. 成都:四川科学技术出版社.
山西煤炭管理干部学院学报 2002年第4期
影响曝气池中溶解氧测定的因素分析
张兰君1, 常爱泽2
(1. 太钢集团临汾钢铁有限公司焦化厂, 山西临汾041000; 2. 临汾市环境监测站, 山西临汾041000) 摘 要:通过对曝气池中溶解氧的测定, 找出干扰因素并加以消除。关键词:生物脱酚; 曝气池; 溶解氧
中图分类号:X832 文献标识码:A 文章编号:1008-8881(2002) 04-0081-02
菌降解过程的需要; 溶解氧浓度太高, 则使细菌发生自身氧
一、前言
焦化废水中含有酚、氰、硫等有毒化合物, 这些有毒污水外排就会污染水源, 危害人体健康, 危害渔业、农业等。其中酚类化合物是原型质毒物, 它对一切生物都有毒害作用。目前, 我国焦化废水处理大多采用生物脱酚技术。生物脱酚是利用活性污泥中的好氧菌在自身的新陈代谢过程中氧化和分解水中的有机物质, 使得有机物变成无机物, 最后变成二氧化碳和水。
生物脱酚过程中需控制的关键指标就是溶解氧, 一般控制范围在1～4mg /l 。溶解氧浓度太低, 不能满足有机物被细
二、生物脱酚工艺流程及溶解氧的测定原理1. 生物脱酚工艺流程
焦化废水生物脱酚工艺流程如下图所示。2.
溶解氧的测定原理
化, 消耗细胞体本身的物质。由于脱酚过程中发生了许多复杂的化学—生物—化学反应, 产生了干扰因素, 使得二级曝气池中的溶解氧与真实值相差较大。经过多次分析、检验, 发现干扰因素主要是Fe 3+和NO 2-。为了消除干扰, 在分析之前加入了叠氮化钠和氟化钾, 取得了良好的效果。
溶解氧即溶解在水中的分子态氧。它的测定采用碘量法, 即水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾, 水中的溶解氧将低价锰氧化为高价锰, 生成四价锰的氢氧化物棕色沉淀。加酸后, 氢氧化物沉淀溶解并与碘离子反应而释放出游离碘。以淀粉作指示剂, 用标准硫代硫酸钠滴定释放出的碘, 从而计算出溶解氧的含量。计算公式如下:
M ·V ×8×1000
溶解氧(O 2, mg /L ) =
100收稿日期:2002-03-04
式中, M —硫代硫酸钠溶液的浓度(mol /L ) ; V —滴定时消耗硫代硫酸钠溶液的体积(mL ) 。
三、实验结果
将2000年7月份一级曝气池(简称一曝) 、二级曝气池(简称二曝) 的溶解氧测定结果列于表1。
从实验结果可以看出, 一级曝气池的溶解氧很稳定, 一般都在1～4mg /L 之间, 平均值为1. 86mg /L ; 而二级曝气池的
作者简介:张兰君(1967-) , 太钢集团临汾钢铁有限公司焦化厂工程师。
溶解氧却很高, 平均值为44. 22mg /L 。
四、影响溶解氧的测定因素
在测定二级曝气池溶解氧的过程中发现, 在碘量瓶中加入硫酸锰和碱性碘化钾后, 立即生成深红棕色沉淀, 比一级曝气池溶解氧测定时的颜色要深得多, 且用硫代硫酸钠标准溶
表1 溶解氧测定结果表
单位:mg /L
位置/日期一曝二曝
1日3. 042. 0
3日1. 659. 4
5日2. 475. 6
7日1. 833. 0
9日1. 247. 0
11日1. 430. 2
12日1. 034. 8
14日1. 644. 2
19日1. 639. 0
20日2. 037. 0
均值1. 8644. 22
液测定时, 出现一种反常的现象, 即随着硫代硫酸钠的消耗量达到一定程度时, 被滴定的溶液变为无色后立即又变蓝。继续滴定时, 这种现象反复出现, 找不到滴定终点。根据实验过程中出现的现象及工艺流程推测, 估计二级曝气池中存在着Fe 3+和NO 2-。
为什么一级曝气池中的溶解氧没有干扰, 而二级曝气池就有Fe
3+
被迅速转化为NO 3-, 所以对溶解氧影响不大。而在二级曝气池中, 废水要经过一级沉淀池。在沉淀池中, 反硝化细菌将一级曝气池出水中的NO 3-还原为NO 2-, NO 2-游离到环境中。此时溶解氧仅有0. 5mg /L , 不能进一步将NO 2-转化为N 2和NH 3, 只能随之流入二级曝气池。同时酚、氰、COD 在一级曝气池中被大量消耗, 而氨氮在两级系统中差别不大, 所以COD 负荷低, 碳、氮比严重失调, 造成二级曝气池中NO 2-急剧增多, 而NO 2-与I -反应生成单质碘, 从而产生干扰。化学反应式如下:
2NO 2-+2I -+4H +=2NO +I 2+2H 2O
为了进一步证明Fe 3+和NO 2-的存在, 又做了下面两个定性实验:一是取10mL 上清液, 滴加碳酸钠, 一级曝气池废水中没有沉淀, 二级曝气池废水中有棕色沉淀。由此可见, 二级曝气池中存在Fe 3+, 而一级曝气池中则没有。二是取10mL 上清液, 加醋酸酸化后, 加入碘化钾溶液, 再加四氯化碳振荡萃取。结果发现, 在四氯化碳层中, 一级曝气池的废水无色, 二级曝气池废水则呈现紫红色。由此可看出, 二级曝气池中有NO 2-, 而一级曝气池中没有。
五、采取措施消除干扰
对于二级曝气池中的Fe 3+, 从工艺上加大污泥量, 在分析过程中加入氟化钾予以消除; 对于NO 2-的干扰, 从工艺上, 在酚氰焦化废水进入生化处理前, 加强预处理措施, 降低氨氮含量, 严格控制一级沉淀池的反硝化作用, 尽量保持出水溶解氧在0. 5～1mg /L 之间, 在分析过程中加入叠氮化钠予以消除。
和
-NO 2的干扰呢?
这是因为:
1. 在曝气池进水时加了聚合硫酸铁, 聚合硫酸铁作为混凝剂, 沉淀了一部分物质, 且成了细菌的组成成分。一级曝气池中的污泥数量多, 没有剩余的Fe 3+; 而二级曝气池的污泥来源于一级曝气池, 在一级曝气池往二级曝气池分泥的过程中, 大量污泥随水流失, 二级曝气池的污泥存活率仅3～5%。再加上分泥过程中大量细菌因不适应二级曝气池环境而迸裂死亡, 产生了过量的Fe 3+, 因E O 770V , E O 545V 。Fe3+Fe2+=0. I 2/I -=0. 根据氧化—还原反应原理, Fe 产生正干扰, 使溶解氧偏大。
2. 在焦化废水中, 氨氮含量一般是比较高的, 虽然经过气提法可去除部分氨氮, 但曝气池进水中氨氮浓度仍高达500mg /L 左右, 而且活性污泥对氨氮的降解率不高, 存在着一种由氨氮转化为NO 2-的生理、生化机制。因为活性污泥的构成主体菌胶团, 是由大量不同种类的硝化细菌和反硝化细菌构成。这些细菌通过硝化和反硝化作用都能形成NO 2和NO 3-, 且
NO 3可被细菌分泌到细胞外部, 而
--3+
就能氧化I 而游离出碘, 从而
-
NO 2-则不能。
-
3. 对一级曝气池而言, 化学耗氧量(即COD ) 负荷相对稳定, 碳、氮比合适, 主要是硝化细菌起作用, 它所产生的NO 2能
表2 溶解氧测定结果表
单位:mg /L
位置/日期一曝二曝
2. 22. 8
28日
2. 02. 7
2. 21. 6
29日
2. 11. 6
1. 21. 8
30日
1. 21. 9
1. 42. 0
31日
1. 32. 1
平均值1. 72. 1
(下转第84页)
三、微生物过滤法
气体恶臭污染物过滤法净化的实质, 是利用微生物的生物活动, 将恶臭污染物转化为简单无害的无机物及微生物细胞质的过程。
1. 水溶性恶臭物质净化过程
(1) 含恶臭成分的气体与水接触, 恶臭成分溶解于水, 实现由气相转移到液相或固相表面的液膜中的传质过程。
(2) 溶于水中的恶臭成分, 经过循环水的运行, 被过滤器的上细菌作为生长和繁殖的营养原所利用。
如:化能自养型微生物的生长需要无机物。在氧化无机物过程中获得能源, 同时, 无机物又作为电子供体使二氧化碳还原为有机碳化合物。其反应式如下
:
图1 微生物过滤器结构示意图
将含有恶臭物质的气体通过管道集中后, 经风机正压送入微生物过滤器内, 将分解恶臭物质的细菌高密度地固定在多孔疏松的活性炭载体上, 装填到过滤器中。整个过滤器保持一定的水分, 臭气从塔的低部通入。臭气组分通过滤层时, 被水溶液吸收。溶解于水中的臭气组分被活性炭吸附浓缩,
影响微生物过滤器解速率的因素有多种:有与基质相关的因素, 即降解化合物的种类、浓度; 有与生物体相关的因素, 即微生物群体的活性、空间分布, 群体密度等; 有与环境相关的因素, 即环境温度、酸碱度、湿度、其他基质等。因此在利用微生物过滤器净化恶臭物质的工程设计时, 要充分考虑以上因素的影响, 以保证处理效果达到恶臭污染物排放标准(GB14554-93) 的要求。
2. 微生物过滤器净化恶臭污染物质的工艺结构
微生物过滤器脱臭法, 实际上是生物滤床的一种。它是将恶臭气体通过含有微生物的滤层, 从而将臭气成分除去。其工艺结构如图1
。
固着在活性炭上的细菌再将恶臭成分分解成无臭的成分, 从而达到净化气体的目的。
四、结论
恶臭物质是令人生厌的污染物。自然界中存在大量的生物种类能用于净化恶臭成分。在适当的处理负荷范围内, 利用微生物过滤法能够解决恶臭污染问题, 达到改善环境的目的。随着人们生活质量和环保意识的提高, 微生物过滤法在治理恶臭气体方面将会比其他处理方法具有明显的优越性和广阔的发展前景。因为它能耗低, 处理设施简单, 脱臭效率高, 运行稳定。
(上接第82页)
下面将2000年8月28日—30日的实验结果列于表2中(实验中滴加了叠氮化钠和氟化钾) 。
由实验结果可看出, 加入叠氮化钠和氟化钾后, 二级曝气池中的溶解氧明显下降, 达到了预期的效果。于是, 我们重新修改了溶解氧的分析方法, 一级曝气池采用碘量法, 二级曝气池采用叠氮化钠—氟化钾修正法, 并编入《化验室技术操作规程》, 为准确控制曝气池中的溶解氧提供了技术依据。
参考文献:
[1]分析化学[M ]. 北京:高等教育出版社.
[2]水和废水监测分析方法[M ]. 北京:中国环境科学出版社, 1980.
[3]无机废水的生物化学处理[M ]. 成都:四川科学技术出版社.