水质化学需氧量的多光谱法检测理论和实验研究

毕业论文中文题目:水质化学需氧量的多光谱法检测理论和实验研究英文题目:Studyonmulti-spectradetectionmethodsfordeterminationofchemicaloxygendemandinwater学生姓名******系别******专业班级******指导教师******成绩评定****年**月目录TOC\o"1-3"\h\u132351前言 附录2：英文文献译文PH:S0043-1354(97)00231-5摘要焦化厂废水与煤气化废水有相似的特点。他们中有高浓度的特别是难熔性和抑制性的氨和有机化合物。煤炭是中国的主要能源资源，因此在几十年来焦化厂与煤气化废水造成的污染一直十分严重。在这项研究中厌氧-缺氧-好氧（A1-A2-O）组成的生物膜系统是用来处理焦化废水。实验结果表明，该系统可以高效稳定的降低NH3-N和COD值。出水的NH3-N和COD值分别为3.1mg/L和114mg/L，去除率为分别为98.8%和92.4％，整个系统的总水力停留时间为31.6小时。系统中列举的微生物和有机转化由GC/MS分析设备进行分析。进行批量试验后发现，焦化废水厌氧处理不同于缺氧处理。可生物降解的酚醛树脂去除率较低，相比较经过艳阳处理的复杂的和高分子量的有机物去除率较高。厌氧废水的生物降解性明显高于缺氧污水。关键字：焦化厂废水；厌氧；缺氧；好样；有机物去除；微生物制剂列举；化学需氧量去除率；氨氮去除率基于固定的生物膜系统对焦化厂污水化学需氧量和氨氮的去除张敏，JooHwaTay，钱易，顾夏声1引言焦化废水是在煤焦化，煤气净化和焦炭厂的副产品回收过程中产生的。废水的组成成分较复杂并因工厂的不同而不同，这取决于原煤的质量，碳化温度，用于副产品的回收方法等。酚类物质是主要的有机成分，占COD总量的80％左右。其他有机物目前包括多环芳烃（PAHs）的氮，氧和硫含杂环化合物，许多人指出它们是变化的且致癌（Yu等人，1989年）。无机成分主要是氰化物，硫氰酸根，硫酸根，铵，其中铵的浓度可高达数千毫克每升。煤炭气化废水与焦炭工厂废水具有相似的特性。由于煤炭是中国的主要能源资源，几十年来焦化厂所造成的污染和煤气化废水问题一直十分严重。由于难降解有机物的存在，传统的活性泥碳系统对焦化废水的去除率不高，无法降低COD达到排放标准。近年来，无论是悬浮生物或流化床的厌氧-缺氧-好氧（A1-A2-O）系统，都被研究用于中国焦化厂废水处理（Geng，1992年清华大学，1990年）。在这种系统中，厌氧过程作为对一些耐火性和抑制性有机化合物降解的预处理（Cross等人，1982年；Fedorak等人，1986年；Suidan等人，1983年；Zhao，1989年），缺氧-好氧过程主要作用在于降低COD（Bridle，1981年；Melcer等人，1985年）。悬浮生物系统不能很有效的去除氮焦化废水，主要是因为它很难留住自我复制远低于曝气池中异养细菌的硝化细菌（Carrand等人，1990年）。此外，仍然有很多的焦化废水中含有泡沫的材料，这可能会导致微生物尤其是硝化细菌从系统中被冲洗掉。自20世纪80年代随着新型包装材料的发展，固定生物固氮控制生长系统已经受到越来越多的关注。它的主要优点是通过填料介质上附着的细菌来维持系统中大量的硝化细菌。因此硝化性能可增强。从操作的角度来看，浪费的固定生长系统的污泥的量可以减少到这样的程度，作为过滤槽可以用来代替二沉池，回流污泥的设备不是必需的。从操作的角度来看，固定生长系统中大量的污泥可以减少到这样的程度，用过滤槽来代替二沉池后回流污泥的设备是不需要的。这是因为硝化细菌的生长速度缓慢可以生成薄而致密的生物膜。Turner和同事（Turner等人，1987年）使用了一个四阶段的红细胞处理高强度氨煤气化废水，并发现该系统可以成功地用于去除氨氮和有机物。在北美流化床也可用于煤炭废水转化（Melcer等人，1984年）。由于流化床系统需要复杂的操作和更高的能源消耗，有时甚至可能需要纯的氧气，没有实际应用于全规模的处理装置。在这项研究中，装入一种新型的半软介质的上流式固定床厌氧-缺氧-好氧（A1-A2-O）系统的所有反应堆对焦化废水处理中的应用进行了研究。进行了一组的批测试的焦炭厂的厌氧和缺氧过程废水处理进行比较，以便确认厌氧阶段在A1-A2-O体系中的作用。本文介绍了实验室中固定生物膜A1-A2-O系统对焦化废水处理的实验结果。2材料与方法2.1实验设备实验设备如图1所示。由有机玻璃制成的厌氧，缺氧和好氧反应器的体积分别为7，8.5和16升。所有反应堆填满介质，构建了半软塑料环和合成纤维串。介质的配置如图2所示。介质的理论比表面积为1538m2/m3。这些半软介质由于特殊的软媒配置和大的比表面积将能更快地积聚，微生物将附着到介质上，不那么容易堵塞。几个出口管嘴沿反应器的壁均匀分布，用于在操作过程中调节HRT。厌氧反应器是温度保持在35±1℃下的恒温器。缺氧和好氧反应器保持在29±1℃。通过加入定量的碳酸钠溶液或碳酸氢钠溶液使好氧反应器中的pH值保持在6.4-6.7。整个实验期间好氧反应器中的溶解氧保持在5-8毫克/升。图1A1-A2-O固定生物膜焦化废水处理系统图2半软媒介的配置焦化废水样品取自北京焦化厂，COD在700-2000毫克/升，氨氮的取值范围为300-700毫克/升。适当的生物处理单元使过量的氨在温度80-90℃，pH值大于11时被除去，将氨氮的范围减小为200-300毫克/升，而COD保持不变。氨汽提后在废水加入磷酸以将pH值调节至中性范围，也可以作为的微生物磷源。将从北京焦化厂的活性污泥处理厂收集的回流污泥接种到缺氧和好氧阶段。悬浮固体（SS）在两个反应器中的初始浓度约为6.5g/L。北京酒仙桥污水处理厂双层沉淀池的污泥，厌氧反应器接种SS在25g/L。介质和生长的微生物如硝化细菌和反硝化细菌生物膜在污水输送系统中的稀释条件为长的水力停留时间（系统总耗时：43.8h）、低浓度的NH3-N（25mg/L）和COD（250mg/L）。进水NH3-N和COD通过减少稀释比例逐步增加到生物处理单元的正常浓度（NH3-N约250mg/L，COD约2000mg/L）。初步阶段需要65天。初步阶段过后，通过增加流速，减少反应器体积逐步增加进水负荷，直到达到最大值。然后将体系保持在稳态操作一个月（接收厌氧，缺氧和好氧反应器的水力停留时间分别为8.3h,10h和13.3h，流速为0.6I/h，最终出水的循环比例为7：1）。在稳态运行过程中，用GC/MS设备对进水和出水在异养好氧阶段硝化细菌和缺氧阶段反硝化细菌的有机组成进行分析。批量测试时，用体积为2升的具有密封塞的瓶子装满焦化废水样品。取相同质量的缺氧和厌氧污泥（取自运作A1-A2-O体系，并用蒸馏水洗涤，离心）分别加入到两个瓶子内，以保持的污泥浓度为8.0g/L。在缺氧瓶中加入硝酸钠，使初始NO3-N浓度为50mg/L，保持缺氧环境。然后将瓶子密封，并在35℃振荡水浴中培养。培养8小时后，取出1200ml的混合液进行过滤，其中800ml滤液用做进水好氧处理，另外400ml滤液制成GC/MS分析样品。取缺氧和厌氧出水各800ml放到两个烧瓶中，并加入等量的好氧污泥使MLSS混合液悬浮固体浓度维持在4g/L。在室温下（20℃左右）取出曝气混合液样品间歇地进行COD和TOC分析。2.2分析方法根据水和废水检验标准方法对可溶性COD，NH3-N，NO2-N，NO3-N进行分析（APHA，1980年）。由岛津公司TOC-5000分析仪测量TOC值。GC/MS分析的废水样品由CH2Cl2萃取成中性，碱性和酸性三个阶段阶段（每个阶段重复三次），然后在39-41℃水浴中蒸发浓缩。所制备的样品体积为0.2μl后由HP5985-BGC/MS的FID检测器设备进行分析。GC/MS的分析条件如下：由石英制成内径0.25mm，长度为50m填充有OV-101的毛细管色谱柱；气化室的温度保持在280℃；温度控制程序在70℃，3米的基础上以3℃/m增量增加到280℃。MS离子源温度为200℃，电子能量为70电子伏特。生物在悬浮和附加的增长都用称重法测量。首先用蒸馏水洗涤，以除去一些杂质，然后干燥和称重用于测量介质上附着的生物和生物膜。然后将生物量样品溶解在0.25N的NaOH溶液中。然后再次用蒸馏水冲洗干净的介质，干燥并称重。未使用的介质也做空白分析来决定是否减少质量。对生物量进行了计算时扣除净介质重量与介质从生物膜附加介质的重量。好氧反应器的硝化细菌和异养细菌与缺氧反应器的反硝化细菌应分别取自各自反应器的底部和顶部。硝化细菌，反硝化菌和异养菌培养液列举如下：氨氧化剂培养液(NH4)2SO4：0.5gKH2PO4：0.07gMgSO4·7H2O：0.05gCaCl2·2H2O：0.05g蒸馏水：100ml将培养基的pH用5％碳酸钠调节到8.0后在121℃高压灭菌20分钟。亚硝酸盐氧化剂培养液用KNO2代替(NH4)2SO4后类似氨氧化剂使用。基本反硝化细菌培养液葡萄糖：1g酒石酸钾钠：10gCaCl2·2H2O：0.5g蒸馏水：100mlKH2PO4：0.2gpH：7.4-7.6利用反硝化菌分别加入2克KNO3和1.68克KNO2,在基本培养基中培养NO3-和NO2-，然后将培养基在121℃高压灭菌20分钟。异养菌培养液牛肉膏：1.0g蛋白胨：10gNacl：5g琼脂：15-20g蒸馏水：100mlpH：7.0-7.2在121℃高压灭菌20分钟。制备细菌样品，将10ml无菌蒸馏水和10g填料介质与生物膜混合到灭菌的烧瓶中，然后剧烈搅拌以便生物膜从填料介质分离。重复几次此过程知道介质清洁。无菌包装介质，然后干燥并称重。将浓缩的细菌溶液按不同的比例稀释。硝化菌和异养菌在好氧条件，反硝化细菌在厌氧条件下在28-30℃的培养箱中培养28天。异养菌在固体培养基上的进行计数。硝化细菌和反硝化细菌用MPN的方法计数。3结果与讨论3.1稳态运行时COD和NH3-N的去除。表1稳态运行时平均进水和出水浓度进水浓度（mg/L）出水浓度（mg/L）去除率（%）COD149611492.4NH3-NNOx-N17.245.1/NO2-N0.590.76/NO3-N16.644.3COD和NH3-N的稳态操作如图3和图4所示。表1中列出COD和NH3-N的平均值和去除率。从图3、图4和表1可以看出A1-A2-O固定生物膜系统对COD和NH3-N的去除是有效的。出水NH3-N和COD的平均去除率分别为3.1，114mg/L和98.8，92.4％。污水NOx-N和NO3-N相当高是因为反硝化细菌碳源不足。但稳态运行过程中出水NO2-N相当低，这表明没有明显的硝化细菌抑制好氧阶段。也有人指出，如图3和图4所示。即使进水COD和NH3-N波动，该系统在一定程度上是稳定的。图3COD曲线图4NH3-N曲线A1-A2-O系统中每个阶段的平均NH3-N的和COD去除率（根据系统进水浓度计算）如图5和图6所示。图5表明，氨仅在好氧单元的硝化过程中被去除。氨的增加可能是由于在缺氧和厌氧环境下氨化含氮有机物和降解SCN氧不足，（SCN-+3H2O→NH3+HS-+CO2）。如图6所示，COD在厌氧，缺氧和好氧阶段的除去率分别为16.3％，56.0％及20.1％。很明显，大部分的进水COD在好氧单元之前被去除，加载到好氧单元的进水因而减少，这有利于硝化性能。图5每个阶段NH3-N削减图6每个阶段COD削减3.2A1-A2-O系统有机物的去除表2为GS/MS备分析的进水和出水有机组合物。如萘酚，萘甲腈，甲基咪唑，苯并呋喃，苯并喹啉等几种有机物可以通过A1-A2-O系统完全去除。这些化合物具有较大的分子和复杂的结构，一般对环境不利。从焦化废水完全去除这些化合物可以减少水道难治性和抑制有机化合物的有害影响。酚类物质去除率为98％以上，吡啶，喹啉，异喹啉去除率为90％以上。某些烷基化吡啶在A1-A2-O系统后产生可能是由于高分子量有机化合物部分降解。邻苯二甲酸酯是废水复杂生物转化的主要中间成分之一。污水其他主要有机成分包括烷基吡啶和喹啉。稳态运行过程中微生物的生物量的测量和计数稳定状态下每个反应器中的生物量如表3所示。可以发现，总生物量在缺氧和厌氧条件反应器下分别为54.1g/L和35.7g/L的高浓度。还注意到，在缺氧和厌氧反应器中悬浮生长很大一部分生物，这是因为填充介质的存在，悬浮在微生物可以成功地被保留在反应器内。在厌氧和缺氧反应堆悬浮和附加生长微生物也整个系统的COD去除率。生物质在好氧反应器附着生长主要是因为旺盛的曝气。A1-A2-O体系相较在曝气池中的活性污泥法（4.0-8.0g/L）在好氧阶段可以达到较高浓度的生物量（10.4g/L）。A1-A2-O系统中达到每个阶段的浓度的高浓度的生物对COD和NH3-N的去除起到了很大的作用。4结论A1-A2-O固定生物膜系统可以有效的从焦化厂废水去除COD和NH3-N。可以在A1-A2-O的每个阶段实现高浓度的生物量。批量测试表明，相比缺氧处理焦化废水经厌氧处理后有较高的生物可降解性。基于单片机和DSP的卷绕控制器数据采集和通讯设计基于MSP430单片机的柴油发电机监控器的设计基于CPLD/FPGA和单片机的爆速仪设计基于单片机控制的晶闸管中频感应电源的研制基于十六位单片机的电力设备故障在线监测装置的设计与算法研究基于SPCE061A单片机的语音识别系统的研究基于PIC单片机的生物机能实验装置的研究基于MotorolaMC68HC08系列单片机演示系统的设计与实现基于TCP/IP协议的单片机与INTERNET互连的设计与实现基于嵌入式实时操作系统和TCP/IP协议的单片机测控系统AVR8位嵌入式单片机在车载全球定位系统显示终端中的应用基于AVR单片机的250WHID灯电子镇流器的研究基于单片机的TCP/IP技术研究及应用基于P87C591单片机的CAN总线应用层协议的研究基于单片机实现对二级倒立摆的控制C8051FXXX系列单片机仿真器的研制基于80C196MC单片机控制的变频调速及配料控制系统的应用研究基于单片机的胶印机控制系统开发研究基于凌阳单片机的二次压降全自动测量仪的研制基于单片机的超声测距系统基于MOTOROLA单片机的专用电池组智能充电仪全站仪动态测量的研究以及其与单片机在轨道式龙门吊实时检测中的应用一种基于80C196KC单片机的新型电子负载的设计基于单片机的对讲系统的研究开发基于单片机的微波加热沥青路面再生修复机温度控制器的开发与研究基于单片机ATmega128的嵌入式工业控制器设计基于单片机的压电闭环微位移控制系统的研究基于单片机的高压静电除尘整流设备的自动监控系统设计采用W78E58单片机的酸碱浓度检测技术基于单片机的粮库温度监控系统设计基于单片机控制的微型轴流式血泵外磁驱动系统研究基于AVR单片机的电动自行车控制系统研究基于PIC单片机的配电网综合参数测控仪研究全自动包装机的单片机控制研究基于单片机系统的Java虚拟机研究与设计基于智能传感器和单片机的温度监测系统基于DSP和单片机的数据采集与处理系统的设计基于单片机的在线测试技术的研究分散式智能测控终端的研制——基于单片机的大容量固态存储技术的设计实现基于单片机的定尺飞锯切割机控制系统设计HYPERLIN