污泥廢水厭氧消化實驗

1、 廢水厭氧消化實驗（注：本次實驗只進行了日產(chǎn)氣量與pH得測定。）一、實驗目的1、通過實驗加深對厭氧消化原理的理解。2、掌握厭氧處理廢水的實驗的方法和數(shù)據(jù)分析處理。3 掌握pH、COD、NH3-N、VFA的測定方法。二、實驗原理在厭氧處理過程中，廢水中的有機物經(jīng)大量微生物的共同作用，被最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨等。在此過程中，不同微生物的代謝過程相互影響，相互制約，形成了復雜的生態(tài)系統(tǒng)。高分子有機物的厭氧降解過程可以被分為四個階段：水解階段、發(fā)酵(或酸化)階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。(1)水解階段水解可定義為復雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。高分子有機

2、物因相對分子量巨大，不能透過細胞膜，因此不可能為細菌直接利用。它們在第一階段被細菌胞外酶分解為小分子。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用，水解過程通常較緩慢。（2）發(fā)酵（或酸化）階段發(fā)酵可定義為有機物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性有機物被轉(zhuǎn)化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物，因此這一過程也稱為酸化。在這一階段，上述小分子的化合物發(fā)酵細菌（即酸化菌）的細胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。發(fā)酵細菌絕大多數(shù)是嚴格厭氧菌，但通常有約1%的兼性厭氧菌存在于厭氧環(huán)境中，這些兼性厭氧菌能夠起到保護像甲烷菌這樣的嚴格厭氧菌免受氧的損害與抑制。這一階

3、段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等，產(chǎn)物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。與此同時，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細胞物質(zhì)，因此，未酸化廢水厭氧處理時產(chǎn)生更多的剩余污泥。在厭氧降解過程中，酸化細菌對酸的耐受力必須加以考慮。酸化過程pH下降到4時能可以進行。但是產(chǎn)甲烷過程pH值的范圍在6.57.5之間，因此pH值的下降將會減少甲烷的生成和氫的消耗，并進一步引起酸化末端產(chǎn)物組成的改變。(3)產(chǎn)乙酸階段在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，上一階段的產(chǎn)物被進一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細胞物質(zhì)。(4)甲烷階段這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇被轉(zhuǎn)

4、化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質(zhì)。甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、二氧化碳和氫氣等轉(zhuǎn)化為甲烷的過程有兩種生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羧產(chǎn)生甲烷，前者約占總量的1/3，后者約占2/3。三、實驗儀器（1）實驗裝置：自制反應器加收集氣體裝置如下圖；（2）實驗儀器： pH計、COD測定儀、蒸氮裝置，分光光度計、COD消煮管、5 L的細口瓶1個（配膠塞），2.5L廣口瓶子1個（配膠塞），1 L廣口瓶1個（配膠塞）；止水夾3個，6*9玻璃彎管5根，橡皮管2米，比色管若干、試管架、塑膠桶、移液管、容量瓶、燒杯等。四、實驗方法（1）實驗所用的污水取大坦沙污水處理廠。實

5、驗所需接種污泥為實驗室的原有的馴化的厭氧污泥，配置3%NaOH溶液10 L，碳酸氫鉀緩沖液5 L；產(chǎn)甲烷量用排NaOH溶液集氣法測定。（2）按照裝置圖連接好裝置，污泥混合 2 L，接種污泥 1.5 L，于5 L的反應瓶中，混勻，測定樣品的初始pH、COD、氨氮。連接并通氮氣（約3分鐘）后密封裝置，在中溫下（37）進行實驗。pH測定采用pH計測定，COD、氨氮的測定方法具體見下附頁。(3)每天讀取產(chǎn)氣量和測定pH（若不在6.8-7.2范圍內(nèi)需用碳酸氫鉀緩沖液進行調(diào)整）。待實驗基本不產(chǎn)氣時實驗結束。五、注意事項產(chǎn)甲烷反應是厭氧消化過程的控制階段，因此，一般來說，在討論厭氧生物處理的影響因素時主要討

6、論影響產(chǎn)甲烷菌的各項因素；主要影響因素有：溫度、pH值、氧化還原電位、營養(yǎng)物質(zhì)、F/M比、有毒物質(zhì)等。（1） pH值是厭氧消化過程中的最重要的影響因素；重要原因：產(chǎn)甲烷菌對pH值的變化非常敏感，一般認為，其最適pH值范圍為6.87.2，在<6.5或>8.2時，產(chǎn)甲烷菌會受到嚴重抑制，而進一步導致整個厭氧消化過程的惡化。（2） 實驗裝置必須嚴格密封，每次取樣完后需通氮氣（約2-3分鐘），保證反應在厭氧環(huán)境下進行。（3） 每天在記錄產(chǎn)氣量時應檢查中間氫氧化鈉溶液體積是否保證在容器體積的2/3以上，這樣能使日產(chǎn)氣量的記錄更加準確。六、數(shù)據(jù)處理與結果分析 將實驗所得數(shù)據(jù)分析處理，描繪出日產(chǎn)

7、甲烷量、pH、VFA、COD、氨氮的變化趨勢線，并分析它們之間的關系。注：本次實驗只進行了日產(chǎn)氣量與pH得測定。VFA的測定（蒸餾滴定法）儀器：5ml半微量滴定管、蒸氮儀、容量瓶、250ml錐形瓶、5ml移液管試劑：0.02mol/LNaOH溶液、1mol/LH2SO4溶液、1%酚酞實驗步驟：1、 取2mL濾液(5000r/min條件下離心10min,過濾)于25mL容量瓶中定容。2、 取5mL加入到蒸氮裝置，同時加入5mL催化劑（1mol/LH2SO4溶液），蒸出100mL溶液。3、 向蒸出液中加入3滴酚酞，用0.02mol/L的NaOH標準溶液滴定，溶液顏色由無色突變成粉紅色為終點，記錄N

8、aOH溶液消耗量（V）。計算：VFA（mg/L，以乙酸計）=C×V×1000×60.5×12.5/VOV滴定樣品消耗的NaOH標準溶液的體積，mLCNaOH標液的濃度，mol/LV0試樣的體積，mL，本實驗V05mL12.5待測液的稀釋倍數(shù)60.5乙酸的分子量試劑配制：飽和NaOH溶液：取約5mL蒸餾水，加入NaOH固體，邊加邊攪拌，使NaOH溶于水中放出的熱量盡快散失，直到溶液表面有晶體析出，即溶液達到飽和。待溶液冷卻至室溫，即可使用。0.02mol/LNaOH溶液：量取1mL NaOH飽和溶液至1000mL容量瓶中，定容。NaOH溶液的標定：取約0.

9、3g（精確到0.0001g）硼酸，于250ml錐形瓶中，加入30mL無CO2水溶解，加入3滴1酚酞，用NaOH溶液滴定，溶液顏色由無色突變成粉紅色為終點，記錄NaOH溶液消耗量（V0）。 C(NaOH)(mol/L)=M/（61.83×V0） M硼酸的質(zhì)量，gV0NaOH溶液標定時，用去的NaOH溶液的體積，mL1mol/LH2SO4溶液：取60ml濃硫酸，緩慢加入至1000mL蒸餾水中，冷卻，搖勻。1%酚酞：取1.00g酚酞，溶于60mL95乙醇中，用蒸餾水稀釋至100mL，轉(zhuǎn)移至試劑瓶中備用。COD的測定（快速密閉催化消解法）實驗步驟：1、 取1ml濾液(5000r/min條件下

10、離心10min,過濾)于50ml容量瓶中定容(稀釋倍數(shù)由濾液SCOD的濃度而定，通常是稀釋至10002500mg/L，選擇消化液II)，從中量取3ml于消化管（注意干燥）中，每個樣品做3個重復；同時以同量的蒸餾水代替樣品，做空白試驗。2、 依次加入1ml掩蔽劑、3ml消化液（注意準確）、5ml催化劑（每加入一種試劑后都要搖勻），旋緊密封塞，混勻。3、 放入已預熱到165的消解爐中，消解22min，冷卻。4、 將樣液移至150ml錐形瓶中，用蒸餾水沖洗消化管（至少洗3次，共約30ml），沖洗液移入錐形瓶中。5、 加3滴鄰菲羅啉指示劑，用硫酸亞鐵標準溶液滴定，溶液顏色由黃到藍突變成紅褐色為終點，記

11、錄硫酸亞鐵標準溶液用量（樣品的記為V1，空白對照的記為V0）。6、 硫酸亞鐵標準溶液的標定：取2ml的0.1mol/L重鉻酸鉀標液，加入50ml蒸餾水，加入5ml濃硫酸，冷卻后，加入3滴鄰菲羅啉指示劑，用硫酸亞鐵滴定，溶液顏色由黃到藍綠突變成紅褐色為終點，記錄硫酸亞鐵溶液用量（記為V）。計算： COD（mg/L）（V0-V1）×C×8×1000×50/V2 V1滴定樣品消耗的硫酸亞鐵標準溶液的體積，mlV0滴定空白消耗的硫酸亞鐵標準溶液的體積，mlV2水樣體積，mL，本實驗中V23mLC硫酸亞鐵標液的濃度，mol/L50水樣的稀釋倍數(shù)8氧（1/2O）摩爾

12、質(zhì)量V硫酸亞鐵標準溶液的標定時，用去的硫酸亞鐵溶液的體積，ml試劑配制：掩蔽劑：稱取30.0g硫酸汞（分析純）溶于100ml的10硫酸中。10硫酸：取50ml蒸餾水，緩慢加入10ml濃硫酸，冷卻后定容至100ml。催化劑：稱取8.8g分析純硫酸銀溶于1L濃硫酸中。消化液：稱取19.6g重鉻酸鉀，50.0g硫酸鋁鉀，10.0g鉬酸銨，溶解于500ml水中，加入200ml濃硫酸，冷卻后，轉(zhuǎn)移至1000ml容量瓶中，用蒸餾水定容。（該溶液濃度c1/6K2Cr2O7=0.4mol/L，用于測COD濃度在10002500mg/L的水樣，滴定時用的硫酸亞鐵濃度為0.05mol/L。）消化液：稱取5.0g重

13、鉻酸鉀，50.0g硫酸鋁鉀，10.0g鉬酸銨，溶解于500ml水中，加入200ml濃硫酸，冷卻后，轉(zhuǎn)移至1000ml容量瓶中，用蒸餾水定容。（該溶液濃度c1/6K2Cr2O7=0.1mol/L，用于測COD濃度在5001000mg/L的水樣，滴定時用的硫酸亞鐵濃度為0.02mol/L。）消化液：稱取2.45g重鉻酸鉀，50.0g硫酸鋁鉀，10.0g鉬酸銨，溶解于500ml水中，加入200ml濃硫酸，冷卻后，轉(zhuǎn)移至1000ml容量瓶中，用蒸餾水定容。（該溶液濃度c1/6K2Cr2O7=0.05mol/L，用于測COD濃度在50mg/L以下的水樣，滴定時用的硫酸亞鐵濃度為0.01mol/L。）重鉻

14、酸鉀標準溶液：（c1/6 K2Cr2O7=1mol/L）稱取經(jīng)過130烘34h的重鉻酸鉀（分析純）49.031g，溶于400ml水中，必要時可加熱溶解，冷卻后，稀釋定容至1L，搖勻備用。重鉻酸鉀標準溶液：（c1/6 K2Cr2O7=0.1mol/L）取c1/6 K2Cr2O7=1mol/L標準溶液10ml，用蒸餾水稀釋定容至100ml，搖勻備用。硫酸亞鐵標準溶液：（cFeSO4=0.2mol/L）稱取FeSO4·7H2O(分析純)55.6g，加水和5ml濃硫酸溶解，稀釋定容至1L，搖勻備用。硫酸亞鐵標準溶液：（cFeSO4=0.02mol/L）量取cFeSO4=0.2mol/L的硫酸

15、亞鐵標準溶液100ml,定容至1L，搖勻備用。試亞鐵靈指示劑（鄰菲羅啉指示劑）：稱取1.485g鄰菲羅啉（C12H8N2·H2O）和0.695g硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）溶于水中，稀釋至100ml，儲于棕色瓶中。氨氮測定一、儀器：錐形瓶（350mL）、移液管、半微量滴定管、蒸氮裝置、容量瓶、離心管、二、試劑（1）20g/L H2BO3-指示劑。20g H2BO3（化學純）溶于1L水中，每升H2BO3 H2BO3溶液中加入甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑20mL，并用稀酸或稀堿調(diào)節(jié)至微紫紅色，此時該溶液的PH為4.5（2）硫酸標準溶液C(1/2H2SO4) =0.02mol/

16、L: 先配制C(1/2H2SO4)=0.05硫酸溶液，即量取H2SO4（化學純，無氨，p=1.84g/mL）3mL,加水稀釋至1000mL，冷卻，搖勻,然后用硼砂標定。標定后稀釋2.5倍。三、步驟1、 吸取少量樣品于離心管中，經(jīng)10分鐘， 5000轉(zhuǎn)/分鐘高速離心過濾，用定性濾紙過濾，取其上清液1mL，用少量蒸餾水轉(zhuǎn)入到100mL容量瓶內(nèi)，定容。在250mL錐形瓶中，加入20g/L H2BO3-指示劑混合液5mL，放在冷凝管末端，管口置于硼酸液面以上34cm處。然后吸取10.00mL定容后的溶液緩緩加入到蒸餾室內(nèi)，再向蒸餾室緩緩加入10mol/L NaOH溶液10mL，通入蒸汽蒸餾，待餾也液體為中性時，即蒸餾完畢。（試紙檢驗，蒸出液約為200mL）。2、 硼砂標定硫酸標準溶液稱取約0.3000g硼砂，加水約30mL，加熱使其溶解，用硫酸標準溶液標定。按下面公式計算出硫酸標準溶液的濃度C(1/2H2SO4)=m/(0.1907*V)M硼砂的質(zhì)量 g； C1