CN101419168B

CN101419168B - 活性污泥溶解性化学需氧量的测定方法

Info

Publication number: CN101419168B
Application number: CN 200810153421
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 张书廷; 郝赟
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Le'er Environmental Technology (Jiangsu) Co., Ltd
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: CN101419168A

Abstract

本发明涉及活性污泥溶解性化学需氧量的测定方法。设定风光光度计的检测波长为630nm，并以去离子水的透光率为100％；将污泥破壁溶胞处理后，分别取一定体积的溶胞污泥至少2份，在不同的离心加速度下离心固定的时间，或者在固定的离心加速度下离心不同的时间，根据重铬酸钾标准滴定方法分析，测定出不同离心条件下污泥悬浊液的化学需氧量(COD)数值；在直角坐标系中以横坐标为溶液透光率数值，纵坐标为悬浊液的化学需氧量数值，然后采用Excel软件对数据进行线性回归，并外推至透光率为100％，对应的COD数值即为溶胞污泥后不含污泥粒子时溶液的溶解性化学需氧量(SCOD)数值。该方法分析测定结果与0.45um膜过滤制备溶液测定的溶解性化学需氧量数值相比，其相对误差小于5％。

Description

活性污泥溶解性化学需氧量的测定方法

技术领域

本发明涉及一种剩余污泥处理过程中当污泥颗粒细小、难以膜过滤时污泥上清液中溶解性化学需氧量(SCOD)的测定方法，属于污水处理和固体废弃物处理领域的污泥处理技术，是一种活性污泥溶解性化学需氧量的测定方法。

背景技术

随着社会经济的发展与城市化进程的加快，城镇污水及其污泥数量快速增加。我国年产湿污泥已高达1200万吨，年增长速度为10-15％之间。由于污泥处理成本占污水处理厂处理成本的50％左右，成本很高，因此我国许多污水处理厂往往只处理到污水而避开了污泥处理，以填埋和堆放为主，引发严重的环境污染问题。因此，在积极进行污水处理的同时对污泥进行科学合理的处理处置已是势在必行。

污泥消化作为当前城镇污水厂污泥减量化的主要方法，其主要的限制条件是其消化时间长、消化速率慢、产气率低等问题。通过研究发现，导致该问题的主要原因是污泥中微生物细胞壁的阻碍作用，限制了微生物水解酸化速率。为此，人们提出了各种污泥预处理方法如酸溶解、碱溶解、臭氧氧化、超声波破壁、热溶解、低温冷冻等，以促进污泥絮体分解、微生物破壁、细胞溶解，释放出污泥微生物细胞内有机物，以改善污泥在厌氧消化过程中消化速率、甲烷化和减量化效果。污泥破壁预处理过程中，人们往往借助污泥上清液中溶解性化学需氧量(SCOD)的增加幅度来判断污泥的溶胞程度和效果。因此，如何准确、方便、快速地测定溶解性化学需氧量就成为污泥溶胞技术评价中一个重要问题。溶解性化学需氧量是待测定溶液中不含污泥粒子时溶液的化学需氧量，即溶液中待测物质成分子态。因此，在测定溶解性化学需氧量时需要对污泥上部溶液进行0.45um膜过滤，以确保溶液中不含固体粒子，保证溶解性化学需氧量分析的准确性。然而，当污泥经过各种技术溶胞处理特别是超声波长时间处理后污泥絮体被大大分散、大量的污泥细小粒子和细胞碎片悬浮于溶液中，即使经过高速离心后的污泥溶液也难以进行0.45um膜过滤。因此，传统的采用0.45um膜过滤的方法来制备不含污泥粒子的溶液具有很大的难度，影响溶解性化学需氧量的准确测定，也影响各种溶胞技术间的准确评价。因此，提出一种新的简便、快速、准确的溶解性化学需氧量测定方法就显得非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种城镇剩余污泥溶胞过程中溶解性化学需氧量准确、简便分析方法，可为污泥溶胞技术效果评价提供技术支持。

本发明主要需要的设备有高速离心机，风光光度计以及标准重铬酸钾化学需氧量滴定分析方法所需的各种试剂和设备，分析步骤、方法叙述如下：

设定检测波长：设定风光光度计的检测波长为630nm，并以去离子水的透光率为100％；

制备溶液样品：分别取一定体积的粒子细小、难以进行0.45um膜过滤污泥至少2份，在不同的离心加速度下离心固定的时间，或者在固定的离心加速度下离心不同的时间，根据重铬酸钾标准滴定方法分析，测定出不同离心条件下污泥悬浊液的化学需氧量(COD)数值；

作图：在直角坐标系中以横坐标为溶液透光率数值，纵坐标为悬浊液的化学需氧量数值，然后利用Excel软件对数据进行线性回归，得到线性回归方程，并依据该线性方程计算出透光率为100％时对应的COD数值即为溶胞污泥后不含污泥粒子时溶液的溶解性化学需氧量(SCOD)数值。

详细说明如下：

第一步，设定检测波长：原剩余污泥上清液为无色，随着污泥溶胞程度的深化，由于污泥生物细胞的破坏，细胞内物质被释放进入溶液而导致污泥溶液颜色成为橙色，溶胞越充分则橙色越深。由于本发明中采用光学方法分析溶液中悬浮粒子的浓度，因此，为了避免溶液自身颜色对风光光度计的检测光线的吸收干扰，所以设定的检查光线对应的波长要与溶胞后溶液的橙色对应的波长一致，范围为600nm～650nm。另一方面，目前溶液中悬浮粒子光学检测设备中粒子计数器的光源普遍采用激光，其检测波长通常为630nm，正好属于橙色波长范围之内，因此本发明中设定的风光光度计的检测波长为630nm，并以去离子水的透光率为100％。

第二步，制备溶液样品：分别取一定体积的粒子细小、难以0.45um膜过滤污泥至少2份，份数越多则测定的溶解性化学需氧量数据则越准确，但相应的工作量加大。然后，使污泥样品或者在不同的离心加速度下离心固定的时间，或者在固定的离心加速度下离心不同的时间，其主要目的在于制备具有不同透光率的悬浊液，也就是不同污泥浓度含量的污泥悬浊液。

第三步，数据分析：

1、溶液透光率测定：分别对不同条件下制备的污泥悬浊液采用风光光度计在波长为630nm下测定其透光率(T)数据。

2、悬浊液COD分析：根据重铬酸钾标准滴定方法分析，测定出不同离心条件下污泥悬浊液的化学需氧量(COD)数值。

3、作图：利用Excel软件，在直角坐标系中以横坐标为溶液透光率数值(单位％)，纵坐标为悬浊液的化学需氧量(COD)数值，然后对数据进行线性回归，并得到线性回归方程，根据该线性方程计算透光率为100％时的COD数值即为溶胞污泥后不含污泥粒子时溶液的溶解性化学需氧量(SCOD)数值。

本发明的原理是：依据朗伯-比尔定律，当溶液中悬浮粒子浓度较小时，如果溶液自身颜色对检测光线无干扰，则粒子浓度与透光率成线性关系，粒子浓度越高则透光率越低，其数学表达式如下：

T＝100-kC (1)

其中T为透光率，单位％，k为与悬浮粒子的性质和检测样品池的性质有关的直线斜率，单位为L/mg，C为溶液中悬浮粒子浓度，单位为mg/L。当溶液中污泥粒子浓度为0时则溶液的透光率相应为100。对某一固定的污泥，其单位质量污泥的化学需氧量数值通常为定值。因此，当溶液中污泥粒子浓度越高时，则对溶液的COD增加值越大。溶液化学需氧量(COD)与溶液中污泥粒子浓度同样成线性关系：

COD＝SCOD+C×COD_s (2)

其中，C表示污泥悬浊液中污泥粒子浓度，单位为mg/L，CODs表示单位质量污泥粒子的化学需氧量，单位为mg/mg污泥粒子。根据公式(1)和公式(2)，可以得到污泥悬浊液化学需氧量(COD)数值与溶液透光率(T)的关系式：

COD = SCOD + \frac{100 - T}{k} \times {COD}_{s}

= (SCOD + \frac{100}{k} {COD}_{s}) - \frac{{COD}_{s}}{k} T

(3)

由于SCOD、斜率k和单位质量污泥的化学需氧量(CODs)为定值，因此污泥悬浊液的化学需氧量(COD)与透光率成也成线性关系。依据公式(3)，只要测定出至少2个不同透光率条件下的悬浊液的化学需氧量(COD)数值，即可利用线性外推至透光率为100时的化学需氧量(COD)值即为溶解性化学需氧量(SCOD)。

本发明的关键技术之一在于风光光度计检测波长的确定。如果检测波长确定不合适则会发生由于溶液本身的橙色对检测光线的吸收而影响对溶液中悬浮粒子浓度的准确测定。因此，风光光度计的检测波长在溶液自身颜色橙色对应的波长600nm～650nm范围内进行选择，以避免溶液自身颜色对粒子检测的干扰。

本发明的关键技术之二在于溶胞污泥悬浊液的制备。制备的悬浊液污泥粒子浓度与透光率要在线性区间，即悬浊液浓度在较低范围内才可以采用本发明方法。为了检测污泥粒子浓度是否在线性范围内，需要采用原污泥和原污泥上清液配置一系列不同浓度的污泥悬浊液，在选定的检测波长下检测其透光率，并在直角坐标系上以污泥浓度为横坐标、透光率为纵坐标作图，并利用Excel软件对数据的线性回归功能在固定线性回归方程截距为100、显示公式和回归指数R2条件下以污泥浓度为0时对应的透光率100为起点逐步向浓度较高时的透光率数据逐一依次进行整体线性回归，直至线性回归指数R²小于0.99时停止，并返回至上一个透光率数据，即可确定污泥浓度与透光率的线性范围。从而通过测定制备的悬浊液样品的透光率来判断悬浊液浓度是否符合线性区间。

本发明中关于污泥溶胞后污泥溶液溶解性化学需氧量测定方法具有原理可靠、污泥悬浊液制备简单、快速、测定结果信息量大、结果准确等优点。

附图说明

图1污泥悬浊液浓度与透光率的关系。

图2实施例1溶胞污泥溶解性COD测定的四点外推法。

图3实施例2溶胞污泥溶解性COD测定的两点外推法。

具体实施方式

首先制作不同污泥悬浊液浓度与透光率关系，如图1所示。制作方法：对原污泥进行重力沉淀，随后取污泥上部溶液进行3层慢速滤纸真空过滤制取纯清液，对浓缩后的污泥搅拌混合均匀条件下取100ml污泥3份，并进行3层慢速滤纸分别真空过滤，过滤后采用烘箱在105℃烘至恒重，计算3份污泥的浓度，其平均值即为混合均匀污泥的浓度，另外再取10ml同样的浓缩污泥，利用一系列的容量瓶进行定容稀释，根据浓缩污泥的浓度分析数据计算出不同稀释条件下的污泥浓度，随后在630nm下进行风光光度计检测透光率，利用Excel软件在直角坐标系中以污泥浓度为横轴、透光率为纵轴作图(图1)，并对上述数据进行线性回归，结果发现当污泥浓度小于58mg/L时透光率和污泥浓度线性回归方程为：

T＝100-0.4054C (4)

回归指数R²为0.9961。当污泥浓度大于116mg/L时则回归指数R²为0.9618，浓度越大则数据越偏离线性方程(4)。因此，当污泥浓度小于58mg/L、依据方程(4)在污泥悬浊液制备时透光率必须大于76.5％时方可采用本发明方法外推测定溶解性化学需氧量。下面结合附图和具体实施方式以污泥加碱与超声波协同污泥溶胞处理后溶解性化学需氧量的测定为例进行详细说明。

实施例1.

取某污水厂含水率98.5％的剩余污泥1L，用氢氧化钠(NaOH)调节pH为10.0，采用频率为25kHz、功率为50W的槽式超声波处理30min。随后取4份50ml的溶胞污泥在离心加速度为5000g下分别离心5min，8min，10min和15min，取出上部悬浊液在检测波长为630nm下测定透光率，然后用重铬酸钾滴定法分析悬浊液的化学需氧量(COD)数据，在Excel软件中对透光率和化学需氧量作图(如图2)，依据数据利用Excel线性回归功能进行线性回归得到线性方程：

COD＝2919.9-25.62T (5)

再利用方程(5)计算透光率为100％时的化学需氧量为358.4mg/L。该数据即为该溶胞条件下的溶解性化学需氧量(SCOD)数据。为了比较，进行了0.45um膜过滤制备溶胞污泥溶液，并测定其溶解性化学需氧量(SCOD)，其数值为365.3mg/L。二者的相对误差为1.9％。

实施例2.

同实施例1。所不同的是污泥pH为11.0，超声波处理为60min，2份体积为50ml的溶胞污泥在离心加速度分别为5000g和8000g下离心10min。利用Excel软件对数据进行作图(如图2所示)，并利用Excel软件进行线性回归得到透光率与化学需氧量的线性方程：

COD＝3954-25.83T (6)

依据方程(6)计算透光率为100％时的溶解性化学需氧量为1371mg/L，而0.45um膜过滤方法对应数值为1425mg/L，相对误差为3.8％。

本发明公开和提出的污泥处理过程中溶解性化学需氧量的另一中简便、准确的测定方法。本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变污泥悬浊液浓度的制备方法即可实现。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种活性污泥溶解性化学需氧量的测定方法，其特征是步骤如下：

设定检测波长：设定分光光度计的检测波长为630nm，并以去离子水的透光率为100％；

制备溶液样品：分别取一定体积的粒子细小、难以进行0.45um膜过滤的污泥至少2份，在不同的离心加速度下离心固定的时间，或者在固定的离心加速度下离心不同的时间，根据重铬酸钾标准滴定方法分析，测定出不同离心条件下污泥悬浊液的化学需氧量(COD)数值；

作图：在直角坐标系中以横坐标为溶液透光率数值，纵坐标为悬浊液的化学需氧量数值，然后对数据在Excel软件中利用数据散点回归功能对不同透光率下的化学需氧量进行线性回归，并得到化学需氧量(COD)与透光率(T)的线性方程，并依据该方程计算透光率为100％时的化学需氧量，对应的COD数值即为溶胞污泥后不含污泥粒子时溶液的溶解性化学需氧量(SCOD)数值。