生物接触氧化法处理有机工业废水的启动——
生物膜的接种、培养与驯化
一、实验目的与实验原理
生物接触氧化法是以附着在载体（俗称填料）上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺。具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。在可生化条件下，不论应用于工业废水还是养殖污水、生活污水的处理，都取得了良好的经济效益。该工艺因具有高效节能、占地面积小、耐冲击负荷、运行管理方便等特点而被广泛应用于各行各业的污水处理系统。 生物处理是有机工业废水处理的重要环节，在这里氨/氮、亚硝酸、硝酸盐、硫化氰等有害物质都将得到去除，对以后流程中水质的进一步处理将起到关键作用。
如果能配合JBM新型组合式生物填料使用，可加速生物分解过程，具有运行管理简便、投资省、处理效果高、最大限度地减少占地等优点。 1、生物接触氧化法的反应机理
生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。
该法中微生物所需氧由鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物
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膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。生物接触氧化法具有以下特点：
（1）由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；
（2）由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力；
（3）剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。 影响生物膜生长、繁殖、处理废水效果的环境因素主要有：
（1）营养物：即水中碳、氮、磷之比应保持100：5：1。 （2）溶解氧：溶解氧控制在2-4mg/L较为适宜。
（3）温度：任何一种细菌都有一个最适生长温度，随温度上升，细菌生长加速，但有一个最低和最高生长温度范围，一般为10－45ºC，适宜温度为15－35ºC，此范围内温度变化对运行影响不大。
（4）酸碱度：一般PH为6.5－8.5。特殊时, 超过上述规定值时，应加酸碱调节。
2、生物接触氧化法处理有机工业废水的启动
生物接触氧化法处理有机工业废水系统的启动包括微生物的接种、培养、驯化三个阶段。接种可以引入用于有机废水降解的微生物；通过培养，可以使得专性的好氧微生物生长、繁殖、占主体地位；通过对微生物的驯化，可以筛选适合该工艺废水处理及环境的微生物。因此，微生物处理系统的启动对于采用生物法处理有机工业废水的投入运行有至关重要的作用。 （1）微生物的接种
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可从学校附近的城市污水处理厂取浓缩污泥，置于生物接触氧化池中，进行培养。
（2）微生物的培养
是利用接种的少量微生物，逐步繁殖的培养过程。生物膜的培养实质就是在一段时间内，通过一定的手段，使处理系统中产生并积累一定量的微生物、使生物膜达到一定厚度。可通过向置有接种污泥的生物接触氧化池投加营养物（葡萄糖、尿素、Ca（H2PO4）（进水体积约为1500L，如何配置营养物？），2等）并曝气，使微生物生长、繁殖。 （3）微生物的驯化
驯化的目的是选择适应实际水质情况的微生物，淘汰无用的微生物。当生物膜的平均厚度在2mm左右生物膜培养即告成功，直到出水BOD5、SS、CODCr等各项指标达到设计要求。 3、实验目的
通过本综合实验，可进一步巩固有机物废水微生物法处理的原理、环境影响因素等，并掌握采用微生物法处理有机废水的启动、调试和运行过程。
二、实验仪器
1、生物接触氧化池：一座。 尺寸：Φ150×1500H 材质：有机玻璃
2、污水泵（提升废水），一台。 流量：0.5 m3/h。
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扬程：8 m。 功率：0.1 KW。
3、气泵（曝气用）：一台。 气量：0.48 m3/min。 压力：5 m。
4、纤维填料（组合式）：一批。 5、废水调节池
尺寸：400×400×600 H 材质：PVC
6、连接各构筑物间的工艺管道、管件、阀门：一批。 7、实验工艺流程图如下：
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三、试剂、药品
1、降解有机废水的微生物：从学校附近的城市污水处理厂取污泥。 2、微生物培养阶段的营养物（葡萄糖、尿素、Ca（H2PO4）2等）。 3、测BOD5的试剂和药品。 4、测CODCr的试剂和药品。 5、便携式溶解氧（DO）测定仪。
四、实验步骤
1、某未知有机工业废水的水质分析。
分析指标： pH、水温、DO、COD、BOD5、BOD5/CODCr、总氮、总磷。根据该有机工业废水污染物成分，判断其可生化性。
2、生物接触氧化处理系统的组装，计算主要构筑物的工艺参数。
3、浓缩污泥接种
从学校附近的城市污水处理厂取浓缩污泥，置于生物接触氧化池中，进行培养。
具体做法：将取回的浓缩污泥置于接触氧化池中，接种污泥体积为生化池有效溶积的10%，加满清水，然后曝气2 h，静置沉淀22 h后，使固着态微生物接种到填料上。
4、微生物的培养
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将接种后的微生物系统的水放空，每天一次以BOD5：N：P=100：5：1比例投加由营养物（葡萄糖、尿素、Ca（H2PO4）2等）配制而成的有机营养液，营养液的COD以500～800 mg/L为宜。然后开始曝气培养（溶解氧平均控制在2～4 mg/L）。连续曝气22 h（溶解氧控制在2-4mg/L），静置沉淀2 h后，排放池中的水。再投机营养液、曝气。每天重复一次。持续4-8d，可看到填料表面已经生长了薄薄一层黄褐色生物膜。
测定指标：
（1）每天测定生物接触氧化池溶解氧、温度、PH值2～3次。
（2）每天测定曝气池投加的营养液的COD、处理后（静置沉淀后的排放水）的COD。 5、微生物的驯化
经过接种、培养过程后，接触氧化池的填料上已长满一层生物膜。通过逐步进水的方式，使生物膜逐渐适应该有机工业废水，并筛选出优势菌种。
具体做法：进水方式见下表： 日期 第1天 2 3 4 5 6 7 8 9 10 进水配比 10%体积工业废水 20%体积工业废水 30%体积工业废水 40%体积工业废水 50%体积工业废水 60%体积工业废水 70%体积工业废水 80%体积工业废水 90%体积工业废水 100%体积工业废水 90%体积营养液 80%体积营养液 70%体积营养液 60%体积营养液 50%体积营养液 40%体积营养液 30%体积营养液 20%体积营养液 10%体积营养液 / v .
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注：100%工业废水为含500mg/L的苯酚废水代替。
每天连续曝气22 h（溶解氧控制在2-4mg/L），静置沉淀2 h后，排放池中的水。再换水、曝气、静沉、排水，每天重复上述操作一次。
测定指标：
（1）每天测定生物接触氧化池溶解氧、温度、PH值2～3次。
（2）每天测定曝气池投加的进水（营养液+有机工业废水）的COD、处理后（静置沉淀后的排放水）的COD。另外，在第8天，补测进水、出水的BOD5。
（3）驯化结束时，生物膜的生物相的镜像观察。
6、需要记录的数据
（1）该工业废水的水质指标的测定（pH、水温、DO、TOC、CODuv、BOD5、BOD5/CODuv）
（2）微生物培养阶段（4-8天）进出水的（pH、水温、DO、COD、TOC）。 （3）微生物驯化阶段（8天）进出水的（pH、水温、DO、COD、TOC）。 （4）驯化阶段最后一天进出水的BOD5。
（5）驯化阶段时，每天生物膜的生物相的镜像观察。
附件1 实验分组及实验过程中的分工、值班安排
1、实验分为1个大组， 20人。
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2、每大组分为4个小组，每小组约5个人。4个小组每天轮流值班。
3、各大组每天负责值班的小组同学要按照实验步骤进行系统的操作和调试，控制系统工艺状况，测定进出水水质，记录实验过程中观察到的现象，微生物生产情况等。
4、每组准备一个实验记录本，记录以上数据、水温、气温、天气，每天值班的同学签到。
附件2：COD的测定
方法一：化学需氧量的测定（重铬酸钾法）
一、原理
在强酸性溶液中，准确加入过量的重铬酸钾标准溶液，加热回流，将水样中还原性物质(主要是有机物)氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据所消耗的重铬酸钾标准溶液量来计算水样化学需氧量。 二、仪器
1、250mL全玻璃回流装置。 2、加热装置(电炉)。
3、25mL或50mL酸式滴定管、锥形瓶、移液管、容量瓶等。 三、试剂
1、重铬酸钾标准溶液(C1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L)；精确称取预先在120℃烘干2h的基准或优质纯重铬酸钾12.258g溶于水中，移入1000mL容量瓶，稀释至标线，摇匀。
2、试亚铁灵指示液：称取1.485g邻菲罗啉(C12H8N2·H2O)，0.695g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)溶于水中，稀释至100mL,贮于棕色瓶中。
3、硫酸亚铁铵标准溶液[c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0.1mol/L]：称取39.5g硫酸亚铁铵溶于水中，边搅拌边缓慢加入20mL浓硫酸，冷却后移入1000mL容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀。临用前，用重铬酸钾标准溶液标定。
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4、硫酸―硫酸银溶液：称取5.0g硫酸银，加入到500ml浓硫酸中，放置一天, 不时摇动使其溶解备用。
5、浓硫酸
6、硫酸汞：结晶或粉末。 四、标定方法：
准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液于250mL锥形瓶中，加水稀释至110mL左右，缓慢加入30mL浓硫酸，摇匀。冷却后，加入3滴试亚铁灵指示液(约0.15mL)，用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。
C=(0.2500×10.00)/V
式中：C——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)。
五、测定步骤
1、取20.00mL混合均匀的水样（或适量水样稀释至20.00mL）置于250mL磨口的回流锥形瓶中，准确加入10mL 重铬酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠或沸石，连接磨口回流冷凝管，从冷凝管上口慢慢地加入30mL硫酸-硫酸银溶液，轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀，加热回流2h(自开始沸腾计时)。
对于化学需氧量高的废水样，可先根据猜测的废水浓度，选择稀释倍数。稀释后废水中浓度在50～200mg/L为宜。稀释时，所取废水样量不得少于5mL，如果化学需氧量很高，则废水样应多次稀释。废水中氯离子含量超过30mg/L时，应先把0.4g硫酸汞加入回流锥形瓶中，再加入20.00mL废水（或适量废水稀释至20.00mL），摇匀。
2、冷却后，用90.00mL水冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶。溶液总体积不得少于140mL，否则因酸度太大，滴定终点不明显。
3、溶液再度冷却后，加3滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
4、测定水样的同时，取20.00mL重蒸馏水，按同样操作步骤作空白实验。记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。 六、计算
CODCr(O2，mg/L)=8×1000(V0-V1)·C/V
式中：C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度(mol/L)；
V0——滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液用量(mL)； V1——滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液用量(mL)； V——水样的体积(mL)；
8——氧（1/2O）摩尔质量（g/mol）。
七、注意事项
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1、使用0.4g硫酸汞络合氯离子的最高量可达40mg，如取用20.00mL水样，即最高可络合2000mg/L氯离子浓度的水样。若氯离子的浓度较低，也可少加硫酸汞，使保持硫酸汞:氯离子=10:1(W/W)。若出现少量氯化汞沉淀，并不影响测定。
2、水样取用体积可在10.00—50.00mL范围内，但试剂用量及浓度需按下表进行相应调整，也可得到满意的结果。 水样取用量和试剂用量表 水样体积 (mL) 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0
3、对于化学需氧量小于50mg/L的水样，应改用0.0250mol/L重铬酸钾标准溶液。回滴时用0.01mol/L硫酸亚铁铵标准溶液。
4、水样加热回流后，溶液中重铬酸钾剩余量应为加入量的1/5—4/5为宜。
5、用邻苯二甲酸氢钾标准溶液检查试剂的质量和操作技术时，由于每克邻苯二甲酸氢钾的理论CODCr为1.176g,所以溶解0.4251g邻苯二甲酸氢钾(HOOCC6H4COOK)于重蒸馏水中，转入1000mL容量瓶，用重蒸馏水稀释至标线，使之成为500mg/L的CODcr标准溶液。用时新配。
6、CODCr的测定结果应保留三位有效数字。
7、每次实验时，应对硫酸亚铁铵标准滴定溶液进行标定，室温较高时尤其注意其浓度的变化。
0.25000mol/L H2SO4-Ag2SO4 HgSO4 (g) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 [(NH4)2Fe(SO4)2] (mol/L) 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 滴定前总 体积（mL） 70 140 210 280 350 K2Cr2O7溶液（mL） 溶液（mL） 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 15 30 45 60 75
方法二： 化学需氧量的测定（UV法）
原理
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稳定水质样品中的有机质在对紫外光有选择性吸收，其吸收光谱的最大吸收波长在254nm左右。 用紫外可见分光光度计可测定物质在紫外光区、可见光区的吸收光谱，并可定量测定。
仪器与试剂
1、仪器
紫外可见分光光度计；1cm石英吸收池一套；50ml容量瓶二只；刻度吸管5ml、10ml各一只；滴管一只。
2、试剂
邻苯二甲酸氢钾标准储备液（COD 1000mg/L）
操作步骤
操作步骤
1、COD标准溶液吸收曲线的绘制
取邻苯二甲酸氢钾标准储备液5.00ml，置于100ml容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀。此液COD浓度为50mg/L。
测定条件：氢灯，1cm石英比色皿，蒸馏水为参比
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测定波长：从230nm-270nm每隔一定波长（2nm-5nm）测定一次吸光度，在254nm左右隔1nm测定一次吸光度。绘制苯甲酸的紫外吸收曲线，得最大吸收波长为测定波长。
2、直接比较法测定样品溶液中COD的含量
取水样， 以蒸馏水溶液为参比溶液，在完全相同的条件下测定水样的吸光度值。
3、结果处理
通过标准曲线换算出水样的COD值。
附件2：TOC的测定
取水样约50ml左右至烧杯中，用硫酸调节pH小于2。取调pH水样30ml至TOC测定瓶中，记录标签，待测。
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