化学需氧量是指在一定条件下,水中可被氧化剂氧气氧化的有机物和无机物的总量。化学需氧量COD的测定方法常用的有两种:开放式反应法和封闭式反应法。开放式反应法是将水样与氧化剂(如高锰酸钾)在酸性条件下反应,反应后测定残余的氧化剂消耗量,即为化学需氧量COD值。封闭式反应法是将水样与氧化剂在高温高压条件下反应,反应后测定残余的氧化剂消耗量,即为化学需氧量COD值。
化学需氧量COD值的高低反映了水体中有机物的含量和有机物的易氧化性。高化学需氧量COD值表示水体中有机物含量较高,水体污染程度较严重。化学需氧量COD值的增加会导致水体溶解氧减少,影响水体生物的生存和繁殖。
化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度,这些物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等,但一般水及废水中无机还原性物质的数量相对不大,而被有机物污染是很普遍的,因此,COD可作为有机物质相对含量的一项综合性指标。
水中的有机物在被环境分解时,会消耗水中的溶解氧。如果水中的溶解氧被消耗殆尽,水里的此雀厌氧菌就会投入工作,从而导致水体发臭和环境恶化。因此COD值越大,表示水体受污染越严重。COD指标正逐年呈下降趋势,说明我们身边的水正变得越来越清澈。
去除水体中的有机物可以采取以下几种方法:
生物处理:利用生物处理方法,如生物滤池、活性污泥法等,利用微生物降解有机物。这些微生物可以将有机物转化为无机物,如二氧化碳和水。生物处理是一种较为常见和有效的方法。
生物滤池是一种利用微生物进行生物处理的水处理设备。它通过微生物的降解作用将水中的有机物转化为无机物,从而实现有机物的去除。
生物滤池的生物处理过程主要包括以下几个步骤:
厌氧降解:生物滤池的底部通常设置有一个厌氧区,这里的微生物可以在缺氧的环境下降解有机物。在厌氧区,有机物被微生物分解为较简单的有机物,如醋酸、乙醇等。
生物滤池中的厌氧微生物主要包括以下几类:
厌氧脱氮菌:厌氧脱氮菌主要通过反硝化作用将水中的硝酸盐还原为氮气,从而实现脱氮的目的。常见的厌氧脱氮菌包括反硝化微生物(如伪单胞菌、假单胞菌、亚硝酸盐还原菌等)。
厌氧消化菌:厌氧消化菌主要参与有机物的厌氧降解和产气过程,将有机物分解为甲烷、二氧化碳等产物。常见的厌氧消化菌包括甲烷菌(如甲烷球菌、甲烷杆菌等)和酸化菌(如酸化产氢菌、酸化酒精菌等)。
厌氧硫化物氧化菌:厌氧硫化物氧化菌主要参与硫化物(如硫化氢)的氧化过程,将其转化为硫酸盐。常见的厌氧硫化物氧化菌包括硫醇菌和硫酸盐还原菌。
厌氧铁氧化菌:厌氧铁氧化菌主要参与铁的氧化过程,将水中的铁离子氧化为铁锈或铁氧化物。常见的厌氧铁氧化菌包括铁氧化菌和铁还原菌。
这些厌氧微生物在生物滤池中起着重要的作用,通过它们的代谢活动,可以实现对有机物、氮、硫等污染物的降解和转化。不同类型的厌氧微生物在生物滤池中相互作用,形成复杂的微生物群落,共同参与污水的处理过程。
好氧降解:在生物滤池的上层,有充足的氧气供给,创造了好氧环境。在这个区域,厌氧降解产生的有机物会被进一步氧化为无机物,如二氧化碳和水。这一过程主要是通过好氧微生物进行的,它们利用氧气进行有机物的降解。
生物滤池中的好氧微生物主要包括以下几类:
好氧降解菌:好氧降解菌主要参与有机物的氧化降解过程,将有机物分解为二氧化碳、水等无机产物。常见的好氧降解菌包括氨氧化菌、亚硝化细菌、硝化细菌、亚硝酸盐氧化细菌和有机物降解菌(如异养细菌、光合细菌等)。
好氧硝化菌:好氧硝化菌主要参与氨氧化和硝化过程,将水中的氨氮氧化为亚硝酸盐,再将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。常见的好氧硝化菌包括氨氧化菌和硝化菌。
好氧磷酸盐除去菌:好氧磷酸盐除去菌主要参与磷酸盐的生物吸附和生物沉淀过程,将水中的磷酸盐去除。常见的好氧磷酸盐除去菌包括磷酸盐吸附菌和磷酸盐沉淀菌。
好氧硫化物氧化菌:好氧硫化物氧化菌主要参与硫化物(如硫化氢)的氧化过程,将其转化为硫酸盐。常见的好氧硫化物氧化菌包括硫醇菌和硫酸盐氧化菌。
这些好氧微生物在生物滤池中起着重要的作用,通过它们的代谢活动,可以实现对有机物、氮、磷、硫等污染物的降解和转化。不同类型的好氧微生物在生物滤池中相互作用,形成复杂的微生物群落,共同参与污水的处理过程。
生物膜形成:生物滤池内的滤料表面会形成生物膜,这是一层由微生物组成的附着层。生物膜提供了微生物附着的基质,有利于微生物的生长和降解有机物。
微生物代谢:微生物在生物滤池中通过代谢活动将有机物转化为无机物。微生物利用有机物作为碳源和能源进行生长和繁殖,同时产生酶来降解有机物。
通过上述步骤,生物滤池可以高效地去除水体中的有机物。生物滤池具有处理效果好、操作简单、成本低等优点,因此在水处理领域得到广泛应用。但需要注意的是,生物滤池的运行需要一定的时间来建立和维持微生物群落的稳定,同时也需要定期监测和维护滤料和生物膜的状态。
化学处理:采用化学氧化剂,如高锰酸钾、过氧化氢等,对水体中的有机物进行氧化反应,将有机物转化为无机物。化学处理可以在较短时间内去除有机物,但需要注意副产物的处理。
处理污水的化学方法可以分为以下几种:
沉淀法:沉淀法是通过添加化学沉淀剂,使污水中的悬浮物和溶解物发生沉淀,从而达到去除污染物的目的。常用的化学沉淀剂包括氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸铁等。沉淀法适用于去除悬浮物、重金属离子和磷等污染物。
氧化法:氧化法是通过添加氧化剂,使有机物氧化为无机物或较低毒性的物质,从而降低水体中有机物的浓度和毒性。常用的氧化剂包括过氧化氢、高锰酸钾等。氧化法适用于去除有机物和某些毒性物质。
吸附法:吸附法是通过添加吸附剂,使污水中的污染物被吸附到吸附剂表面,从而实现去除污染物的目的。常用的吸附剂包括活性炭、硅胶、分子筛等。吸附法适用于去除有机物、重金属离子和某些溶解性物质。
中和法:中和法是通过添加酸或碱,使污水中的酸性或碱性物质发生中和反应,从而达到调节pH值和去除某些离子的目的。常用的中和剂包括氢氧化钠、氢氧化钙、盐酸等。中和法适用于调节pH值和去除酸性或碱性物质。
气浮法:气浮法是通过向污水中注入微小气泡,使污染物附着在气泡上,从而实现去除污染物的目的。常用的气浮剂包括空气、氮气等。气浮法适用于去除悬浮物、油脂和某些溶解性物质。
这些化学方法通常会与物理处理和生物处理等方法结合使用,以达到更好的处理效果。需要根据污水的具体情况选择合适的化学方法,并注意控制化学剂的投加量和处理过程中的安全性。
生物滤池主要通过微生物的降解作用来处理水中的有机物,因此其主要是一种生物处理方法。然而,在一些特定情况下,为了提高处理效果或解决某些问题,可以在生物滤池中引入一些化学处理方法。
以下是一些常见的生物滤池的化学处理方法:
pH调节:水体的pH值对微生物的生长和降解能力有一定影响。在一些情况下,可以通过调节水体的pH值来优化微生物的活性。例如,对于酸性废水,可以添加碱性物质(如氢氧化钠)来提高pH值,从而促进微生物的生长和降解能力。
氧气供应:生物滤池中的好氧区域需要充足的氧气供应,以维持好氧微生物的降解活性。在一些情况下,可以通过增加氧气供应来提高生物滤池的处理效果。常见的方法包括增加曝气设备、增加曝气时间或增加曝气强度等。
添加营养物质:在一些情况下,水体中的营养物质(如氮、磷等)可能不足以支持微生物的生长和降解活性。此时,可以向生物滤池中添加适量的营养物质,以提供微生物所需的养分。常见的方法包括添加氮源(如硝酸盐、氨氮等)和磷源(如磷酸盐)等。
添加抑制剂:在一些情况下,水体中可能存在一些抑制微生物生长和降解活性的物质。例如,有些有机物(如重金属、有机溶剂等)可能对微生物具有毒性。在这种情况下,可以向生物滤池中添加适量的抑制剂,以减少对微生物的影响。
需要注意的是,化学处理方法的应用应谨慎,避免对微生物群落产生不利影响。此外,化学处理方法通常是作为辅助手段来使用的,主要还是依靠微生物的降解作用来处理水中的有机物。
吸附剂和活性炭:使用吸附剂和活性炭可以将水中的有机物吸附到其表面,从而去除有机物。吸附剂和活性炭具有较大的比表面积和吸附能力,可以有效去除水中的有机物。
膜分离技术:利用膜分离技术,如超滤、逆渗透等,将水中的有机物通过膜的分离作用去除。膜分离技术可以实现高效的有机物去除,并且可以适应不同规模的水处理需求。
光催化氧化:利用光催化剂和紫外光进行催化氧化反应,将有机物转化为无机物。光催化氧化可以在较短时间内去除有机物,并且不需要添加额外的化学药剂。
光催化氧化是一种利用光催化剂和光能进行氧化反应的方法,可以有效去除水体中的有机物和其他污染物。光催化氧化的原理是通过光催化剂吸收光能,产生活性氧种(如羟基自由基、超氧阴离子等),这些活性氧种具有较强的氧化能力,可以将有机物氧化为无机物或低毒的物质。常用的光催化剂包括二氧化钛(TiO2)、二氧化锌(ZnO)等。
光催化氧化的步骤包括:
光吸收:光催化剂吸收光能,激发电子跃迁到导带带底,形成电子-空穴对。
电子-空穴对分离:电子和空穴在光催化剂表面分离,电子进入导带,空穴留在价带。
活性氧种生成:空穴和水或氧气发生反应,生成活性氧种,如羟基自由基(·OH)或超氧阴离子(O2-)等。
有机物氧化:活性氧种与水体中的有机物发生氧化反应,将有机物转化为无机物或低毒的物质。
需要注意的是,光催化氧化对光照条件的要求较高,需要光照强度和光照时间足够,因此在实际应用中需要考虑光照条件的控制。此外,光催化剂的选择和光催化反应器的设计也会影响光催化氧化的效果。