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基于非常规定量依据的BOD和毒性一体化检测技术研究

基于非常规定量依据的BOD和毒性一体化检测技术研究

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作者：孙齐北京工业大学

学位级别：硕士

随着国家对环境问题的不断重视,我国水污染状况已有了较大的改善,但为了进一步优化水质并使污水处理厂能够达标排放,水质检测是必要工作。本文以生化需氧量(BOD)与水体生物毒性为研究对象,在电化学法、活性污泥法以及陶粒生物膜法的基础... 详细信息

随着国家对环境问题的不断重视,我国水污染状况已有了较大的改善,但为了进一步优化水质并使污水处理厂能够达标排放,水质检测是必要工作。本文以生化需氧量(BOD)与水体生物毒性为研究对象,在电化学法、活性污泥法以及陶粒生物膜法的基础上,将综合生物传感BOD检测技术和快速COD检测技术优点,采用微生物降解前后COD变化量和毒物加入前后标准液BOD变化量分别作为BOD和毒性检测的定量依据,实现BOD和毒性一体化检测。电化学快速测定单元与微生物降解单元为组成本测定技术的两个重要单元。化学需氧量(COD)值的快速测定是本研究实现的基础,常规的重铬酸钾滴定法测定COD用时较长且容易造成污染,为了缩短COD的检测用时并减少重铬酸钾法的二次污染问题,本文提出利用电化学法快速检测COD。由于工作电极为电化学法中最重要的元件,因此本文对自制的Ti/β-PbO、Ti/Ag/β-PbO和Ti/α/β-PbO电极进行了形貌和电化学性能表征。结果表明Ti/α/β-PbO电极表面的晶形结构最佳,电化学性能较为优越,最终被选用为工作电极。Ti/α/β-PbO电极用于COD检测的最佳条件为:氧化电位为1.30 V,电解时间为150 s,电解质溶液为0.03 mol/L NaNO。在50 mg/L～500 mg/L的COD范围内与标准方法的相关系数为0.9909,具有良好的检测性能,且具有较好的稳定性和重复性。本文采用活性污泥法与陶粒生物膜法培养的微生物作为BOD和毒性检测的敏感单元。首先利用活性污泥法进行微生物的培养,并对重金属离子影响下微生物群落进行研究,结果表明变形杆菌门(Proteobacteria)占所有细菌总数的40%～50%,属于铜抗性菌门,拟杆菌门(Bacteroidota)属于镉抗性菌门。活性污泥法的BOD检测的最佳条件为:反应时间在120 min、污泥量为6.86 m L、pH=7.0±0.5。BOD与BOD之间的线性回归方程为y=0.99x+14.22,R=0.9991,存在良好的线性关系。在最优条件下分别对Cu、Cd以及Cu+Cd的毒性进行研究,结果表明Cu、Cd以及Cu+Cd的半最大效应浓度(EC)分别为13.68 mg/L、13.22mg/L、5.91 mg/L。为了进一步优化该方法以达到更加便携快速的目的,通过培养陶粒生物膜替代活性污泥,生物膜法既可以满足微生物多样性的需求,也可以达到便携快速的检测目的。实验结果表明,生物膜作为敏感元件时,Cu、Cd以及Cu+Cd的EC分别为12.61 mg/L、15.03 mg/L、6.63 mg/L。根据已知的毒性检测结果,对比活性污泥法与陶粒生物膜法的检测灵敏度与适用性,陶粒生物膜法虽然对镉、铜镉联合的毒性检测的敏感度稍弱于活性污泥法,但凭借其便携、易培养等特点被选为BOD与毒性一体化检测系统中的生物反应单元。研究结果表明,BOD和毒性能实现一体化检测。

关键词： BOD 生物毒性活性污泥法 COD快速测定陶粒生物膜法

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