生化需氧量的变化曲线及BOD5的确定

生化需氧量的变化曲线及BOD5的确定实验第四小组实验时间：8月27号—9月2号本次实验通过一周测得的数据绘制DO、BOD的变化曲线，运用不同的函数模型(最小二乘法)拟合BOD的变化趋势，并预测UBOD（完全生化需氧量）的数值，以及对实验误差和实验数据的分析，最后提出实验的改进方法。1目录一、概述...................................................................................................................................2二、原理...................................................................................................................................2三、试剂...................................................................................................................................3四、实验步骤...........................................................................................................................3五、计算和分析.......................................................................................................................4（一）、每天的DO（溶解氧）的计算和分析...............................................................4（二）、每天的BOD（生化需氧量）的计算和分析.....................................................5（三）理论推导...............................................................................................................6（四）BOD的变化曲线的不同方程拟合.......................................................................71、BOD随时间的变化曲线（线性拟合）.............................................................82、BOD随时间的变化曲线（多项式拟合）.........................................................83、BOD随时间的变化曲线（指数拟合）.............................................................9（五）理论推导UBOD和指数拟合推导UBOD..........................................................101、理论公式和指数拟合公式的一致性...............................................................102、理论公式推导UBOD........................................................................................113、指数拟合出的UBOD........................................................................................11六误差分析.............................................................................................................................11七实验方法改进.....................................................................................................................12第一步优化实验方案：.................................................................................................12第二步优化实验方案：.................................................................................................14八实验总结.............................................................................................................................14九参考文献.............................................................................................................................152一、概述在水环境的各类污染物中耗氧污染物仍是当前影响水体水质的重要因素,其主要危害是消耗水中溶解氧,导致水质恶化。在我国,各主要河流、湖泊中有机污染物(主要的耗氧污染物)超标的情况仍相当严重。由于水中有机物的成分十分复杂,在现有技术装备和财力支持条件下,很难定量分析各种有机物的含量。因而,在未来相当长的时间,采用生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总有机碳(TOC)、总需氧量(TOD)等指标综合反映有机污染物的污染程度,仍将是水环境监测中的重要方法。二、原理BOD的定义是:在有氧条件下,好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的溶解氧的量,以氧的毫克P升(O2,mg/L)表示。同时亦包括如硫化物、亚铁等还原性无机物质被氧化时所消耗的氧量,但这部分占比例很小。在水质环境监测中,BOD是重要的监测项目,是保证水体自净的指标之一,也是研究废水可生化降解和生化处理工艺设计和动力学的重要参数。生物氧化过程分为两个阶段：第一阶段为有机物中碳和氢在微生物的作用下氧化成二氧化碳和水，此阶段称为碳化阶段，在20℃时完成碳化阶段大约需要20d（占碳化过程的99%）；第二阶段为含氮有机物和氨在硝化细菌作用下被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，称为硝化阶段，在20℃时完成硝化阶段大约需要100d。这两个阶段并非截然分开,而是各有主次，当硝化细菌比较多的时候，BOD5不仅与碳化需氧量有关，还与硝化需氧量有关，硝化需氧量的变化往往很大,造成了实际分析上的问题,不便于比较使用，这是需要用到硝化抑制剂，抑制硝化作用。污水的BOD5一般只指有机物在第一阶段生化反应所需要的氧量,即主要是指含碳有机物的无机化阶段,BOD5约为BOD20的70%左右（可由理论推导出来）。若样品中的有机物含量较多，BOD5的质量浓度大于6mg/L，样品需适当稀释后测定。对不含或含微生物少的工业废水，如酸性废水、碱性废水、高温废水、冷冻保存的废水或经过氯化处理等的废水，在测定BOD5时应进行接种，以引进能分3解废水中有机物的微生物。当废水中存在难以被一般生活污水中的微生物以正常的速度降解的有机物或含有剧毒物质时，应将驯化后的微生物引入水样中进行接种。本实验拟采取河涌水样，测定其生化需氧量随时间的变化情况，绘制生化需氧量的时间变化曲线，通过实验数据和理论推导理解水质指标BOD5的物理意义，并分析试验误差以及改进实验。三、试剂（一）硫酸锰溶液（由实验室准备）（二）碱性碘化钾溶液（由实验室准备）（三）浓硫酸（由实验室准备）。（四）1％淀粉溶液（由实验室准备）（五）重铬酸钾标准溶液C(1/6K2Cr2O7)=0.0250mol／L（由实验室准备）（六）硫代硫酸钠溶液（学生完成）：通过滴定测得Na2S2O3的体积V0=17.7ml。根据公式M=10.00*0.0250/V0可以得出:M（Na2S2O3）=10.00*0.0250/17.7=0.0141mol/L四、实验步骤（一）采取样内河涌水样，过滤（我们实验没有过滤）。取过滤水样2.5L混合均匀。如果水样中的BOD5大于6mg/L，根据水体污染程度，取过滤水样用稀释水按一定比例稀释到2.5L（稀释了十倍）。取溶解氧瓶8个，平行采集8个溶解氧样品。记录时间。（二）取8个溶解氧样品中的一个，按溶解氧的测定(碘量法)的方法，测定它的溶解氧。记录采样时间。（三）将其余溶解氧样品做好标签与标记，统一放入（20±1）℃的培养箱中保存。（四）每天取出其中的一个溶解氧瓶，按溶解氧的测定(碘量法)的方法，测4定它的溶解氧。记录测定时间。直至将各瓶测定完毕。（五）溶解氧（DO）的计算：(O2，mg／L)=M*Vx*8*1000/100式中：M——硫代硫酸钠溶液的浓度(mol／L)；(1O2—4Na2S2O3)Vx——滴定样品时消耗硫代硫酸钠溶液的体积(m1)。五、计算和分析（一）、每天的DO（溶解氧）的计算和分析由DO的计算公式DO=M*Vx*8*1000/100=0.0141*Vx*10可得每天的DO变化表格：DayVX消耗的Na2SO3(mL)DO（溶解氧，mg/L）0-A18.159.1086（这是两组初始样品数据的DO平均值）0-A28.0017.158.065227.658.629235.706.429645.726.4521655.586.2942464.725.3241674.665.25648数据分析：最后剩余的溶解氧DO=5.26mg/L大于1mg/L,符合《水和废水监测分析方法》要求，数据可信。由专业作图软件Origin得到DO的变化曲线如下：5-10123456785.05.56.06.57.07.58.08.59.09.5DO(mg/L)DayDO(mg/L)TheMutativeCurveofDO分析：从DO的变化曲线发现溶解氧并不是一直向下的趋势，在第二天的数据有向上的趋势(此数据严重偏离曲线，不可信)，第三天和第四天的数据大小变化不大，但是总体依然是向下递减的趋势。（二）、每天的BOD（生化需氧量）的计算和分析由生化需氧量计算公式（稀释了10倍）：（BOD，mg/L）=（DO0-DOX）*10式中：DO0——水样在培养前的溶解氧质量浓度，mg/L；DOx——水样在培养X时间点的溶解氧质量浓度，mg/L。得到每天的BOD变化表格如下：DayBOD（生化需氧量，mg/L）00110.43424.794326.79426.5644528.1436637.8444738.5212数据分析：稀释后的BOD5=2.81mg/L，大于2mg/L，小于6mg/L，符合《水和废6水监测分析方法》要求。BOD的变化曲线如下：-1012345678010203040BOD(mg/L)DayBOD(mg/L)TheMutativeCurveofBOD分析：从DO的变化曲线发现溶解氧并不是一直向上的趋势，在第二天的数据有向下的趋势(此数据严重偏离曲线，不可信)，第三天和第四天的数据大