5点pH值滴定法测定VFA方法的研究-许传珍

第25卷第1期市政技术Vol.25No.12007年1月MunicipalEngineeringTechnologyJanuary,2007文章编号:1009-7767(2007)01-0054-035点pH值滴定法测定VFA方法的研究许传珍1,孙春宝1,郝二成2,周军2(1.北京科技大学环境工程系,北京100083;2.北京城市排水集团有限责任公司工程咨询分公司,北京100022)摘要:在厌氧消化中,VFA挥发性脂肪酸是一个非常重要的监测指标。通过对其原理和详细的实验步骤介绍了简便易操作的5点pH值滴定法来测定VFA,并通过试验确定了该方法对测定低含量VFA同样适用。关键词:废水厌氧处理;VFA挥发性脂肪酸;5点pH值滴定法中图分类号:X703.1文献标识码:BResearchofMeasuringVFAbyTitrationofpHValuein5PointsXUChuan-zhen,SUNChun-bao,HAOEr-cheng,ZHOUJun1VFA的概述VFA(VolatileFattyAcids)挥发性脂肪酸广泛存在于自然界中。在废水厌氧处理过程中,有机物的生物降解分为酸性发酵和碱性发酵两个过程。在酸性发酵过程中,大分子复杂有机物经增溶和水解作用,转变成可溶性简单有机物(如低聚糖、肽氨基酸等),再进一步发酵生成短链脂肪酸(如乙酸、丙酸和丁酸),这些酸在常压下容易挥发,形成挥发性脂肪酸,它是厌氧消化过程的中间产物,包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸以及它们的异构体。厌氧消化过程中,挥发性脂肪酸是厌氧消化过程中的重要中间产物。有机物质厌氧消化酸化阶段的主要产物就是挥发酸,甲烷菌主要利用挥发酸形成甲烷。酸化过程对挥发酸的监测可以很好的了解有机物质的降解进程,可以反映出甲烷菌的活跃程度或反应器的运行情况。较高的挥发酸浓度不仅对甲烷菌有抑制作用,对有机物质的降解也有反馈抑制作用。在碱性发酵(即甲烷化)过程中,VFA被甲烷化细茵在微碱性环境中转化为甲烷和二氧化碳。因此,厌氧处理的成功主要由两方面决定:增溶-水解程度(即VFA产生量)和甲烷化菌工作情况。在污水脱氮除磷过程中,VFA作为易利用的碳源,其含量的多少又决定着除磷效率的高低。另外,在利用数学模型进行模拟分析时,确定COD组分时有的模型需要用到VFA的测定,而且其值的准确与否关系到模拟的准确程度。因此,准确测定VFA的含量十分重要。所以,在厌氧消化中,挥发性脂肪酸是一个非常重要的监测指标。25点pH值滴定法目前,测定VFA的方法主要有蒸馏法、气相色谱法、5点pH值滴定法等。国内应用较多的是蒸馏法和气相色谱法,且大部分是用来测定厌氧消化过程中产生的高浓度的VFA;在南非和瑞典等国家应用5点pH值滴定法的较多。鉴于5点pH值滴定法测定VFA,方法简单、容易操作、测定时间短,需要的仪器一般实验室都具备,且测定结果较准确,对低浓度VFA的测定也比较精确,它配有可靠的数据处理程序TITRA5.EXE(5点pH值滴定法数据分析程序),因此本文着重介绍此法,但该法要求操作人员认真、仔细。2.1滴定原理5P-VFA法中,对于碱度首先存在着一个宏观上的平衡关系式(1),其含义为5点中某一滴定点x下的碱度M(以mol计)等于滴定最终点即第5点时所消耗HCl量Ve·Ca(以mol计)与某滴定点下所消耗HCl量Vx·Ca之差,即中和碱度M需要的HCl量。其次,碱度还可以表示为微观离子组成关系式(2),即某一滴定点x下的碱度M等于此时溶液中存在的与碱度相关的所有离子物质量之和。Mtotalalkx=Ve·Ca-Vx·Ca(1)收稿日期:2006-09-05作者简介:许传珍(1979-),女,山东莱芜人,助理工程师,在读硕士研究生,研究方向:环境工程。2007年第1期图1TITRA5程序输入界面和输出界面式中:Mtotalalkx为加入Vx标准强酸溶液后的总碱度;Ve为滴定最终点时加入的标准强酸溶液体积(L);Vx为滴定到某一点x,pH等于pHx时消耗的标准强酸溶液体积(L);Ca为标准强酸溶液浓度(mol/L)。Mtotalalkx={[HCO-3]x+2[CO2-3]x+[A-]x+[OH-]x·[H+]x}·(Vx+Vs)(2)式中:[y]x表示离子y在滴定到某一点x下的浓度(mol/L);[A-]为离解后的短链脂肪酸根浓度(mol/L);Vs为被滴定的样品体积(L)。另外,根据弱酸的电离平衡有(3)～(7)式。对于碱度:[H+]X[HCO-3]X[H2CO*3]X=K′C1(3)[H+]X[CO2-3]X[HCO-3]X=K′C2(4)CT=[H2CO*3]X+[HCO-3]X+[CO2-3]X(5)对于VFA:[H+]X[A-]X[HA]X=K′a(6)AT=[HA]X+[A-]X(7