一、廢水可生化性

　　廢水生物處理是以廢水中所含污染物作為營養(yǎng)源，利用微生物的代謝作用使污染物被降解、廢水得以凈化。顯然，如果廢水中的污染物不能被微生物降解，生物處理是無效的。如果廢水中的污染物可被微生物降解，則在設(shè)計(jì)狀態(tài)下廢水可獲得良好的處理效果。但是當(dāng)廢水中突然進(jìn)入有毒物質(zhì)，超過微生物的忍受限度時(shí)，將會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生抑制或毒害作用，使系統(tǒng)的運(yùn)行遭到嚴(yán)重破壞。因此對(duì)廢水成分的分析以及判斷廢水能否采用生物處理是設(shè)計(jì)廢水生物處理工程的前提。

　　所謂廢水 可生化性的實(shí)質(zhì)是指廢水中所含的污染物通過微生物的生命活動(dòng)來改變污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而改變污染物的化學(xué)和物理性能所能達(dá)到的程度。研究污染物可生化性的目的在于了解污染物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)能否在生物作用下分解到環(huán)境所允許的結(jié)構(gòu)形態(tài)，以及是否有足夠快的分解速度。所以對(duì)廢水進(jìn)行可生化性研究只研究可否采用生物處理，并不研究分解成什么產(chǎn)物，即使有機(jī)污染物被生物污泥吸附而去除也是可以的。因?yàn)樵谕Ａ魰r(shí)間較短的處理設(shè)備中，某些物質(zhì)來不及被分解。允許其隨污泥進(jìn)入消化池逐步分解。事實(shí)上，生物處理并不要求將有機(jī)物全部分解成CO2、H2O和硝酸鹽等，而只要求將水中污染物去除到環(huán)境所允許的程度。

　　多年來，國內(nèi)外在各類有機(jī)物生物分解性能的研究方面積累了大量的資料，以化工廢水中常見的有機(jī)物為例，各種物質(zhì)的可降解性可歸納于表--【各類有機(jī)物的可降解性及特例】。

　　在分析污染物的可生化性時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

　�、僖恍┯袡C(jī)物在低濃度時(shí)毒性較小，可以被微生物所降解。但在濃度較高時(shí)，則表現(xiàn)出對(duì)微生物的強(qiáng)烈毒性，常見的酚、氰、苯等物質(zhì)即是如此。如酚濃度在1%時(shí)是一種良好的殺菌劑，但在300mg/L以下，則可被經(jīng)過馴化的微生物所降解。

　�、趶U水中常含有多種污染物，這些污染物在廢水中混合后可能出現(xiàn)復(fù)合、聚合等現(xiàn)象，從而增大其抗降解性。有毒物質(zhì)之間的混合往往會(huì)增大毒性作用，因此，對(duì)水質(zhì)成分復(fù)雜的廢水不能簡(jiǎn)單地以某種化合物的存在來判斷廢水生化處理的難易程度。

　�、鬯�接種的微生物的種屬是極為重要的影響因素。不同的微生物具有不同的酶誘導(dǎo)特性，在底物的誘導(dǎo)下，—些微生物可能產(chǎn)生相應(yīng)的誘導(dǎo)酶，而有些微生物則不能，從而對(duì)底物的降解能力也就不同。目前廢水處理技術(shù)已發(fā)展到采用特效菌種和變異菌處理有毒廢水的階段，對(duì)有毒物質(zhì)的降解效率有了很大提高�，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)鐮刀霉(Fusarium)、諾卡氏菌(Nocardia)等具有分解氰與腈的能力;假單孢菌(如食酚極毛桿菌Pseudomonas phenolphagum、解酚極毛桿菌Pseudomonas phenolicum)、小球菌(Micrococcus)等具有很強(qiáng)的降解酚的能力.在厭氣發(fā)酵過程中，假單孢菌的一些種以及黃桿菌(Flavobacterium)都具有很強(qiáng)的產(chǎn)酸能力，甲烷疊球菌(Methanococcus)等具有很高的產(chǎn)氣能力。

　　目前，國內(nèi)外的生物處理系統(tǒng)大多采用混合菌種，通過廢水的馴化進(jìn)行自然的誘導(dǎo)和篩選，馴化程度的好壞，對(duì)底物降解效率有很大影響，如處理含酚廢水，在馴化良好時(shí)，酚的接受濃度可由幾十毫克/升提高到500—600mg/L。

　　④pH值、水溫、溶解氧、重金屬離子等環(huán)境因素對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖及污染物的存在形式有影響，因此，這些環(huán)境因素也間接地影響廢水中有機(jī)污染物的可降解程度。

　　由于廢水中污染物的種類繁多，相互間的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，所以一般應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)廢水的可生化性，判斷采用生化處理的可能性和合理性。

　　表 各類有機(jī)物的可降解性及特例

　　二、可生化性的評(píng)價(jià)方法

　　1.BOD5/COD值法

　　BOD5和COD是廢水生物處理過程中常用的兩個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，用BOD5/COD值評(píng)價(jià)廢水的可生化性是廣泛采用的一種最為簡(jiǎn)易的方法。在一般情況下，BOD5/COD值愈大，說明廢水可生物處理性愈好。綜合國內(nèi)外的研究結(jié)果，可參照表--【廢水可生化性評(píng)價(jià)參考數(shù)據(jù)】所列數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)廢水的可生化性。

　　表 廢水可生化性評(píng)價(jià)參考數(shù)據(jù)

　　在使用此法時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

　�、倌承�廢水中含有的懸浮性有機(jī)固體容易在COD的測(cè)定中被重鉻酸鉀氧化，并以COD的形式表現(xiàn)出來。但在BOD反應(yīng)瓶中受物理形態(tài)限制，BOD數(shù)值較低，致使BOD5/COD值減小，而實(shí)際上懸浮有機(jī)固體可通過生物絮凝作用去除，繼之可經(jīng)胞外酶水解后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)被氧化，其BOD5/COD值雖小，可生物處理性卻不差。

　�、贑OD測(cè)定值中包含了廢水中某些無機(jī)還原性物質(zhì)(如硫化物、亞硫酸鹽、亞硝酸鹽、亞鐵離子等)所消耗的氧量，BOD5測(cè)定值中也包括硫化物、亞硫酸鹽、亞鐵離子所消耗的氧量。但由于COD與BOD5測(cè)定方法不同，這些無機(jī)還原性物質(zhì)在測(cè)定時(shí)的終態(tài)濃度及狀態(tài)都不盡相同，亦即在兩種測(cè)定方法中所消耗的氧量不同，從而直接影響B(tài)OD5和COD的測(cè)定值及其比值。

　　③重鉻酸鉀在酸性條件下的氧化能力很強(qiáng)，在大多數(shù)情況下，COD值可近似代表廢水中全部有機(jī)物的含量。但有些化合物如吡啶不被重鉻酸鉀氧化，不能以COD的形式表現(xiàn)出需氧量，但卻可能在微生物作用下被氧化，以BOD5的形式表現(xiàn)出需氧量，因此對(duì)BOD5/COD值產(chǎn)生很大影響。

　　綜上所述，廢水的BOD5/COD值不可能直接等于可生物降解的有機(jī)物占全部有機(jī)物的百分?jǐn)?shù)，所以，用BOD5/COD值來評(píng)價(jià)廢水的生物處理可行件盡管方便，但比較粗糙，欲做出準(zhǔn)確的結(jié)論，還應(yīng)輔以生物處理的模型實(shí)驗(yàn)。

　　2.BOD5/TOD值法

　　對(duì)于同一廢水或同種化合物，COD值一般總是小于或等于TOD值，不同化合物的COD/TOD值變化很大，如吡啶為2%，甲苯為45%，甲醇為100%，因此，以TOD代表廢水中的總有機(jī)物含量要比COD準(zhǔn)確，即用BOD5/TOD值來評(píng)價(jià)廢水的可生化性能得到更好的相關(guān)性。

　　通常，廢水的TOD由兩部分組成，其一是可生物降解的了TOD(以了TODB表示)，其二是不可生物降解的TOD(以TODNB表示)，即：

　　圖 TOD的代謝模式

　　在微生物的代謝作用下，TODB中的一部分氧化分解為CO2和H2O，一部分合成為新的細(xì)胞物質(zhì)。合成的細(xì)胞物質(zhì)將在內(nèi)源呼吸過程中被分解，并有一些細(xì)胞殘骸最終要剩下來。上述有機(jī)物的生物降解過程可用圖--【TOD的代謝模式】表示.

　　根據(jù)圖--【TOD的代謝模式】，可建立如下關(guān)系式：

　　在碳化階段，BOD反應(yīng)接近一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，其BOD5與BODu的關(guān)系為BOD5=BODu.(1-10-5K)，將此式代入式(3)中，整理得：

     式(4)揭示了廢水中的BOD5與TOD的內(nèi)在聯(lián)系。整理可得：

     式(5)可作為評(píng)價(jià)廢水可生化性的基本公式。式中包含兩個(gè)因素，其—是反映有機(jī)物的可生物降解程度(TODB/TOD);其二是反映有機(jī)物的生物降解速度( )，二者之積則表示有機(jī)物的可生化性。采用BOD5/TOD值評(píng)價(jià)廢水可生化性時(shí)，有些研究者推薦采用表--【廢水可生化性評(píng)價(jià)參考數(shù)據(jù)】所列標(biāo)準(zhǔn)。

　　表 廢水可生化性評(píng)價(jià)參考數(shù)據(jù)

　　有的研究者對(duì)幾種化學(xué)物質(zhì)用未經(jīng)馴化的微生物接種，測(cè)定逐日BODt和TOD，再以BODt/TOD值與測(cè)定時(shí)間t作圖，得圖--【幾種物質(zhì)的BOD/TOD值】所示的四種形式的關(guān)系曲線。Ⅰ型(乙醇)所示為生化性良好，宜用生化法處理。Ⅰ型表示乙睛雖然對(duì)微生物無毒害作用，但其生物降解性能較差，這樣的污染物需經(jīng)過一段時(shí)間的微生物馴化，才能確定是否可用生化法處理。Ⅱ型所示乙醚的生物降解性能更差，而且還有一定抑制作用，這樣的污染物需經(jīng)過更長(zhǎng)時(shí)間的微生物馴化，才能做出判斷。Ⅳ型所示吡啶對(duì)微生物只有強(qiáng)抑制作用，在不馴化條件下難于生物分解。

圖 幾種物質(zhì)的BOD/TOD值

　　在測(cè)定BOD5時(shí)是否采用馴化菌種對(duì)BOD5/TOD值及評(píng)價(jià)結(jié)論影響很大。例如，吡啶以不同的微生物接種，表現(xiàn)出不同的BOD5/TOD 值(見圖--【不同接種對(duì)吡啶 值的影響】)，從而會(huì)得到不同的結(jié)論。因此，為使研究工作勺以后的生產(chǎn)條件相近，在測(cè)定廢水或有機(jī)化合物的BOD5時(shí)，必須接入馴化菌種。

圖 不同接種對(duì)吡啶 值的影響

　　3耗氧速率法

　　在有氧條件下，微生物在代謝底物時(shí)需消耗氧。表示耗氧速度(或耗氧量)隨時(shí)間而變化的曲線，稱為耗氧曲線。投加底物的耗氧曲線稱為底物耗氧曲線;處于內(nèi)源呼吸期的污泥耗氧曲線稱為內(nèi)源呼吸曲線。在微生物的生化活性、溫度、pH值等條件確定的情況下，耗氧速度將隨可生物降解有機(jī)物濃度的提高而提高，因此，可用耗氧速率來評(píng)價(jià)廢水的可生化性。

　　耗氧曲線的特征與廢水中有機(jī)污染物的性質(zhì)有關(guān)，圖--【微生物呼吸耗氧曲線】所示為幾種典型的耗氧曲線。

　　a為內(nèi)源呼吸線，當(dāng)微生物處于內(nèi)源呼吸期時(shí)，其耗氧量?jī)H與微生物量有關(guān)，在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)耗氧速度是恒定的，所以內(nèi)源呼吸線為一條直線。若廢水中有機(jī)污染物的耗氧曲線與內(nèi)源呼吸線重合時(shí)，說明有機(jī)污染物不能被微生物所分解，但對(duì)微生物也無抑制作用。

　　b為可降解有機(jī)污染物的耗氧曲線，此曲線應(yīng)始終在內(nèi)源呼吸線的上方。起始時(shí)，因反應(yīng)器內(nèi)可溶解的有機(jī)物濃度高，微生物代謝速度快，耗氧速度也大，隨著有機(jī)物濃度的減小，耗氧速度下降，最后微生物群體進(jìn)入內(nèi)源代謝期，耗氧曲線與內(nèi)源呼吸線平行。

　　c為對(duì)微生物有抑制作用的有機(jī)污染物的耗氧曲線。該曲線接近橫坐標(biāo)愈近，離內(nèi)源呼吸線愈遠(yuǎn)，說明廢水中對(duì)微生物有抑制作用的物質(zhì)的毒性愈強(qiáng)。

　　在圖--【微生物呼吸耗氧曲線】中，與b類耗氧曲線相應(yīng)的廢水是可生物處理的，在某一時(shí)間內(nèi)，b與a之間的間距愈大，說明廢水中的有機(jī)污染物愈易于生物降解。曲線b上微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸時(shí)的時(shí)間tA，可以認(rèn)為是微生物氧化分解廢水中可生物降解有機(jī)物所需的時(shí)間。在tA時(shí)間內(nèi)，有機(jī)物的耗氧量與內(nèi)源呼吸耗氧量之差，就是氧化分解廢水中有機(jī)污染物所需的氧量。根據(jù)圖示結(jié)果及COD測(cè)定值、混合液懸浮固體MLSS(或混合液揮發(fā)性懇浮固體MLVSS)測(cè)定值，可以計(jì)算出廢水中有機(jī)物的氧化百分率，計(jì)算式如下:

　　。

　　另一種做法是用相對(duì)耗氧速度R(%)來評(píng)價(jià)廢水的可生化性，計(jì)算公式如下：

      式中 Va——投加有機(jī)物的耗氧速度，mgO2/gMLSS·h;

　　Vb——內(nèi)源呼吸耗氧速度，mgO2/gMLSS·h。

　　Va與Vb一般應(yīng)采用同一測(cè)定時(shí)間的平均值。圖--【不同有機(jī)物的相對(duì)耗氧曲線】所示是不同有機(jī)污染物可能出現(xiàn)的四種相對(duì)耗氧速度曲線。

　　a類曲線 相應(yīng)的有機(jī)污染物不能被微生物分解，對(duì)微生物的活性亦無抑制作用。

　　b類曲線 相應(yīng)的有機(jī)污染物是可生物降解的物質(zhì)。

　　c類曲線 相應(yīng)的有機(jī)污染物在一定濃度范圍內(nèi)可以生物降解，超過這一濃度范圍時(shí)。則對(duì)微生

　　由于影響有機(jī)污染物耗氧速度的因素很多， 物產(chǎn)生抑制作用。

　　d類曲線 相應(yīng)的有機(jī)污染物不可生物降解，且對(duì)微生物具有毒害抑制作用。一些重金屬離子也有與此相同的作用。

　　所以用耗氧曲線定量評(píng)價(jià)有機(jī)物的可生化性時(shí)，需對(duì)活性污泥的來源、馴化程度、濃度、有機(jī)物濃度、反應(yīng)溫度等條件作出嚴(yán)格的規(guī)定。測(cè)定耗氧量及耗氧速度的方法較多，如華氏呼吸儀測(cè)定法、曝氣式呼吸儀測(cè)定法、雙瓶呼吸計(jì)測(cè)定法、溶解氧測(cè)定儀測(cè)定法等。

　　4.搖床試驗(yàn)與模型試驗(yàn)

　　(1)搖床試驗(yàn) 又稱振蕩培養(yǎng)法，是一種間歇投配連續(xù)運(yùn)行的生物處理裝置。搖床試驗(yàn)是在培養(yǎng)瓶中加入馴化活性污泥、待測(cè)物質(zhì)及無機(jī)營養(yǎng)鹽溶液，在搖床上振搖，培養(yǎng)瓶中的混合液在搖床振蕩過程中不斷更新液面，使大氣中的氧不斷溶解于混合液中，以供微生物代謝有機(jī)物之用，經(jīng)過一定時(shí)間間隔后，對(duì)混合液進(jìn)行過濾或離心分離，然后測(cè)定清液的COD或BOD，以考察待測(cè)物質(zhì)的去除效果。

　　搖床上可同時(shí)放置多個(gè)培養(yǎng)瓶，因此搖床試驗(yàn)可一次進(jìn)行多種條件試驗(yàn)，對(duì)于選擇最佳操作條件非常有利。

　　日本在1968年曾規(guī)定合成洗滌劑的可生物降解性試驗(yàn)必須采用搖床法。試驗(yàn)使用的污泥應(yīng)為馴化污泥。合成洗滌劑濃度應(yīng)為30mg/L，要求經(jīng)過7日培養(yǎng)后應(yīng)達(dá)85%以 圖 間歇流反應(yīng)器上的去除率。

間歇流反應(yīng)器

　　(2)模型試驗(yàn) 是指采用生化處理的模型裝置考察廢水的可生化性。模型裝置通�？煞譃殚g歇流和連續(xù)流反應(yīng)器兩種。

　　間歇流反應(yīng)器模型試驗(yàn)是在間歇投配馴化活性污泥和待測(cè)物質(zhì)及無機(jī)營養(yǎng)鹽溶液的條件下連續(xù)曝氣充氧來完成的。在選定的時(shí)間間隔內(nèi)取樣分析COD或BOD等水質(zhì)指標(biāo)，從而確定待測(cè)物質(zhì)或廢水的去除率及去除速率。常用的間歇流反應(yīng)器如圖--【間歇流反應(yīng)器】所示。

　　連續(xù)流反應(yīng)器是指連續(xù)進(jìn)水、出水，連續(xù)回流污泥和排除剩余污泥的反應(yīng)器。用這種反應(yīng)器研究廢水的可生化性時(shí)，要求在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定，通過測(cè)定進(jìn)、出水的COD等指標(biāo)來確定廢水中有機(jī)物的去除速率及去除率。連續(xù)流反應(yīng)器的形式多種多樣，這種試驗(yàn)是對(duì)連續(xù)流污水或廢水處理廠的模擬，試驗(yàn)時(shí)可階段性地逐漸增加待測(cè)物質(zhì)的濃度，這對(duì)于確定待測(cè)物質(zhì)的生物處理極限濃度很有意義。如果對(duì)某種廢水缺乏應(yīng)有的處理經(jīng)驗(yàn)時(shí)，這種試驗(yàn)完全可以為設(shè)計(jì)研究人員合理選擇處理工藝參數(shù)提供有效的幫助。

　　采用模型試驗(yàn)確定廢水或有機(jī)物的可生化性的優(yōu)點(diǎn)是成熟和可靠，同時(shí)可進(jìn)行生化處理?xiàng)l件的探索，求出廢水的合理稀釋度、廢水處理時(shí)間及其他設(shè)計(jì)與運(yùn)行參數(shù)。缺點(diǎn)是耗費(fèi)的人力物力較大，需時(shí)較長(zhǎng)。具體參見污水寶商城資料或http://szhmdq.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　除上述各種方法外，還有動(dòng)力學(xué)常數(shù)法、彼特(P.Pitter)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定法、脫氫酶活性法等方法用于研究廢水的可生化性。