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廢水的可生化性(Biodegradability)，也稱廢水的生物可降解性，即廢水中有機(jī)污染物被生物降解的難易程度，是廢水的重要特性之一。廢水存在可生化性差異的主要原因在于廢水所含的有機(jī)物中，除一些易被微生物分解、利用外，還含有一些不易被微生物降解、甚至對微生物的生長產(chǎn)生抑制作用，這些有機(jī)物質(zhì)的生物降解性質(zhì)以及在廢水中的相對含量決定了該種廢水采用生物法處理(通常指好氧生物處理)的可行性及難易程度。在特定情況下，廢水的可生化性除了體現(xiàn)廢水中有機(jī)污染物能否可以被利用以及被利用的程度外，還反映了處理過程中微生物對有機(jī)污染物的利用速度：一旦微生物的分解利用速度過慢，導(dǎo)致處理過程所需時間過長，在實際的廢水工程中很難實現(xiàn)，因此，一般也認(rèn)為該種廢水的可生化性不高。確定處理對象廢水的可生化性，對于廢水處理方法的選擇、確定生化處理工段進(jìn)水量、有機(jī)負(fù)荷等重要工藝參數(shù)具有重要的意義。國內(nèi)外對于可生化性的判定方法根據(jù)采用的判定參數(shù)大致可以分為好氧呼吸參量法、微生物生理指標(biāo)法、模擬實驗法以及綜合模型法等。
微生物對有機(jī)污染物的好氧降解過程中，除COD(ChemicalOxygenDemand化學(xué)需氧量)、BOD(BiologicalOxygenDemand生化需氧量)等水質(zhì)指標(biāo)的變化外，同時伴隨著O2的消耗和CO2的生成。好氧呼吸參量法是就是利用上述事實，通過測定COD、BOD等水質(zhì)指標(biāo)的變化以及呼吸代謝過程中的O2或CO2含量(或消耗、生成速率)的變化來確定某種有機(jī)污染物(或廢水)可生化性的判定方法。根據(jù)所采用的水質(zhì)指標(biāo)，主要可以分為：水質(zhì)指標(biāo)評價法、微生物呼吸曲線法、CO2生成量測定法。BOD5/CODCr比值法是最經(jīng)典、也是目前最為常用的一種評價廢水可生化性的水質(zhì)指標(biāo)評價法。BOD是指有氧條件下好氧微生物分解利用廢水中有機(jī)污染物進(jìn)行新陳代謝過程中所消耗的氧量，我們通常是將BOD5(五天生化需氧量)直接代表廢水中可生物降解的那部分有機(jī)物。CODCr是指利用化學(xué)氧化劑(K2Cr2O7)徹底氧化廢水中有機(jī)污染物過程中所消耗氧的量，通常將CODCr代表廢水中有機(jī)污染物的總量。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為BOD5/CODCr，即B/C比值體現(xiàn)了廢水中可生物降解的有機(jī)污染物占有機(jī)污染物總量的比例，從而可以用該值來評價廢水在好氧條件下的微生物可降解性。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--【廢水可生化性評價參考數(shù)據(jù)】所列數(shù)據(jù)評價廢水的可生化性。在各種有機(jī)污染指標(biāo)中，總有機(jī)碳(TOC)、總需氧量(TOD)等指標(biāo)與COD相比，能夠更為快速地通過儀器測定，且測定過程更加可靠，可以更加準(zhǔn)確地反映出廢水中有機(jī)污染物的含量。隨著近幾年來上述指標(biāo)測定方法的發(fā)展、改進(jìn)，國外多采用BOD/TOD及BOD/TOC的比值作為廢水可生化性判定指標(biāo)，并給出了一系列的標(biāo)準(zhǔn)。但無論BOD/COD、BOD/TOD或者BOD/TOC，方法的主要原理都是通過測定可生物降解的有機(jī)物(BOD)占總有機(jī)物(COD、TOD或TOC)的比例來判定廢水可生化性的。該種判定方法的主要優(yōu)點在于：BOD、COD等水質(zhì)指標(biāo)的意義已被廣泛了解和接受，且測定方法成熟，所需儀器簡單。但該判定方法也存在明顯不足，導(dǎo)致該種方法在應(yīng)用過程中有較大的局限性。首先，BOD本身是一個經(jīng)驗參數(shù)，必須在嚴(yán)格一致的測試條件下才能比較它們的重現(xiàn)性和可比性。測試條件的任何偏差都將導(dǎo)致極不穩(wěn)定的測試結(jié)果，稀釋過程、分析者的經(jīng)驗以及接種材料的變化都可以導(dǎo)致BOD測試的較大誤差，同時，我們又很難找到一個標(biāo)準(zhǔn)接種材料來檢驗所接種的微生物究竟帶來多大的誤差，也不知道究竟哪一個測量值更接近于真值。實際上，不同實驗室對同一水樣的BOD測試的結(jié)果重現(xiàn)性很差，其原因可能在于稀釋水的制備過程或不同實驗室具體操作差異所帶來的誤差；其次，國內(nèi)外學(xué)者對各類工業(yè)廢水和城市污水的BOD與COD數(shù)值做了大量的測定工作，并確定了能表征兩者相關(guān)性的關(guān)系式：CODnB—不能被生物降解的那部分有機(jī)物的COD值；CODB—能被生物降解的那部分有機(jī)物的COD值。根據(jù)公式可以看出，BOD/COD值不能表示可生物降解的有機(jī)物占全部有機(jī)物的比值，只有當(dāng)a值為零時廢水的BOD/COD比值才是常數(shù)；最后，廢水的某些性質(zhì)也會使采用該種方法判定廢水可生化性產(chǎn)生誤差甚至得到相反的結(jié)論，如：BOD無法反映廢水中有害有毒物質(zhì)對于微生物的抑制作用，當(dāng)廢水中含有降解緩慢的有機(jī)污染物懸浮、膠體污染物時，BOD與COD之間不存在良好的相關(guān)性。
1、某些廢水中含有的懸浮性有機(jī)固體容易在COD的測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。2、COD測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測定方法不同，這些無機(jī)還原性物質(zhì)在測定時的終態(tài)濃度及狀態(tài)都不盡相同，亦即在兩種測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值來評價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驗。微生物呼吸曲線是以時間為橫坐標(biāo)，以生化反應(yīng)過程中的耗氧量為縱坐標(biāo)作圖得到的一條曲線，曲線特征主要取決于廢水中有機(jī)物的性質(zhì)。測定耗氧速度的儀器有瓦勃氏呼吸儀和電極式溶解氧測定儀。
微生物內(nèi)源呼吸曲線：當(dāng)微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸期時，耗氧速率恒定，耗氧量與時間呈正比，在微生物呼吸曲線圖上表現(xiàn)為一條過坐標(biāo)原點的直線，其斜率即表示內(nèi)源呼吸時耗氧速率。如圖1所示，比較微生物呼吸曲線與微生物內(nèi)源呼吸曲線，曲線a位于微生物內(nèi)源呼吸曲線上部，表明廢水中的有機(jī)污染物能被微生物降解，耗氧速率大于內(nèi)源呼吸時的耗氧速率，經(jīng)一段時間曲線a與內(nèi)源呼吸線幾乎平行，表明基質(zhì)的生物降解已基本完成，微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸階段；曲線b與微生物內(nèi)源呼吸曲線重合，表明廢水中的有機(jī)污染物不能被微生物降解，但也未對微生物產(chǎn)生抑制作用，微生物維持內(nèi)源呼吸，曲線c位于微生物內(nèi)源呼吸曲線下端，耗氧速率小于內(nèi)源呼吸時的耗氧速率，表明廢水中的有機(jī)污染物不能被微生物降解，而且對微生物具有抑制或毒害作用，微生物呼吸曲線一旦與橫坐標(biāo)重合，則說明微生物的呼吸已停止，死亡。將微生物呼吸曲線圖的橫坐標(biāo)改為基質(zhì)濃度，則變?yōu)榱硪环N可生化性判定方法—耗氧曲線法，雖然圖的含義不同，但是與微生物呼吸曲線法的原理和實驗方法是一致的。該種判定方法與其他方法相比，操作簡單、實驗周期短，可以滿足大批量數(shù)據(jù)的測定。但必須指出，用此種方法來評價廢水的可生化性、必須對微生物的來源、濃度、馴化和有機(jī)污染物的濃度及反應(yīng)時間等條件作嚴(yán)格的規(guī)定，加之測定所需的儀器在國內(nèi)的普及率不高，因此在國內(nèi)的應(yīng)用并不廣泛。微生物在降解污染物的過程中，在消耗廢水中O2的同時會生成相應(yīng)數(shù)量的CO2。因此，通過測定生化反應(yīng)過程CO2的生成量，就可以判斷污染物的可生物降解性。目前最常用的方法為斯特姆測定法，反應(yīng)時間為28d，可以比較CO2的實際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量來判定廢水的可生化性，也可以利用CO2/DOC值來判定廢水的可生化性。由于該種判定實驗需采用特殊的儀器和方法，操作復(fù)雜，僅限于實驗室研究使用，在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用還未見報道。微生物與廢水接觸后，利用廢水中的有機(jī)物作為碳源和能源進(jìn)行新陳代謝，微生物生理指標(biāo)法就是通過觀察微生物新陳代謝過程中重要的生理生化指標(biāo)的變化來判定該種廢水的可生化性。目前可以作為判定依據(jù)的生理生化指標(biāo)主要有：脫氫酶活性、三磷酸腺苷(ATP)。微生物對有機(jī)物的氧化分解是在各種酶的參與下完成的，其中脫氫酶起著重要的作用：催化氫從被氧化的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一物質(zhì)。由于脫氫酶對毒物的作用非常敏感，當(dāng)有毒物存在時，它的活性(單位時間內(nèi)活化氫的能力)下降。因此，可以利用脫氫酶活性作為評價微生物分解污染物能力的指標(biāo)：如果在以某種廢水(有機(jī)污染物)為基質(zhì)的培養(yǎng)液中生長的微生物脫氫酶的活性增加，則表明微生物能夠降解該種廢水(有機(jī)污染物)。微生物對污染物的氧化降解過程，實際上是能量代謝過程，微生物產(chǎn)能能力的大小直接反映其活性的高低。三磷酸腺苷(ATP)是微生物細(xì)胞中貯存能量的物質(zhì)，因而可通過測定細(xì)胞中ATP的水平來反映微生物的活性程度，并作為評價微生物降解有機(jī)污染物能力的指標(biāo)，如果在以某種廢水(有機(jī)污染物)為基質(zhì)的培養(yǎng)液中生長的微生物ATP的活性增加，則表明微生物能夠降解該種廢水(有機(jī)污染物)。此外，微生物生理指標(biāo)法還有細(xì)菌標(biāo)準(zhǔn)平板計數(shù)、DNA測定法、INT測定法、發(fā)光細(xì)菌光強(qiáng)測定法等。雖然目前脫氫酶活性、ATP等測定都已有較成熟的方法，但由于這些參數(shù)的測定對儀器和藥品的要求較高，操作也較復(fù)雜，因此目前微生物生理指標(biāo)法主要還是用于單一有機(jī)污染物的生物可降解性和生態(tài)毒性的判定。模擬實驗法是指直接通過模擬實際廢水處理過程來判斷廢水生物處理可行性的方法。根據(jù)模擬過程與實際過程的近似程度，可以大致分為培養(yǎng)液測定法和模擬生化反應(yīng)器法。培養(yǎng)液測定法又稱搖床試驗法，具體操作方法是：在一系列三角瓶內(nèi)裝入某種污染物(或廢水)為碳源的培養(yǎng)液，加入適當(dāng)N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)pH值，然后向瓶內(nèi)接種一種或多種微生物(或經(jīng)馴化的活性污泥)，將三角瓶置于搖床上進(jìn)行振蕩，模擬實際好氧處理過程，在一定階段內(nèi)連續(xù)監(jiān)測三角瓶內(nèi)培養(yǎng)液物理外觀(濃度、顏色、嗅味等)上的變化，微生物(菌種、生物量及生物相等)的變化以及培養(yǎng)液各項指標(biāo)：pH、COD或某污染物濃度的變化。模擬生化反應(yīng)器法是在模型生化反應(yīng)器(如曝氣池模型)中進(jìn)行的，通過在生化模型中模擬實際污水處理設(shè)施(如曝氣池)的反應(yīng)條件，如：MLSS濃度、溫度、DO、F/M比等，來預(yù)測各種廢水在污水處理設(shè)施中的去除效果，及其各種因素對生物處理的影響。由于模擬實驗法采用的微生物、廢水與實際過程相同，而且生化反應(yīng)條件也接近實際值，從水處理研究的角度來講，相當(dāng)于實際處理工藝的小試研究，各種實際出現(xiàn)的影響因素都可以在實驗過程中體現(xiàn)，避免了其他判定方法在實驗過程中出現(xiàn)的誤差，且由于實驗條件和反應(yīng)空間更接近于實際情況，因此模擬實驗法與培養(yǎng)液測定法相比，能夠更準(zhǔn)確地說明廢水生物處理的可行性。但正是由于該種判定方法針對性過強(qiáng)，各種廢水間的測定結(jié)果沒有可比性，因此不容易形成一套系統(tǒng)的理論，而且小試過程的判定結(jié)果在實際放大過程中也可能造成一定的誤差。綜合模型法主要是針對某種有機(jī)污染物的可生化的判定，通過對大量的已知污染物的生物降解性和分子結(jié)構(gòu)的相關(guān)性利用計算機(jī)模擬預(yù)測新的有機(jī)化合物的生物可降解性，主要的模型有：BIODEG模型、PLS模型等。綜合模型法需要依靠龐大的已知污染物的生物降解性數(shù)據(jù)庫(如EU的EINECS數(shù)據(jù)庫)，而且模擬過程復(fù)雜，耗資大，主要用于預(yù)測新化合物的可生化性和進(jìn)入環(huán)境后的降解途徑。除以上的可生化性判定方法之外，近年來還發(fā)展了許多其他方法，如利用多級過濾和超濾的方法得到廢水的粒徑分布PSD(particlesizedistribution)和COD分布來作為預(yù)測廢水可生化性的指標(biāo)；利用耗氧量、生化反應(yīng)某端產(chǎn)物、生物活性值聯(lián)合評價廢水的可生化性；利用經(jīng)驗流程圖來預(yù)測某種有機(jī)污染物的可生化性。綜上所述，目前國內(nèi)外對于廢水的可生化性判定方法各有千秋，在實際操作中應(yīng)根據(jù)廢水的性質(zhì)和實驗條件來選擇合適的判定方法。
來源：環(huán)保工程師
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