可生化性指標(biāo)

1、可生化性指標(biāo)摘要：廢水的可生化性是廢水重要特征指標(biāo)之一。準(zhǔn)確判斷廢水的可生化性對于處理工藝的設(shè)計(jì)十分重要。文章詳細(xì)介紹了國內(nèi)外目前應(yīng)用的各項(xiàng)廢水可生化性指標(biāo)的概念、原理及應(yīng)用過程中的優(yōu)勢和不足，為處理工藝中廢水可生化性判定指標(biāo)的選擇提供了參考和指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：廢水；可生化性；評價(jià)指標(biāo)前言廢水的可生化性（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

2、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1-5o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(shí)間過長，在實(shí)際的廢水工程中很難實(shí)現(xiàn)，因此,一般也認(rèn)為該種廢水的可生化性不高6o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(shí)驗(yàn)法以及綜合模型法等。1好氧呼吸參量

3、法微生物對有機(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(shí)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(shí)，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(jià)法、微生物呼吸曲線法、CO2生成量測定法。1.1 水質(zhì)指標(biāo)評價(jià)法BOD5/CODCr比值法是最經(jīng)典、也是目前最為常用的一種評價(jià)廢水可生化性的水質(zhì)指

4、標(biāo)評價(jià)法70BOD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（五大生化需氧量）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)污染物的曲鼻思單。傳統(tǒng)觀點(diǎn)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(jià)廢水在好氧條件下的微生物可降解性。目前普遍認(rèn)為，BOD/COD<0.3的廢水屬于難生物降解廢水，在進(jìn)行必要的預(yù)處理之前不易采用好氧生物處理；而BOD/COD

5、>0.3的廢水屬于可生物降解廢水。該比值越高，表明廢水采用好氧生物處理所達(dá)到的效果越好8,9,10。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)11。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

6、方法的主要優(yōu)點(diǎn)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(gè)經(jīng)驗(yàn)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(yàn)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(shí)，我們又很難找到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接種材料來檢驗(yàn)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(gè)測量值更接近于真值。實(shí)際上，不同實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室具體操作差異

7、所帶來的誤差12;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：COD=a+bBOD式（1）中a=CODnB,b=CODB/BODCODnB一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1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(shí)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

8、懸浮、膠體污染物時(shí)，BOD與COD之間不存在良好的相關(guān)性13o1.2 微生物呼吸曲線法微生物呼吸曲線是以時(shí)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)14。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15。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(shí)，耗氧速率恒定，耗氧量與時(shí)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(diǎn)的直線，其斜率即表示內(nèi)源呼吸時(shí)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(shí)的耗氧速率，經(jīng)一段時(shí)間曲

9、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(shí)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可生化性判定方法一耗氧曲線法，雖然圖的含義不同，但是與微生物呼吸曲線法的原理和實(shí)驗(yàn)方法是一致的。圖1微生物呼吸曲線圖FigurelTheoxyg

10、enconsumptioncurves該種判定方法與其他方法相比，操作簡單、實(shí)驗(yàn)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(jià)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(shí)間等條件作嚴(yán)格的規(guī)定16,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。1.3 CO2生成量測定法微生物在降解污染物的過程中，在消耗廢水中O2的同時(shí)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17。目前最常用的方法為斯特姆測定法，反應(yīng)時(shí)間為28d,可以比較CO2的實(shí)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C

11、O2/DOC值來判定廢水的可生化性18。由于該種判定實(shí)驗(yàn)需采用特殊的儀器和方法，操作復(fù)雜，僅限于實(shí)驗(yàn)室研究使用，在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用還未見報(bào)道。2微生物生理指標(biāo)法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、三磷酸腺甘（ATP）。脫氫酶活性指標(biāo)法微生物對有機(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(shí)，它的活性（單位時(shí)間內(nèi)活化

12、氫的能力）下降。因此，可以利用脫氫酶活性作為評價(jià)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）。三磷酸腺甘（ATP）指標(biāo)法微生物對污染物的氧化降解過程，實(shí)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。三磷酸腺甘（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(jià)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14（有機(jī)污染物）。此外，微生物

13、生理指標(biāo)法還有細(xì)菌標(biāo)準(zhǔn)平板計(jì)數(shù)、DNA測定法、INT測定法、發(fā)光細(xì)菌光強(qiáng)測定法等19。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。3模擬實(shí)驗(yàn)法模擬實(shí)驗(yàn)法是指直接通過模擬實(shí)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(shí)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)液測定法培養(yǎng)液測定法又稱搖床試驗(yàn)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

14、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(shí)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(xiàng)指標(biāo)：pH、COD或某污染物濃度的變化。模擬生化反應(yīng)器法模擬生化反應(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(shí)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(shí)驗(yàn)法采用的微生物、廢水與實(shí)際過程相同，而且生化反應(yīng)條件也接近實(shí)際值，從水處理研

15、究的角度來講，相當(dāng)于實(shí)際處理工藝的小試研究，各種實(shí)際出現(xiàn)的影響因素都可以在實(shí)驗(yàn)過程中體現(xiàn)，避免了其他判定方法在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的誤差，且由于實(shí)驗(yàn)條件和反應(yīng)空間更接近于實(shí)際情況，因此模擬實(shí)驗(yàn)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(shí)際放大過程中也可能造成一定的誤差。4綜合模型法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(jì)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