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(duì)微生物的生長(zhǎng)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(duì)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(guò)程中微生物對(duì)有機(jī)污染物的利用速度：一旦微生物的分解利用速度過(guò)慢，導(dǎo)致處理過(guò)程所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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[6]。

確定處理對(duì)象廢水的可生化性，對(duì)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(guó)內(nèi)外對(duì)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好氧呼吸參量法

微生物對(duì)有機(jī)污染物的好氧降解過(guò)程中，除COD(Chemical Oxygen Demand化學(xué)需氧量)、BOD(Biological Oxygen Demand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(guò)測(cè)定COD、BOD等水質(zhì)指標(biāo)的變化以及呼吸代謝過(guò)程中的O2或CO2含量(或消耗、生成速率)的變化來(lái)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(píng)價(jià)法、微生物呼吸曲線法、CO2生成量測(cè)定法。

1.1水質(zhì)指標(biāo)評(píng)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(píng)價(jià)廢水可生化性的水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)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(guò)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(guò)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(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(lái)評(píng)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B(niǎo)OD/COD>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。

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(guò)儀器測(cè)定，且測(cè)定過(guò)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(lái)上述指標(biāo)測(cè)定方法的發(fā)展、改進(jìn)，國(guó)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(wú)論BOD/COD、BOD/TOD或者BOD/TOC，方法的主要原理都是通過(guò)測(cè)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(lái)判定廢水可生化性的。

該種判定方法的主要優(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(cè)定方法成熟，所需儀器簡(jiǎn)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(guò)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(cè)試條件下才能比較它們的重現(xiàn)性和可比性。測(cè)試條件的任何偏差都將導(dǎo)致極不穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果，稀釋過(guò)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(cè)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(lái)檢驗(yàn)所接種的微生物究竟帶來(lái)多大的誤差，也不知道究竟哪一個(gè)測(cè)量值更接近于真值。實(shí)際上，不同實(shí)驗(yàn)室對(duì)同一水樣的BOD測(cè)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(guò)程或不同實(shí)驗(yàn)室具體操作差異所帶來(lái)的誤差;其次，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)各類(lèi)工業(yè)廢水和城市污水的BOD與COD數(shù)值做了大量的測(cè)定工作，并確定了能表征兩者相關(guān)性的關(guān)系式：

COD=a+bBOD (1)

式(1)中 a=CODnB，b=CODB/BOD

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(huì)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(wú)法反映廢水中有害有毒物質(zhì)對(duì)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(shí)，BOD與COD之間不存在良好的相關(guān)性。

1.2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(guò)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(cè)定耗氧速度的儀器有瓦勃氏呼吸儀和電極式溶解氧測(cè)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(guò)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(duì)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(duì)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(shuō)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(shí)驗(yàn)方法是一致的。

該種判定方法與其他方法相比，操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)周期短，可以滿足大批量數(shù)據(jù)的測(cè)定。但必須指出，用此種方法來(lái)評(píng)價(jià)廢水的可生化性、必須對(duì)微生物的來(lái)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，加之測(cè)定所需的儀器在國(guó)內(nèi)的普及率不高，因此在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用并不廣泛。

1.3CO2生成量測(cè)定法

微生物在降解污染物的過(guò)程中，在消耗廢水中O2的同時(shí)會(huì)生成相應(yīng)數(shù)量的CO2。因此，通過(guò)測(cè)定生化反應(yīng)過(guò)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(cè)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(lái)判定廢水的可生化性，也可以利用CO2/DOC值來(lái)判定廢水的可生化性。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(jiàn)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(guò)觀察微生物新陳代謝過(guò)程中重要的生理生化指標(biāo)的變化來(lái)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)。

2.1脫氫酶活性指標(biāo)法

微生物對(duì)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(duì)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)活化氫的能力)下降。因此，可以利用脫氫酶活性作為評(píng)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(zhǎng)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)。

2.2三磷酸腺苷(ATP)指標(biāo)法

微生物對(duì)污染物的氧化降解過(guò)程，實(shí)際上是能量代謝過(guò)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(guò)測(cè)定細(xì)胞中ATP的水平來(lái)反映微生物的活性程度，并作為評(píng)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(zhǎng)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(jì)數(shù)、DNA測(cè)定法、INT測(cè)定法、發(fā)光細(xì)菌光強(qiáng)測(cè)定法等[19]。

雖然目前脫氫酶活性、ATP等測(cè)定都已有較成熟的方法，但由于這些參數(shù)的測(cè)定對(duì)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(guò)模擬實(shí)際廢水處理過(guò)程來(lái)判斷廢水生物處理可行性的方法。根據(jù)模擬過(guò)程與實(shí)際過(guò)程的近似程度，可以大致分為培養(yǎng)液測(cè)定法和模擬生化反應(yīng)器法。

3.1培養(yǎng)液測(cè)定法

培養(yǎng)液測(cè)定法又稱搖床試驗(yàn)法，具體操作方法是：在一系列三角瓶?jī)?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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)pH值，然后向瓶?jī)?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(guò)程，在一定階段內(nèi)連續(xù)監(jiān)測(cè)三角瓶?jī)?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。

3.2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(guò)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(lái)預(yù)測(cè)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(duì)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(guò)程相同，而且生化反應(yīng)條件也接近實(shí)際值，從水處理研究的角度來(lái)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(guò)程中體現(xiàn)，避免了其他判定方法在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(cè)定法相比，能夠更準(zhǔn)確地說(shuō)明廢水生物處理的可行性。

但正是由于該種判定方法針對(duì)性過(guò)強(qiáng)，各種廢水間的測(cè)定結(jié)果沒(méi)有可比性，因此不容易形成一套系統(tǒng)的理論，而且小試過(guò)程的判定結(jié)果在實(shí)際放大過(guò)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(duì)某種有機(jī)污染物的可生化的判定，通過(guò)對(duì)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(cè)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(kù)(如EU的EINECS數(shù)據(jù)庫(kù))，而且模擬過(guò)程復(fù)雜，耗資大，主要用于預(yù)測(cè)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(lái)還發(fā)展了許多其他方法，如利用多級(jí)過(guò)濾和超濾的方法得到廢水的粒徑分布PSD(particle size distribution)和COD分布來(lái)作為預(yù)測(cè)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(píng)價(jià)廢水的可生化性;利用經(jīng)驗(yàn)流程圖來(lái)預(yù)測(cè)某種有機(jī)污染物的可生化性。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于廢水的可生化性判定方法各有千秋，在實(shí)際操作中應(yīng)根據(jù)廢水的性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)條件來(lái)選擇合適的判定方法。

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