化工制藥廢水處理一直是廢水處理的一個(gè)難點(diǎn)，其具有成分復雜、各種有機物含量高、含鹽量高等特點(diǎn)。目前，化工制藥廢水一般是經(jīng)過(guò)預處理后再進(jìn)入生化處理系統，但生化處理后的外排水也往往存在水質(zhì)不穩定的情況。為此，廢水生化體系的運行過(guò)程中也離不開(kāi)必要的工藝優(yōu)化。

　　眾所周知，廢水的可生化性反映了廢水中有機污染物被生物降解的難易程度，是工程設計的重要依據，也是廢水生化系統運行中工藝優(yōu)化的重要參數，因此，如何評價(jià)廢水的可生化性就變得十分重要。BOD5/CODCr比值法是最經(jīng)典、也是目前最為常用的一種評價(jià)廢水可生化性的方法。然而，由于在BOD及COD的測定過(guò)程中廢水被稀釋了很大的倍數，從幾十倍到幾百倍不等，與實(shí)際的廢水生化系統中COD濃度水平相距甚遠，不可避免地會(huì )給評價(jià)結果帶來(lái)干擾。因此，當采用廢水的B/C作為評價(jià)廢水可生化性的依據時(shí)，在實(shí)際工程應用中常常會(huì )出現偏差。為了更好地為廢水治理工程設計與廢水生化系統運行中的工藝優(yōu)化提供指導，尋找一種能與實(shí)際生化系統具有較高模擬度的廢水可生化性的評價(jià)方法具有十分重要的意義。

　　本研究設計了1個(gè)模擬實(shí)際生化處理池的廢水生化裝置，采用瓦式呼吸儀的反應瓶作為生化微反應器，同時(shí)結合廢水生化體系的多要素對評價(jià)廢水可生化性的方法進(jìn)行了初步的探討。實(shí)際上，除了B/C比值法作為常用的可生化性評價(jià)方法之外，也有許多學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究，如左靜提到用GC-MS法通過(guò)分析廢水中有機物的組成來(lái)推斷其可生化性能，宋秀娟等用相對耗氧速率法來(lái)評價(jià)幾種工業(yè)廢水的可生化性，都能在一定程度上反映廢水的可生化性。然而，采用生化微反應器并結合廢水生化體系的多要素，對廢水可生化性的測定方法所做的研究尚未見(jiàn)文獻報道。

　　一、材料與方法

　　1.1 實(shí)驗裝置

　　SKW-3型微量呼吸檢壓儀(瓦式呼吸儀)，上海大學(xué)研制生產(chǎn)，模擬生物流化床工藝的裝置1套，見(jiàn)圖1。

　　模擬生物流化床工藝裝置的原理：首先，在生物流化床主體內裝入自來(lái)水至容積的3/4，生物流化床主體與循環(huán)泵通過(guò)進(jìn)水管和出水管道相連，進(jìn)水管道位于出水管道上方，打開(kāi)循環(huán)泵，調節進(jìn)水管道閥門(mén)和出水管道閥門(mén)，可使生物流化床主體內處于循環(huán)流動(dòng)的狀態(tài)，再加入可懸浮的填料，如小塊海綿、小懸浮球，然后再加入待檢測的廢水，循環(huán)0.5~1h后，加入預先馴化好的污泥，將微生物菌種加入生物流化床主體內，然后開(kāi)啟氣泵，生物流化床主體與氣泵通過(guò)曝氣管相連，打開(kāi)氣泵，調節氣體轉子流量計和曝氣閥門(mén)，可使生物流化床主體內廢水處于持續曝氣的狀態(tài)，控制溶解氧在2~4mg/L范圍內。

　　1.2 耗氧量的測定方法

　　耗氧量的測定方法：

　　(1)根據需要取一定數量清潔干燥的反應瓶及檢壓管，檢壓管中裝好布洛氏溶液備用，檢壓管安排情況見(jiàn)表1(每組設置2個(gè)平行樣)。

　　(2)將檢壓管磨砂接頭涂上凡士林，塞入反應瓶瓶口，以牛皮筋拉緊使之密封，放入微量呼吸檢壓儀的恒溫水槽(溫度設定為32℃)中，使檢壓管閉管與大氣相通，振搖5min，使反應瓶?jì)葴囟扰c水溫一致。

　　(3)調節各檢壓管中檢壓液的液面至刻度150mm處，然后迅速關(guān)閉各管頂部的三通，使之與大氣隔斷，記錄各檢壓管中閉管液面讀數(此值應在150mm附近)，再開(kāi)啟微量呼吸檢壓儀振搖開(kāi)關(guān)，此時(shí)刻為呼吸耗氧實(shí)驗的開(kāi)始時(shí)刻。

　　(4)在開(kāi)始試驗后的0、0.25、0.5、0.75、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、6.5h，關(guān)閉振搖開(kāi)關(guān)，調整各檢壓管閉管液位至150mm處，并記錄開(kāi)管液位讀數。

　　(5)停止試驗后，取下反應瓶及檢壓管，擦凈瓶口及磨砂接頭上的凡士林，倒去反應瓶中液體，用清水沖洗后置于肥皂水中浸泡，再用清水沖洗后以洗液浸泡過(guò)夜，洗凈后置于55℃烘箱內烘干后備用。

　　(6)耗氧量的計算過(guò)程：

　　1.3 實(shí)驗水質(zhì)

　　耐鹽菌種由上海埃格環(huán)?？萍加邢薰咎峁?。實(shí)驗用水取自上海某制藥化工企業(yè)的高鹽廢水，具體水質(zhì)情況見(jiàn)表2。

　　1.4 水質(zhì)分析方法

　　實(shí)驗水樣的水質(zhì)指標監測主要參考國家環(huán)境保護局葉水和廢水監測分析方法曳(第四版)也5頁(yè)進(jìn)行，檢測項目主要有：SS、SV30、DO、電導率、BOD、COD、氨氮、TP。

　　SS檢測方法采用重量法，SV30檢測方法為取100mL泥水混合液于量筒中沉降30min后，計算污泥所占的體積百分比，DO檢測采用JPB-607A便攜式溶解氧測定儀，電導率檢測采用SX713型測量?jì)x，BOD檢測方法采用五日生化法，COD檢測方法采用重鉻酸鉀法，氨氮檢測方法采用納氏試劑分光光度法，TP檢測方法采用鉬酸銨分光光度法。

　　二、結果與討論

　　2.1 特殊菌種對廢水COD去除率的影響

　　實(shí)際工程的運行經(jīng)驗表明，對于一些難降解的化工制藥廢水，特殊菌種的使用對于廢水COD的去除起到非常重要的作用。為此，本研究采用2種不同的菌種對同一種廢水A進(jìn)行了生化實(shí)驗對比，以考察其COD去除情況。實(shí)驗中2組生化裝置控制相同的初始狀態(tài)，SV30為16%，DO為3.4mg/L，所用廢水的B/C為0.16，分別測定2個(gè)生化桶在換水后24h和48h時(shí)的COD，結果見(jiàn)圖2。

　　由圖2可見(jiàn)，在同一種廢水的對比生化實(shí)驗中，不同菌種的COD去除能力是迥然不同的，菌種a對實(shí)驗所用廢水的COD有明顯的去除效果，在處理前廢水COD為5521.8mg/L的條件下，24hCOD的去除率達到14.8%，而菌種b在類(lèi)似條件下對該廢水的COD幾乎沒(méi)有去除。由此可見(jiàn)，即使是一種B/C很低的廢水，若能使用對癥的特殊菌種，COD去除率是可以提高的。

　　2.2 生化池菌種對廢水可生化性的影響

　　菌種作為生化體系的要素之一，對廢水可生化的程度起到至關(guān)重要的作用，為此，以2.1中的2個(gè)生化裝置作為研究對象，采用瓦式呼吸儀的反應瓶作為生化微反應器，對廢水可生化性的檢測方法進(jìn)行了探討。與常規的瓦式呼吸儀測定法不同的是，本研究中所用的樣品不進(jìn)行泥水分離處理，而是直接從生化裝置中取泥水混合液進(jìn)行測試，以使微反應器中的樣本更接近實(shí)際生化體系。

　　實(shí)驗中設置2個(gè)裝有廢水A的生化桶，桶內分別加入與2.1中同樣的預先已馴化好的生化菌種a、b，對生化桶進(jìn)行曝氣，正常運行1d后，同時(shí)進(jìn)行換水，換水24h后同時(shí)取樣，測定耗氧量。取樣時(shí)，菌種a、b所在2個(gè)桶的SS分別為8380、8562mg/L，DO控制在3.2~3.5mg/L范圍內，SV30分別為15%、13%。2個(gè)生化裝置取樣檢測微反應器中微生物的呼吸量隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

　　由圖3可知，無(wú)論是菌種a還是菌種b所在的生化桶，菌泥樣品中微生物的呼吸量與反應時(shí)間基本上都是線(xiàn)性相關(guān)的規律。菌種a的耗氧量隨時(shí)間的增長(cháng)趨勢明顯大于菌種b，微反應器中反應6h后，菌種a的累積生化呼吸耗氧量達到35.8μg，幾乎是菌種b累積生化呼吸耗氧量的2倍，使用菌種a的生化裝置中廢水COD的去除效果大大優(yōu)于使用菌種b的生化裝置，與2.1的實(shí)驗結果一致。為此，對圖3中曲線(xiàn)做回歸分析得出，菌種a、b的生化呼吸曲線(xiàn)的斜率Ksa、Ksb分別為5.9、3.0，顯然，Ks的高低在很大程度上與生化系統中COD的去除效果相對應，較好地表征了廢水中污染物可被降解的程度。因此，本研究將微生物的生化呼吸曲線(xiàn)的斜率定義為生化呼吸指數(Ks)，用來(lái)表征廢水的可生化性。

　　2.3 生化池SS對廢水可生化性的影響

　　生化池的SS在一定程度上可以代表生化池的微生物濃度，因此SS是系統評價(jià)廢水可生化性時(shí)需要考慮的重要因素。在實(shí)際工程中，好氧生化池的SS一般控制在2000~4000mg/L的范圍內，但有一些工業(yè)廢水的生化池會(huì )適當提高SS來(lái)強化COD的去除，特別是在生物流化床之中，SS常?？刂圃谳^高的水平，如6000~8000mg/L。因此本研究設置6個(gè)不同SS的廢水B的生化桶，配制SS分別為2000、3000、4000、5000、6000、8000mg/L，對SS的影響進(jìn)行考察，桶內均加入預先已馴化好的同種耐鹽菌，對生化桶進(jìn)行曝氣，正常運行1d后，同時(shí)進(jìn)行換水，在換水24h后分別取水樣進(jìn)行實(shí)驗，分別對6個(gè)桶的Ks進(jìn)行測定，廢水的溶解氧控制在3.2~3.6mg/L范圍內，SV30控制在18%~20%，實(shí)驗結果見(jiàn)圖4。

　　由圖4可知，隨著(zhù)SS的增加，Ks呈現線(xiàn)性上升趨勢，這是因為在其他條件相同的情況下，隨著(zhù)SS的增加，生化裝置中微生物濃度提高，廢水中COD可被降解的量也相應增加的緣故。

　　2.4 廢水B/C對廢水Ks的影響

　　為研究廢水的B/C對廢水生化體系Ks的影響，實(shí)驗中設置4個(gè)分別裝有廢水C、D、E、F的生化桶，B/C分別為0.25、0.33、0.38、0.29，桶內均加入預先已馴化好的同種耐鹽菌，對生化桶進(jìn)行曝氣，正常運行1d后，同時(shí)進(jìn)行換水，換水24h后同時(shí)取樣，開(kāi)始耗氧量的測定。取樣時(shí)4個(gè)桶的SS、DO、SV30分別控制在8375~8560mg/L、3.2~3.6mg/L、15%~20%范圍內，結果表明，廢水C、D、E、F的Ks分別為3.3、6.6、7.6、4.7。由此可見(jiàn)，在生化體系的其他條件基本相同的情況下，Ks的大小與B/C基本上呈對應的關(guān)系。

　　2.5 Ks和B/C對生化反應的模擬程度對比

　　為對比廢水的Ks與B/C對生化體系中廢水可生化性的模擬度，本研究在實(shí)驗中設置裝有B/C分別為0.30和0.32的2種廢水G、H的生化桶中，均預先加入同種已馴化好的耐鹽菌種，維持曝氣，正常運行1d后，同時(shí)換水，換水24h后同時(shí)取樣，測定Ks。廢水G、H的SS分別為8868、8598mg/L，DO控制在3.6~3.8mg/L范圍內，SV30分別為22%和25%，結果見(jiàn)圖5。

　　由圖5可見(jiàn)，在B/C相近的2種不同廢水的生化實(shí)驗中，即使用相同的菌種測定Ks，有時(shí)也會(huì )完全不同，廢水G、H的Ks分別為4.3和8.3，這是由于B/C相近的2種廢水，在實(shí)際生化系統中的可被降解性發(fā)生改變的緣故。由此可見(jiàn)，本研究提出的Ks比廢水的B/C更能表征一個(gè)生化體系中廢水實(shí)際的可生化性，這是由于Ks同時(shí)結合了廢水生化體系中廢水特性、菌種、SS和COD水平等多個(gè)要素的緣故。

　　2.6 Ks與COD容積負荷的關(guān)系

　　一般情況下，短時(shí)間內COD的去除率是判斷廢水中污染物可被降解難易程度的重要依據之一，因此在廢水生化系統中，可以采用容易檢測的COD容積負荷作為評價(jià)廢水是否可生化的重要依據之一。為探討Ks與廢水可生化性之間的關(guān)系，在實(shí)驗中設置了9個(gè)COD去除效果不同的生化桶，分別裝有不同的廢水，均預先加入同種已馴化好的耐鹽菌種，維持曝氣，正常運行1d后，同時(shí)進(jìn)行換水，換水24h后同時(shí)取樣，測定Ks與容積負荷。取樣時(shí)9個(gè)桶的DO和SV30分別控制在3.0~3.5mg/L、15%~20%范圍內，剛換完水后的COD、SS分別控制在4500~5500mg/L、5000~6000mg/L范圍內，實(shí)驗結果見(jiàn)圖6。

　　由圖6可知，隨著(zhù)Ks的增加，裝置中廢水生化處理的COD容積負荷幾乎呈直線(xiàn)上升，另一方面，城市污水廠(chǎng)好氧生化池的COD容積負荷一般可以達到0.3~0.4kg/(m3?d)左右，因此筆者認為將曲線(xiàn)中COD容積負荷達到0.2kg/(m3?d)的點(diǎn)作為臨界點(diǎn)是比較合理的。當COD容積負荷達到0.2kg/(m3?d)時(shí)，廢水的Ks大<為5.0，所以不妨把Ks=5.0作為評價(jià)廢水可生化性的判定值。即當Ks<5.0時(shí)，表明這種廢水的可生化性比較差，當Ks≥5.0時(shí)，表明這種廢水的可生化性比較好。

　　三、結論

　　(1)通過(guò)同一種生化廢水的對比實(shí)驗，發(fā)現對于B/C很低的廢水，使用對癥的特殊菌種可在一定程度上提高廢水的COD去除率，通過(guò)進(jìn)一步對不同菌種耗氧量的測定發(fā)現，對癥的特殊菌種耗氧量也較高，對生化呼吸線(xiàn)進(jìn)行回歸分析，發(fā)現在相同HRT的情況下，廢水COD去除率的高低與生化呼吸線(xiàn)的斜率呈對應關(guān)系，因此，本研究提出了一種廢水可生化性的檢測方法，并將測定的指標(生化呼吸線(xiàn)的斜率)定義為生化呼吸指數(Ks)。

　　(2)通過(guò)測定不同SS廢水中微生物的耗氧量發(fā)現，在一定范圍內，Ks是隨著(zhù)SS的增加呈線(xiàn)性上升趨勢的。因此在實(shí)際廢水生化系統的運行工藝中，可以適當提高生化池的SS，從而達到優(yōu)化廢水生化系統運行工藝的目的。

　　(3)通過(guò)對比不同B/C廢水的Ks，發(fā)現在其他條件基本相同的生化體系中，Ks的大小與B/C基本上呈現對應的關(guān)系。

　　(4)通過(guò)B/C相近的2種不同廢水的生化實(shí)驗，發(fā)現Ks比B/C更能表征一個(gè)生化系統中廢水實(shí)際的可生化性，這是因為Ks用來(lái)評價(jià)廢水可生化性時(shí)結合了廢水特性、菌種、SS和COD水平等多個(gè)要素。

　　(5)通過(guò)對比不同廢水生化的COD容積負荷與Ks發(fā)現，隨著(zhù)Ks的增加，裝置中廢水生化處理的COD容積負荷幾乎呈直線(xiàn)上升，與實(shí)際廢水處理工程相結合，將COD容積負荷達到0.2kg/(m3?d)時(shí)對應的Ks=5.0作為評價(jià)廢水可生化性的判定值較為合理，即，當Ks<5.0時(shí)，表明這種廢水的可生化性比較差，當Ks≥5.0時(shí)，表明這種廢水的可生化性比較好。(來(lái)源：上海應用技術(shù)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院；上海市奉賢區環(huán)境監測站；上海埃格環(huán)?？萍加邢薰?