废水处理设计--难生物降解（二）

一、有机化合物化学结构与生物可降解性间的关系，总结起来,可以归纳为以下几点

1.有机化合物

凡天然存在的有机化合物极大部分是具有生物可降解性的因为这类化合物在自然界是由生物合成的方法形成的，在过程中，很多酶参与了反应，而很多酶反应大多数是可逆的。因此，这类化合物可以在生物降解过程中很容易被相应的酶所分解。当然有个别化合物可能不被活性污泥所降解，但是可以找到其他微生物，如霉菌或真菌等对其进行降解等。

2.烃类化合物

其中包括脂肪烃、芳香烃、烯烃、炔烃等，对于烃类化合物来说，由于C-H键比较牢固，其生物可降解性较差，介于生物可降解性和生物不可降解性之间。一般而言，长碳链的烃类化合物比短碳链的化合物易于降解。例如，长碳链的石油烃可以用来制备石油蛋白，苯环上有甲基等基团要比没有基团的苯要容易生物降解，因为在这种情况下，生物降解可以不从苯环开始，而先从甲基开始降解为苯甲酸再由苯甲酸降解，这样其生物降解就容易多了。

大部分烃类对微生物的毒性较小，只是在高浓度时，由于烃类化合物以油污的形态将活性污泥包结起来，影响微生物的呼吸而阻碍生化反应的进行。

在分子中引人双键或三键会增加生物降解的难度，从这一点可以看出，一个化合物的化学稳定性和生物稳定性有时是截然相反的，就脂肪烃而言，其生物可降解性的次序为:烷烃>烯烃>炔烃，到炔烃时，已基本上难以生物降解，并且其毒性也会增加。而在化学活性中，烯烃和炔烃均较烷烃来得活泼。

从烃类化合物的碳键而言，具有伯碳原子的化合物比具有仲碳原子的化合物容易生物降解，叔碳原子，季碳原子的化合物相继更难生物降解，到季碳原子化合物时已基本不可生物降解。

上述这些因素不但是烃类的特征，也是其他类别有机化合物的难降解因素，例如，丙醇的BOD/COD值约为0.625，而丙炔醇的BOD/COD值仅为0.02，正丁醇的BOD/COD值为0.55，而叔丁醇的BOD/COD值为零，属于不能生物降解的物质。因此，可以说上述因素是一种结构因素。

提高其生物可降解性的预处理技术主要是根据其污染成分的性质，采用混凝沉降，气浮或气提等技术，减少废水中烃类的含量。

3.卤烃

卤烃的生物降解性较差，分子中卤素原子越多越难生化降解，在一个碳原子上卤素原子越多，生化降解越难，化合物的毒性并随卤素原子的增加而增强。又如一碳卤素化合物的生化可降解性的序列为:一氯甲烷>二氯甲烷>氯仿>四氯化碳，从氯仿开始即对降解微生物，如活性污泥产生抑制作用。 同样，它也是一个结构因素。如乙醇、乙醛、苯酚及苯胺等均易生化降解，但氯乙醇、氯乙醛或三氯乙醛等其 BOD/CODc值几乎均接近零。

当一些尚可生物降解的含卤素化合物进行生化处理时，还必须注意一个问题，即在生物降解过程中，有机卤素化合物不断无机化而释放出卤化氢，如盐酸，并使被处理的废水的pH不断下降，当浓度高时会抑制生化反应的进一步进行。为此，在生化处理这类废水时，就必须不断添加碱液进行中和，或采用完全混合式的水处理系统，并提高进水 pH，以改善生物降解的条件。

提高卤烃生物可降解性的预处理技术可以是碱性水解或金属还原。例如，氯仿废水，可用石灰水解使其转化为甲酸盐，然后用一般的生化法进行处理，而DDT等的废水，可用金属还原法处理，如可用铁、锌、铝等金属偶，使其进行脱卤反应，这样在进行脱毒处理后，就可以用生化的方法来进行处理。

4.醇类化合物

醇是一类容易生物降解的物质，但丙炔醇、氯乙醇、叔丁醇都是生物难降解的物质，这不是醇类的生物可降解性差，而是在这些分子中引入了生物难降解因素，如双键、三键、卤素及叔碳碳键的原因。

5.醚类化合物

醚类化合物一般均属于生物难降解类化合物，但对微生物的毒性不大。例如乙醚、吗啉均含有醚键，其BOD均为零。但C2H5OC2H4OH仍属于生物可降解性类化合物，因为生物降解可从分子一端羟基部位开始，破坏醚键，从而达到生物降解的目的。

生物可降解性则要看其分子质量的大小来决定，相对分子质量越大，生物降解越难，相对分子质量越小，则更容易生物降解（一般情况哦，不是绝对，不要抬杠哦）。一般而言，当相对分子质量大于20000时，在好氧的条件下已经难以生物降解，但在这样条件下，仍可在厌氧的条件下进行生物降解。

6.醛、酮、酸、酯、酚、醌、酰胺、腈类化合物

这几类均为容易降解的化合物，除非有其他影响生物降解的因素存在，如卤素、含叔碳原子的基团，如乙醛为易降解的化合物，但三氯乙醛为生物难降解化合物，并对降解微生物具有较大的毒性。苯酚可以生物降解，但卤代酚、叔丁基酚均为生物难降解化合物。另外个别化合物具有杀菌作用，如甲醛、苯酚，则在生化处理时，要使其在废水中的浓度降低到抑菌浓度以下，一般进水浓度宜控制在300~600mg/L以下。

7.硝基、亚硝基、偶氮化合物等类化合物

这一类化合物均为生物难降解化合物，其中硝基、亚硝基化合物除BOD值较低以外，对微生物还具有较大的毒性，偶氮化合物的毒性较小，常是染料废水、印染废水中的主要成分。

为了对这些化合物进行生化处理，人们常培养特种的微生物作为降解微生物。但是，在这种情况下，进水中的这些化合物的浓度仍要求很低，一般要求在5~10mg/L以下。相应的，硝基酚、硝基苯胺等都是生物难降解化合物。 为了降低其毒性，可以考虑硫酸亚铁或铁炭法进行还原，将硝基、亚硝基、偶氮基团等还原成苯胺类化合物，使其顺利地进行生化处理。

8.胺类及铵类化合物

胺类及铵类化合物的生物可降解性和其氮原子上的取代基团的数目多少有关。其生物易降解程序为:伯胺>仲胺>叔胺>季铵，一般认为伯胺容易生物降解，仲胺较伯胺稍困难些，叔胺及季铵已进人生物不可降解的范围。

此外，长碳链季铵盐还具有强烈的泡沫作用及对微生物具有杀灭作用，这对生物降解都是非常不利的。芳胺类化合物也均属于生物易降解化合物，除非有其他难降解因素存在。

9.有机硫化合物

在工业废水中常见的有机硫化合物有洗涤剂、水溶性的染料等，在洗涤剂中有有机硫酸盐和有机磺酸盐两大类，当其长碳链是直链时，其生物降解性较好，如有较多的侧链时，则其生物降解性较差，而烷基硫酸盐的生物降解性又比烷基磺酸盐容易生物降解。 此外，有机硫化合物中的硫醚及砜等的生物降解性均较差。

与卤素化合物生物降解的情况类似，在生物降解时，有机硫化合物会无机化而产生硫酸，因此，当浓度高时，在生物降解时，其介质的pH也会不断地下降，因此也需要不断地添加碱液中和产生的硫酸，或使用完全混合式的生化处理系统，并提高进水的pH，有时可以大于10。

10.杂环化合物

杂环化合物的情况比较复杂，但大多数情况下，只要没有上述的生物降解不利因素存在，并且降解微生物经过一段时间的驯化，基本上也是可以生化处理的。一些吡啶、喹啉等化合物生物可降解性较差，但在硝酸盐存在下，可以有较好的降解特性。

11.有机元素化合物

大多数的有机元素化合物的生物降解性均较差，如有机磷酸酯、有机汞及有机锡等。这类化合物一般多需要首先将其无机化，然后进行生化处理。因此，在处理农药有机磷酸酯的情况下，首先进行水解，使磷酸游离出来，然后进行生化处理。

12.水溶性的高分子化合物

其规律是在同一系列中分子质量越大，生物降解性能越差。

13.具有杀菌作用的成分

除已在上面所说的生物难降解因素以外，在工业中，特别在医药工业中还会遇到一些具有杀菌作用的化合物。例如土霉素生产中产生的废水常含有微量的残余效价及草酸等，对厌氧处理中的产甲烷气具有抑制作用，因此在厌氧处理前，必须采用铁盐/石灰处理，将残余效价破坏，以保证生化处理的正常进行。

综上所述,可将生物难降解性物质归纳如下:

1.碳氢化合物,特别是含有双键三键、叔碳、季碳原子碳架的化合物

2.卤素化合物*

3.醚类化合物

4.硝基、亚硝基及氧化态的有机氮化合物*

5.叔氨及季铵盐类化合物*

6.硫醚及砜类化合物

7.某些元素化合物,如有机汞、有机磷、有机锡等*

8.同系列中,分子质量较大的高分子化合物

9.某些杂环化合物

10.具有杀菌作用的化合物*

(以上凡带有*号的，可能对微生物具有毒性)。这些不但是难降解的化合物，而且也是废水难降解因素，一旦一个分子中引入了这些因素，均会造成生物降解的困难。