废水处理设计--难生物降解（一）

一、难生物降解概念

构思之前，我也查询了一些资料，对术语“难生物降解”找到了一个很好的定义:“如果一个化合物在一种特定的环境下，经历任意长时间仍然保持它的同一性，就可将这个化合物定义为难生物降解化合物（持久顽固性物质）”。

也应该指出，可以生物降解的化学品在某些环境条件下可能变成难生物降解物质。厌氧状态可以保存一些有机体使它们变成难生物降解物，像保存在泥炭沼泽中人类的遗体、原油和琥珀中的昆虫等。而其他一些物质，如高氯化脂肪族化合物在厌氧状态下却会促进其生物降解。

进水中可生物降解毒物浓度和反应器中毒物量并无相关性。因为对细菌有反应的难生物降解化合物浓度是与微生物相接触的浓度。在发生在反应器中的生物转化往往使得难生物降解物质浓度与进水中相比是减少了。

因此，反应器中难生物降解物质浓度或者与微生物相接触的生物膜中和颗粒污泥中的浓度的重要性是第一位的，而废水中难生物降解成分的浓度对反应器工艺稳定性来说其重要性则是第二位的。因此，选择合适的反应器构型并对微生物进行驯化可以使进水中毒性大但可以生物降解的化合物在厌氧状态下顺利代谢使反应器中毒性物质的浓度相对较低。

由于生化方法处理有机废水，效果较好，且运转费用较低，所以大多数均采用此种方法处理。在采用生化方法处理前，应先了解这些污染物的生化可降解性及其对降解微生物的毒性。

前者判断是否可以直接进行生化法处理，如生化可降解性较差，就应进行必要的预处理，改变污染的生化降解特性。对于有毒的污染物，也应采取相应的措施，将其毒性降至最低。

生化法处理有机废水时，又根据微生物对氧的需求分为好氧、厌氧及兼氧等系统，在选择系统时，可以根据有机污染的性质及其浓度来决定。

二、有机污染物的生化降解性探讨

有机化合物生物可降解性可有几种情况:

①有机化合物很容易生物降解，对降解微生物没有毒性；

②不容易生物降解，对降解微生物没有毒性；

③不容易生物降解，对降解微生物具有毒性。

因此一个有机化合物除了能不能生物降解以外，还有有没有毒性的问题，如果有毒性，除了本身不能降解以外，还会对整个综合废水处理过程造成危害。

废水的可生化性，习惯上都是以BOD/COD值判断的。一般认为，当比值在0.30~0.35以上即认为是容易生物降解的，但也经常出现假阳性和假阴性的现象。

假阴性表现为BOD/COD值很小，但实际上很易生化处理，发生假阴性的原因主要是:一般是在测定BOD/CODc值时，菌种没有经过驯化，因此所测BOD/COD值较小，但是在实际工程中，由于经过一段时间的驯化，处理效果还是比较好的。

另外将用来表示在好氧条件下的生物可降解性的指标BOD/COD值扩大到厌氧的条件下，有些化合物如分子质量大的聚醚在好氧条件下不被微生物所降解，但在厌氧条件下却仍可生物降解（当分子质量小时厌氧好氧均可降解），所以就会出现假阴性。原因是将好氧条件下的生化可降解性搬到厌氧条件下。

因此在厌氧条件下，用BOD/COD值来表示有机化合物的生物可降解性就必须特别慎重，虽然在大多数的情况下，BOD/COD值可以粗略表示其生物可降解性，但在个别的情况下，就会有一定的差异。

假阳性表现为BOD/COD值较大，但在实际处理过程中往往效果不好，甚至彻底失败，所以危害性更大，产生假阳性的原因一般有两种情况:

（1）COD测试中的问题一般COD表示废水中有机化合物总量的多少，但是有个别有机化合物，它们在测CODc的条件下，不易被重铬酸钾所氧化，例如环己烷等，它们的CODc接近于0，这样它的BOD/COD值误差就相当大。在这种情况下，BOD/COD值就很难来表示其生物可降解性。

（2）对微生物具有抑制作用的物质存在时，也会出现假阳性的情况。这是常见的原因。因为，在测定BOD时，根据测定的需要，要将其浓度稀释至COD较低的浓度，而废水处理时进水的COD却较高，这时，在测定 BOD时，抑制物质对生物降解的不利作用就可能被掩盖，而在实际废水处理时，其对废水的毒害作用却显露出来，而造成假阳性，即BOD/COD值较大，而实际处理效果极低或甚至微生物死亡，造成处理彻底失败。

对微生物具有抑制作用的物质有两大类:即无机盐类及对微生物有毒害作用的无机或有机化合物，前者如较高浓度的氯化钠等盐类，后者如无机硫化物、硝基苯类化合物。由于废水的毒性不但影响本身的降解和处理，也会影响综合废水的处理，所以废水毒性的测试也很重要。

化合物的毒性及生物可降解性和其结构有一定的关系，但不能用简单的有机化学电子理论来解释，因为生化反应较之要复杂得多。

三、生化降解基质规律探讨

1）一/二级基质的比值

对于二级代谢要求一级基质和二级基质有一定的比值。如果废水中本身没有一级基质则可以补充像甲醇这样的物质作为电子供体或共代谢物。此外，对于许多难生物降解物质一级基质和二级基质(难生物降解化合物)的比值比进水中难生物降解化合物的绝对浓度更为重要。

例如，如果废水中没有其他可生物降解有机物则3mg/L的三氯甲烷可能对微生物有破坏作用。但是，如果废水中甲醇的浓度相当于3000mg/LCOD时，适当用三氯甲烷驯化微生物后可能3mg/L的三氯甲烷对工艺的连续运行几乎没有什么影响。如果补充更多的甲醇可以使微生物连续代谢三氯甲烷，则三氯甲烷在反应器内由于伴生的生物转化使它的浓度低到对微生物无抑制作用。

2）偶发代谢

废水中难生物降解污染物常常是低浓度，无法提供足够的能量来维持微生物的代谢。加入一级基质使偶发代谢可能发生，特别是对于高氯化有机物。

举个栗子，有一个研究，主要结果是发现如果工人在金属加工厂与铅接触的同时又消化食物的话，就能在某种程度上防止吸收全部铅污染物只是吸收很小部分铅污染物。以后，对所有的工人都供应热早餐用以减少与金属污染有关的疾病。正如吃了食物改变了毒物的结局一样，只要存在着共代谢物就能偶发生物代谢难生物降解有机物。

3）普通共代谢

甲醇是一种最经济有效的能使有机氯化合物进行二级生物转化的共代谢物。乙醇，乳酸盐和葡萄糖也常被选作共代谢物。例如，加入丁酸或葡萄糖作为一级基质可诱发对苯二酸和对甲苯甲酸降解。

4）生物转化与生物体浓度和接触时间的乘积有关

大多数生物转化的发生是微生物浓度和接触时间的乘积的函数。难生物降解物质的特点就是生物降解非常慢，为此需要更大的微生物浓度或者延长接触时间。在工业废水处理系统的运行中应该体现这一原则。

在很多工业废水处理中，如煤化工废水中含有大量有毒的和难生物降解化合物，这些化合物传统上被认为是不可生物降解的。幸运的是在当今越来越多的产生难生物降解有机物的同时出现了一些创新的生物处理技术，这些新的生物处理技术称为共基质或者称为难生物降解物质共代谢物二级处理。当然，还有一些环保公司也在研究生物酶处理技术。

如果加入像甲醇、乙酸、乳酸这样的一级基质就会产生足够的能量供难生物降解有机物进行偶发生物降解或进行二级生物降解。如果给予足够的时间就能驯化微生物并对从前的“不可生物降解的物质”进行稳定的处理。

现今采用将生化反应设计成适宜于长期进行驯化的构型这类专门的技术，并使通常存在的基本酶通过延长微生物与难生物降解的有机物的接触时间得到驯化和增强，可以代谢许多氯基、磺基、硝基和氨基取代物以及一些醚类化合物。

此外，许多含有低浓度难生物降解有机物的工业废水具有足够的BOD和COD可作为一级基质供二级代谢，而不需要向废水中补充其他电子供体。

其实，在工业废水处理运行中，很多现场运行的工程师也发现，如果在日常的运行过程中，尤其是是废水中含难降解污染物时，加入一些葡萄糖、乙酸钠、复合碳源等，就会发现那些难生物降解的污染物去除率有所提升。那么，在工程设计中，可以考虑设计上这些辅助设施。当然，具备生化小试条件的，可以以试验加以验证。