煤化工有機廢水可生化性能評價方法探討

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

煤化工有機廢水處理一直是化工廢水處理的一個難點，其特點主要表現(xiàn)在有機成分復雜、對微生物毒性強、降解難度大。現(xiàn)今，煤化工企業(yè)多采用有機溶劑提取回收、深度氧化、物理吸附等手段進行預處理后，再進入生化水處理系統(tǒng)，但生化處理后的外排廢水水質不穩(wěn)定，未達標的情況依然存在。由此可見，提前判斷有機廢水的生化性能對提高廢水的出水效率及出水質量有著重要的意義[1-4]。

1 煤化工廢水可生化性

廢水的可生化性也稱廢水的生物可降解性，即廢水中有機污染物被生物降解的難易程度，是廢水的重要特性之一。廢水可生化性存在差異的主要原因在于所含有機物的種類不同，其一般可分為3大類：Ⅰ類為易被微生物分解的小分子有機物；Ⅱ類為不易被微生物降解的雜環(huán)、苯環(huán)等結構穩(wěn)定的大分子有機物；Ⅲ為抑制微生物生長及有抗菌作用的醇類、酚類。故對于廢水的可生化性能，可以通過水質的生化指標來判斷，如BOD5、CODCr、TOC等。也可通過分析廢水中有機物的理化性質間接判斷，如UV254紫外分光光度法以及GC-MS法等。但最接近工藝生化過程的是反應微生物生長情況的生化實驗法，如模擬生化實驗法、微生物生理指標法。

本文對最為常用的B/C判斷法、GC-MS法以及模擬生化實驗法進行比較，探討了各種方法的優(yōu)缺點、適用領域等，為合理分析煤化工有機廢水的可生化性提供參考。

2 可生化性評價方法

2.1 B/C判斷法

BOD5/CODCr比值法最經典，也是目前最為常用的一種評價廢水可生化性的水質常規(guī)理化指標評價方法。BOD是生化需氧量的簡稱，是表示水中需氧有機物含量的一個綜合指標，通常在規(guī)定條件下，將水樣在20℃的暗處培養(yǎng)5d，計為BOD5(5d生化需氧量)，表示水中可生物降解有機物。CODCr是指利用化學氧化劑(K2Cr2O7)徹底氧化廢水中有機污染物過程中所消耗氧的量，通常將CODCr代表廢水中有機污染物的總量。一般考慮廢水的B/C，如果在0.3以上，認為可生物處理；如果低于0.2，基本可不用考慮生化處理；在0.2～0.3之間時，嘗試如何提高B/C，如水解酸化、高級氧化等[5]。用此比值評價廢水的可生化性，盡管方法簡單可行，但比較粗略，是一種常規(guī)式的判斷。在特殊情況下，會出現(xiàn)有的B/C比值低，但生物處理效果良好，或者有的B/C比值高，但生化處理不理想的現(xiàn)象。這是因為BOD5和COD之間存在以下關系：

CODCr=a+bBOD5

又因為：CODCr=CODB+CODNB

綜合兩式可知：a=CODNBb=CODB/BOD5

式中，CODNB代表了不能被生物降解的無機鹽如硫化物、硫代硫酸鹽、亞硫酸鹽、亞鐵離子等，CODB代表能被微生物降解的有機物質，a表示CODNB，b表示CODB/BOD5。

可見，BOD5和COD不是單純的比例線性關系，且CODB/BOD5的比值系數(shù)b受水體溫度、pH值、水中含氧量以及水體中有機化合物成分差異的影響，不同環(huán)境條件以及不同的水體都會產生較大差異，用單一的比值對水體的可生化性能進行判斷的做法顯然是不全面的。

2.2 GC-MS法

通過分析廢水中有機物的組成來推斷其可生化性能是一種具有追根溯源意義的方法。分析測定廢水中有機物的種類、含量和轉化規(guī)律，對改善生化法、處理煤化工有機廢水具有理論指導作用[6]。水中有機物一般可分為揮發(fā)性有機物(VOC)以及半揮發(fā)性有機物(S-VOC)，常用的方法有GC、LC、GC-MS、LC-MS等。其中GC-MS靈敏度高、定性鑒別能力強，能滿足快速分析復雜組分有機化合物的要求，是分析水中有機物組成的首選方法。呂曉立等[7，8]利用GC-MS對某石油化工污染場地地下水進行分析，結果表明，檢出的揮發(fā)性有機物共3大類27種，其中氯代苯類為主要污染源。岳巖等[9]考察了石化污水處理廠“水解酸化-厭氧處理-好氧處理”工藝的各單元出水中有機污染物的變化情況，結果見表1和表2，從中可以看出COD檢測值與GC-MS檢測結果成對應關系：水中有機物的組分越復雜、含量越多，COD值越高，可生化性差。同時，GC-MS結果還顯示醛、醇、酯、胺、酚類等在好氧單元出水中去除率高，可生化性高；而雜環(huán)類化合物處理難度較大，可生化性低。

大量的實驗研究及相關標準表明，GC-MS在水質有機物的分析中扮演著越來越重要的角色。借用GC-MS檢測手段，結合工藝實驗，對優(yōu)選水處理工藝方案有十分重要的指導作用。但由于GC-MS儀器成本高，同時樣品前處理復雜，要求檢測人員對圖譜具有一定判別、分析的能力。故現(xiàn)階段普及度不高，多作為研究水中有機物對其生化性能影響的科研手段或用作前期工藝方案的篩選及評價。總進水及各處理單元出水中有機物的種類及含量見表1。

注：采用GC-MS定量分析各有機物含量。

2.3 模擬生化實驗法

模擬生化實驗法指在實驗室內模擬生化反應環(huán)境，用目標廢水進行生化培養(yǎng)實驗。根據(jù)模擬過程，可以大致分為培養(yǎng)液測定法和模擬生化反應器法。

培養(yǎng)液測定法是模擬環(huán)境因素對生化處理能力影響的方法。測定培養(yǎng)環(huán)境的溫度、pH值、水中營養(yǎng)物質的多少以及微生物的種群情況都將直接影響生化的效率。模擬生化反應器法是借用曝氣池、厭氧反應器等，作為微生物生長的媒介及場所，通過實驗過程獲得MLSS濃度、溫度、DO、F/M比等各種因素對生物處理的影響，從而預測廢水處理設施的去除效果。楊春、呂錫武等[10]人在折流板厭氧反應器工藝(ABR)處理生活污水的實驗中發(fā)現(xiàn)，在反應器啟動穩(wěn)定后，微生物的種類得到優(yōu)化，有機生化效率得到提高。

模擬實驗法的優(yōu)勢在于生化反應條件接近實際值，相當于實際處理工藝的小試研究。實際生產中出現(xiàn)的各種情況都可能在實驗中體現(xiàn)出來，既避免了其他判定方法在實驗中出現(xiàn)的誤差，也可以通過實驗調試改變部分環(huán)境條件，從而降低后期實際生產中的風險。因此，模擬實驗法與培養(yǎng)液測定法相比，能夠更準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，各種廢水間的測定結果沒有可比性，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果在實際放大過程中也可能造成一定的誤差[11]。

3 可生化性評價方法對比分析

B/C判斷法、GC-MS法、模擬生化實驗法分別通過水質常規(guī)檢測指標、水中難生化有機物種類及含量、模擬環(huán)境下的微生物生長狀況這3方面來分析污水的可生化性能。3種代表性方法的優(yōu)缺點及適用領域、判定方法的對比見表3。

4 結語

綜上所述，B/C判斷法是一種常規(guī)的經典判定方法，但隨著煤化工產業(yè)的發(fā)展和環(huán)保的要求不斷提升，面對生化性能不理想、出水質量不穩(wěn)定的問題時，可通過GC-MS等手段分析污水中的有機物組成，從而對工藝的產污環(huán)節(jié)進行控制或優(yōu)化。同時進行模擬實驗，考察環(huán)境因素對生化環(huán)節(jié)的影響，調整生產環(huán)節(jié)中的相關因素，形成快速判斷、源頭分析、效果優(yōu)化的全面水生化性能評價方法。