(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

煤化工有機(jī)廢水處理一直是化工廢水處理的一個(gè)難點(diǎn)，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在有機(jī)成分復(fù)雜、對(duì)微生物毒性強(qiáng)、降解難度大?，F(xiàn)今，煤化工企業(yè)多采用有機(jī)溶劑提取回收、深度氧化、物理吸附等手段進(jìn)行預(yù)處理后，再進(jìn)入生化水處理系統(tǒng)，但生化處理后的外排廢水水質(zhì)不穩(wěn)定，未達(dá)標(biāo)的情況依然存在。由此可見，提前判斷有機(jī)廢水的生化性能對(duì)提高廢水的出水效率及出水質(zhì)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(jī)污染物被生物降解的難易程度，是廢水的重要特性之一。廢水可生化性存在差異的主要原因在于所含有機(jī)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(jī)物；Ⅱ類為不易被微生物降解的雜環(huán)、苯環(huán)等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的大分子有機(jī)物；Ⅲ為抑制微生物生長及有抗菌作用的醇類、酚類。故對(duì)于廢水的可生化性能，可以通過水質(zhì)的生化指標(biāo)來判斷，如BOD5、CODCr、TOC等。也可通過分析廢水中有機(jī)物的理化性質(zhì)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(yīng)微生物生長情況的生化實(shí)驗(yàn)法，如模擬生化實(shí)驗(yàn)法、微生物生理指標(biāo)法。

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

2 可生化性評(píng)價(jià)方法

2.1 B/C判斷法

BOD5/CODCr比值法最經(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)常規(guī)理化指標(biāo)評(píng)價(jià)方法。BOD是生化需氧量的簡稱，是表示水中需氧有機(jī)物含量的一個(gè)綜合指標(biāo)，通常在規(guī)定條件下，將水樣在20℃的暗處培養(yǎng)5d，計(jì)為BOD5(5d生化需氧量)，表示水中可生物降解有機(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。一般考慮廢水的B/C，如果在0.3以上，認(rèn)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(shí)，嘗試如何提高B/C，如水解酸化、高級(jí)氧化等[5]。用此比值評(píng)價(jià)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(huì)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?yàn)锽OD5和COD之間存在以下關(guān)系：

CODCr=a+bBOD5

又因?yàn)椋篊ODCr=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(jī)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(jī)物質(zhì)，a表示CODNB，b表示CODB/BOD5。

可見，BOD5和COD不是單純的比例線性關(guān)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(jī)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(huì)產(chǎn)生較大差異，用單一的比值對(duì)水體的可生化性能進(jìn)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(jī)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(cè)定廢水中有機(jī)物的種類、含量和轉(zhuǎn)化規(guī)律，對(duì)改善生化法、處理煤化工有機(jī)廢水具有理論指導(dǎo)作用[6]。水中有機(jī)物一般可分為揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)以及半揮發(fā)性有機(jī)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(qiáng)，能滿足快速分析復(fù)雜組分有機(jī)化合物的要求，是分析水中有機(jī)物組成的首選方法。呂曉立等[7，8]利用GC-MS對(duì)某石油化工污染場地地下水進(jìn)行分析，結(jié)果表明，檢出的揮發(fā)性有機(jī)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(jī)污染物的變化情況，結(jié)果見表1和表2，從中可以看出COD檢測(cè)值與GC-MS檢測(cè)結(jié)果成對(duì)應(yīng)關(guān)系：水中有機(jī)物的組分越復(fù)雜、含量越多，COD值越高，可生化性差。同時(shí)，GC-MS結(jié)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(shí)驗(yàn)研究及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)表明，GC-MS在水質(zhì)有機(jī)物的分析中扮演著越來越重要的角色。借用GC-MS檢測(cè)手段，結(jié)合工藝實(shí)驗(yàn)，對(duì)優(yōu)選水處理工藝方案有十分重要的指導(dǎo)作用。但由于GC-MS儀器成本高，同時(shí)樣品前處理復(fù)雜，要求檢測(cè)人員對(duì)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(jī)物對(duì)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(píng)價(jià)。總進(jìn)水及各處理單元出水中有機(jī)物的種類及含量見表1。

注：采用GC-MS定量分析各有機(jī)物含量。

2.3 模擬生化實(shí)驗(yàn)法

模擬生化實(shí)驗(yàn)法指在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬生化反應(yīng)環(huán)境，用目標(biāo)廢水進(jìn)行生化培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)模擬過程，可以大致分為培養(yǎng)液測(cè)定法和模擬生化反應(yīng)器法。

培養(yǎng)液測(cè)定法是模擬環(huán)境因素對(duì)生化處理能力影響的方法。測(cè)定培養(yǎng)環(huán)境的溫度、pH值、水中營養(yǎng)物質(zhì)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(yīng)器法是借用曝氣池、厭氧反應(yīng)器等，作為微生物生長的媒介及場所，通過實(shí)驗(yàn)過程獲得MLSS濃度、溫度、DO、F/M比等各種因素對(duì)生物處理的影響，從而預(yù)測(cè)廢水處理設(shè)施的去除效果。楊春、呂錫武等[10]人在折流板厭氧反應(yīng)器工藝(ABR)處理生活污水的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)器啟動(dòng)穩(wěn)定后，微生物的種類得到優(yōu)化，有機(jī)生化效率得到提高。

模擬實(shí)驗(yàn)法的優(yōu)勢(shì)在于生化反應(yīng)條件接近實(shí)際值，相當(dāng)于實(shí)際處理工藝的小試研究。實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種情況都可能在實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)出來，既避免了其他判定方法在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的誤差，也可以通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試改變部分環(huán)境條件，從而降低后期實(shí)際生產(chǎn)中的風(fēng)險(xiǎn)。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)性過強(qiáng)，各種廢水間的測(cè)定結(jié)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(jié)果在實(shí)際放大過程中也可能造成一定的誤差[11]。

3 可生化性評(píng)價(jià)方法對(duì)比分析

B/C判斷法、GC-MS法、模擬生化實(shí)驗(yàn)法分別通過水質(zhì)常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)、水中難生化有機(jī)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(diǎn)及適用領(lǐng)域、判定方法的對(duì)比見表3。

4 結(jié)語

綜上所述，B/C判斷法是一種常規(guī)的經(jīng)典判定方法，但隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和環(huán)保的要求不斷提升，面對(duì)生化性能不理想、出水質(zhì)量不穩(wěn)定的問題時(shí)，可通過GC-MS等手段分析污水中的有機(jī)物組成，從而對(duì)工藝的產(chǎn)污環(huán)節(jié)進(jìn)行控制或優(yōu)化。同時(shí)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，考察環(huán)境因素對(duì)生化環(huán)節(jié)的影響，調(diào)整生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的相關(guān)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(píng)價(jià)方法。