证实污水中有机污染物的生物降解性能

杨彪+王昕宇

摘 要：污水中有机物含量指标主要有BOD5，COD，TOC等指标。要想知道污水中有机物的降解的性能，则测得有机物含量指标的变化即可，即测定有机物的去除率。将污水通过生物降解过程，测定降解前后水中有机物含量，了解生物降解的性能。

关键词：生物降解性能 污水处理 污水有机物含量

1、污水生物降解发展历史

污水处理的需求是伴随着城市的诞生而产生的。城市污水处理技术，历经数百年变迁，从最初的一级处理发展到现在的三级处理，从简单的消毒沉淀到有机物去除、脱氮除磷再到深度处理回用。其中，活性污泥法的问世更是具有划时代的意义。

1.1、一级处理阶段

城市污水处理历史可追溯到古罗马时期，那个时期环境容量大，水体的自净能力也能够满足人类的用水需求，人们仅需考虑排水问题即可。而后，城市化进程加快，生活污水通过传播细菌引发了传染病的蔓延，出于健康的考虑，人类开始对排放的生活污水处进行处理。早期的处理方式采用石灰、明矾等进行沉淀或用漂白粉进行消毒。明代晚期，我国已有污水净化装置。但由于当时需求性不强，我国生活污水仍以农业灌溉为主。1762年，英国开始采用石灰及金属盐类等处理城市污水。

1.2、二级处理阶段

1.2.1、有机物去除工艺

生物膜法

十八世纪中叶，欧洲工业革命开始，其中，城市生活污水中的有机物成为去除重点。1881年，法国科学家发明了第一座生物反应器，也是第一座厌氧生物处理池—moris池诞生，拉开了生物法处理污水的序幕。1893年，第一座生物滤池在英国Wales投入使用，并迅速在欧洲北美等国家推广。技术的发展，推动了标准的产生。1912年，英国皇家污水处理委员会提出以BOD5来评价水质的污染程度。

活性污泥法

1914年，Arden和Lokett在英国化学工学会上发表了一篇关于活性污泥法的论文，并于同年在英国曼彻斯特市开创了世界上第一座活性污泥法污水处理试验厂。两年后，美国正式建立了第一座活性污泥法污水处理厂。活性污泥法的诞生，奠定了未来100年间城市污水处理技术的基础。

活性污泥法诞生之初，采用的是充-排式工艺，由于当时自动控制技术与设备条件相对落后，导致其操作繁琐，易于堵塞，与生物滤池相比并无明显优势。1936年提出的渐曝气活性污泥法（TAAs）和1942年提出的阶段曝气法（SFAS），分别从曝气方式及进水方式上改善了供氧平衡。1950年，美国的麦金尼提出了完全混合式活性污泥法。该方法通过改变活性污泥微生物群的生存方式，使其适应曝气池中因基质浓度的梯度变化，有效解决了污泥膨胀的问题。

1.2.2、脱氮除磷新工艺

近几十年，能源、资源的短缺已经引起了广泛的关注，进一步脱氮除磷及对能源节约及资源回收的需求成为了污水处理工艺发展的主流方向。一批新兴脱氮除磷技术得以应用。

ANAMMOX-SHARON组合工艺。

1994年，荷兰Delft大学开发了厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术，厌氧氨氧化菌在缺氧环境中，能够将铵离子（NH4+）用亚硝酸根（NO2-）氧化为氮气。

该工艺与传统反硝化工艺相比是完全自养，不需任何有机碳源。

目前，以SHARON工艺为硝化反应器，ANAMMOX工艺为反硝化反应器，与传统工艺相比能够节省60%的供氧和100%的碳源。

SBR工艺

序批式活性污泥法（SBR）工艺是在时间上将厌氧段与好氧段进行分割。20世纪70年代初由美国Irvine公司开发。它在流程上只有一个基本单元，集调节池、曝气池和二沉池的功能于一池，进行水质水量调节、微生物降解有机物和固液分离等。经典SBR反应器的运行过程为：进水→曝气→沉淀→滗水→待机。

随后，Goranzy教授开发了CASS/CAST工艺。与ICEAS工艺类似，在反应池前段增加了一个选择段，污水先与来自主反应区的回流混合液在选择段混合，在厌氧条件下，选择段相当于前置厌氧池，为高效除磷创造了有利条件。

MSBR法即改良型的SBR（ModifiedSBR），采用单池多格方式，结合了传统活性污泥法和SBR技术的优点。反应器由曝气格和两个交替序批处理格组成。主曝气格在整个运行周期过程中保持连续曝气，而每半个周期过程中，两个序批处理格交替分别作为SBR和澄清池。该工艺可连续进水且可使用更少的连接管、泵和阀门。

1.3、三级处理阶段

近十几年，随着污染加剧，水资源短缺严重，人类对水质提出了更高的要求，污水深度处理与回用技术兴起。污水处理厂的侧重点不再是核算污染物的排放量，而是如何改善水质。膜技术开始显现其独特优势。

生物膜技术在20世纪60-70年代，随着新型合成材料的大量涌现再次发展起来，主要工艺有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等。目前，应用较多的膜处理技术主要有微滤（MF）、超滤（UF）、反渗透（RO）和膜生物反应器（MBR）技術。本世纪初的新加坡“Newwater”水厂就是采用在二级处理后加超滤膜及反渗透膜的方式进行再生水回用处理。

2、调研工作内容、过程、论证和小结

取一定污水水样，经过生物降解，测定前后的有机物的含量，然后计算出去除率，通过去除率的数据，从而得出生物降解性能的结论。

2.1、生物降解机理以及生物降解性能的表示方法

污水中含有的种种复杂的有机物（如糖类、脂肪、蛋白质）。在厌氧菌的作用下分解转化为甲烷和二氧化碳的过程可概括为三个阶段。

第一阶段是在水解与发酵细菌的作用下，使复杂的有机物得到水解与发酵，转化成较高级的脂肪酸、甘油、氨基酸、单糖、醇类、二氧化碳、氨、硫化氢等，称为酸性发酵阶段；第二阶段是在产氢、产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化为氢、二氧化碳及乙酸，称为产氢产乙酸阶段；第三阶段是通过两组生理不同的产甲烷菌起作用，一组把氢和二氧化碳转化为甲烷，；另一组从乙酸脱羧产生甲烷。

污水通过厌氧处理之后，已将除去大部分有机物。然后将污水经过好氧菌的作用进一步处理，从而得到较好的水质。

好氧处理也分为三个阶段。第一阶段为吸附阶段，污水中的污染物与活性污泥微生物充分接触过程中，被具有巨大比表面积（可达2000～10000m2/m3）且表面有多糖类粘性物质的活性污泥微生物所吸附及粘连，从而使污水得到净化。第二阶段为氧化阶段活性污泥在有氧条件下，以吸附及吸收的一部分有机物为营养，进行细胞合成，以另一部分进行分解代谢，并释放能量。第三阶段为絮凝体的形成与凝聚沉淀阶段，氧化阶段合成的菌体絮凝形成絮凝体，通过重力沉淀从水中分离出来，使水得到净化。

有机物的生物降解性能即生物降解效果，可通过测定水中的有机物含量（以BOD5、COD值表示）的变化、微生物的增长量或辅酶转化等来判断，本研究采用测废水生物降解前后的BOD5、COD的变化量来判断。如果前后变化较大，即去除率较高，表示生物降解性能较好；反之，去除率低，生物降解性能不好。

参考文献：

[1]曾涛. 港口化学品污水厌氧生物降解性能试验[C]. 西安公路交通大学环境工程研究所：董良飞， 2016.

[2]王莉. 环境监测（水质分析）实验指导书[R]. 郑州大学：吴连成， 2005.

[3]张自杰. 排水工程[M]. 中国建筑工业出版社：顾夏声， 2011.

作者简介：

王昕宇（1996.06）男，满族，辽宁丹东，210623199606214730，本科生，研究方向：给排水科学与工程

杨 彪（1995.02）男，回族，河南开封，410222199502080052，本科生，研究方向：给排水科学与工程