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來源:污水處理助手

廢水特性是厭氧處理中必須著重考慮的重要因素，也是相當復雜的因素。特別是對于“復雜廢水”更是如此。所謂復雜廢水，是指那些容易引起污泥的上浮、形成浮沫或浮渣層、含有大量懸浮物或引起沉淀的化合物以及含有毒物質(zhì)的廢水。這類廢水的特性，其所含化合物的種類影響到厭氧處理系統(tǒng)的設(shè)計以及運行。

除了溫度、pH和營養(yǎng)等影響厭氧處理的環(huán)境因素之外，本章著重討論COD對廢水厭氧處理的影響。

一、可生物降解的COD

廢水中以強氧化劑測定的COD并不一定能全部為微生物降解，在厭氧條件下能夠被厭氧菌消耗的COD稱作“可生物降解的COD(Biodegradable COD)”，即CODBD。這是指在厭氧過程中能夠作為底物被細菌加以利用的COD，因此也可以稱作“底物COD”(SubstrateCOD)。在全部COD中，可降解COD所占的百分比稱作廢水的“生物可降解性”(Biodegradability)，記作CODBD(%)，即:CODBD(%)=CODBD/COD×100%。

組成廢水的有機物可能是容易降解的、難以降解的或不可能降解的，容易降解的有機物指那些能夠由各類厭氧污泥(馴化的或沒有馴化的)迅速降解的化合物，難降解的有機物指那些不能被未馴化的污泥所降解而經(jīng)一定時間的馴化后即能在某種程度上降解的化合物，污泥對這種化合物馴化所需要的時間的長短反映了增殖能利用這些化合物的特殊細菌所需的時間，或使現(xiàn)有細菌產(chǎn)生誘導酶(例如胞外的水解酶)以降解這些復雜化合物所需要的時間。某些有機化合物在厭氧條件下可能根本不會降解，這類有機物被稱作“惰性有機化合物”(Inert organic compounds)。

二、可酸化COD

CODBD實際上是指可被發(fā)酵菌(即水解菌與酸化菌)利用的底物，在未酸化的廢水中，并非全部CODBD可被甲烷菌利用。CODBD首先被發(fā)酵菌轉(zhuǎn)化為細胞物質(zhì)、氫氣和大量揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，其中轉(zhuǎn)化為細胞物質(zhì)的COD(可記作CODcells)不再能被甲烷菌利用，其余部分才是可被甲烷菌利用的底物COD。真正能夠被甲烷菌利用的部分稱為“可酸化COD(Aeidifiable COD)”，記作CODacid，CODacid最終轉(zhuǎn)化為甲烷和VFA。CODacid在廢水總COD 中的百分比計算如下:

CODacid(%)=（CODCH4+CODvfa）/COD×100%

式中：CODCH4—轉(zhuǎn)化為甲烷的COD；

             CODvfa—尚未轉(zhuǎn)化為甲烷而以VFA存在的COD。

圖一、未酸化廢水中可降解COD分類示意圖

圖一表示了未酸化底物(例如糖)的CODBD、CODCH4和CODacid的關(guān)系，它是根據(jù)文獻中細胞平均產(chǎn)率和甲烷產(chǎn)率計算而來。在糖液中CODacid一般等于CODBD的80%，而最大的CODCH4約為CODBD的78%。

圖二、完全酸化的廢水中COD分類示意圖

圖二為已酸化的廢水(例如VFA混合水)中CODBD、CODCH4和CODacid的關(guān)系示意圖。其中CODacid等于全部CODBD，也即全部COD。CODCH4的最大值可等于CODBD的97%。因為廢水中的CODacid約等于CODCH4，所以在大多情況下，我們可以認為一種廢水中COD的甲烷轉(zhuǎn)化率大體上等于COD的酸化率。

三、生物抗性COD

廢水COD中含有可生物降解的COD，即CODBD，同時也可能含有污泥不能發(fā)酵的有機化合物，后者被稱為“生物抗性COD (Biological resistant COD)”，記作CODres。CODres包括那些在測試過程中污泥來不及對之產(chǎn)生馴化因而未能降解的有機物以及不可能降解的“惰性有機物”。圖三表示僅廢水CODres部分在厭氧過程中被降解，而COD部分仍原封不動地停留在廢水中。

圖三、含50%CODBD的廢水COD分類示意圖

四、廢水COD的溶解性分類

廢水COD中的某些有機化合物是不溶解的，此外溶解性的CODBD，所產(chǎn)生的細胞也不溶解，因此對厭氧處理講，COD的溶解性是一個重要參數(shù)。圖四表示了根據(jù)COD溶解性及有機物微粒大小來表示的COD的分類。

圖四、根據(jù)溶解性的COD分類

一般可以把通過濾紙的廢水中含有的COD記作CODfilt，過濾紙的部分為懸浮物，其相應的COD記作CODss。廢水中的懸浮物也可以用離心法分離(以5000r/min，離心5min)，其上清液部分可看作含有CODfilt，沉淀部分為CODss。

濾紙濾液中可能含有非常微小的不能用普通濾紙或離心法除去的不溶性有機化合物，這些微小的不溶物即是溶液混濁的膠體物質(zhì)。在濾紙濾液中（即CODfilt中）不通過膜的部分被稱為膠體COD，記作CODcol。通過膜的濾液中的COD為真正溶解的COD 記作CODsol。在荷蘭和歐洲的許多地區(qū)，在這一分析中使用孔隙為0.45μm的膜。

COD中不是真正溶解的部分稱為不溶性COD，記作CODinsol。

五、可水解COD與已水解COD

某些廢水含有聚合物底物，即在這些底物能被發(fā)酵前必須被首先水解為單體或二聚體。在厭氧過程中能被水解的聚合物COD 稱為“可水解COD"。而在厭氧過程的某一階段以非聚合物形式存在的(包括由聚合物水解而來的)COD被稱為“已水解COD”(Hydrolyzed COD)，記作CODhydr。

一些情況下，聚合物以不溶性的懸浮物或膠體形式存在。不溶性的聚合物可以被轉(zhuǎn)化為溶解性的化合物這一經(jīng)由水解將不溶性的化合物轉(zhuǎn)化為溶解性化合物的過程叫“液化”(Lique-faction)。如果聚合物都是不溶解的，那么在厭氧過程的某一階段，液化等于水解。不溶解COD在厭氧過程中的水解百分率為：

CODhydr(%)=（CODsol+CODcells+CODCH4）/CODinsol×100%

式中:CODsol—由CODinsol轉(zhuǎn)化而來的溶解性COD(包括VFA)；

 CODcells—轉(zhuǎn)化為細胞的CODinsol；

 CODCH4—轉(zhuǎn)化為甲烷的CODinsol；

CODinsol—不溶解性COD。

六、COD的去除與COD去除率

在厭氧處理過程中被去除的COD指進入處理系統(tǒng)的廢水(進液)COD和出系統(tǒng)的廢水(出液)COD的差值。COD去除率可按下式計算：

COD去除率(%)=（進液COD濃度一出液COD濃度）/進液COD濃度×100%

對于溶解性的廢水，上式中出液COD取樣時可以以濾紙過濾或者不過濾，這點應當在測試報告中加以說明，對于溶解性廢水，采用過濾后的出水樣品COD濃度(即CODfilt)更有意義。它便于對過程進行物料平衡計算，更能準確地反映出廢水中溶解性有機物去除的情況。溶解性廢水在處理后出液中的懸浮物實際上是厭氧過程中轉(zhuǎn)化為細胞的有機物，它們基本上可以在后序的沉淀過程中除去。以濾紙過濾的出水COD去除率可表示為“CODfilt去除率”，計算如下：

CODfilt去除率(%)=（進液COD濃度一出液CODfilt濃度）/進液COD濃度×100% 

對于未酸化的溶解性廢水，COD去除率總大于轉(zhuǎn)化為甲烷的COD(即COD)的百分率，因為前者包含了在酸化過程中轉(zhuǎn)化為細胞的COD，即包含了CODcells。因此，每消耗一個單位COD(即包括已去除的COD和已酸化的COD)。CODcells所占的百分率可計算如下：

CODcells去除率(%)=（CODfilt去除率(%)-CODCH4(%)）/（CODfilt去除率(%)+CODvfa(%)）×100%

式中:CODCH4(%)—指廢水COD轉(zhuǎn)化為甲烷的百分率；

CODvfa(%)指在出水中由進水COD轉(zhuǎn)化而來的VFA 的百分率。

對于已酸化的溶解性廢水，CODfilt去除率約等于CODCH4的百分率，因為這種情況下只有甲烷菌生長，而甲烷菌的細胞產(chǎn)率非常低，因此計算CODcells大約等于0，僅僅在計算非常精確時，CODcells約等于3%。

對于含有不溶解物的廢水，在計算COD的去除率時必須使用未經(jīng)過濾的出水，因為進水中的懸浮物可能依然部分保留在出水中，這部分COD并未被厭氧過程去除。

在厭氧處理中，COD的去除部分來自于非生物過程。主要的非生物過程是沉淀和吸附。它們使少量的有機物與污泥或出水中的懸浮物結(jié)合在一起。

沉淀通常由pH的變化或為控制pH而添加的鈣離子引起。沉淀物可能沉降在反應器中或與污泥一起從反應器中洗出、以下是沉淀反應的一些典型例子。

①木素，在pH低于9或加鈣后開始沉淀；

②脂肪，在pH低于8或加鈣后開始沉淀；

③某些蛋白質(zhì)，在pH低于6開始沉淀；

④腐殖酸，pH低于5或加鈣時沉淀；

⑤果膠，加鈣時沉淀；

⑥蛋白質(zhì)與單寧形成蛋白質(zhì)一單寧絮聚物。

吸附是有機物附著于污泥的表面在實踐中最常見的吸附現(xiàn)象之一是脂肪吸附于污泥上。

非生物過程的COD去除對于非溶解性的廢水中的懸浮物也有一定的作用。進水中的懸浮物可以被截留在污泥中，這是因為污泥床有一定的過濾作用或者懸浮物本身易于沉降。

懸浮物在反應器污泥中的積累對于UASB系統(tǒng)或任何以細胞固定化為基礎(chǔ)的高速反應器都是不利的，懸浮物使污泥中細菌比例相對減少，因此污泥的活性降低。由于在一定的反應器中只能保持一定量的污泥，懸浮物的積累最終使反應器產(chǎn)甲烷能力和負荷下降。

UASB反應器允許進液中一定程度上含有懸浮物，但對懸浮物中可液化的（例如應加以考慮懸浮物中真正不能夠水解的一個月的厭氧消化后仍不可水解的），叫做“積累懸浮物”。

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