《武汉工程大学学报》 2008年03期
57-59
出版日期：2008-03-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
酵母废水定量表征与生物难降解相关性分析
0引言废水的水质特性概括起来有化学、物理、生物学性质三个方面，并通过不同的指标来定性定量地反映，这些指标称为水质指标［1］.在众多的水质指标中，按废水中污染物形态大小分为悬浮态物质和溶解态物质两大类，每类按其化学性质又可分为有机性物质和无机性物质等.在废水处理系统设计时，废水水质是选择废水处理工艺技术、确定处理设备能力、处理程度和操作特性并确保达到处理目标的重要依据，是废水处理工程规划、设计和运行管理的重要基础数据，也是进行废水处理新方法研究的重要参考依据.因此，进行必要的水质特性分析，并对处理工艺进行动态实验从而研究水质特性指标的变化是国际上通行的做法，一些发达国家甚至开展连续多年的全面的水质水量特性分析和试验研究，相比之下，我国水质水量特性分析没有引起足够的重视，目前我国废水处理设施的设计工艺计算仍以经验法为主，设计参数缺乏具体的参考数据，所以取值范围大，导致设备选型不合理，基建投资和运行费用增大，而且也达不到预期的处理效果［2~3］.为了解酵母废水水质特性从而剖析酵母废水的生物难降解特性，本研究对酵母废水的常规指标（COD、BOD5、TOC、总磷、总氮、氨氮等）进行了定量分析，并在此基础上得出酵母废水中碳、氮含量比值不协调等可能是导致生化处理效率不高的原因之一，为优化酵母废水生物处理工艺参数以及选择合适处理工艺提供参考依据.1试验部分1.1主要实验材料及仪器PHS3C 酸度计（上海雷磁仪器厂）、德国Elementar liqui TOC总有机碳分析仪［载气流（氧气）250 mL/min，氧化炉温度800℃］、PSH500A 生化培养箱、比色管若干、凯式定氮计 HP2、小型曝气机G21A 、紫外分光光度仪、高速离心机、0.45 μm滤膜若干、分析天平TG328、分光光度计721、紫外可见光分光光度计TU1810、带氮球的定氮蒸馏装置等.1.2主要试剂重铬酸钾、硫酸、盐酸、硫酸汞、硫酸银、六水合硫酸（Ⅱ）铵、1, 10菲啰啉盐酸、邻苯二钾酸氢钾、无水碳酸钠、氢氧化钠、去离子水（自制）、甲基红和亚甲基兰混合指示剂、轻质氧化镁、硼酸、无氨水、碱性过硫酸钾溶液、硝酸钾标准液、5%过硫酸钾溶液、硫酸锰溶液、碱性碘化钾溶液、1%淀粉溶液、葡萄糖谷氨酸标准溶液、碳酸氢钠，所有试剂均为分析纯.1.3水样的采集与保存
1.3.1水样来源取自某酵母生产企业浓淡分离后的混合废水，相当于其生化处理系统进水.
1.3.2水样的采集15批次水样分别于2005年8月至2006年8月在企业正常生产情况下所取的代表样.
1.3.3水样的保存由于水样采集后易受到化学、物理、生物等因素的影响使得指标偏离实际值，如果不能及时分析必须按照标准方法加入保存剂或调整水样的pH值，进行冷藏或冷冻保存，具体保存条件方法见表1［1］.
表1水样测定及保存方法
Table 1Methods of analysis and preservation of water samples
测定
项目测定方法水样保存保存方法最长保存期pH玻璃电极法4℃冷藏12 h氨氮滴定法H2SO4，pH≤224 h总氮TN过硫酸钾氧化紫外分光光度法H2SO4，pH≤27 d总磷TP钼锑抗分光光度法HCl，H2SO4，pH≤224 hCOD重铬酸钾法加H2SO4，pH≤22 dBOD5稀释接种法4℃冷藏12 hTOCTOC分析仪棕色玻璃瓶储样，加H2SO4，pH≤27 d1.4测定方法除pH值现场测定以及可溶性COD（简写CODd ）经0.45 μm膜过滤后取样测定外，其它各指标的测定均是将水样静置30 min后，直接取上清液测定，总COD简写为TCOD，具体测定方法见表1［1］.
2实验结果与讨论2.1实验结果不同批次水样的pH值结果见图1，15批次所测样品的CODd占TCOD的比例以及BOD5/ TCOD的比值见图２.C、N、P等营养元素的比例关系见表2.
图1不同批次水样pH值
Fig.1The pH value of wastewater图2不同批次水样CODd /TCOD和
BOD5/ TCOD 值
Fig.2CODd /TCOD and BOD5/ TCOD ratios
第3期刘秀英，等：酵母废水定量表征与生物难降解相关性分析
武汉工程大学学报第30卷
表2营养物质的比例关系
Table 2Ratios of nutrient elements in wastewater sample
批次123456789101112131415BOD5/TN8.07.810.35.66.77.07.45.910.56.96.37.46.87.67.8TOC/TN5.06.26.54.44.74.75.45.17.96.96.45.94.99.28.3TN/TP7.07.55.26.87.66.97.46.97.26.98.45.98.37.18.8BOD5∶TN∶TP（40.3～75.6）∶（5.2～8.8）∶1TOC∶TN∶TP（31.7～66.1）∶（5.2～8.8）∶12.2讨论从图1看出不同批次水样的pH值在5.26～6.53，属于偏酸性废水，而高浓度有机废水厌氧生物处理一般要求在pH值中性范围，从图2中可看出酵母废水中可溶性COD占总COD的比值在0.8～0.92，表明酵母废水中大部分有机物是以可溶状态存在的.因此对可溶性COD的研究对于酵母废水的处理非常重要.酵母废水的BOD5/ COD比值在0.22~0.35之间，其中有5个批次BOD5 /COD比值在0.30以上，10个批次在0.28及以下，占到2/3.依据表3以BOD5/COD比值作为可生化性判定参考依据［4］，可知酵母废水属于难生化与可生化之间，总体上为难生物降解废水.从表2的结果可看出，酵母废水中，BOD5∶TN∶TP为（40.3～75.6）∶（5.2～8.8）∶1, TOC∶TN∶TP 为31.7～66.1∶5.2～8.8∶1.理论上，微生物对氮、磷的需要量可按BOD5∶TN∶TP=100∶5∶1来计算，但实际应用上，在活性污泥法处理系统中氮、磷的投加量往往大大高于理论值.这是因为微生物对氮、磷的需要量还与剩余污泥量有关，即与泥龄有关.如果剩余污泥量较大，即泥龄较短，那么氮、磷的投加量就要大些；反之，氮、磷的投加量就要小些［5］.表3废水BOD5/COD比值可生化性判定表
Table 3Referred criterion for biodegradability by BOD5/COD ratio
BOD5/COD>0.450.30~0.450.20~0.30<0.20可生化性评价易生化可生化难生化不宜生化一般而言，在废水厌氧生物处理系统中，较合适的营养比例CODBD∶N ∶P=300～500∶5∶1 ［6］ (CODBD表示可生物降解COD).有关研究还证明，对于好氧生物处理工业废水营养物质的比例可以为C∶N∶P=（100～200）∶5∶（0.8～0.1）；对于厌氧生物处理，工业废水营养物质的比例可以为C∶N∶P=（500～800）∶5∶（0.8～0.1）［5］.依据以上分析及试验结果可知酵母废水中的营养比例表现为碳源比例不足，或氮含量太高，这可能是导致生化处理效率不高的原因之一.3结语依据对酵母废水常规指标的分析可得出以下结论：a. 酵母废水pH值5.26～6.53，属于偏酸性废水，因此废水pH值会影响到生物处理效率；b. BOD5/ COD比值为0.22～0.35，可知酵母废水本身是属于难降解有机废水；c. 15批次酵母废水中，BOD5∶TN∶TP为（40.3～75.6）∶（5.2～8.8）∶1，TOC∶TN∶TP 为(31.7～66.1)∶(5.2～8.8)∶1，可见酵母废水中碳源不足，即氮含量太高，这可能是导致生化处理效率不高的原因之一；d. 酵母废水中可溶性COD占总COD的80%～92%，因此可溶性COD的生物降解性直接影响到酵母废水的生物处理效率.