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高浓度有机工业废水处理技术 [任南琪，丁杰，陈兆波 编著] 2012年版

第8章工业废水处理数学模型及仿真/248

8.1活性污泥数学模型及应用

DB12T 993-2020 公共机构生活垃圾分类管理规范8.1.1活性污泥基本动力学模型 249 8.1.2活性污泥营养物质去除模型 254 8.1.3活性污泥数学模型 262 8. 2 厌氧生物处理反应器数学模型及应用 281 8.2.1厌氧活性污泥法静态数学模型 281 8.2.2厌氧生物膜法静态数学模型 285 8.2.3厌氧消化过程（ADM）动态数学模型 288 8.2.4污水厌氧生物处理数学模型应用实例 . 307 8.3 污水处理过程模拟与仿真应用 313

8.3污水处理过程模拟与仿真应

8.3.1基于EFOR等软件的污水处理厂模拟与仿真 8.3.2基于人工神经网络的污水处理模拟与仿真

第9章工业废水处理反应器流场数值模拟与优化/322

9.1工业废水处理反应器流场研究现状

9.2反应器流场模拟技术

9.2.1计算流体力学的新进展 324 9.2.2计算流体力学模拟软件 324 9.2.3基于计算流体力学的数值模拟过程 326 9.2.4计算流体力学在反应器设计与优化中的优势 327

9.3反应器流场测技术

9.3.1实验流体力学测量技术在流场研究中的作用 328 9.3.2流场实验测量技术发展 329 9.3.3流场实验测量的方法 330

9.4反应器流场数值模拟与优化应用

9.4.1CSTR生物制氢反应器流场分析与运行优化 9.4.2EGSB生物制氢反应器流场分析 制参数优选

I·1有机工业废水的来源与分类

1. 1. 1 工业废水的污染状况

各工业行业生产过程中排出的废水，统称工业废水，其中包括生产工艺排水、机械设备 冷却水、烟气洗涤水、设备和场地清洗水等。工业废水的成分复杂、性质各异，它们所含有 的有机需氧物质、化学毒物、无机固体悬浮物、重金属离子、酸、碱、热、病原体、植物营 养物等均可对环境造成污染。 水环境的有机污染是一个全球性的问题，其严重程度、性质和危害是随着工业的发展而 不断发展和变化的。20世纪以来，化学工业的发展使人工合成的有机物种类与数量与日俱 增。据资料介绍，1880年，人们知道的有机物有1.2万种，1910年达40万种，1978年 剧增至500万种，目前已知的有机物种类约为700多万种，并仍以每年数以千计的速度 在增加。 食品、制药、皮革、造纸、纺织、印染、农药等工业废水是有机工业废水的主要来源。 以食品工业为例，2009年全国酒精产量达585万吨以上，以每生产1t酒精约排放12～15m 废水计，年排放废水总量达7.0亿立方米以上，COD浓度高达50000～70000mg/L，年排放 COD约44万吨，BOD约23万吨L1]。2010年年产味精达256万吨，以每生产1t味精产生 1520m3高浓度有机废水计，C0D浓度为30000～70000mg/L，BOD浓度为20000～ 42000mg/L，年排放高浓度有机废水总量约为4480万吨，年排放COD130万～304万吨： BOD87万174万吨[2]。 2009年，全国化学需氧量排放总量1277.5万吨，比上年下降3.27%；二氧化硫排放总 量2214.4万吨，比上年下降4.60%，继续保持了双下降的良好态势。与2005年相比，化 学需氧量和二氧化硫排放总量分别下降9.66%和13.14%，二氧化硫减排进度已超过“十一 五”减排目标要求[1]。 2010年，全国废水排放总量为617.3亿吨，比上年增加了4.8%，化学需氧量排放量为 1238.1万吨，比上年下降3.1%；氨氮排放量为120.3万吨，比上年下降1.9%[2]。全国废 水和主要污染物排放量年际变化见表1.1。

表 1. 1全国度水和主要污染物排放量年际变化[2]

2009年全国共监测了3486家废水国控企业，平均排放达标率为78%。其中，全年监测 全部达标的企业占监测企业总数的64%，部分测次超标的占24%，全部超标的占12%；对

高浓度有机工业废水处理技术

废水国控企业监测中，化学需氧量全年排放超标有74家，76个排放口。 工业废水是造成环境污染的主要污染源，尤其是有机工业废水，不仅数量大、分布面 广，而且由于大量有机物及有毒物质的存在，给环境带来了严重的污染和危害。 由于行业的不同，有机废水中污染物的成分、形态、性质和浓度相差很大。有机废水中 往往含有大量的悬浮物、胶体态和溶解态的有机物质及其他杂质，许多有机废水（如医院废 水和屠宰废水）还带有致病微生物。

1. 1. 2 有机工业废水的分类

有机工业废水是指石油化学工业、染料化学工业、食品加工工业、发酵工业、纺织工业 和制革工业等各工业部门生产过程排放的含有一定浓度的有机污染物的工业废水。对于有机 工业废水，目前尚无严格的统一分类方法，通常是根据废水中的有机污染物浓度、有机污染 物的生物降解性能和污染物组分，或根据工业部门、行业来进行分类。主要有下述三种分类 方法，

2.1按废水中有机污染物浓度分类

按废水中有机物（BOD5、COD）浓度，可分为低浓度有机工业废水和高浓度有机工业 废水两种。 （1）低浓度有机工业废水 通常将BOD5浓度为几百毫克每升的有机工业废水称为低浓度有机工业废水。如制浆造 纸工业的中段废水的BODs约为200～600mg/L、COD约为400～2000mg/L，印染废水的 BODs约为150～300mg/L、COD约为500～2000mg/L，食品加工工业中肉类加工废水的 BODs约为300～800mg/L、COD约为600～1700mg/L，属低浓度有机工业废水。 （2）高浓度有机工业废水 高浓度有机工业废水是指BOD几千至几万毫克每升及以上的工业废水。如粮食酒精废 水的BOD5约为15000～40000mg/L、COD约为30000～60000mg/L，味精废水的BODs约 为23000～40000mg/L、C0D约为35000～65000mg/L，属高浓度有机工业废水。这类废水 主要来源于发酵工业、有机化学工业如味精废水、酶制剂工业废水、糖蜜酒精废水、粮食酒 精废水、柠檬酸废水、制药废水、甲醇生产废水和脂肪酸废水等。 这种分类方法主要是用于生物处理工艺的比选。当废水所含有机物容易被微生物降解， 可以不经特殊的预处理直接选用好氧生物法或厌氧生物处理时，常用这种方法分类。前者 般考虑采用好氧生物处理，后者多用厌氧生物处理。

这类废水中所含的有机污染物，是一些长期存在于自然界中的天然有机物，对微生物没 有毒性，如碳水化合物、脂肪和蛋白质等，他们在自然界或废水生物处理构筑物中易于在较 短时间内被微生物分解与利用，转化为二氧化碳、水和氨氮等无机物和合成新细胞。易降解 有机废水可以采用普通的生物处理工艺（好氧法或厌氧法）进行处理。啤酒废水、水产加工 废水、粮食酒精废水和肉类加工废水等属于易生物降解有机工业废水。 （2）可降解有机工业废水 ①某些废水含有易生物降解有机污染物，可采用生物法处理，但还含有某些对微生物 无毒性，难被好氧微生物降解的有机物（或降解速率很慢），如木质素、纤维素、聚乙烯醇 等。这类废水采用好氧生物法处理，BODs去除率很高，但 COD去除率不高，出水COD往

第1章高浓度有机工业废水来源与特性

2.3按工业生产的行业或产品分类

这种分类方法也常使用，如焦化废水、制药工业废水、石油化工废水和粮食加工废水等 是按行业分类，此外，由于每个行业的产品种类很多，生产各产品所产生的废水性质各不相 同，有时还以产品名称来区分同一行业中的各种废水，如土霉素废水、麦迪霉素废水、味精 废水和柠檬酸废水。这种分类方法主要用于对各工业部门、各行业的工业废水污染防治进行 研究和管理。

高浓度有机工业废水处理技术

工业废水调查涉及制定一个利用水和产生废水全过程中物流平衡的设计过程，调查的结 果使水的平衡和再利用成为可能，并最终能揭示废水处理中的流量和强度的变化。针对特定 操作过程以及整个工厂操作程序的废水特征变化进行监测。 通常需要设计人员到现场收集必要的信息，一般可归纳为以下内容。 ①通过对工厂的工程师的咨询和各种操作程序的调研，绘制出污水管道图，并应标出 可能的样品站和预测流量的大致数量级。最好查明工厂在所有操作条件（正常及高负荷）下 的水平衡状况；记下所有用水工序，并编制每个工序的水平衡明细表。 ②从各排水工序和总排水口取水样进行水质分析，制订测样和分析时间表。一般来说， 流量加权的连续混合样是最理想的，但实际情况往往因条件不具备或者取样人员不能总是在 现场而难以做到。取样周期和频率要按照研究对象的性质来确定。一些连续过程的样品以小 时为单位测得，并取8h、12h甚至24h的混合样。如果水样显示较大的波动性，可能需要 取1h或2h的混合样来分析。在分批排放时应编排分批取样过程。 ③制订物流平衡图。在调研后，根据收集数据及分析样品的结果，可获得废水排放源 的物流平衡图。关键问题是如何使个别源的累加值接近测量的总污染物量，以评价调研结果 的正确性。 ④建立废水特征统计变化表，确定排放标准。某些废水特征的变化情况对废水处理厂 的设计具有重要意义，根据已获得的数据可画出概率图，表明其出现的频率。特别要明确哪 些工段是主要污染源；有无可能将需要处理的废水和不需处理就可排放的废水进行分流；能 否通过改进工艺和设备减少废水量和浓度；能否使某工段的废水不经处理就可用于其他工 段；有无回收有用物质的可能性。 流量测定方法通常取决于被测对象的物理位置。当废水通过污水管时，通常可以测得水 的流速和深度，并通过连续性方程计算流量。流量等于过水断面面积乘以流速，而部分充满 圆形管的过水断面面积可通过水的深度求得，但此法仅适用于部分充满截面为常数的污水 管。水的平均流速可用两个人孔间浮标法测定的表面流速的0.8倍来计算。流量还可以用流 量计来直接测定，其值相对误差较小。对于沟渠，可通过测定明渠中深度和流速按照上述方 法估算出流量。在利用水泵连续抽水的情况下，流量可通过泵速和时间算得。还有些情况 下，日废水量是通过记录工厂水的日消耗量来估算的。 对样品的分析控制取决于两个方面，即样品的特征和分析的最终目的。对某些水力停留 时间较短的生物处理设计，确定BOD负荷变化需要取8h或更短时间的混合样。而对停留时 间为数天的完全混合条件下的曝气塘，则24h的混合样就足以满足要求。在需要确定生物处 理营养需求而进行氮、磷等成分测定时，由于生物处理系统具有一定的缓冲能力，因此取 24h混合样进行测定即可满足要求。而对于存在毒性排放物的情况，由于少量毒物会完全破 环生物处理过程，因此如果已知毒物的存在，连续监测样品是必要的。显然，此类物质的存 在，在废水处理设计中需分开考虑。废水处理过程需要对取样方案进行类似考虑。 工业废水调查所得的数据往往易变，因此通常采用统计分析。例如，按出现废水的某个 特性数值的时间可能性不超过10%、50%、90%三种情况来计算，BOD的50%概率接近等 于中值。在这个方法中，可变数据的线性相关性显示如图1.1所示。

第1章高浓度有机工业废水来源与特性

按递增的方式分别整理SS和BOD的值。设n为测量BOD或SS的总次数，m为递增 数值顺序号（1～n），横坐标m/（n十1）相当于出现的百分数。在概率纸上，以实际值对出 现概率作图如图1.1所示，用目视的办法，画出最接近这些点的平滑变化趋势曲线（必要时 可通过标准统计程序算得）。任何值（如流量、BOD或SS）出现的概率可通过作得的概率 图求得，同时也可通过标准计算机程序求得。 此外，还要考虑到工业废水调查结果外推到将来生产上的应用，弄清废水流量和负荷与 生产时间表的关系。由于产生的废水不直接地随生产量的增加或减少而变化，因此外推时并 不总是遵循线性关系。例如，图1.2表示某一罐头工厂操作的实际情况，在6个程序操作中 其废水流量的变化取决于操作中的清洗和清洗设备。

工业废水中有机质含量需特别考虑。废水的有机质含量一般通过 BOD

高浓度有机工业废水处理技术

1. 2. 1. 1 废水 COD 指标

由于高浓度废水通常采用厌氧技术处理，这里讨论主要针对厌氧处理过程来说。 (1）可生物降解COD 组成废水的有机物可能是容易降解的、难降解的或不可能降解的。其中，容易降解的有 机物可以被各类厌氧污泥（驯化的或没有驯化的）迅速降解；难降解的有机物则不能被未驹 化的污泥所降解，但可以通过驯化污泥后在一定程度上降解，而污泥对有机物驯化所需时间 的长短反映了使驯化前细菌产生诱导酶以降解这些复杂有机物所需的时间或增殖能利用这类 有机物的特殊细菌所需的时间。 厌氧条件下能都被厌氧菌消耗的COD称作“可生物降解的COD”，也可以说是在厌氧 过程中能够作为底物被细菌加以利用的COD，记作CODBD。其在全部COD中所占的百分 比称作废水的“生物可降解性”，即

CODBD (%) : COD

(2）可酸化COD 从厌氧处理技术原理可知（详见第4章），厌氧过程分成两个阶段，即产酸阶段和产甲 烷阶段。在第一阶段中起作用的主要是水解和/或发酵细菌，第二阶段中起作用的则主要是 产甲烷细菌。CODBD实际上是指可被发酵细菌（即水解菌与酸化菌）利用的底物，在未酸 化废水中，并非全部CODBD可被甲烷菌利用。首先被发酵菌转化为细胞物质、氢气和大量 挥发性脂肪酸（VFA），其中转化为细胞物质的COD不能被甲烷菌利用，其余部分才是甲 烷菌利用的底物COD，称为“可酸化COD”，记作CODacid，其在废水总COD中的百分 比为

CODacid (%): COD

式中，CODcH，为转化为甲烷的COD；CODvFA为尚未转化为甲烷而以VFA存在的 COD。图1.3为未酸化底物的CODBD、CODacid和CODcH，的关系，在糖液中CODacid一般等 于CODBD的80%，而最大的CODcH，约为CODBD的78%。图1.4为已酸化的废水中 CODBD、CODacid和CODcH，的关系示意。其中CODacid等于全部CODBD，也是全部的COD CODcH,最大值可等于CODBD的97%。可以看到，废水中的CODacid约等于CODcH，，所以 可以认为一种废水中COD的甲烷转化率大体上等于COD的酸化率。 (3）生物抗性COD 废水 COD中含有不能生物发酵的有机化合物称为“生物抗性COD”，记作CODres。包

第1章高浓度有机工业废水来源与特性

第1章高浓度有机工业废水来源与特性

图1.3未酸化废水中可降解COD分类示

括那些在测试过程中污泥来不及驯化因而未能降解的有机物以及不可能降解的“惰性有机 物”。 (4）可水解COD 废水COD中的某些有机化合物是不溶解的，此外由溶解性的CODBD所产生的细胞也不 溶解，因此对厌氧处理来说COD的溶解性是一个重要参数。 某些废水含有聚合物底物，这些底物在被发酵前必须被水解为单体或二聚体。能被水解 的聚合物COD成为“可水解COD”，而在厌氧过程的某一阶段以非聚合物形式存在的（包 括由聚合物水解而来的）COD称为“已水解COD”，记作CODhydr。 一些情况下，聚合物以不溶性的悬浮物或胶体形式存在，不溶性的聚合物可以经由水解 被转化为溶解性的化合物，这一过程称为“液化”。若聚合物均为不溶解的，则液化等于水 解，不溶解COD在厌氧过程中的水解百分率为

CODhydr (%) CODinsal

式中，CODsol为由CODinsol转化而来的溶解性COD（包括VFA）；CODcells为转化为细 胞的 CODinsol；CODcH,为转化为甲烷的 CODinsol；CODinsol 为不溶解性 COD。

图1.5在BOD瓶中发生的反应

图1.5在BOD瓶中发生的反应

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1. 2. 1. 2废水 BOD 指标

为解释在工业废水中求得的BODs，必须 考虑一些重要的因素。如图1.5所示，BOD 测试得到的需氧量是以下各量的总和。 ①废水中有机物用于合成新的微生物细 胞所需要的氧量。 ②微生物细胞的内源呼吸需氧量，由图 1.5看出：时段1的氧利用率是时段2的10～ 20倍。在多数情况下底物很易分解，时段1 需14～36h完成。 废水中含有可氧化的物质如糖类，可作 为底物被迅速利用，第一天有很高的需氧量， 在其后连续培养的几天内需氧速率减慢，超 过5天后，这些数据用一级反应曲线拟合。 由于曲线一开始斜率很高，故k值很大。相

反，充分氧化过的流出废水将含有很少量的有效底物。多数效情况下，培养5天后只有内源呼 吸存在。内源呼吸氧利用率仅为底物存在时的几分之一，导致k值相应地较低。Schroepfe 通过比较经适当处理的污水与含有大量底物的原废水的k10值变化率证明了这一点。对于原 废水的平均速率是每天0.17，而处理过的废水其平均速率是每天0.10。必须看到：在这些 情况下，对于5天的BOD的直接比较是不适当的。典型的速率常数列在表1.2中。

许多工业废水很难氧化，处理这些废水往往需要适应这些特种废水的菌种，如水中不存 在此类细菌，则BOD就有滞后期。此时，会得到错误的5天BOD值。Stack的实验结果显 示：合成有机化学试剂5天BOD值的变化明显地取决于所用菌种的驯化程度。一些典型的 BOD曲线如图1.6所示。图中曲线A是BOD曲线，曲线B是对污水驯化较慢的代表性曲 线，曲线C和曲线D是未加驯化菌种或有毒物废水曲线的特征。 有机物的微生物驯化列于表1.3中

图1.6BOD曲线特性

图1.7纸浆造纸厂废水的1天和 5天BOD之间的相关特性

第1章高浓度有机工业废水来源与特性

在纸浆造纸工业中测定了1天和5天的BOD，其结果如图1.7所示。对未处理的废水， 5天BOD的70%在1天中反应完毕，而对处理过的废水仅有50%反应。通常可以认为1天 的BOD反映了存在于样品中的可溶性有机物含量。在很多情况下，1天BOD为废水处理厂 提供了一个好的控制试验条件。 虽然BOD测定方法的改进（如由Busch提出的短培养时间试验）可消除由一级假定引 起的一些错误和由于底物浓度造成的k10变化，但这些方法在工业上并未得到广泛的应用 这是因为对于工业废水的BOD解释还必须考虑以下因素：①对废水驯化的菌种和所有的滞 后效应必须消除；②在长培养时间BOD试验中，对未处理废水和处理过废水都给出k10值。 对于酸性废水在培养前所有样品必须中和。 废水中的毒性通常通过BOD测定中的稀释效应即可发现，即随稀释度的增加计算所得BOD 也随着增加。如果存在此情况，必须确定能得出准确BOD值的最小稀释倍数。

2. 1. 3 工业废水 COD、BOD 和 TOC

在建立BOD和COD或TOC之间的相关关系时，通常需要过滤样品（可溶性有机物） 以避免在各自的测定中，有挥发性悬浮颗粒物干扰。 BOD是指可氧化有机物在20℃培养5天以上达到稳定时需要的氧量。通常BOD反应是 级反应

而y为时间t时的BOD量

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(1.7) (1. 8)

表1.4工业废水的氧量和有机碳组分

表 1.5工业废水的 COD、BOD和 SMP的相关特性

高浓度有机工业废水来源与特性

第1章高浓度有机工业废水来派

此，应该来用已过滤或可溶性的样品来做试验。造纸废水中的纸浆和纤维废水就是其申的 一个例子。在含有难降解物如ABS的复杂废污水中，BOD和COD之间也没有相关性。为 此，处理过的出水儿乎不含BOD，而仅含有COD。 总有机碳（TOC）的测定方法较简单，因而已经成为通用和普遍的分析方法。 当考虑工厂的常规控制或研究程序时，由于需要较长的培养时间，一般不做BOD试验

非常有用的。 对含有某一特定有机化合物的废水来说，TH OD（the theoretical oxygen demand，理论耗氧量） 可通过氧化有机物变成最终产物所需的氧来计算获 得。例如对于葡萄糖

CH12O6+602 *6CO2+6H20 6Mo. COD(mg) THOD: Mc.H,O. =1.07 有机物(mg)

对于大多数有机化合物（除含芳烃和氮化合物 以外），其COD值等于THOD值。对于易降解的废 水，例如奶制品厂的废水，其COD值等于BOD最终， 0.92。当废水同时含有不易分解的有机物时，那么 总COD与BOD最终/0.92之间的差表明存在不易分 解的有机物含量

CsH1206+602 ?6CO2+6H20 6Mo, COD COD(mg) =2.66 TOC 6Mc 有机碳（mg）

根据有机物种类不同，COD/TOC比值的变化很大，从不能被重铬酸钾氧化的有机物到 甲烷，COD/TOC的比值可由0变化到5.33。由于生物氧化期间的有机质含量变化，COD/ TOC的比值也变化。相同的变化同样适用于BOD/TOC的比值。各种有机物的BOD与 COD的值如表1.6所列。由于只有可降解的有机物可在活性污泥处理中被除去，出水的 COD应由进水的难分解有机物［（SCODnd）丁和剩余可降解有机物（以可溶性BOD为特征 的）以及在处理过程中产生的可溶性微生物产物（SMP）三部分组成。SMP是不易生物降 解的（也可标作SMPnd），因此，它表现为可溶性COD（或TOC）但不表现为BOD。实验 数据表明，SMPnd占流入废水可降解COD的2%10%。准确百分比值取决于废水的类型 和生物操作过程的固体停留时间（SRT）。工业废水中，COD、BOD和SMP的相关性见表 1.5。表中假定SMPnd占进水中可降解有机物产生的SCOD的影响为5%。 出水的总COD（TCODe）是可降解COD与不可降解COD（即SCODa十SCODnd）之和， 再加上由于废水悬浮固体（TSSe）引起的所谓“颗粒物”COD的总和。如果废水固体原来 是活性污泥的絮状夹带物，那么COD可以用1.4倍的TSS。来估算，并以式（1.11）表达

TCODe=(SCODnd)+(SCODa)e+1.44TSS (SCODnd)=SMPnd +(SCODnd);

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(1. 11) (1. 12)

根据某些有机物的理论需氢评价COD和

(1.13) (1. 14)

可结合方程（1.11）～方程（1.14）算

(BODs)i/e (SCOD.)i/e= fi/e X0. 92

BOD、COD和TOC的测试是对有机总量的粗略估计，它并不涉及处理废水的各种生 技术。为区别可生物分解和不可生物分解需要对废水的有机成分进行分类，如图1.10所示 区别可分解和不可分解的BOD对于选择合适的处理流程以控制淤泥的质量是至关重要的。

1. 2. 2测量废水的毒性

测量废水毒性的标准技术是生物鉴定法，这种方法是评价底物对生命有机体的影响的 生物鉴定法测试的两种最常用方法是慢性和急性试验。慢性生物试验评价长期效应，它指对 有机生命体的繁殖、生长或正常行为的影响；而急性试验评价短期效应，包括死亡率。 急性试验首先对一个已选择的试验生命体，例如虾，暴露在已知浓度样品中一段特定时 间（经常采用48h或96h，偶然也有24h）进行试验。样品的急毒性通常以使50%生命体致 死的样品浓度来表达，记作LC50。慢性生物试验将一个已选择的试验生命体暴露在已知浓 度样品中，经历较急性试验更长的时间周期（通常采用7昼夜）做试验。样品的毒性通常用 C25表示，此值表示对试验特种的慢性行为（如生长的质量或繁殖能力）抑制程度达25%的

第1章高浓度有机工业废水来源

高浓度有机工业废水来源与特性

此外，对同一工，，随工厂废水的变动会引起废水毒性的极天变化。多次试验结果的变 化是由于各种因素引起的，例如生命体的种类、试验条件、重复的次数（即平行样）和生命 体的应用及进行试验的实验室（当几个实验室同时进行时，可观察到较大变化的结果）。 毒性试验结果的精密度随样品实际毒性的降低而呈现显著地降低。例如，用阿根廷港口 的生物体Mysidopsisbohia做一系列生物试验，对于10%（10个毒性单位）的LC5o，其 95%的置信度是在7%15%之间；而对于50%（2个毒性单位）的LC50，则是在33%～ 73%。这种偏差是由于试验的统计性而引起的。高的LC50值，具有低的死亡率，如果生命 体试验只有几个，就能得到宽范围的LC50值。相反，具有较高死亡率的结果较准确，因为 有较高百分率生命体是受到了样品的影响，这样就给出统计上较准确的实际毒性估计。任何

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的实际毒理的估计，应该同时记录方法的精密度。 试验结果有较大偏差，需验证大量确定的数据，这样才能正确评价毒性 结论不能只根据单个实验数据得到，要进行长期的分批试验、半工业规

图1.11炭处理废水的生物鉴另 （生物鉴别法与Microtox法的比较）

a，进行24h或48h试验。首先将该菌种暴露于稀释样品中40min，之后 物体分别用含无毒荧光剂的酵母粉培养20min。通过对生物体内部荧光的 体荧光的存在量的比较，确定废水对菌种捕食能力的影响。

1. 2. 2. 1废水分离的毒性鉴定

废水分离的毒性鉴定研究是要确定普遍地或是特殊地引起废水毒性的原因。实际的废水 样品来自化学或物理的分离过程，或者此废水样是能引起某种毒理效应的合成样品，废水分 离毒性鉴定的目标是测定不存在其他化合物，但存在其他可鉴定的或非毒性的背景化合物时 推测可疑成分的毒性。 一般地说，对样品毒性试验的过程涉及对样品的处理以消除与其毒性相联系的化学基 团。对处理过的样品与未处理的样品毒性试验的结果做比较，其结果的不同表明：被去除的

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组分（或组分族）正好是与其毒性相对应的物质。 目标组分及其分离的方法千差万别，已有的标准和可靠的技术可直接采用，没有的则需 进一步开发，对于一些特殊的废水还需要特别制定另一些方法。 在开始分离前，往往需要制订计划，并注明所用设备需要的条件。图1.13综合了分离 废水时应用的各种技术。不是所有的分离技术都应用于每一步分离中，处理方法应根据实际 情况而定。

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③树脂吸附和溶剂萃取有时可以用树脂吸附或溶剂萃取鉴定非极性 当一个样品吸附在长链有机树脂上时，用溶剂（例如甲醇）将有机物从 然后通过生物鉴定法测定样品的毒性。

1. 2. 2. 2源分析和分类

在一个典型的废水收集系统中，经工厂产生的不同源的多种废水逐渐汇合，最终形成一 股单独排放或处理工厂的进水。为了准确地鉴定此过程中毒物的来源，必须进行源的分析和 分类。此过程先从流人处理工厂的废水着手，接下来沿上游到废水的各个排放点直到鉴定出 主要毒物源为止。 对每个废水源评估的目的是确定该股废水能否被末端处理设施（通常采用生物处理系 统）脱毒，确定不同源对出水毒性的相关贡献，进一步寻找减少或消除其毒性的方法。 收集和分析大量废水源的信息需要编制程序，其程序的方框图如图1.13所示。根据以

下要求对处理前的废水源作初次分类： a.生物鉴定毒性，其主要化学成分以mg/L 表示；b.流量，以总废水的体积分数表示； 。主要化学成分的浓度，例如有机物以总 有机碳（TOC）表示；d.生物可降解性。 相对难生物降解的废水，在排放时容 易引起毒理效应，需要进行物理或化学处 理。相反，另外一些易生物降解，但存在 高浓度的因生物降解而产生的残留物，需 另加试验以评价通过生物处理后是否仍留 下大量有毒物质。 废水流出液生物降解越容易，引起毒 理效应的概率也就越低。废水毒性的实际 影响可以通过供给连续流生物反应器全部 （或大部分）混合废水，然后测定反应器出 水的毒性夹涮宗

图1.14废水处理厂的废水流出液生物 毒性与COD的相关图

测定在废水流之间是否发生了反应也很必要。为此，将各个废水流出液的毒性与混合废 水作为进水流人生物反应器后的出水毒性相比较。如果混合后的毒性（以毒性单位表示）是 准确地相加，说明没有协同或拮抗效应发生。如果混合后测得的值低于计算值（例如混合样 品没有毒性），这说明流出液间发生了拮抗。如果相反，则说明发生了协同。 在许多情况下，由于无法找到废水毒性的成因，必须作出总废水的COD与其毒性的相 关关系图。如图1.14所示为一个石油精炼厂废水二者的相关性。

有机工业废水按其浓度可分为高浓度有机工业废水和低浓度有机工业废水。高浓度有机 工业废水主要具有以下特点。

章高浓度有机工业废水来源与特性

①有机物浓度高COD一般在2000mg/L以上，有的高达几万乃至几十方毫克每升。 ②成分复杂含有毒性物质，废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多，还多 含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物。 ③色度高，有异味有些废水散发出刺鼻恶臭，给周围环境造成不良影响。 ④具有强酸强碱性工业产生的超高浓度有机废水中，酸、碱类众多，往往具有强酸 性或强碱性。 高浓度有机工业废水具有较大的环境危害，包括：危害人体健康，降低农作物产量和质 量，影响渔业生产的产量和质量，制约工业的发展，加速生态环境的退化和破坏，造成经济 损失等。以下按废水来源、水质特征和环境危害分别论述制药废水、印染废水、制革废水、 电镀废水和造纸废水的水质特征和环境危害。

1. 3. 2 制药废水

1. 3. 2. 1 制药废水来源

高浓度有机工业废水处理技术

制剂生产废水主要是原料和生产器具洗涤水和设备、地面冲洗水，污染科 企业的废水排放标准相对严格，也需要进行适当的处理，

1. 3. 2. 2制药废水的水质特征

1.3.2.3制药废水的环境危害

考患到制药废水可能残留某些药物成分等有毒害物质，排放到水体中会对生态环境造成 不良影响，我国各类制药工业水污染物排放标准中均选择了急性毒性的废水控制指标，以期 有效控制有毒有害污染物对环境的影响。 发酵或提取过程中投加的有机或无机盐类，这些物质达到一定浓度会对微生物产生抑制 作用。资料表明，废水中青霉素、链霉素、四环素、氯霉素浓度低于100μg/L时，不会影 向好氧生物处理，而且可被生物降解，但当它们的浓度大于10mg/L时会抑制好氧活性污 泥，降低处理效果。也有研究表明青霉素、链霉素低于500mg/L时不抑制好氧活性污泥的 吸，青霉素、链霉素、卡那霉素浓度低于5000mg/L时，对厌氧发酵没有影响。各种抑制 物容许浓度与所用微生物的驯化情况和具体试验条件有关[4]

1.3.3.1印染废水来源

在印染行业中所采用的原辅料、化学试剂及技术都有颇大的差别DB34T 2568-2015 金属非金属矿山尾矿库安全质量评审准则，但基本工序是十分相 以的。典型的印染过程一共有八个步骤：退浆、精练、漂白、丝光、染色、整理、干燥及成 品。印染废水的两大污染源是退浆及染色（印花）工序，它们在整个印染工艺流程所产生的 废水中占有非常高的比重。

1.3.3.2印染废水的水质特征

退浆废水中的主要污染物为淀粉、PVA及一些助剂。根据实测资料，天然浆料的退浆废 水COD为10～20g/L，BOD为5～10g/L，属易生化的高浓度有机废水，pH值一般在9左右 对于合成染料（PVA）的退浆废水COD介于10～40g/L之间，BOD则在500～1000mg/L之 间，pH值一般在6左右，属难生化的高浓度有机废水。染色（印花）废水COD在3～20g/L 之间，BOD介于300～1000mg/L之间，pH值在9.5左右，色度在50～80色辉单位（L0vi bondunit)。染色废水呈现高色度、高浓度难降解的特性。因此，消减两股废水的有机污染负

第1章高浓度有机工业废水来源与特性

荷，对末端排放废水水质的改善起关键作用。其次，漂洗水在整个生产工序中占有相当高的比 重。减少各工序的用脉量DB33T 919-2014 光皮桦栽培技术规程，提高洗水效率，是控制和减少废水排放的有效手段。 各类印染废水由于产品的不同，水质也有较大差别。表1.8和表1.9列举了棉及混纺织 物印染废水和针织织物印染废水水质情况[5]

表1.8棉及混纺织物印染度水水质