COD 与 BOD:比值说明了什么可生化性

COD 与 BOD 是对任何一股新污水做的第一项比较,而其中决定最多的是一个通常没被写下来的数字:两者之间的比值。它是工业污水可生化性的初步估计,而它的可靠性只取决于所测的那个样品。

进水渠混凝土边缘上的一只透明玻璃取样瓶
Process & biology

COD 与 BOD:两项测定,两个不同的问题

化学需氧量(COD)是样品中能被强化学氧化剂在酸性条件下氧化的物质所对应的氧当量。常规测定是在升温条件下用硫酸中的重铬酸盐消解样品,通常两小时,再把消耗的重铬酸盐换算成氧当量。它快速、可重复而且接近完全,而这种完全性正是要点:细菌碰不到的物质它也算进去,细菌能碰到的当然也算。

生化需氧量(BOD)是微生物在固定培养期内氧化样品所消耗的氧。常规测定在 20 摄氏度下、避光、接种菌种,运行五天。它量的是现有微生物在那个窗口内真正能利用的部分,这既是它的价值,也是它的局限。

所以这两个数字回答的是不同的问题。COD 问水中有多少可氧化物质。BOD 问其中有多少能被一个微生物群落在五天内消耗掉。当微生物适应良好、水又没有抑制性时,第二个紧跟第一个,两者之间的比值就高。当情况不是这样时,这个差距的大小就是那个任何一个数字单独都回答不了的问题的答案。

两项测定各自看得到和看不到什么

COD 能看到大多数有机化合物,包括抗生物降解的那些,也能看到重铬酸盐会氧化的某些无机物种:硫化物、亚硫酸盐、亚铁、亚硝酸盐,以及未被掩蔽的氯离子。因此 COD 数值可能被任何生物工艺都去除不了的物质抬高,而含盐污水会因与其有机负荷毫无关系的原因读出偏高的 COD。

BOD 看到的是可生物降解的那部分,而且只是其中在五天内被消耗掉的部分。这个数值通常以碳质需氧量来引用,尽管随菌种带入的硝化细菌也会在窗口内消耗氧、把结果抬高。同一枚硬币的另一面是抑制:任何让微生物停下来的东西——毒物、极端 pH 或消毒残留——都会压低这项测定。因此一股有毒污水可能给出很低的 BOD,不是因为物质难降解,而是因为微生物还没来得及工作就被停下了。

把污水中的 BOD 与 COD 比值当作第一遍读

在同一样品上用 BOD 除以 COD,得到的是可氧化物质中一个微生物群落能在五天内摄取的比例;污水处理中的 BOD 与 COD 比值就是被读作可生化性的初步估计。常见引用的区间来自市政与混合工业实践:高于约 0.5 时,这股水通常被描述为易生物降解,生物段适配得很舒服;约 0.3 至 0.5 之间时,生物路线仍然现实,但需要有已驯化的微生物群和更长的生物量停留时间;低于约 0.3 时,生物路线独自会很吃力。把这些区间作为起步方法而不是规格来读,因为它们是来自经验的约定,而不是某股污水必须服从的阈值。

而且比值天生就是一件粗糙的工具。它是一个数字对一种混合物的概括,而比值相同的两股污水可能是完全不同的问题。由此读出工业污水的可生化性,是一个起点而不是结论。

比值在哪些地方会误导

  • 低比值并不意味着物质难降解。COD 包含可沉降固体与颗粒物,悬浮部分大就会压低比值,而它靠沉淀或格栅去除而不是靠生物。在过滤后的样品上同时做两项测定,可以把这两个问题分开。
  • 低比值可能是抑制的结果,而不是可生化性的结果。毒物、pH 波动或残留氧化剂让瓶中的微生物停下来,BOD 下降的原因,等这股排放被稀释或中和之后装置并不会重现。
  • 低比值可能是菌种的结果。未驯化的菌种无法在五天内降解某种工业化合物,而一个已经接触这股排放数月的装置里的微生物可以。台架试验会低估装置的实际情况。
  • 瓶中的硝化会抬高 BOD,因而也抬高比值,所以一个带硝化菌种、氨氮负荷又高的样品,读出来会比它的碳质需氧量所应得的更好看。
  • 氯离子和其他无机还原性物质会抬高 COD,所以高盐度污水在干扰被掩蔽之前读出的比值偏低。
  • 两种不同的 COD 方法,或者换一个实验室,会为同一股水给出两个不同的比值。跨方法比较比值,比的是方法。
  • 五天窗口是一个约定。降解缓慢的化合物可能完全不在这段时间里显现,所以低比值可能意味着慢,而不是不可能。

污水中的溶解性 COD 能回答更多

在过滤后的样品上做这两项测定——常规通过 0.45 微米滤膜——得到溶解性的一对数据,而污水中的溶解性 COD 才是生物段真正被问到的对象。可沉降部分是物理任务,属于上游,交给格栅、除砂和初沉;溶解性部分才是到达生物系统的活。当总比值低而溶解性比值高时,装置需要的是更好的固体去除,而不是换一套微生物。

两个数字加一个比值仍然不是一次可生化性研究。pH、温度、盐度、是否存在特定抑制剂,以及氮和磷的可获得性,都决定微生物能否工作,而它们没有一个出现在比值里。它们应当出现在同一份样品报告里。

从比值到一个工艺决策

在比值含糊时如何判定:把 BOD 序列跑五天、十天和二十天,或者用实际菌种做呼吸仪试验,读耗氧曲线的形状,而不是曲线上某一个点。继续爬升的曲线说明物质可生物降解但慢;很早就变平的曲线说明它不会被那个群落在有用的时间内消耗掉。

比值高时,决策直接:上一段生物处理,按有机负荷与氮负荷定规模。比值中等时,决策关乎时间和适应,通常意味着更长的生物量停留时间与一座调节池,而不是换一套工艺。当一股水用已驯化菌种测过、溶解性比值确实很低时,选择在于:在生物段之前用 Fenton 之类的化学氧化步骤或微电解把难降解部分打断,还是在流程末端用物化手段去除残余。两条路线都在化学与深度处理页上有说明,适用哪一条由水中的化合物决定,而不是只由比值决定。

常见错误

  • 把比值当作生物处理的及格线,一旦高过某个阈值就不再追问。
  • 把在不同样品上、或在同一样品不同稀释倍数下测出的 BOD 与 COD 拿来比较,而其中一项已经超出其有效量程。
  • 把被压低的 BOD 当作难降解物质的证据,而不检查毒性、pH 和残留氧化剂。
  • 把两个实验室用不同消解方法或不同氯离子掩蔽方式得出的 COD 数值拿来比较。
  • 在被问及的是到达生物系统的溶解性部分时,引用原污水的比值。
  • 忘了设计依据是负荷而不是浓度:流量翻倍时同样的比值就是双倍的问题。

比值决定工艺之前的自查

  • COD 与 BOD 两项测定是在同一样品上、同一时间、由同一个实验室做的吗?
  • 样品能代表装置将会遇到的负荷吗,包括生产高峰日而不是清淡的日子?
  • 总样品与过滤后样品的比值都算过了吗?
  • 样品检查过抑制剂吗?涉及工业排放时,BOD 是用已驯化的菌种做的吗?
  • COD 数值有没有连同方法一起给出,以便与早先的结果比较?
  • 比值落在含糊区间时,做过更长时间的试验或呼吸仪试验吗?
  • 排放标准说明了吗,以便所需去除率是从许可要求读出来的,而不是从比值读出来的?
  • 以千克每天计的负荷有没有和浓度记在一起?

从一个比值到一条处理链

比值是可生化性问题的第一页,而不是最后一页。它说明微生物独自有没有机会,而其余答案来自具体的化合物、排放标准、流量,以及用真实的水和真实的菌种做的一次试验。设计进水水质图表与排放标准到工艺路线图表给出这个计算的两端;在难降解部分必须在生物段之前被打断的地方,化学与深度处理页说明了完成这件事的投加与氧化设备。单台成套设备能从你的水中去除多少,按你的进水分析和排放标准与工厂确认,而不是从表格上假定。

请告诉我们现场要处理什么。