焦化废水是一类典型的高负荷、高污染、有毒/难降解工业废水,以碳、氮循环为核心的生物处理方法被认为是焦化废水最经济的处理手段,但多组分混合的焦化废水有机物含量高,各种有毒有害污染物对微生物存在毒性抑制与惰性抑制,污染组分之间在生物降解过程中表现出拮抗作用,导致焦化废水可生物降解性能差,难以厌氧降解。明确焦化废水中生物降解强抑制组分对后续高效除碳甚至厌氧降解过程的实现具有关键的意义。考虑到废水的生物处理过程细胞受体对污染物分子的响应类似于化学吸附,吸附过程与生物降解过程应存在污染物去除原理上的相关性,而决定有机污染物在吸附剂上的行为主要因素是吸附物质的极性(亲疏水性)以及分子量大小。因此,废水溶液的极性和其中污染物的分子量可能与废水的可生物降解性强烈相关。采用DAX-8大孔树脂将焦化废水分离出疏水酸性组分(HOA)、疏水碱性组分(HOB)、疏水中性组分(HON)和亲水性组分(HIS)等四种极性不同的组分以及,分析了各组分的有机物含量分布,紫外吸收光谱和三维荧光光谱,并用两种方法考察了各组分的可生物降解性能。结果表明,HOA是构成焦化废水主要的有机组分,其COD和TOC均占55%以上;HOA也是主要的芳香物质及荧光组分,而HON是芳香构造化程度最高和类腐殖质占比最高的组分;各组分的BOD5/COD值及脱氢酶活的抑制结果显示其难降解程度依次为HON>HOB>HIS>原水>HOA,而HON是焦化废水中生物抑制最强组分,其BOD5/COD值仅为0.21±0.02,对脱氢酶活的抑制达到38.5%。采用超滤膜分级过滤得到<1 k Da、1~3 k Da、3~10 k Da、10~30 k Da和>30 k Da等5个不同分子量区间的组分,小分子量的有机物(<1 k Da)是焦化废水中主要的有机组分,其COD和DOC均占90%以上,同时也是主要的芳香物质及荧光组分,而分子量1~3 k Da的组分是芳香构造化程度最高的组分;各组分的BOD5/COD值及脱氢酶活的抑制结果显示分子量为3~10 k Da和>30 k Da的组分是焦化废水生物降解抑制组分,而>30 k Da的组分生物抑制性最强。SUVA与可生物降解性的关联分析发现,焦化废水中难降解组分并不都是芳香性化合物造成的。类腐殖质P(Ⅲ+Ⅴ)可以代表不同极性组分中难降解有机物的含量,但对于不同分子量的组分则不适用。虽然明晰了焦化废水中不同极性、不同分子量组分的光谱学特征,但对于处理过程特别是实际工程规模中焦化废水有机物的光谱特征变化研究还未深入。生物处理过程是整个焦化废水处理的核心部分,涉及多种生物、化学和物理过程,紫外可见吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)不仅能从光谱层面反映有机物在生物处理过程的去除行为,还可以作为一种快速检测分析方法,为焦化废水处理厂提供有效可行的处理效果监控。以韶钢焦化废水处理二期工程为案例,采用紫外可见吸收光谱和EEM-PARAFAC表征焦化废水中有机物在A/O1/H/O2过程中去除行为并且分析光谱学参数与水质指标的相关性。结果表明,该生物过程的除碳脱氮效果显著,COD,DOC和TN的去除率分别为91.3%,87.3%和69.1%;UV270被发现是焦化废水稳定的特征紫外吸收峰,其能够反映酚类、多环芳烃和杂环化合物的紫外吸收;生物处理后焦化废水中有机物的芳香构造化程度和分子量均呈现升高趋势,极性官能团含量得到大幅削减。焦化废水被PARAFAC识别出三类主要的荧光组分,分别为C1(类酪氨酸)、C2(类色氨酸)、C3(类富里酸),且生物过程中类蛋白质物质的去除率高于类腐殖质,类酪氨酸可能更适合于指示焦化废水中可生物降解成分。相关性分析结果指出UV270与COD和DOC相关性最显著,相关系数分别达0.921和0.959,荧光组分C2与TN含量变化具有明显的一致性,相关系数为0.875,表明UV270和C2可分别示踪焦化废水生物处理过程有机物含量和TN的变化。