金明蘭 賴密玲 李 杭 王 盛 楊曉凱

(1:吉林建筑工程學(xué)院松遼流域水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130118; 2:吉林建筑工程學(xué)院人事處，長(zhǎng)春 130118; 3:通化市物業(yè)管理辦公室，通化 134001; 4:通化市醫(yī)藥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)特達(dá)房屋拆遷有限公司，通化 134001; 5:通化市東昌區(qū)物業(yè)管理中心，通化 134001)

0 引言

隨著工業(yè)的發(fā)展，特別是隨著石油、化工、塑料及纖維等工業(yè)的發(fā)展，造成的水污染相當(dāng)嚴(yán)重，污水成分已愈來(lái)愈復(fù)雜，大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難降解的有機(jī)物質(zhì)和有毒物質(zhì)進(jìn)入廢水和城市污水中，很難在短時(shí)間內(nèi)被常規(guī)生物處理系統(tǒng)中的微生物分解氧化［1］.為了解決高濃度、高毒性、難降解有機(jī)廢水的處理問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們通過投加具有特定功能的微生物、營(yíng)養(yǎng)物或基質(zhì)類似物，從污水中獲取養(yǎng)分，同時(shí)降解和利用有害物質(zhì)，對(duì)廢水中呈溶解態(tài)或膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物起到降解作用，從而達(dá)到提高廢水處理效果的生物處理方法［2］.生物處理法處理廢水是19世紀(jì)末出現(xiàn)的新型技術(shù)，發(fā)展至今已成為世界各國(guó)處理污水的主要手段之一.通過活性污泥或生物膜上的微生物的代謝活動(dòng)使廢水中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為代謝最終產(chǎn)物CO2和水等無(wú)害產(chǎn)物，而使廢水得到凈化［3］.由于生物處理法具有消耗少、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、工藝簡(jiǎn)單、操作管理方便和無(wú)二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越受到人們的重視，在全世界范圍內(nèi)得到了積極發(fā)展和應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益［4］.

1 生物處理廢水的分類

生物處理廢水是利用微生物的生命活動(dòng)過程，對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化、凈化，從而起到減輕污染、保護(hù)環(huán)境的目的，與其它方法相比，具有管理費(fèi)用低、適用范圍廣、成本低、效率高、效果好等特點(diǎn)［5］.生物處理的方法有厭氧生物處理法、活性污泥法、生物膜法和氧化塘法.

1.1 厭氧生物處理法

厭氧生物處理法是指在沒有游離氧的情況下，在厭氧細(xì)菌或兼性細(xì)菌的作用下，處理污水中的沉淀污泥和高濃度的有機(jī)廢水，產(chǎn)生具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的甲烷和二氧化碳等能源氣體的一種處理方法，也就是將復(fù)雜的有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的化合物，同時(shí)釋放能量的方法.具有不需要氧、運(yùn)行費(fèi)用低、回收利用生物能、減少致病菌、減弱臭味、縮小體積、易于處置、處理出水中COD的脫除效果好等優(yōu)點(diǎn)，但存在著反應(yīng)速度較慢、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、反應(yīng)器容積大、消耗能源等缺點(diǎn)［6］.另外，厭氧微生物對(duì)廢水中的有毒物質(zhì)較為敏感，容易導(dǎo)致反應(yīng)器運(yùn)行條件的惡化.

1.2 活性污泥法

好氧生物處理法是在通氣條件下，利用含有好氧微生物的活性污泥，降解有機(jī)物，逐級(jí)釋放能量，穩(wěn)定低能位的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物，達(dá)到無(wú)害化，是應(yīng)用最廣、工藝最成熟的技術(shù).該技術(shù)具有反應(yīng)速度快，反應(yīng)時(shí)間短，容器小，不產(chǎn)生異味，運(yùn)行條件控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適用于有機(jī)物濃度較低的生物處理，但該技術(shù)的弱點(diǎn)是產(chǎn)生大量的剩余污泥難以解決［7］.

1.3 生物膜法

生物膜法是利用附著生長(zhǎng)于某些固體物表面高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動(dòng)物以及藻類等組成生態(tài)系統(tǒng)的微生物，去除廢水中呈溶解和膠體狀有機(jī)污染物的方法.生物膜自濾料向外可分為厭氣層、好氣層、附著水層、運(yùn)動(dòng)水層.生物膜首先吸附附著水層有機(jī)物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進(jìn)入?yún)挌鈱舆M(jìn)行厭氣分解，流動(dòng)水層則將老化的生物膜沖掉以生長(zhǎng)新的生物膜，如此往復(fù)以達(dá)到凈化污水的目的［8］.它具有水質(zhì)、水量、水溫變動(dòng)的適應(yīng)性強(qiáng)，剩余污泥量少、不存在污泥膨脹、動(dòng)力費(fèi)用低及處理效果高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品、造紙、農(nóng)藥、印染和石油等工業(yè)廢水的處理.

1.4 氧化塘法

生物塘法是利用水塘中的微生物和藻類對(duì)污水和有機(jī)廢水進(jìn)行需氧生物處理的方法.其對(duì)廢水的凈化過程同生物降解作用對(duì)水體的凈化過程相似，是好氧性分解作用、厭氧性分解作用和光合作用互相影響的凈化過程.廢水經(jīng)厭氧生物降解，再經(jīng)需氧生物降解，轉(zhuǎn)化為水質(zhì)穩(wěn)定的出水.但存在著效率低、需要的空間位置大、產(chǎn)生臭味、受溫度波動(dòng)的影響大等缺點(diǎn)，只在氣候適宜的地方使用，目前只在造紙、食品加工等工業(yè)廢水處理中應(yīng)用.近幾年來(lái)，隨著土地處理系統(tǒng)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了污水曝氣湖等新型氧化塘，不僅能有效地處理廢水，且可利用廢水中的有機(jī)物在生物氧化過程中轉(zhuǎn)化成的藻類蛋白養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨等，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益［9］.

2 生物處理廢水技術(shù)的特點(diǎn)

廢水生物處理是利用微生物的生命活動(dòng)過程對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化作用，從而凈化廢水的處理方法.其主要特征是應(yīng)用微生物特別是細(xì)菌，在為充分發(fā)揮微生物的作用而專門設(shè)計(jì)的生化反應(yīng)器中，將廢水中的污染物轉(zhuǎn)化為微生物細(xì)胞及簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物.與物理化學(xué)方法相比，廢水生物處理技術(shù)具有一系列的特點(diǎn):由于污染物的生化轉(zhuǎn)化過程不需要高溫高壓，在溫和的條件下經(jīng)過酶催化即可高效并相對(duì)徹底地完成，因此，處理費(fèi)用低廉、對(duì)廢水水質(zhì)的適用面寬、避免對(duì)水質(zhì)造成二次污染［10］，不僅可以去除了有機(jī)物、病體、有毒物質(zhì)，還可以去除臭味，提高透明度，降低色度等，具有良好處理效果.

3 生物處理技術(shù)的應(yīng)用

隨著生物處理技術(shù)的日益成熟，已廣泛應(yīng)用在多種廢水的處理中.主要通過提高目標(biāo)污染物的去除效果，改善污泥性能、減少污泥產(chǎn)量、縮短系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，增強(qiáng)耐沖擊負(fù)荷的能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、添加生物酶，加快反應(yīng)進(jìn)行.

李海英等為期1個(gè)月的連續(xù)處理造紙漂白廢水試驗(yàn)表明，固定化細(xì)胞的酶活性及可吸附有機(jī)鹵素(AOX)去除率均高于自由菌液，對(duì)溫度和pH的適應(yīng)范圍較寬;在停留時(shí)間為2.4 h時(shí)，其去除率可穩(wěn)定在80%左右［11］;

喬慶霞等選育優(yōu)勢(shì)菌處理含氯漂白廢水中段水相對(duì)濃度為50%，pH為7.0，菌液量為2 mL時(shí)，對(duì)廢水中有機(jī)氯化物和COD的綜合處理效果較好［12］.生物增強(qiáng)作用比一般的廢水處理方法更能提高系統(tǒng)對(duì)BOD5，COD，TOC或某種特定難降解物的去除效果.

韓長(zhǎng)秀等利用投加高效菌種強(qiáng)化法處理牛奶廢水，在延時(shí)曝氣、曝氣塘和氧化溝3種不同的處理系統(tǒng)，都提高了BOD5，COD的去除率［13］;

劉暉用該方法處理馬鈴薯廢水時(shí)，TOC的去除率達(dá)到98%;通過在活性污泥法中投加苯酚降解菌，在40 d內(nèi)處理系統(tǒng)對(duì)苯酚的去除率保持在95%～100%，而沒有采用生物強(qiáng)化的中苯酚的去除率降低到40%，提高苯酚的去除率［14］;

林俊岳在附著生長(zhǎng)生物床中，加入降解BTX(苯、甲苯、二甲苯)的混合優(yōu)勢(shì)菌，生物增強(qiáng)系統(tǒng)的去除效果提高7mg/L BTX;生物增強(qiáng)作用不僅可以有效地消除污泥膨脹，增強(qiáng)污泥沉降性能，且可減少污泥產(chǎn)量，一般可使污泥容積降低20%左右［15］.

D.RenateHuebner.改善出水水質(zhì)，減少污泥排放和污泥處理的能耗.結(jié)果表明，接種生物增強(qiáng)劑運(yùn)行3周就可消除污泥膨脹現(xiàn)象［16］;

潘景盛在大規(guī)模廢水處理中，使用生物增強(qiáng)劑后，污泥床厚度下降到2 m左右，降低能耗，控制臭氣的產(chǎn)生，縮短系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，達(dá)到較高的快速處理效果，增強(qiáng)系統(tǒng)的耐沖擊負(fù)荷能力以及處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性［17］;

Dipl.-Ing EIU-Karlsruhe向系統(tǒng)中加入五氯酚的純種菌后，大大縮短處理的馴化期［18］.

為了研究酚的降解情況，李彥鋒把3種菌接種到3個(gè)活性污泥系統(tǒng)的單元體系中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在普通活性污泥系統(tǒng)中，需要10d才能將酚完全降解，而在接種了E1，E2菌種的增強(qiáng)系統(tǒng)中，分別只需要2 d～3 d就可將酚完全降解［19］;

武桐等在氧化塘處理焦化廢水的系統(tǒng)中，投加生活污水，利用生活污水中含有多種營(yíng)養(yǎng)元素，加強(qiáng)了生物的共代謝作用，大大提高COD的去除率［20］;

于佳等研究表明氯苯類同系物共存時(shí)，對(duì)氯苯的生物降解性有一定程度的影響［21］;

劉俊新等研究表明TN，TP和COD的去除率分別達(dá)85%，95%和95%，氨氮去除率達(dá)99%以上［22］.

4 結(jié)語(yǔ)

從國(guó)內(nèi)外廢水生物處理法的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，不斷推出更好的生物處理工藝，去除污水中溶解和膠體的有機(jī)物質(zhì)的效率越來(lái)越高，污水出水水質(zhì)好，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，已成為在現(xiàn)代廢水處理的研究熱點(diǎn).廢水生物處理向著更先進(jìn)、更高效、更節(jié)能、自動(dòng)化程度更高的方向發(fā)展，細(xì)胞及微生物固定化技術(shù)的應(yīng)用、新型填料與載體的開發(fā)應(yīng)用、節(jié)能技術(shù)突出等領(lǐng)域取得長(zhǎng)足的進(jìn)展.該方法具有提高難降解有機(jī)物的去除率、改善污泥性能、縮短系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間、增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和耐沖擊負(fù)荷能力，顯著提高水處理范圍和水處理能力，具有工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、處理能力強(qiáng)、占地面積少、運(yùn)行方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，是一種投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效率高的廢水處理的新工藝［23］.該技術(shù)廣泛應(yīng)用于生活污水、紡織、屠宰、造紙、核污染等廢水處理.然而目前建造的廢水處理工程與設(shè)施的投資和昂貴的運(yùn)行、管理費(fèi)用成為廢水處理工程中的瓶頸.如何改善載體的結(jié)構(gòu)，提高對(duì)微生物的附著能力、加強(qiáng)傳質(zhì)、提供更大的孔隙率和比表面積，改善材質(zhì)以降低生產(chǎn)成本及運(yùn)行成本等將成為這一領(lǐng)域中較為集中的研究課題.因此，生物強(qiáng)化技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)相結(jié)合，成為廢水生物處理的必然趨勢(shì)，對(duì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的歷史意義.

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