生物法處理工業(yè)廢水的研究進(jìn)展

呂伯宇，李思凡，商麗艷

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

工業(yè)廢水是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、污水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物等。我國(guó)的工業(yè)廢水產(chǎn)量大，但是處理效果不佳，大量的廢水不能得到有效處理[1]。近年來，隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，生物法處理工業(yè)廢水成為研究熱點(diǎn)，生物法是利用生物的生命活動(dòng)過程，降解廢水中呈溶解態(tài)或膠體態(tài)的有機(jī)污染物的過程，主要方法有活性污泥法、生物膜法、厭氧處理法等，此法具有高效、低能耗等特點(diǎn)，適合我國(guó)的處理工藝，筆者綜述了生物法應(yīng)用于含硫廢水、造革廢水、造紙廢水、有機(jī)廢水、印染廢水的研究進(jìn)展，并對(duì)不同的工業(yè)污水所采用的生物方法的應(yīng)用特點(diǎn)作出評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)今后的發(fā)展方向提出一些建議，希望為今后的相關(guān)研究提供參考。

1 生物法處理工業(yè)廢水的應(yīng)用

1.1 處理含硫廢水

制藥、冶金及油漆噴涂等工業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)排放大量的含硫廢水，含硫廢水的主要污染物有硫化氫、硫醇類物質(zhì)等，毒性大并散發(fā)惡臭味道，對(duì)環(huán)境造成的污染極為嚴(yán)重，生物法以生物的生化特性對(duì)含硫污染物進(jìn)行吸附和降解。 郭金姝[2]等人通過生物濾池法考察不同進(jìn)氣量下的硫化氫氣體的去除效果，結(jié)果表明，在最適宜工況點(diǎn)條件下，300~900 mm是生物工作段的主要集中區(qū)域，生物濾池對(duì)硫化氫的去除效率可達(dá)到99%以上，經(jīng)處理后的污水符合國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)。于非凡[3]等人以負(fù)荷、壓降、溫度等因素為研究對(duì)象分析了生物滴濾塔處理污水廠硫化氫的去除效果，結(jié)果表明，當(dāng)氣體停留時(shí)間超過15 s后，去除率較穩(wěn)定，達(dá)到99%以上，溫度超過 20 ℃即能完成對(duì)硫化氫的完全去除，此方法具有處理效率高、污染小、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。武鑫[4]等人用脫氮硫桿菌對(duì)濃度較高的硫氮廢水進(jìn)行了脫硫處理，結(jié)果表明，在脫硫氮桿菌最佳培養(yǎng)條件下，硫氮比為 5:3、硫離子的濃度為400 mg/L的條件下，接菌后，硫離子轉(zhuǎn)化為硫酸鹽或單質(zhì)硫，且可回收的硫單質(zhì)高達(dá)206.8 mg/L。生物法處理含硫廢水的優(yōu)點(diǎn)在于后期易于管理，運(yùn)行費(fèi)用低，但由于含硫廢水毒性較大，會(huì)破壞生化系統(tǒng)，為了解除硫離子對(duì)微生物的抑制作用，尋找適宜的工藝應(yīng)作為今后研究的重點(diǎn)。

1.2 處理造革廢水

造革廢水成分復(fù)雜，含有大量蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物、脂肪、硫化物、氯化物、三價(jià)鉻鹽及染料等，其特點(diǎn)是顏色深，懸浮物較多，有毒，屬于不易處理的工業(yè)廢水之一。陳偉峰[5]等人以鉻鞣工段產(chǎn)生的廢鉻液經(jīng)過加堿沉淀回收后的廢液為研究對(duì)象，利用好氧接觸氧化池進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，COD的去除率為93.6%，SS（懸浮物）的去除率為96.3%，其中硫離子的濃度影響廢水的處理效果。陳學(xué)群[6]等人采用曝氣生物濾池法對(duì)某皮革有限公司污水處理工程二沉池出水進(jìn)行深度處理，結(jié)果表明，堿性條件下，經(jīng) 5∶1的氣水比例曝氣，水力停留時(shí)間等于或大于7 h時(shí)，COD去除率達(dá)到50%，氨氮的去除率達(dá)到80%，同時(shí)，若水的溫度得到適當(dāng)?shù)奶岣?，則 COD及氨氮的去除率也會(huì)適當(dāng)提高。王慶[7]等人采用厭氧 MBBR-好氧 MBR組合工藝以某合成革有限公司的生化工藝出水為研究對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，采用該工藝的出水 COD值達(dá)到國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)，出水氨氮也可穩(wěn)定控制在7.46～13.82 mg/L 之間。生物好養(yǎng)接觸法是處理造革廢水的主要方法，具有適應(yīng)性強(qiáng)、管理方便、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些問題，經(jīng)生物好養(yǎng)接觸法處理后的廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，預(yù)曝氣調(diào)節(jié)池也會(huì)出現(xiàn)泡沫問題，所以不斷的優(yōu)化工藝條件將是今后重點(diǎn)研究的方向。

1.3 處理造紙廢水

造紙廢水主要來自造紙工業(yè)生產(chǎn)中的抄紙和制漿兩個(gè)生產(chǎn)過程，含有大量的難揮發(fā)性有機(jī)酸、木質(zhì)素等物質(zhì)，其特點(diǎn)是污染物濃度高、可生化性差。張苗[8]等人考察混凝協(xié)同好氧生物膜技術(shù)對(duì)造紙廢水的處理效果，結(jié)果表明，三種混凝劑（PAM（聚丙烯酰胺）、FeCl3和Al2(SO4)3）對(duì)廢水中的CODcr和色度去除率影響各不相同，其中，F(xiàn)eCl3作為混凝劑協(xié)同好氧生物技術(shù)對(duì)廢水中色度的去除效果最為顯著，去除率達(dá)到69.30%，此外，在混凝劑PAM投加量為3 mg/L時(shí)，色度去除率達(dá)到47.64%，混凝協(xié)同好氧生物膜技術(shù)對(duì)造紙廢水的處理效果要高于單一混凝沉淀法，且出水水質(zhì)滿足一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。呂志偉[9]等人采用 SBR（序批式間歇活性污泥法）工藝對(duì)取自某市造紙廠排放的黑液、白水、中段廢水的混合液進(jìn)行研究，結(jié)果表明，對(duì)于進(jìn)水濃度為949 mg/L的廢水，在pH范圍為6.5~7.5，曝氣6h后，COD去除率達(dá)到81.8%，出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家規(guī)定的造紙行業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。馬春明[10]等人采用MBR（膜生物反應(yīng)器）對(duì)南方某造紙廠的造紙廢水進(jìn)行了處理，處理結(jié)果顯示，在污泥濃度(MLSS)9 000 mg/L、水力停留時(shí)間為22 h的條件下，MBR出水中的CODcr平均含量為66.4 mg/L、CODcr去除率高達(dá)94.6%。生物法處理造紙廢水具有低成本、高效率、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但生物法主要用在造紙廢水的二級(jí)處理中，不能成為處理造紙廢水的單一方法，在造紙廢水的一級(jí)處理中還需要用到化學(xué)法和物理法。

1.4 處理有機(jī)廢水

工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活用水會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)廢水，主要為有機(jī)污染物，其特點(diǎn)是成分復(fù)雜、污染物含量高。有機(jī)廢水易造成水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，危害較大。目前，生物法處理有機(jī)廢水以處理效率高、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。高小霞[11]等人考察SBR法對(duì)由調(diào)和油與生粉的水溶液配制的模擬有機(jī)廢水的處理效果，結(jié)果表明，隨著曝氣時(shí)間的延長(zhǎng)，廢水中有機(jī)物的去除率不斷提高，在最佳條件下，即曝氣3 h，沉淀1 h后，有機(jī)物的去除率為71.89%。此外，實(shí)驗(yàn)還表明，流入、反應(yīng)、沉淀、排放、待機(jī)是 SBR反應(yīng)曝氣池的運(yùn)行操作工序。陳紅星[12]等人以光合細(xì)菌、乳酸菌和酵母菌為復(fù)合菌劑考察有機(jī)廢水中污染物的降解效果，結(jié)果表明，廢水經(jīng)復(fù)合菌劑處理后，有益微生物的量大大增加，有害微生物得到抑制，在最佳條件下，廢水中COD的去除率為 87.1%，總碳的降解率為70.5%，同時(shí)，復(fù)合菌劑處理有機(jī)廢水后，還可獲得濃度較高的有益菌群。熊歡偉[13]等人將生物轉(zhuǎn)盤的盤片改為轉(zhuǎn)筒狀，然后加入多孔聚合物高分子載體，以有機(jī)廢水為研究對(duì)象，考察COD和NH3-N的去除效果，結(jié)果表明，改良后的新型顆粒生物膜生物轉(zhuǎn)盤處理有機(jī)廢水效果顯著，COD的平均去除率為85.2%，氨氮的平均去除率為 86.5%。孟東梅[14]以不同類型厭氧生物處理工藝在處理有機(jī)廢水方面特點(diǎn)為研究對(duì)象，分別對(duì)不同的厭氧處理效果進(jìn)行對(duì)比，EGSB（固體流態(tài)化技術(shù)）適合處理溫度及濃度均較低的廢水，結(jié)果表明，HUSB（水解酸化處理工藝）厭氧反應(yīng)器適合處理未經(jīng)脫氮的有機(jī)廢水，且對(duì)原水質(zhì)BOD有一定降解，同時(shí)又不影響脫碳源量。生物法能夠有效的去除有機(jī)廢水的污染物，但實(shí)驗(yàn)用水多為模擬有機(jī)廢水，污染物較單一，沒有考慮不同污染物之間的相互影響，因此，今后應(yīng)將以實(shí)際的綜合有機(jī)廢水作為重點(diǎn)研究的對(duì)象。

1.5 處理印染廢水

印染廢水色度深，可生化性差，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，過濾、混凝是處理印染廢水的傳統(tǒng)方法，傳統(tǒng)方法只是將液相轉(zhuǎn)化為氣相或固相，并未將污染物完全除去，因此，有關(guān)綠色環(huán)保高效的處理方法正在不斷開發(fā)。鄧航[15]等考察SBR法對(duì)活性染料廢水的處理效果，同時(shí)研究了活性污泥在該系統(tǒng)中缺氧段、好氧段兩個(gè)階段的酶的活性。結(jié)果表明，廢水中COD、色度與酯酶活性呈良好的相關(guān)性，SBR在好氧段為8 h，缺氧段為4 h時(shí)，廢水中COD的去除率達(dá)到最高，為90%，色度去除率也高達(dá)85%。邱滔[16]等人將生物法與膜分離技術(shù)結(jié)合處理前印染廢水，結(jié)果表明，利用MBR（膜生物反應(yīng)器）處理印染廢水效果顯著，溫度、溶解氧、污泥負(fù)荷等均是影響廢水處理效果的因素，在最佳條件下，COD的去除率達(dá)到80%，SS的去除率接近100%，氨氮、色度等也有一定的去除效果，且出水水質(zhì)較好，無異味。陳月華[17]等人用微生物絮凝劑（從活性污泥中分離提純出來）對(duì)COD為1 200 mg/L、SS為250 mg/L的印染廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明，在40 ℃，pH=8，投加5 mL/L自制絮凝劑時(shí)，廢水中COD去除率高于60%，可見，微生物絮凝劑為新型水處理劑處理印染廢水效果顯著，有著廣闊的應(yīng)用前景。生物法應(yīng)用于印染廢水中具有處理效果穩(wěn)定，成本低等優(yōu)點(diǎn)，但生物法對(duì)印染廢水中的 COD去除效果并不十分理想，且所需時(shí)間較長(zhǎng)，一般不能單獨(dú)使用。

2 結(jié) 論

生物法處理工業(yè)廢水效果顯著，對(duì)污染物有較強(qiáng)、較快的適應(yīng)性，廢水中的有機(jī)污染物可得到有效的降解、轉(zhuǎn)化，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生有益的代謝物質(zhì)[18]，本文對(duì)近年來采用生物法處理工業(yè)廢水的研究進(jìn)行了綜述，主要有活性污泥法、生物接觸氧化法、SBR法、曝氣生物濾池法、復(fù)合菌劑處理法等，筆者建議今后需要圍繞以下幾個(gè)方面開展工作：（1）利用單一生物技術(shù)處理工業(yè)廢水會(huì)出現(xiàn)工藝成本高、處理效果不佳等問題，今后可開發(fā)物化、生物聯(lián)合技術(shù)，優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)，以達(dá)到低成本、高效率處理工業(yè)廢水的目的，同時(shí)使污染物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。（2）不同菌劑對(duì)廢水的處理效果不同，可加強(qiáng)處理藥劑的研發(fā)，增強(qiáng)處理效果。（3）膜生物反應(yīng)器已大規(guī)模的投入到工業(yè)廢水的應(yīng)用中，但存在著膜污染、壽命短等缺點(diǎn)，所以應(yīng)針對(duì)以上缺點(diǎn)加強(qiáng)開發(fā)新型膜材料作為今后研究的對(duì)象，以提高工業(yè)廢水的處理效率。隨著人們對(duì)生物技術(shù)的不斷開發(fā)，期待其在工業(yè)廢水處理方面能有重大突破。

［1］A. V. Kravchenko, V. S. Zalevskii. A technique for normalizing th e operation of biological wastewater treatment plants during the bu lking of activated sludge[J]. Journal of Water Chemistry and Tech nology,2009, 31(5):334-340.

［2］郭金姝, 韓惠敏.生物法去除污水處理廠惡臭的實(shí)驗(yàn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程, 2011, 11(11):2622-2628.

［3］于非凡, 賈堤, 薛二軍, 等. 生物法脫除污水處理廠硫化氫的研究[J]. 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2009(1):44-47.

［4］武鑫, 趙晉忠. 脫氮硫桿菌對(duì)廢水中硫氮的脫除[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2013, 19(1):175-178.

［5］陳偉峰, 梁紅英, 楊洋,等.物化—好氧生物法處理制革廢水[J]. 河南化工, 2009, 26(10):34-35.

［6］陳學(xué)群, 黃元杰, 朱海峰. 曝氣生物濾池深度處理制革廢水的研究[J].西部皮革, 2009, 31(1):25-28.

［7］王慶, 丁原紅, 任洪強(qiáng),等.厭氧MBBR-好氧MBR組合工藝對(duì) PU合成革廢水的除氮試驗(yàn)研究[J]. 工業(yè)水處理,2012, 32(10):61-64.

［8］張苗, 黃少斌. 混凝協(xié)同好氧生物膜技術(shù) 深度處理造紙廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 造紙科學(xué)與技術(shù), 2010, 29(1):84-88.

［9］呂志偉, 黃艷賓. SBR 工藝處理造紙廢水的試驗(yàn)研究 呂志[J]. 河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 27(1):55-57.

［10］馬春明, 葉豐, 張玉忠,等.膜生物反應(yīng)器處理造紙廢水的中試研究[J]. 中國(guó)造紙, 2008, 27(2):21-24.

［11］高小霞, 張永利, 阮旭丹, 等. SBR 法間歇式活性污泥系統(tǒng)處理有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境保護(hù)于循環(huán)經(jīng)濟(jì), 2009(4):21-23.

［12］陳紅星, 曹翠巖, 謝迪,等.復(fù)合菌制劑對(duì)有機(jī)廢水處理的研究[J].沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 31(2):218-221.

［13］熊歡偉, 郭勇, 李禮, 等. 新型顆粒生物膜生物轉(zhuǎn)盤處理有機(jī)廢水的研究[J].中國(guó)給水排水，2009, 25(1):75-81.

［14］孟東梅. 有機(jī)廢水厭氧處理的實(shí)踐與效果研究[J]. 河南科學(xué),2012，30(6):771-773.

［15］鄧航, 李茵. SBR 處理印染廢水的優(yōu)化及活性污泥中酶活性的研究[J]. 寧夏農(nóng)林科技, 2013, 54(3):103-105.

［16］邱滔,張建文,胡琦,等.膜生物反應(yīng)器工藝處理高濃度前處理印染廢水研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2008,31(8):93-96.

［17］陳月華, 孔峰,張曉葉,等.微生物絮凝劑處理印染廢水的試驗(yàn)研究[J]. 化學(xué)工程師, 2008(5):34-35.

［18］L.Lardon, J. P. Steyer. Advances in Diagnosis of Biological Anaer obic Wastewater Treatment Plants[J].Selected Topics in Dynamics and Control of Chemical and Biological Processes Lecture Notes in Control and Information Science,2007,316:201-239.