生物技術(shù)在污水領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

1、生物技術(shù)在污水領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 生物技術(shù)2班 20070470 林海倫摘要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高, 所排放的廢水日益增多, 造成的環(huán)境危害也日趨嚴(yán)重。采用生物技術(shù)處理廢水具有許多明顯的優(yōu)點。本文詳細(xì)介紹了生物技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展及前沿動態(tài)。關(guān)鍵詞 生物技術(shù) 活性污泥法 生物膜法 正文 全球性水污染問題已對人類的生存環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成越來越嚴(yán)重的威脅, 保護(hù)水資源、防治水污染、改善水環(huán)境是實施可持續(xù)發(fā)展的必由之路,已成為人類共同追求的目標(biāo)。在目前所開發(fā)的廢水處理技術(shù)中, 生物處理技術(shù)已成為處理廢水、控制水污染的主要手段。廢水的生物處理技術(shù)就是采用一定的人工措施,

2、創(chuàng)造有利于微生物生長、繁殖的環(huán)境, 使微生物大量繁殖, 以提高微生物氧化分解有機(jī)污染物的一種技術(shù)。1 活性污泥法活性污泥法是目前應(yīng)用最廣泛的一種生物技術(shù)。由于在活性污泥上棲息、生活著大量的微生物,這種微生物以溶解性有機(jī)物為食料, 獲得能量, 并不斷增長繁殖, 通過相互協(xié)同作用, 加快了污染物質(zhì)的降解, 從而使廢水得到凈化?；钚晕勰嗵幚韽U水常用的主要方法是: 吸附生物降解工藝，簡稱AB 法、序批式活性污泥法( Sequencing Batch Reactor) , 簡稱SBR 法。AB 法是吸附- 生物降解工藝的簡稱。這項污水生物處理技術(shù)是由德國亞琛(Aachen)工業(yè)大學(xué)衛(wèi)生工程學(xué)院的Both

3、o Bohnke 教授為解決傳統(tǒng)的二級生物處理系統(tǒng), 即預(yù)處理- 初沉池- 曝氣池- 二沉池存在的去除難降解有機(jī)物和脫N 除P 效率低及投資運行費用高等問題, 在對兩段活性污泥法(Z- A 法)和高負(fù)荷活性污泥法進(jìn)行大量研究的基礎(chǔ)上, 于20 世紀(jì)70 年代中期開發(fā)、80 年代初開始應(yīng)用于工程實踐的一項新型污水生物處理工藝。前聯(lián)邦德國國家專利局的廢水處理專家稱AB 法為目前在廢水生物處理系統(tǒng)方面所取得的重大進(jìn)展。AB 法工藝在我國的研究和應(yīng)用經(jīng)歷了以下3個階段: 對AB 工藝的特性、運行機(jī)理及處理過程的穩(wěn)定性等進(jìn)行詳盡的報道和研究; 較多單位對AB 法處理城市污水、工業(yè)廢水進(jìn)行一定規(guī)模的(小試

4、)研究。如: 中國市政工程華北設(shè)計院、濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、武漢工業(yè)大學(xué)、蘇州城建環(huán)保學(xué)院以及東南大學(xué)等單位對城市污水、垃圾滲濾液、印染廢水、煉油廠含堿廢水、飲料廢水及屠宰廢水等進(jìn)行了研究; 國內(nèi)部分城市污水處理廠(如: 山東省青島市海泊河污水處理廠、泰安污水處理廠等)在引進(jìn)德國AB 工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上, 已建成一定處理規(guī)模的AB 法污水處理廠, 標(biāo)志該技術(shù)已在我國進(jìn)入實際應(yīng)用階段。國內(nèi)外的試驗研究及實際工程應(yīng)用表明: AB 法與傳統(tǒng)的活性污泥法相比, 在處理效率、運行穩(wěn)定性、工程投資和運行費用等方面均具有明顯的優(yōu)點,是一種非常有前途的污水生物處理技術(shù)。但其主要缺點是污泥產(chǎn)量高, 合理地解決污泥處置

5、問題, 將有助于AB 工藝的推廣應(yīng)用SBR 法是一種間歇式活性污泥法, 國內(nèi)通常叫做序批式活性污泥法, 又稱序批式反應(yīng)器。它具有工藝流程簡單、處理效果穩(wěn)定、占地面積小、耐沖擊負(fù)荷力強(qiáng)及具有脫N 除P 能力等優(yōu)點, 是近年來在國內(nèi)外被引起廣泛重視和研究日趨增多的一種污水生物處理新技術(shù)。該法在城市污水、食品工業(yè)廢水、造紙廢水行業(yè)等有廣泛的運用。還有2 種被稱作ICEAS的工藝可以說是SBR 工藝的變型。隨著研究的不斷深入, 預(yù)計不久的將來ICEAS 和CASS 工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用將有所突破。我國是近10 多年來才開始對SBR 污水生物處理工藝進(jìn)行研究的。1985 年, 上海市政設(shè)計院為上海吳淞肉聯(lián)

6、廠設(shè)計投產(chǎn)了我國第一座SBR 污水處理站, 設(shè)計處理水量為2 400 t/d, 幾年的實際運行實踐表明了良好的處理效果。湖南省湘潭大學(xué)于1989年完成了應(yīng)用SBR 工藝處理啤酒廢水的中試研究工作, 并且對SBR 工藝的運行穩(wěn)定性及工藝特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。上海同濟(jì)大學(xué)等單位也相繼對SBR 的硝化脫N 的功能進(jìn)行了一定的研究。SBR 法與連續(xù)流活性污泥法相比具有如下優(yōu)點: 工藝簡單、節(jié)省費用、污泥活性強(qiáng)、污泥質(zhì)量濃度高、耐沖擊負(fù)荷、有機(jī)物去除率高、能有效地控制污泥膨脹現(xiàn)象, 并能在不投加藥劑的情況下達(dá)到脫N、除P 的效果。2 生物膜法生物膜法是在處理廢水的反應(yīng)器中添加介質(zhì)(填料)作為微生物附著的

7、載體, 在分解有機(jī)污染物過程中, 微生物在介質(zhì)的表面上生長繁殖, 逐步形成微生物膜, 利用這種微生物膜來凈化污水。生物膜法具有無需污泥回流、不存在污泥膨脹、膜的生物活性高、反應(yīng)穩(wěn)定等優(yōu)點。生物膜法有多種構(gòu)筑物, 其中有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化床和生物流化床等。生物膜載體也從一開始的卵石、焦炭等天然材料, 逐步向以合成樹脂為主、形狀各異的膜載體發(fā)展, 同時也出現(xiàn)了固定床和流化床等各種形式。1989 年Yamamoto5將中空纖維膜絲直接置于曝氣池中, 形成了一體式膜生物反應(yīng)器。李紅兵等人6以滲氣性膜作為載體創(chuàng)造出一種膜與生物膜法相結(jié)合的膜生物膜反應(yīng)器(MBR) 。在MBR 中, 氧氣可通

8、過膜的細(xì)孔直接擴(kuò)散到生物膜上, 由于膜的孔徑在m 范圍, 由氣相擴(kuò)散到液相的氣體不會產(chǎn)生氣泡, 使氧氣傳遞速率和氣液有效接觸面積有了極大改進(jìn)。目前, 對于生物流化床, 尤其是三相流化床的流動特征尚無合適的模型描述, 好氧生物流化床也缺少生產(chǎn)實踐經(jīng)驗, 今后應(yīng)進(jìn)行更多的研究。另外, 采用生物膜法和其他技術(shù)相結(jié)合運用于生產(chǎn)實踐, 也取得了良好效果。朱苓等人報道了一種新型工業(yè)廢水處理技術(shù)生物膜電極法, 在處理低濃度硝酸鹽氮污染的地下水和飲用水等方面具有良好的效果; Sakakibara 等人將脫氮菌固定在陰極表面, 對地下水和飲用水中低濃度的NO- 進(jìn)行處理, 取得了很好的效果, 但目前這一技術(shù)尚處

9、于實驗室研究階段; 劉俊新等人采用生物膜- 活性污泥工藝處理焦化廢水, 可同時有效去除廢水中的COD 和NH3- N, COD 去除率為80%95%, NH3- N 去除率為94% 99.9%, 其他指標(biāo)也達(dá)到了國家排放標(biāo)準(zhǔn); 王乾揚等人采用膜法SBR 工藝處理皮革廢水, 取得了理想的效果; 劉俊新等人同時利用該法對脫N 除P 進(jìn)行了研究, 結(jié)果表明: NH3- N 去除率達(dá)99%以上, TN、TP 和COD的去除率分別達(dá)85%, 95%和95%。3 厭氧生物處理法厭氧生物處理是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌在無氧條件下降解有機(jī)污染物的處理技術(shù)。因其效率高、成本低而成為現(xiàn)代先進(jìn)的廢水處理技術(shù)。用于

10、厭氧處理的構(gòu)筑物的最普通的消化池, 如厭氧濾池、上流式厭氧污泥床、厭氧轉(zhuǎn)盤、擋板式厭氧反應(yīng)器以及復(fù)合厭氧反應(yīng)器等。近年來又發(fā)展了一些新型的工藝, 如厭氧接觸系統(tǒng)、厭氧生物濾他、厭氧污泥床等。厭氧技術(shù)在廢水處理中應(yīng)用非常廣泛, 我國在這方面的一些技術(shù)居于世界領(lǐng)先地位。厭氧方法適合處理高濃度的有機(jī)廢水。一般BOD5 超過1.5 g/L 時, 就不宜用好氧處理, 而應(yīng)該采用厭氧處理方法。與好氧處理相比, 其有如下優(yōu)點:反應(yīng)器不受氧傳遞的影響; 固體停留時間較長; 單位容積負(fù)荷遠(yuǎn)高于好氧系統(tǒng); 產(chǎn)生污泥量少和運行費用低。同時, 每去除1 kg COD 能產(chǎn)主0.35 m3 的甲烷, 因此, 廢水厭氧處

11、理在食品釀造和制糖工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。Gatze 等人16采用低溫厭氧法對揮發(fā)性脂肪酸進(jìn)行處理, 在4 8 h 時COD 去除率可達(dá)90%; 強(qiáng)志民等人17利用好氧污泥轉(zhuǎn)厭氧馴化的方法在厭氧復(fù)合床( 結(jié)合了缺氧生物濾池和UASB 的優(yōu)點) 內(nèi)接種培養(yǎng), 處理含酚l g/L 左右的廢水, 處理效果明顯, 苯酚去除率達(dá)98.7%, CODCr 去除率達(dá)98.3%。近年來, 厭氧條件下的SBR 工藝( 即ASBR) 也成為了研究的熱點, 自20 世紀(jì)70 年代初, 升流式厭氧污泥床(UASB) 開發(fā)以來, 由于能在反應(yīng)器中培養(yǎng)得到一種具有良好沉降性能和高產(chǎn)甲烷的活性顆粒厭氧污泥, 因而受到了人們的廣

12、泛重視。它是第2 代厭氧廢水處理反應(yīng)器中發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的裝置。目前, UASB 反應(yīng)器不僅用于處理高、中濃度的有機(jī)廢水, 也開始用于處理低濃度有機(jī)廢水。吳唯民等人18利用能進(jìn)行還原脫Cl 的微生物富集物接種, 在小型試驗裝置內(nèi)成功培養(yǎng)出了具有還原脫Cl功能的顆粒污泥, 可用于處理含有五氯苯酚( PCP)和氯乙烯( PCE) 類的廢水和地下水; 周岳溪等人19采用UASB 法在中溫條件下處理含PCP 的啤酒廢水,取得了良好的效果。在厭氧微生物學(xué)和厭氧生物反應(yīng)器的研究基礎(chǔ)上, 近10 年來出現(xiàn)了第3 代厭氧生物反應(yīng)器, 包括厭氧膨脹顆粒污泥床( ECSB) 、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器( IG) 、

13、升流式厭氧污泥床過濾器(UBF) 等。其共同特點為: 微生物均以顆粒污泥固定方式存在于反應(yīng)器中, 單位容積的生物量更高; 能承受更高的水力負(fù)荷, 具有更大的有機(jī)污染物凈化能力; 反應(yīng)器具有較大的高徑比、占地面積小和動力消耗少等特點。結(jié)束語現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 特別是分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 促進(jìn)了廢水生物處理技術(shù)的進(jìn)步。人們可根據(jù)廢水處理對象的不同, 采用誘變育種、原生質(zhì)體融合和基因工程等手段創(chuàng)建高效的工程菌株, 使一些有害、有毒、難生物降解的污染物進(jìn)行生物降解成為可能; 此外, 利用微生物的共培養(yǎng)、共代謝, 來處理純種微生物難以降解的污染物的優(yōu)越性也受到了人們的廣泛重視; 隨著計算機(jī)的廣泛

14、使用和技術(shù)的不斷發(fā)展, 通過在線BOD 控制, 不僅使處理工藝控制自動化, 而且在生物技術(shù)上也廣泛開展數(shù)學(xué)模擬研究, 把工藝動力學(xué)中許多環(huán)節(jié), 許多相關(guān)式用數(shù)學(xué)模型來表達(dá), 然后把動態(tài)程序設(shè)計輸入電子計算機(jī),由電子計算機(jī)進(jìn)行工藝條件最優(yōu)化的選擇, 對結(jié)構(gòu)優(yōu)化。據(jù)報道, 有人已研制成功電子計算機(jī)輔助系統(tǒng), 該系統(tǒng)包括設(shè)計時的分析程序和處理程序, 減輕了廢水處理廠設(shè)計工作的難度。雖然廢水生物處理法還存在著一些缺陷和不足, 比如耗氧生物處理耗能高, 有些方法占地多、不經(jīng)濟(jì)等。但隨著現(xiàn)代生物工程和技術(shù)的不斷發(fā)展, 人們正在不斷完善和改進(jìn)方法和技術(shù)?？梢灶A(yù)言, 在這個生物工程世紀(jì)里, 廢水生物處理技術(shù)必將取得更大的進(jìn)步和發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 郝瑞霞. SBR 工藝在廢水處理中的應(yīng)用J. 河北科技大學(xué)學(xué)報, 1999.20( 1) : 64 68.2 婁金生. 水污染治理新工藝與設(shè)計M. 北京: 海洋出版社,1999: 11 13.3 冀濱弘, 章非娟. 染料工業(yè)廢水的處理現(xiàn)狀與進(jìn)展J. 污染防治技術(shù), 1998, 11( 4) : 250 253.4 何義亮, 邱镕處.鐵屑過濾洗性污泥法處理毛紡廠廢水 J .水處理技術(shù), 1993, 19( 2) : 102106.5 Kazuo Yamamoto, et al. Tannery wastewater treatm