废水生物处理技术及进展

废水生物处理技术及进展摘要：随着经济的快速发展和生活水平的逐渐提高，废水排放量也随之增多，造成的环境污染日趋严重，废水生物处理因其诸多优点而被广泛应用，本文简述了包括厌氧生物处理法、活性污泥法、生物膜法、氧化塘法等废水生物处理技术的原理。介绍不同水质废水生物处理法的前沿动态发展趋势。关键字：生物技术；废水；组合工艺；菌种随着城市面积的扩大、人口的增长和工业的发展，造成的水体的严重污染。污水中污染物的成分愈来愈复杂，不仅富营养化越来越严重，而且包含了越来越多难降解的有机物质、有毒物质，通过常规生物处理已经不能满足处理要求，国内外学者们通过投加具有特定功能的微生物、营养物或基质类似物，从污水中获取养分，同时降解和利用有机污染物和有害物质，达到提高废水处理效果的生物处理方法。1常规生物处理废水方法常规的生物处理的方法有厌氧生物处理法、活性污泥法、生物膜法和氧化塘法。1.1厌氧生物处理法厌氧生物处理法是指在没有游离氧的情况下，在厌氧细菌或兼性细菌的作用下，处理污水中的沉淀污泥和高浓度的有机废水，产生具有经济价值的甲烷和二氧化碳等能源气体的一种处理方法，也就是将复杂的有机物，转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量的方法。具有不需要氧、运行费用低、回收利用生物能、减少致病菌、减弱臭味、缩小体积、易于处置、处理出水中氮、磷的脱除效果好等优点，但存在着反应速度较慢、反应时间长、反应器容积大、消耗能源等缺点。另外，厌氧微生物对废水中的有毒物质较为敏感，容易导致反应器运行条件的恶化。1.2活性污泥法好氧生物处理法是在通气条件下，利用含有好氧微生物的活性污泥，降解有机物，逐级释放能量，稳定低能位的简单无机物，达到无害化，该技术具有反应速度快，反应时间短，容器小，不产生异味，运行条件控制简单等优点，适用于有机物浓度较低的生物处理，但该技术的弱点是产生大量的剩余污泥难以解决。1.3生物膜法生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成生态系统的微生物，去除废水中呈溶解和胶体状有机污染物的方法。生物膜自滤料向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层、运动水层，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，再进入厌氧层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的，它具有水质、水量、水温变动的适应性强，剩余污泥量少、不存在污泥膨胀、动力费用低及处理效果高等优点。1.4氧化塘法生物塘法是利用水塘中的微生物和藻类对污水和有机废水进行需氧生物处理的方法。其对废水的净化过程同生物降解作用对水体的净化过程相似，是好氧性分解作用、厌氧性分解作用和光合作用互相影响的净化过程。废水经厌氧生物降解，再经需氧生物降解，转化为水质稳定的出水，但存在着效率低、需要的空间位置大、产生臭味、受温度波动的影响大等缺点，只在气候适宜的地方使用。2不同水质的生物处理新技术2.1印染和造纸有机废水生物强化处理印染和造纸废水中含有大量大染料、浆料、油剂、助剂、纤维杂质、砂类物质、无机盐类等，属高浓度难降解的有机工业废水，强化处理方法：（1）直接投加纯种菌属处理废水：嗜碱木质素降解菌，在碱性液体培养条件下（pH=10.5）以及复合碳源共代谢最佳综合条件下培养10d，木质素的降解率达到49.84%。（2）投加混和优势菌处理制浆造纸废水。Zhongtang通过投加树脂酸降解菌生物强化处理造纸厂废水中的树脂酸，去除效率明显提高，些微生物对树脂酸有较好的去除率，但不能去除TOC。温桂照等选取假单胞菌和诺卡式菌的组合菌，在96h内，废水中检出的36种芳香族化合物绝大部分得到了有效降解，且混合菌的降解能力要优于白腐菌。2.2高盐废水的生物处理在膜生物反应器(MBR)工艺中通过培养的屋滴虫和任意变形虫、半眉虫、钟虫和规则形状的菌胶团，具备良好的耐盐性。当含盐量在20%、30%、40%、50%下氨氮去除率可达90%以上，高盐水去除氨氮中耐盐浓度22.75g/L，在此浓度氨氮去除率降到82%以下。处理50%的高盐废水时，反应器中pH值控制在7.5-9.0，氨氮具有最佳的去除率，在50%高盐废水下，反应器中的氨氮去除率受到氨氮负荷影响较大，在氨氮负荷小于0.35kg/m3·d时氨氮去除率能保持在较高的水平上。2.3乳制品工业废水生物处理技术乳制品废水中主要含有的污染物是乳蛋白、乳脂、乳糖以及含于原乳当中的矿物质，用于清洗的洗涤剂等。（1）好氧处理方法罗韶茂采用气浮-SBR工艺，首先利用平流式气浮池去除部分脂类物质和蛋白类物质，再通过SBR工艺去除剩余污染物。试验表明，当进水、反应、沉淀和排水时间分别为3、4、2、3小时，污泥负荷为0.6kg/(kg.d)时，COD的去除率在90%左右。李宝宏在处理豆奶粉制品生产废水时采用SBR-混凝沉淀工艺，COD的去除率在89%以上，BOD5去除率在94%以上，达到《污水综合排放标准》的二级标准。爱尔兰学者Healy等利用人工湿地和循环沙滤联合技术工艺处理乳品废水，避免了乳品废水直接排放造成表面水和地下水的富营养化。土耳其的Farizoglu等采用膜生物反应器处理乳品废水，用好氧喷射环流反应器和陶瓷膜过滤单元组合工艺处理乳制品废水，COD的去除率可达98%左右。（2）厌氧处理方法韩冬妮采用UASB、生物滤池和曝气生物滤池联用工艺处理乳制品废水，UASB具有污泥浓度高、有机负荷高、水力停留时间短、无需混合搅拌设备和不设沉淀池等优点;导流曝气生物滤池集曝气、快速过滤、悬浮物截留、二曝二沉等于一体，通过这些工艺的联用稳定运行，处理后的COD、BOD5和铵态氮含量均能达到《污水综合排放标准》一级标准。温燕等研究了UASB-CASS工艺对乳制品综合废水的处理效果，其中UASB工艺是处理乳制品废水的典型厌氧工艺，而CASS工艺一池多用，作为SBR工艺的改进，其前端的生物选择器正符合USAB出水的厌氧条件，可以有效地抑制污泥膨胀，整个工艺系统不仅可以取得高的COD去除率，同时对氮和磷还可以达到深度处理的效果。周斌彬等采用气浮-水解酸化-生物接触氧化工艺，气浮采用溶气气浮，水解酸化池下层采用上流厌氧污泥床，上层采用接触式水解酸化系统，好氧阶段应用生物接触氧化池，三个阶段的COD去除率分别在54%、20%、87%，工艺对CODcr、BOD5和SS的去除率分别为96.7%、97.7、86.9。巴西的Leal在UASB反应器之前利用酶法水解废水，试验表明，当油脂浓度为1000mg/L时，在35h下经过酶法水解的废水COD去除率达到90%，比对照高20%，整个试验从侧面表明了升流式厌氧污泥床反应器对乳制品废水的处理是实际可行的。2.4果汁废水生物处理新技术（1）酵母菌处理技术酵母菌处理技术是近几年来开发出的一种新型高浓度有机废水处理技术。酵母菌废水处理系统与驯化后的活性污泥法工艺相比，无论是反应速率还是污染物去除效率都具有很大的优势。研究表明，利用该工艺处理味精废水赖氨酸废水和制糖废水都具有很好的效果，不但能有效解决废水污染的问题，还能回收一定量的单细胞蛋白实现废水资源化利用的目的。郑志伟等试验表明产朊假丝酵母菌对高浓度果汁废水具有很高的处理效率。在最佳试验条件下，酵母菌处理工艺对果汁废水CODcr去除率可达94.2%，同时回收酵母细胞蛋白。（2）微生物絮凝剂微生物絮凝剂是某些微生物在特定的培养条件下，生长到一定阶段而产生的有絮凝活性的次生代谢物质，是一种具有生物分解性的新型高效的水处理剂。由于微生物絮凝剂具有安全无毒的特性，逐渐在食品废水处理中被采用。果汁废水的SS较高，微生物絮凝剂对悬浮物处理效果好，还可以消除污泥的膨胀，恢复活性污泥的沉降能力，提高处理效率，而不会降低有机物的去除率。由于微生物絮凝剂的独特优势，研究和开发新型高效微生物絮凝剂具有重要的现实意义。2.5含油废水生物处理技术含油废水是指在石油生产和加工过程中所产生的废水，其中含有油类、芳烃、氨、磷、硫和重金属等成分。含油废水中的油会在水面上形成一层薄膜，阻止氧溶解于水中，影响水体的自净能力。（1）曝气生物滤池（BAF）林明采用破乳技术+膜过滤技术+Fenton试剂氧化+生物处理技术处理含油废水，其中曝气生物滤池（BAF）的进水为含油废水和生活污水的混合水，出水COD从171～641mg/L下降到50mg/L以下，水质达到DB21－60－89《辽宁省污水排放标准》水质要求。（2）接触氧化池刘爱军等人对某石化公司排放的含油废水进行了分析研究，运用水力旋流分离浮油自动收集排油组合装置、气浮一体化技术、水解酸化和厌氧接触氧化组合工艺进行处理。实验表明，通过厌氧接触氧化工艺使废水中的有机杂质被生物膜和活性污泥中的微生物分解吸收，同时通过反硝化作用达到去除氨氮的作用。该组合工艺对CODCr、氨氮、含油量的去除率分别可达到94%、86%和99%，而且得到副产品油可以再进行炼制。（3）流动床生物膜反应器（MBBR）王欲晓等利用流动床生物膜反应器（MBBR）对以传统老三套工艺“隔油-气浮-生化”为生化单元的传统活性污泥法（CAS）进行升级改造。实验结果表明，改造后的MBBR-CAS组合工艺比CAS工艺出水水质稳定，MBBR中出水中COD含量小于60mg/L，氨氮含量小于5mg/L。然而研究报告也指出在进水石油类提高到50～70mg/L，COD提高700～900mg/L时，虽然MBBR出水中COD低于60mg/L，但是氨氮含量变化较大。（4）活性污泥法何爱翠等人在被石油污水长期污染的活性污泥中提取出能够有效降解污染物的优势菌种H1，H1的最适生长条件为4O℃、pH值为9、NaCI浓度为0.5mol/L。H1降解含油废水的最佳条件为:pH值为7、温度30～40℃、培养时间为40h，最佳菌体接种比例为1︰50，C/N最佳比值为3︰1。该研究有效地解决了市售菌种因没有针对性而产生浪费的现象，进而降低成本。但耗时长且单一菌种的针对性较强，废水成分一旦改变，降解率将会大大降低。2.6抗生素废水生物处理法抗生素废水是一类含有难降解物质和生物毒性物质的高浓度有机废水。（1）物化法-生物法联用马寿权等、杨俊仕等采用絮凝-水解酸化-二段接触氧化-再絮凝工艺处理抗生素废水，出水COD达到了282～328mg/L。邓良伟等采用絮凝-厌氧-好氧工艺处理青霉素、四环素、利福平和螺旋霉素等抗生素废水发现，出水COD可降至300mg/L以下达到生物制药废水行业排放标准。（2）超声-生物法联用李志建等采用超声波-厌氧生化法处理碱法草浆黑液的研究，祁梦兰等进行了超声波-间歇式活性污泥法处理难降解养料废水的研究，丁彩梅进行超声-生物法联用法治理抗生素废水都取得了良好的效果。（3）生物强化技术为了克服传统抗生素废水处理过程中杂菌对正常细菌生长和发挥作用时的抑制作用，维持和加强功能菌群对污染物的降解功能，应用生物强化技术，采用抗生素废水中的特征污染物筛选出功能微生物，分离纯化后投加到污水处理厂或反应器中以提高污水降解效率。刘燕群等应用这项技术分离出优势菌对氯霉素废水进行处理，12h降解率达到了91%。李尔饧等成功研制出工程菌LEY6，以接触氧化方式进行抗生素废水的处理取得了良好的效果。2.7养殖场污水处理技术养殖场污水常规的处理技术包括生化技术如厌氧处理、好氧处理以及厌氧一好氧处理等不同处理组合系统，处理效果稳定，但所需技术含量好；自然处理主要包括氧化塘、土地处理系统、废水灌溉系统和人工湿地等，但是，氧化塘处理技术受季节温度变化和自然条件的限制比较大，且土地占用量较大。光合细菌和EM制剂净化技术EM菌即指有效微生物菌群，而光合细菌就是其中有代表性的菌种，此外，EM菌还包括放线菌、醋酸杆菌、乳酸杆菌、酵母菌、芽抱杆菌等菌种。光合细菌和EM制剂具有高效率净化养殖污水及对环境和水产动物无毒无害的特殊细菌，在水处理和动物养殖等领域中被广泛应用。张凤杰等对EM技术用于污水处理的效率进行了研究，发现同对照组相比，当水力停留时间为6h，CODcr、BOD5、NH3-N和TN的去除率分别为95.9