生物技术在污水领域的应用现状及发展前景.doc

生物技术在污水领域的应用现状及发展前景 生物技术2班 20070470 林海伦摘要 随着经济的发展和人民生活水平的提高, 所排放的废水日益增多, 造成的环境危害也日趋严重。采用生物技术处理废水具有许多明显的优点。本文详细介绍了生物技术在废水处理中的应用进展及前沿动态。关键词 生物技术 活性污泥法 生物膜法 正文 全球性水污染问题已对人类的生存环境和社会经济发展构成越来越严重的威胁, 保护水资源、防治水污染、改善水环境是实施可持续发展的必由之路,已成为人类共同追求的目标。在目前所开发的废水处理技术中, 生物处理技术已成为处理废水、控制水污染的主要手段。废水的生物处理技术就是采用一定的人工措施, 创造有利于微生物生长、繁殖的环境, 使微生物大量繁殖, 以提高微生物氧化分解有机污染物的一种技术。1 活性污泥法活性污泥法是目前应用最广泛的一种生物技术。由于在活性污泥上栖息、生活着大量的微生物,这种微生物以溶解性有机物为食料, 获得能量, 并不断增长繁殖, 通过相互协同作用, 加快了污染物质的降解, 从而使废水得到净化。活性污泥处理废水常用的主要方法是: 吸附生物降解工艺，简称AB 法、序批式活性污泥法( Sequencing Batch Reactor) , 简称SBR 法。AB 法是吸附- 生物降解工艺的简称。这项污水生物处理技术是由德国亚琛(Aachen)工业大学卫生工程学院的Botho Bohnke 教授为解决传统的二级生物处理系统, 即预处理- 初沉池- 曝气池- 二沉池存在的去除难降解有机物和脱N 除P 效率低及投资运行费用高等问题, 在对两段活性污泥法(Z- A 法)和高负荷活性污泥法进行大量研究的基础上, 于20 世纪70 年代中期开发、80 年代初开始应用于工程实践的一项新型污水生物处理工艺。前联邦德国国家专利局的废水处理专家称AB 法为目前在废水生物处理系统方面所取得的重大进展。AB 法工艺在我国的研究和应用经历了以下3个阶段: 对AB 工艺的特性、运行机理及处理过程的稳定性等进行详尽的报道和研究; 较多单位对AB 法处理城市污水、工业废水进行一定规模的(小试)研究。如: 中国市政工程华北设计院、济大学、清华大学、武汉工业大学、苏州城建环保学院以及东南大学等单位对城市污水、垃圾渗滤液、印染废水、炼油厂含碱废水、饮料废水及屠宰废水等进行了研究; 国内部分城市污水处理厂(如: 山东省青岛市海泊河污水处理厂、泰安污水处理厂等)在引进德国AB 工艺技术的基础上, 已建成一定处理规模的AB 法污水处理厂, 标志该技术已在我国进入实际应用阶段。国内外的试验研究及实际工程应用表明: AB 法与传统的活性污泥法相比, 在处理效率、运行稳定性、工程投资和运行费用等方面均具有明显的优点,是一种非常有前途的污水生物处理技术。但其主要缺点是污泥产量高, 合理地解决污泥处置问题, 将有助于AB 工艺的推广应用SBR 法是一种间歇式活性污泥法, 国内通常叫做序批式活性污泥法, 又称序批式反应器。它具有工艺流程简单、处理效果稳定、占地面积小、耐冲击负荷力强及具有脱N 除P 能力等优点, 是近年来在国内外被引起广泛重视和研究日趋增多的一种污水生物处理新技术。该法在城市污水、食品工业废水、造纸废水行业等有广泛的运用。还有2 种被称作ICEAS的工艺可以说是SBR 工艺的变型。随着研究的不断深入, 预计不久的将来ICEAS 和CASS 工艺在生产中的应用将有所突破。我国是近10 多年来才开始对SBR 污水生物处理工艺进行研究的。1985 年, 上海市政设计院为上海吴淞肉联厂设计投产了我国第一座SBR 污水处理站, 设计处理水量为2 400 t/d, 几年的实际运行实践表明了良好的处理效果。湖南省湘潭大学于1989年完成了应用SBR 工艺处理啤酒废水的中试研究工作, 并且对SBR 工艺的运行稳定性及工艺特性进行了系统的研究。上海同济大学等单位也相继对SBR 的硝化脱N 的功能进行了一定的研究。SBR 法与连续流活性污泥法相比具有如下优点: 工艺简单、节省费用、污泥活性强、污泥质量浓度高、耐冲击负荷、有机物去除率高、能有效地控制污泥膨胀现象, 并能在不投加药剂的情况下达到脱N、除P 的效果。2 生物膜法生物膜法是在处理废水的反应器中添加介质(填料)作为微生物附着的载体, 在分解有机污染物过程中, 微生物在介质的表面上生长繁殖, 逐步形成微生物膜, 利用这种微生物膜来净化污水。生物膜法具有无需污泥回流、不存在污泥膨胀、膜的生物活性高、反应稳定等优点。生物膜法有多种构筑物, 其中有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化床和生物流化床等。生物膜载体也从一开始的卵石、焦炭等天然材料, 逐步向以合成树脂为主、形状各异的膜载体发展, 同时也出现了固定床和流化床等各种形式。1989 年Yamamoto5将中空纤维膜丝直接置于曝气池中, 形成了一体式膜生物反应器。李红兵等人6以渗气性膜作为载体创造出一种膜与生物膜法相结合的膜生物膜反应器(MBR) 。在MBR 中, 氧气可通过膜的细孔直接扩散到生物膜上, 由于膜的孔径在m 范围, 由气相扩散到液相的气体不会产生气泡, 使氧气传递速率和气液有效接触面积有了极大改进。目前, 对于生物流化床, 尤其是三相流化床的流动特征尚无合适的模型描述, 好氧生物流化床也缺少生产实践经验, 今后应进行更多的研究。另外, 采用生物膜法和其他技术相结合运用于生产实践, 也取得了良好效果。朱苓等人报道了一种新型工业废水处理技术生物膜电极法, 在处理低浓度硝酸盐氮污染的地下水和饮用水等方面具有良好的效果; Sakakibara 等人将脱氮菌固定在阴极表面, 对地下水和饮用水中低浓度的NO- 进行处理, 取得了很好的效果, 但目前这一技术尚处于实验室研究阶段; 刘俊新等人采用生物膜- 活性污泥工艺处理焦化废水, 可同时有效去除废水中的COD 和NH3- N, COD 去除率为80%95%, NH3- N 去除率为94% 99.9%, 其他指标也达到了国家排放标准; 王乾扬等人采用膜法SBR 工艺处理皮革废水, 取得了理想的效果; 刘俊新等人同时利用该法对脱N 除P 进行了研究, 结果表明: NH3- N 去除率达99%以上, TN、TP 和COD的去除率分别达85%, 95%和95%。3 厌氧生物处理法厌氧生物处理是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物的处理技术。因其效率高、成本低而成为现代先进的废水处理技术。用于厌氧处理的构筑物的最普通的消化池, 如厌氧滤池、上流式厌氧污泥床、厌氧转盘、挡板式厌氧反应器以及复合厌氧反应器等。近年来又发展了一些新型的工艺, 如厌氧接触系统、厌氧生物滤他、厌氧污泥床等。厌氧技术在废水处理中应用非常广泛, 我国在这方面的一些技术居于世界领先地位。厌氧方法适合处理高浓度的有机废水。一般BOD5 超过1.5 g/L 时, 就不宜用好氧处理, 而应该采用厌氧处理方法。与好氧处理相比, 其有如下优点:反应器不受氧传递的影响; 固体停留时间较长; 单位容积负荷远高于好氧系统; 产生污泥量少和运行费用低。同时, 每去除1 kg COD 能产主0.35 m3 的甲烷, 因此, 废水厌氧处理在食品酿造和制糖工业中得到广泛应用。Gatze 等人16采用低温厌氧法对挥发性脂肪酸进行处理, 在4 8 h 时COD 去除率可达90%; 强志民等人17利用好氧污泥转厌氧驯化的方法在厌氧复合床( 结合了缺氧生物滤池和UASB 的优点) 内接种培养, 处理含酚l g/L 左右的废水, 处理效果明显, 苯酚去除率达98.7%, CODCr 去除率达98.3%。近年来, 厌氧条件下的SBR 工艺( 即ASBR) 也成为了研究的热点, 自20 世纪70 年代初, 升流式厌氧污泥床(UASB) 开发以来, 由于能在反应器中培养得到一种具有良好沉降性能和高产甲烷的活性颗粒厌氧污泥, 因而受到了人们的广泛重视。它是第2 代厌氧废水处理反应器中发展最迅速、应用最广泛的装置。目前, UASB 反应器不仅用于处理高、中浓度的有机废水, 也开始用于处理低浓度有机废水。吴唯民等人18利用能进行还原脱Cl 的微生物富集物接种, 在小型试验装置内成功培养出了具有还原脱Cl功能的颗粒污泥, 可用于处理含有五氯苯酚( PCP)和氯乙烯( PCE) 类的废水和地下水; 周岳溪等人19采用UASB 法在中温条件下处理含PCP 的啤酒废水,取得了良好的效果。在厌氧微生物学和厌氧生物反应器的研究基础上, 近10 年来出现了第3 代厌氧生物反应器, 包括厌氧膨胀颗粒污泥床( ECSB) 、厌氧内循环反应器( IG) 、升流式厌氧污泥床过滤器(UBF) 等。其共同特点为: 微生物均以颗粒污泥固定方式存在于反应器中, 单位容积的生物量更高; 能承受更高的水力负荷, 具有更大的有机污染物净化能力; 反应器具有较大的高径比、占地面积小和动力消耗少等特点。结束语现代科学技术的迅猛发展, 特别是分子生物学技术的发展, 促进了废水生物处理技术的进步。人们可根据废水处理对象的不同, 采用诱变育种、原生质体融合和基因工程等手段创建高效的工程菌株, 使一些有害、有毒、难生物降解的污染物进行生物降解成为可能; 此外, 利用微生物的共培养、共代谢, 来处理纯种微生物难以降解的污染物的优越性也受到了人们的广泛重视; 随着计算机的广泛使用和技术的不断发展, 通过在线BOD 控制, 不仅使处理工艺控制自动化, 而且在生物技术上也广泛开展数学模拟研究, 把工艺动力学中许多环节, 许多相关式用数学模型来表达, 然后把动态程序设计输入电子计算机,由电子计算机进行工艺条件最优化的选择, 对结构优化。据报道, 有人已研制成功电子计算机辅助系统, 该系统包括设计时的分析程序和处理程序, 减轻了废水处理厂设计工作的难度。虽然废水生物处理法还存在着一些缺陷和不足, 比如耗氧生物处理耗能高, 有些方法占地多、不经济等。但随着现代生物工程和技术的不断发展, 人们正在不断完善和改进方法和技术。可以预言, 在这个生物工程世纪里, 废水生物处理技术必将取得更大的进步和发展。参考文献1 郝瑞霞. SBR 工艺在废水处理中的应用J. 河北科技大学学报, 1999.20( 1) : 64 68.2 娄金生. 水污染治理新工艺与设计M. 北京: 海洋出版社,1999: 11 13.3 冀滨弘, 章非娟. 染料工业废水的处理现状与进展J. 污染防治技术, 1998, 11( 4) : 250 253.4 何义亮, 邱镕处.铁屑过滤洗性污泥法处理毛纺厂废水 J .水处理技术, 1993, 19( 2) : 102106.5 Kazuo Yamamoto, et al. Tannery wastewater treatment usinga sequencing batch membrane reactor J. Wat Sci Tech,1991, 23(1): 639.6 李红兵, 顾国维. 膜技术与生物过程组合工艺在废水处理中的应用J. 公用科技, 1997, 13( 4) : 33 35.7 汤纯鹏. 中空柱状膜载体在处理工业废水工程中的应用J. 城市环境与城市生态, 1999, 12( 1) : 10 12.8 陈坚.环境生物技术M. 北京: 中国轻工业出版社, 1999.