於洪林

江蘇伊恩賽浦環(huán)保科技有限公司 江蘇 宜興 214200

引言

生物增效處理技術(shù)是化工污水處理領(lǐng)域中的一種關(guān)鍵方法，能夠提升生物處理系統(tǒng)的污水降解效率。該技術(shù)通過引入特定的微生物種類，如生長迅速、高效降解污染物的微生物，以增加生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物群落多樣性和活性，能加速有機(jī)物的降解和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除過程。生物增效處理技術(shù)可通過不同方式實(shí)現(xiàn)，包括污泥的回流、搭建生物浮床為微生物附著提供表面生存環(huán)境。這些方法可以有效地提高生物反應(yīng)器的污水處理能力，減少處理時(shí)間和空間需求，降低能耗和化學(xué)藥劑的使用頻率。

1 生物增效技術(shù)概述

1.1 生物增效技術(shù)介紹

該技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，是一種在化工污水處理中廣泛應(yīng)用的環(huán)保方法。其核心概念是利用微生物的生物活性，將有機(jī)污染物降解為較簡單的物質(zhì)，從而達(dá)到凈化水體的目的。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，生物增效技術(shù)在化工污水處理領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)步。生物增效技術(shù)的研究早期主要集中在單一的生物處理單元上，隨著研究的深入，越來越多的生物增效技術(shù)被引入，包括生物膜反應(yīng)器、生物顆粒法等[1]。這些技術(shù)不僅提高了有機(jī)物去除效率，還降低了處理過程中的能耗和占地面積。近年來，生物增效技術(shù)還結(jié)合了生物學(xué)、微生物學(xué)、生化工程等多個(gè)學(xué)科的知識，不斷讓化工污水處理的工作流程向更高效、更穩(wěn)定的方向進(jìn)行優(yōu)化。

1.2 生物增效技術(shù)的優(yōu)勢

1.2.1 不增加系統(tǒng)硬件投資。生物增效技術(shù)依賴于微生物的活性代謝，在現(xiàn)有處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)和優(yōu)化即可，無須大規(guī)模改造。該技術(shù)不僅可以在現(xiàn)有的反應(yīng)器中引入生物膜或顆粒，還可以通過微生物群落的調(diào)控來提高有機(jī)物的降解效率。這意味著化工廠無須大規(guī)模投資購置新的處理設(shè)備，節(jié)省了成本和時(shí)間。此外，生物增效技術(shù)在不增加硬件投資的同時(shí)，還能夠有效地降低化學(xué)藥劑的使用量，減少了化學(xué)廢物的生成數(shù)量，進(jìn)一步降低了污水處理的運(yùn)營成本。

1.2.2 幫助污水處理系統(tǒng)快速啟動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)利用高效的微生物群落，通過生物降解、吸附和轉(zhuǎn)化等過程，迅速降解有機(jī)污染物。相較于傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理方法，生物增效技術(shù)能夠更加迅速地適應(yīng)不同的污染物類型，有效降低系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。

1.2.3 總成本低。生物增效技術(shù)運(yùn)行所需的能耗較低，微生物的自我生長和代謝過程幾乎不需要能源投入。此外，生物反應(yīng)器的運(yùn)行和維護(hù)相對簡單，不需要復(fù)雜的設(shè)備和高技術(shù)人才，也極大降低了污水處理過程中的人力成本。并且使用該技術(shù)在處理過程中生成的產(chǎn)物較少，也減輕了后續(xù)處理環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)，降低了廢物處理成本。

1.2.4 無二次污染。微生物降解污染物的過程相對較為自然，采用微生物降解污染物的方式，不僅可以高效地將有機(jī)污染物降解為較為簡單的物質(zhì)，還能在生物體內(nèi)完成這一過程，避免大量使用化學(xué)藥劑的情況，徹底消除了二次污染的可能性。

1.2.5 一次投加長期有效。傳統(tǒng)的污水處理方法往往需要多次投加化學(xué)藥劑以達(dá)到理想的處理效果，然而這些方法存在著處理效果不穩(wěn)定、藥劑成本高以及對環(huán)境造成潛在危害等問題。而生物增效技術(shù)通過引入特定的微生物菌種，能夠在一次投加后建立穩(wěn)定的微生物群落，這些微生物能夠長期穩(wěn)定地降解有機(jī)物質(zhì)，有效地凈化污水。

2 化工污水處理中的生物增效技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 優(yōu)化微生物菌種

優(yōu)化微生物菌種是該技術(shù)的核心，其涉及菌種的選擇、培養(yǎng)與應(yīng)用。在選擇微生物菌種時(shí)，需要考慮其耐受性、降解能力以及適應(yīng)性，目前使用較多的菌種包括厭氧菌、好氧菌和反硝化菌，因其在不同環(huán)境中具有較強(qiáng)的生存能力和降解潛力，所以被大面積使用[2]。為了優(yōu)化這些微生物菌種，可以通過分離和篩選具有高效降解能力的菌株，經(jīng)過連續(xù)傳代培養(yǎng)，提高其適應(yīng)目標(biāo)廢水的能力。此外，通過調(diào)控培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分和pH值，可以刺激有益菌群的生長，抑制有害菌的繁殖，進(jìn)而優(yōu)化菌群的結(jié)構(gòu)。含有有機(jī)物的廢水，可以選擇具有良好脫氮和脫磷能力的菌株，以有效去除廢水中的氮、磷污染物；而處理重金屬污染廢水，應(yīng)選擇具有耐受重金屬的微生物，以及能夠有效沉淀或吸附重金屬的菌株，以降低廢水中的重金屬含量。

2.2 及時(shí)調(diào)控菌群生態(tài)平衡

菌群的多樣性是維持其生態(tài)平衡的關(guān)鍵因素，不同的微生物在處理過程中扮演著不同的角色，相互之間相互合作形成復(fù)雜的降解網(wǎng)絡(luò)。因此，確保菌群的多樣性是防止某一種微生物過度繁殖而引發(fā)系統(tǒng)失衡的重要手段，通過定期對微生物的多樣性進(jìn)行分析，可以監(jiān)測到菌群的變化趨勢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取糾正措施。在污水處理系統(tǒng)中，氧氣是微生物進(jìn)行有氧降解的必需品，同時(shí)也可以影響不同微生物種類的生存和繁殖。通過調(diào)節(jié)曝氣設(shè)備的操作參數(shù)，可以控制系統(tǒng)中的氧氣供應(yīng)，以此來影響菌群的構(gòu)成和數(shù)量分布。

2.3 好氧-厭氧協(xié)同作用

好氧-厭氧協(xié)同反應(yīng)器通常是由好氧區(qū)和厭氧區(qū)組成的兩個(gè)連續(xù)部分，這些部分通過中間的過渡區(qū)分隔開。好氧區(qū)提供了充足的氧氣，有利于快速氧化有機(jī)物，而厭氧區(qū)則創(chuàng)造了一個(gè)低氧甚至無氧的環(huán)境，有利于厭氧微生物的生長和產(chǎn)生特定的代謝產(chǎn)物。過渡區(qū)則有助于適應(yīng)兩種微生物的過渡，促進(jìn)它們之間的協(xié)同作用。適當(dāng)?shù)牡孜镞x擇和投加順序可以最大限度地促進(jìn)兩種微生物的生長和活性。好氧區(qū)的底物通常是可溶性有機(jī)物，如糖類和脂肪酸，這些底物容易被好氧微生物利用；厭氧區(qū)的底物則可以是難降解的有機(jī)物，如蛋白質(zhì)和復(fù)雜的碳水化合物[3]。在這兩種不同區(qū)域協(xié)同工作時(shí)，一定要注意污泥的回流和循環(huán)利用，要定期從反應(yīng)器中收集并回流活性污泥，這樣才能穩(wěn)定整個(gè)污水處理系統(tǒng)的性能。

2.4 科學(xué)使用生物膜技術(shù)

生物膜技術(shù)作為一種關(guān)鍵手段，被廣泛應(yīng)用于提高處理效率和水質(zhì)凈化，生物膜技術(shù)的成功應(yīng)用離不開幾個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)：首先，選擇合適的載體材料是生物膜技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。載體材料的選擇應(yīng)考慮其親水性、表面特性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這些特性直接影響生物膜的附著性、生長速率和穩(wěn)定性。通過科學(xué)篩選和設(shè)計(jì)，選定適合微生物附著和生長的載體材料，可有效提高生物膜的活性和耐受性；其次，維護(hù)適宜的生物環(huán)境是保證生物膜技術(shù)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。細(xì)菌、藻類等微生物在生物膜上生長繁殖，形成復(fù)雜的微生物群落。為了維持這些微生物的生態(tài)平衡，需要確保適當(dāng)?shù)臏囟?、pH值和氧氣供應(yīng)。定期監(jiān)測和調(diào)整這些環(huán)境參數(shù)，有助于防止微生物群落失衡，保障生物膜的穩(wěn)定性和高效性。此外，定期清洗和維護(hù)生物膜也是確保技術(shù)應(yīng)用效果的關(guān)鍵一環(huán)。隨著時(shí)間的推移，生物膜會(huì)受到污染物的沉積、雜質(zhì)的堆積等影響而失去活性。要選擇合適的清洗方法和操作工藝，這樣才能有效去除附著在膜上的污染物，恢復(fù)生物膜的活性和功能。微生物在生物膜上形成復(fù)雜的食物鏈和代謝網(wǎng)絡(luò)，通過相互作用可以更高效地降解污染物。在實(shí)際應(yīng)用中，可以引入不同類型的微生物群落，發(fā)揮它們在污染物降解、氮循環(huán)等方面的專長，最大限度地提升生物膜技術(shù)的增效效果。

3 生物增效技術(shù)應(yīng)用在化工污水處理中的具體方式

3.1 構(gòu)建生物浮床

生物浮床是一種高效的生物處理裝置，主要用于分解和去除化工污水中的有機(jī)污染物。由于化工污水中可能含有各種腐蝕性物質(zhì)，所以材料的選擇至關(guān)重要，在構(gòu)建生物浮床時(shí)，通常選用聚乙烯、聚丙烯等耐腐蝕性強(qiáng)的材料，或者不銹鋼等金屬材料。然后在適當(dāng)?shù)奈恢媒ㄔO(shè)浮床基礎(chǔ)，根據(jù)污水流量和水質(zhì)情況，設(shè)計(jì)合適尺寸的浮床槽。浮床槽通常分為多個(gè)隔間，每個(gè)隔間內(nèi)設(shè)置填料，用于附著和生長微生物。填料通常選用高表面積的材料，如環(huán)狀填料或交錯(cuò)填料，以便提供足夠的生物附著面積。接著，將污水引入浮床槽，讓污水與生物附著在填料上的微生物進(jìn)行接觸和反應(yīng)。微生物附著在填料表面，通過代謝作用分解污水中的有機(jī)物，將其轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)和氣體。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)生的氣體會(huì)使填料浮起，從而形成浮渣，將污水中的固體顆粒一同帶出。

3.2 生物增效材料的選擇

生物增效材料的選擇不僅需考慮其微生物附著和活性促進(jìn)能力，更需要兼顧對特定污染物降解的高效性。這意味著要從眾多材料中識別哪些微納米結(jié)構(gòu)具備顯著的附著特性，如納米多孔材料、功能化納米材料等，這些材料能為微生物提供較大的生長表面，有效增強(qiáng)其活性。固定化生物膜技術(shù)也是關(guān)鍵方法之一，其能通過將有益微生物牢固固定在載體上，有效提升其在處理過程中的穩(wěn)定性和持久性。還要通過注入生長因子和營養(yǎng)物質(zhì)，激發(fā)微生物的代謝活性，以此加速污染物的降解過程。在選擇生物增效材料時(shí)，必須充分考慮化工廢水的特性，確保所選材料能夠勝任高濃度有機(jī)物的處理任務(wù)。然而，選擇合適的生物增效材料只是化工污水處理中的第一步。隨后的關(guān)鍵在于構(gòu)建和精確操作生物增效反應(yīng)器，這些反應(yīng)器分為生物膜反應(yīng)器和懸浮生物增效反應(yīng)器。生物膜反應(yīng)器通過固定微生物膜，實(shí)現(xiàn)了高密度生物附著；而懸浮生物增效反應(yīng)器則將微生物附著材料直接懸浮于污水中，利用其豐富的附著表面降低污染物的濃度[4]。

3.3 凈水處理技術(shù)

生物浮床要合理選擇填料，構(gòu)建了一個(gè)具有高比表面積的支撐體系，為微生物的生長提供了良好的附著基質(zhì)。這種附著生物膜可以吸附污水中的有機(jī)物和微小顆粒，從而起到初步過濾的作用。其次，生物浮床內(nèi)的微生物群落多樣，包括好氧和厭氧微生物，它們在附著生物膜上形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。好氧微生物能夠分解有機(jī)物，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，從而降低化工污水中的污染物濃度。而厭氧微生物則可以進(jìn)一步降解污水中的硫化物、氮化物等有害物質(zhì)。生物浮床在化工污水處理中還可通過控制水體的停留時(shí)間來實(shí)現(xiàn)生物的深度處理。通過調(diào)整進(jìn)水速度和出水速度，可以使污水在生物浮床中停留的時(shí)間延長，從而提高微生物對污染物的降解效率[5]。同時(shí)，延長停留時(shí)間還有助于微生物在生物膜上生長和繁殖，增強(qiáng)附著生物膜的活性和穩(wěn)定性。生物浮床在化工污水處理中還可以與其他處理技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高凈水效果。例如，可以將生物浮床與生物濾池結(jié)合，形成多級生物處理系統(tǒng)。生物濾池可以進(jìn)一步去除水中的懸浮顆粒和微生物，使出水更清澈。此外，還可以將生物浮床與氧化溝等工藝相結(jié)合，這樣可以高效地去除污水中的有機(jī)物和氮磷等成分。

3.4 污泥回流技術(shù)

把部分處理后的活性污泥重新引入生物反應(yīng)器，可以增加微生物的數(shù)量和多樣性，有助于維持健康的微生物群落，有效去除有機(jī)物的降解和廢水中的污染物。在污水處理過程中，活性污泥會(huì)沉淀并形成污泥層，然后要把這些污泥從沉淀池底部或生物反應(yīng)器底部進(jìn)行收集。收集的污泥需要進(jìn)行離心分離或者壓濾處理，并去除過多的水分，增加活性微生物的濃度， 經(jīng)過處理的污泥會(huì)被重新引入生物反應(yīng)器中。

4 結(jié)束語

生物增效技術(shù)作為一種環(huán)保高效的化工污水處理方法，經(jīng)過多年的發(fā)展和實(shí)踐，在提高處理效率、降低運(yùn)營成本、減少二次污染等方面取得了顯著的成就。隨著生物學(xué)、微生物學(xué)、工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，生物增效技術(shù)有望進(jìn)一步提升其在化工污水處理中的應(yīng)用效果。通過更深入的研究，優(yōu)化工藝流程，探索新的菌種和材料，生物增效技術(shù)將繼續(xù)為化工污水處理領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。