废水生物处理技术及其研究进展

金明兰 赖密玲 李 杭 王 盛 杨晓凯

(1:吉林建筑工程学院松辽流域水环境教育部重点实验室，长春 130118; 2:吉林建筑工程学院人事处，长春 130118; 3:通化市物业管理办公室，通化 134001; 4:通化市医药高新技术产业开发区特达房屋拆迁有限公司，通化 134001; 5:通化市东昌区物业管理中心，通化 134001)

0 引言

随着工业的发展，特别是随着石油、化工、塑料及纤维等工业的发展，造成的水污染相当严重，污水成分已愈来愈复杂，大量结构复杂、难降解的有机物质和有毒物质进入废水和城市污水中，很难在短时间内被常规生物处理系统中的微生物分解氧化［1］.为了解决高浓度、高毒性、难降解有机废水的处理问题，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，同时降解和利用有害物质，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物起到降解作用，从而达到提高废水处理效果的生物处理方法［2］.生物处理法处理废水是19世纪末出现的新型技术，发展至今已成为世界各国处理污水的主要手段之一.通过活性污泥或生物膜上的微生物的代谢活动使废水中的有机污染物转化为代谢最终产物CO2和水等无害产物，而使废水得到净化［3］.由于生物处理法具有消耗少、运转费用低、工艺简单、操作管理方便和无二次污染等显著优点而越来越受到人们的重视，在全世界范围内得到了积极发展和应用，并取得了良好的经济和社会效益［4］.

1 生物处理废水的分类

生物处理废水是利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物进行转移、转化、净化，从而起到减轻污染、保护环境的目的，与其它方法相比，具有管理费用低、适用范围广、成本低、效率高、效果好等特点［5］.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COD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［6］.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，是应用最广、工艺最成熟的技术.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［7］.

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气层、好气层、附着水层、运动水层.生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，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［8］.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，广泛应用于食品、造纸、农药、印染和石油等工业废水的处理.

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，目前只在造纸、食品加工等工业废水处理中应用.近几年来，随着土地处理系统的迅速发展，出现了污水曝气湖等新型氧化塘，不仅能有效地处理废水，且可利用废水中的有机物在生物氧化过程中转化成的藻类蛋白养鱼、养鸭等，获得良好的经济效益［9］.

2 生物处理废水技术的特点

废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化作用，从而净化废水的处理方法.其主要特征是应用微生物特别是细菌，在为充分发挥微生物的作用而专门设计的生化反应器中，将废水中的污染物转化为微生物细胞及简单的无机物.与物理化学方法相比，废水生物处理技术具有一系列的特点:由于污染物的生化转化过程不需要高温高压，在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底地完成，因此，处理费用低廉、对废水水质的适用面宽、避免对水质造成二次污染［10］，不仅可以去除了有机物、病体、有毒物质，还可以去除臭味，提高透明度，降低色度等，具有良好处理效果.

3 生物处理技术的应用

随着生物处理技术的日益成熟，已广泛应用在多种废水的处理中.主要通过提高目标污染物的去除效果，改善污泥性能、减少污泥产量、缩短系统的启动时间，增强耐冲击负荷的能力和系统的稳定性、添加生物酶，加快反应进行.

李海英等为期1个月的连续处理造纸漂白废水试验表明，固定化细胞的酶活性及可吸附有机卤素(AOX)去除率均高于自由菌液，对温度和pH的适应范围较宽;在停留时间为2.4 h时，其去除率可稳定在80%左右［11］;

乔庆霞等选育优势菌处理含氯漂白废水中段水相对浓度为50%，pH为7.0，菌液量为2 mL时，对废水中有机氯化物和COD的综合处理效果较好［12］.生物增强作用比一般的废水处理方法更能提高系统对BOD5，COD，TOC或某种特定难降解物的去除效果.

韩长秀等利用投加高效菌种强化法处理牛奶废水，在延时曝气、曝气塘和氧化沟3种不同的处理系统，都提高了BOD5，COD的去除率［13］;

刘晖用该方法处理马铃薯废水时，TOC的去除率达到98%;通过在活性污泥法中投加苯酚降解菌，在40 d内处理系统对苯酚的去除率保持在95%～100%，而没有采用生物强化的中苯酚的去除率降低到40%，提高苯酚的去除率［14］;

林俊岳在附着生长生物床中，加入降解BTX(苯、甲苯、二甲苯)的混合优势菌，生物增强系统的去除效果提高7mg/L BTX;生物增强作用不仅可以有效地消除污泥膨胀，增强污泥沉降性能，且可减少污泥产量，一般可使污泥容积降低20%左右［15］.

D.RenateHuebner.改善出水水质，减少污泥排放和污泥处理的能耗.结果表明，接种生物增强剂运行3周就可消除污泥膨胀现象［16］;

潘景盛在大规模废水处理中，使用生物增强剂后，污泥床厚度下降到2 m左右，降低能耗，控制臭气的产生，缩短系统的启动时间，达到较高的快速处理效果，增强系统的耐冲击负荷能力以及处理系统的稳定性［17］;

Dipl.-Ing EIU-Karlsruhe向系统中加入五氯酚的纯种菌后，大大缩短处理的驯化期［18］.

为了研究酚的降解情况，李彦锋把3种菌接种到3个活性污泥系统的单元体系中，结果发现，在普通活性污泥系统中，需要10d才能将酚完全降解，而在接种了E1，E2菌种的增强系统中，分别只需要2 d～3 d就可将酚完全降解［19］;

武桐等在氧化塘处理焦化废水的系统中，投加生活污水，利用生活污水中含有多种营养元素，加强了生物的共代谢作用，大大提高COD的去除率［20］;

于佳等研究表明氯苯类同系物共存时，对氯苯的生物降解性有一定程度的影响［21］;

刘俊新等研究表明TN，TP和COD的去除率分别达85%，95%和95%，氨氮去除率达99%以上［22］.

4 结语

从国内外废水生物处理法的研究与应用现状来看，不断推出更好的生物处理工艺，去除污水中溶解和胶体的有机物质的效率越来越高，污水出水水质好，达到排放标准，已成为在现代废水处理的研究热点.废水生物处理向着更先进、更高效、更节能、自动化程度更高的方向发展，细胞及微生物固定化技术的应用、新型填料与载体的开发应用、节能技术突出等领域取得长足的进展.该方法具有提高难降解有机物的去除率、改善污泥性能、缩短系统的启动时间、增强系统的运行稳定性和耐冲击负荷能力，显著提高水处理范围和水处理能力，具有工艺简单、经济、处理能力强、占地面积少、运行方式灵活等优点，是一种投资省、运行费用低、处理效率高的废水处理的新工艺［23］.该技术广泛应用于生活污水、纺织、屠宰、造纸、核污染等废水处理.然而目前建造的废水处理工程与设施的投资和昂贵的运行、管理费用成为废水处理工程中的瓶颈.如何改善载体的结构，提高对微生物的附着能力、加强传质、提供更大的孔隙率和比表面积，改善材质以降低生产成本及运行成本等将成为这一领域中较为集中的研究课题.因此，生物强化技术与传统生物处理技术相结合，成为废水生物处理的必然趋势，对经济与环境的可持续发展具有深远的历史意义.

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