生物强化技术在废水治理中的应用研究

王菁

摘要：生物强化技术是为了提高废水处理系统的处理能力，而向该系统中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种，以去除某一种或某一类有害物质的方法。这种处理方法通过微生物的新陈代谢作用，将废物分解、吸收，从而达到治理污染的目的。生物强化技术因能在不扩充现有的水处理设施基础上，提高其水处理的范围和能力，因此近年来在难降解、高毒性废水治理中的应用日益受到重视。

Abstract： Biological enhancement technology is to increase the waste water processing and the processing capacity of the system， and to the system of investment and dominant strains screened from nature or produced by gene combination technology of high efficient strains to remove one or a kind of harmful substances. This treatment method through the metabolism of microorganisms， the waste decomposition， absorption， so as to achieve the purpose of pollution control. In recent years， the application of biological technology in the treatment of coking wastewater has been paid more and more attention because it can not expand the existing water treatment facilities and improve the scope and capacity of water treatment.

关键词：生物强化技术；废水治理；应用

Key words： biological enhancement technology；wastewater treatment；application

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）06-0213-03

0 引言

随着化学合成工业的不断发展，生活有机污染物当中浓度高、降解难度大的污染成分正逐步上升，若采用常规的生物处理系统及生物菌剂对其进行处理，其处理周期较长、降解效率较低。而生物强化技术通过改善生物处理系统结构及优化微生物菌剂配置，可提高度生活有机污染物难降解物质的降解效率、改善污泥性能、缩短生物处理系统的启动时间，增强生物处理系统运行的稳定性。

1 生物强化技术定义

生物强化技术是一种利用生物金属进行废水处理的高效技术，在污水处理中具有十分广阔的应用前景。生物强化技术具有操作简单、针对性强、低成本、高效率等优点，因此成为近期污水处理领域的重要研究方向。该工艺是通过将特殊菌种投放到污水当中，加强自然菌群的生物力量，通过微生物的新陈代谢分解并吸收污水中的污染物来净化水质。生物强化工艺可以分为直接作用与共代谢作用两种方式。直接作用是通过驯化、筛选、诱变、基因重组等一系列技术获得微生物，然后复制一定数量对污染物进行降解。共代谢则是针对废水中的一些有害物质，在一定条件下降解，从而改变其化学结构，降低污水的危害性，可以分为二级基质共同氧化、微生物协同、休眠细胞降解三中类型。生物强化技术在焦化废水、印染废水、染料废水、农药废水和制药废水等难降解废水几个领域。

2 生物制剂的优点

生物强化制剂具有很多优点：

①能够将污染物彻底分解，没有污染物转移，不会造成二次污染；

②结合传统活性污泥法，降解过程简单，成本低；

③特殊的选育技术能防止均群退化，不需反复投加，运行成本低廉；

④不同于传统模式的参数设计大大提高了系统处理效率（达到了传统模式的几倍），实现了高效处理；

⑤在高盐、高浓度恶劣运行条件下，生物强化技术保持了微生物的活性，适用于毒性大、浓度高、难降解工业污水的处理；

⑥系统启动周期短；

⑦系统抗冲击负荷较高，可有效抑制污泥膨胀，污水处理系统运行更稳定可靠。

3 生物强化技术的作用机理

毒性大、浓度高且难降解的工业废水，一般无法通过传统活性污泥法进行彻底处理，生物强化技术可以起到很好的效果。首先按照工业要求对微生物菌群进行初步筛选，设定工艺参数，加入生物催化剂以维持生物活性。然后按照普通的活性污泥处理工艺处理工业废水即可。生物活性剂和特殊的工艺参数是该技术不同于普通活性污泥处理技术的一个特点。

采用生物强化技术处理高浓度工业污水不仅工艺流程简单，投资少，运行费用低廉、对外部环境没有特殊要求（在常温、常压条件下实施即可），而且能规避焚烧法、催化氧化法等产生的潜在威胁，也不会造成二次污染，经济又环保。

4 生物强化技术的实现

我们可以通过从自然界中筛选菌株，构建基因工程菌，购买商业菌剂来实现来获得高效的菌株。

4.1 高效菌株的培育

4.1.1 从自然界中筛选菌株

在自然界中，处理污染所需要的菌株与其它微生物混杂在一起，为了获取高效菌株，就必须将其从混杂的微生物群体中分离出来，进行进一步的发酵培养。要筛选出高效菌株，在长期驯化或受污染环境中，通过选择性培养基分离具有特定降解性的微生物，同归富集营养、多次分离纯化得到高效微生物用于生物强化。当前，这种通过筛选分离高效菌的方法始终是一种主流的生物强化技术，但是其实施效果主要取决于生态环境和菌株质量，因此在实践应用过程中必须对这两项关键因素加强控制。

4.1.2 构建基因工程菌

构建基因工程菌，也就是运用微生物遗传学来改进微生物的遗传性状，提高其生物活性和耐毒性，使之适应高浓度、高毒性的应用环境，从而提高污水处理效率。高效降解基因工程菌不仅能充分降解高浓度、高毒性的污染物，还可以显著提高处理系统的抗冲击负荷性能，以确保生物强化处理达到预期的效果。

4.1.3 购买商业菌剂

微生物制剂是通过自然筛选或人工培育得到一种具有降解功能的微生物，令其附着在载体上制作成干粉，或用其制配成菌液制剂，通过其生物强化功能来改善目标环境，再通过菌群构建获得的一种具有特殊功用的生物制品。商业菌剂中通常含有处理污染所需要的完整的微生物群落，由自养、异养、兼性菌构成。

选择购买商业菌剂时注意一下事项：①在较低或较高温度下生长的能力；②抵抗高浓度污染物的能力；③抗重金属的能力；④在较宽泛的环境和介质中生存的能；⑤产生生物表面活性剂，更利于与污染物接触。

4.2 高效菌种在投加系统内的保持

当生态环境中不具备使微生物维持生物活性及正常代谢功能因素时，生物强化技术就难以发挥作用。尽管在生态系统中加入菌株能够促进生物降解，但收效甚微。原生、后生动物捕食，占用土著微生物赖以生存的电子受体和营养物质，最终，环境的温湿度、酸性、DO、污染物浓度、毒性、微量元素等各类因素都可能对生物强化的功效产生决定性的作用。鉴于此，为了使外源微生物正常发挥作用，首先综合运用生物强化与生物刺激为外援微生物提供足够的营养和微量元素，提高其生命力，再对接种微生物进行固化处理，对直接捕食进行控制，以防微生物流失。

5 生物强化技术的应用

生物强化处理技术在石油化工行业应用——大港石化公司1.5wt/a柴油碱渣项目。

5.1 基础情况介绍

装置处理水量：50m3/d

水质特点：高COD

主要污染物：硫酸钠、硫化物和少量硫醇及硫醚组成的硫化物、未完全提取出的环烷酸、过量的硫酸、噻酚、苯、酚、五环烷、六环烷。

5.2 工艺流程框图

石油化工行业碱渣废水是由于碱液在碱洗液化气、柴油、汽油时，与其中的S，N，O等化合物相互反应，使得影响其安定性的物质及部分含硫化合物脱除，反应后生成含有过量污染物的碱渣，其CODcr含量达到了几万，并且含有有害、有毒的污染物。

运用生物强化技术处理碱渣废水，先通过酸化将柴油碱渣所含的环烷酸提取出来，再将剩下的碱渣置于生物强化反应器中进行生物强化处理，并对处理后的污水进行无害化处理，确保其达标后再排放。具体的工艺流程详见图1。

5.3 装置运行数据

如表1所示，通过应用生物强化技术石油化工废水中需要去除的各种有害物质几乎被去除干净，应用效果非常理想。

6 效果及评价

6.1 提高目标污染物的去除效果

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。

6.2 改善污泥性能，减少污泥产量

生物强化技术能防止污泥膨胀，它运用较低的能耗提高了污泥的沉降性能，大大降低污泥产量（通常能使污泥容积降低17%～30%）。经过生物强化处理后的水质基本达标。

6.3 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

投加一定量的高效菌种，增大处理系统中有效菌种的比率，可缩短系统的启动时间，达到较高的快速处理效果，同时还可增强系统的耐冲击负荷能力以及处理系统的稳定性。

7 结束语

由于生物强化技术在污染物高效降解方面具有明显优势，因此该方法在难解、高毒性有机污染物处理中将发挥巨大的作用。通过对该方法进行深入探索与研究，不断挖掘其环境治理的潜力，可实现以尽可能小的环境代价，获得最大的经济发展效益。该技术的应用适应了我国节能减排和促进资源循环再生利用的要求，具有广阔的应用空间和发展前景。

参考文献：

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