化工业污水处理中生化法的相关运用思考

2022-02-12李国添

皮革制作与环保科技 2022年24期

李国添

（碧沃丰工程有限公司，广东佛山 528200）

水是生命之源，是地球上最宝贵的资源，要想促进人类文明的持续发展，就必须加强对水资源的治理与保护。随着工农业的快速发展，水污染问题愈加严重，尤其是每天产生的大量化工业废水给生态环境带来了很大负担，也对人们的生活产生了极其不好的影响。因此，相关部门和企业必须要进一步加大对化工业污水的治理力度，将化工业污水对环境及人体的危害降到最低[1]。研究发现，在化工业污水治理方面，生化法具有比较明显的优势。

1 化工业废水简析

1.1 化工业废水的来源

化工业废水主要来源于化工生产产生的废水，如在蒸汽蒸馏、汽提、酸洗等工艺中，会产生含污染物质的废水；清洗生产设备产生的废水，化工业生产所用容器、管道、设备等需要定期清洗，在清洗时设备、管道等中残留的化学物质会进入到清洗液，形成废水；生产过程中原料与产品的流失也会形成废水，在化工产品生产及原料运输等过程中，会有一部分物料、产品损失，这些物质经过风暴雨雪的冲刷形成了废水；未反应完的原料，在化工生产过程中，一些原料由于自身性质的原因，无法发生完全的化学反应，未反应的部分就会通过多种途径进入水体，形成废水[2]。

1.2 化工业废水的分类

根据工业废水中主要污染物的化学性质，可将化工业废水分为无机废水、有机废水及既含有有机污染物又含有无机污染物的混合类废水三大类。无机废水中含有无机污染物，各种矿物废水也属于无机废水；有机污水中含有机污染物，化工厂、食品厂等在生产过程中产生的废水多为有机废水。有机废水中的污染物会在水中进行生物氧化分解反应，从而消耗大量溶解氧，导致水体中的氧气供应不足，而且有机物进一步厌氧发酵会散发出恶臭，污染大气环境，毒害水生生物[3]。

1.3 化工业废水的特征

1.3.1 水质成分复杂

化工业废水中污染物种类多、浓度高，处理起来比较困难。化工业废水中最常见的污染物质是溶剂类化合物以及有机高分子化合物，这类物质难降解、不易溶解，溶于废水中会污染环境。

1.3.2 温度高

工业废水普遍具有高温的特点，主要原因是许多化工工艺通常都是在高温下进行。温度高的化工业废水大量排放后会引起水域热污染。

1.3.3 有毒有害

化工业废水具有污染性强、毒害性高的特点。化工业废水中含有的Cr、Pb、Hg等重金属离子及有机化学类有毒物质，会随着废水渗入到土壤后，引起土壤结构的变化，使土壤受到污染；进入自然水域后会造成水生生物中重金属离子的富集，并通过食物链对人体产生严重危害，导致人体功能受损[4]。如含氟废水如不经专业、科学地处理而直接排放到环境中，会抑制土壤的酸性磷酸酶的活性与硝化作用，使土壤肥力下降、酸碱度失衡；与人体长期接触会导致人体中氟的含量过多，因而严重影响人体健康。有研究表明，长期摄入高浓度氟，会使人体肝脏、肌肉、胃肠道及神经系统、免疫系统与生殖系统等都受到不同程度的损害；动物摄入过量氟后，会出现骨骼发育不良、牙齿发育缓慢等问题，若动物长期生活在高氟环境中，其生殖功能、肝肾功能等会受到严重影响。另外，化工业废水如不经科学处理直接排放至环境中，还会引起严重的大气污染问题。近些年，我国多地多个工厂乃至城市周边飘散的恶臭气体大多与化工业废水的排放有关[5]，图1为某化工厂生产废水违规排放现场。

图1 某化工厂生产废水违规排放现场

2 化工业污水处理技术现状

2.1 化工业污水监测与分析技术

目前对工业废水的监测和处理主要是针对悬浮物、COD和NH3-N等的理化指标进行理化分析，通过理化分析确定水体中污染物的浓度及污染物地种类，为后续的污水治理工作提供参考。理化分析手段既有优点也有缺陷，如精度不高、无法实现持续监测与动态反应、大部分监测只能反映瞬时样品的污染水平、无法对排水的安全程度做出判断、监测结果很难反映复杂水环境的健康变化趋势等，因而也无法为水污染防治工作提供有效的帮助。而生化法弥补了这一监测手段的不足，生物监测法可以利用生物种群、个体和细胞在结构、功能、生理状况等指标上的变化，对环境介质中的有毒物质进行有效的监测和评价。

2.2 化工业污水处理技术

2.2.1 化学沉淀法

在化工业污水处理工程中，经常使用化学沉淀法。应用化学沉淀法处理化工业污水时，是通过向溶液中投加氢氧化物、硫化物、碳酸盐、卤化物等化学药剂，使这些化学药剂与废水中的污染物发生反应，最终使污染物从废水中脱离，从而达到净化废水、提高水质的目的。化学沉淀法具有化学药剂絮凝效果好、沉淀效果佳并能够在一定程度上保证重金属去除率的优势[6]。

2.2.2 物理吸附法

物理吸附法是一种比较常见的化工业污水治理方法，该方法主要是利用特殊的、具有吸附性的材料，将废水中的重金属离子以及有机化学污染物（如苯类或酚类化合物等）吸附出来，从而达到治理废水的目的。当前比较常见的吸附材料有活性炭、壳聚糖类吸附剂、沸石、树脂及硅藻土等，其中活性炭的应用最为广泛，主要是因为活性炭比较容易获得，而且其成本相对较低，吸附效果也相对理想。活性炭的表面分布有大量的空隙结构，能够有效去除废水中的金属物质及有机物。另外，树脂也是一种较好的吸附剂，目前有两种树脂，一种是阳离子树脂，一种是阴离子树脂。树脂中含有能够与废水中重金属污染物发生反应的物质（如氨基）等，图2为一种新型活性炭。

图2 一种新型活性炭

2.2.3 分离法

分离法是一种常见的化工业污水处理方法，该方法主要是利用压力驱使重金属污染物质与水分离，最终达到化工业污水处理与净化的目的。分离法包括超滤、电渗析、渗析及反渗透等几种方法，自然渗析与液膜技术在当前也在应用。应用分离法处理化工业污水时，要根据一定压力差下孔的大小筛选微滤与超滤。应用反渗透法处理化工业污水时，最好是选择渗透性好的半透膜材料，这样溶剂的渗透率会更高，对化工业污水的处理效果也会更好[7]。

3 生化法论述

生化处理法简称为生物处理法，是当前一种比较绿色环保的污水处理技术。生化处理法是利用微生物的吸收、分解与新陈代谢作用对污水中的有毒有害物质进行降解，最终将化工业废水转化为无毒无害的废水。利用该方法处理化工业废水时，要先将化工业污水与微生物混合接触，从而使微生物在其中发挥作用。在应用生化法处理废水时，高效曝气池与菌胶团是该方法两大关键因素。建立高效曝气池能够使微生物存活，并利用微生物对废水中的有毒有害物质进行分解，达到净化水质、降低废水污染性与毒害性的目的[8]，生化法处理废水的工艺流程详见图3。

图3 生化法处理废水的工艺流程

3.1 高效曝气池

高效曝气池是采用高效表面曝光气机，使整个反应区内污水与活性菌胶团充分混合，起到充分搅拌的作用，同时在表面形成浪花，与空气充分接触充氧。在高速混合状态下，菌胶团会充分发挥作用对废水中的有机物进行吸附、吸收与水解，水解后的有机物又被微生物进行二次吸收与分解，最终被分解成水、二氧化碳及其他小分子物质。

3.2 菌胶团

在利用生化法处理化工业污水时，菌胶团是整个处理工艺的核心。菌胶团极强的吸附与分解能力可以使化工业废水得到初步净化和处理，同时也为微生物的二次处理创造了条件，提供了可能。生化处理工艺中的菌胶团是以真菌和细菌为主，除此之外还有一些后生动物与原生动物。在化工业污水处理中，真菌与细菌是主力军，是降解污水中有机物的主要力量，部分原生动物与后生动物是活性泥污食物链中的组成部分，主要起到改善水质的作用。

3.3 菌种

研究表明，在运用生化技术处理化工业污水时，菌种是影响处理效果的一个关键因素，若菌种的适应能力强、繁殖速度快、降解有机物的能力强、速度快且易驯化与培养，那么化工业污水的处理效果也就会更加理想。因此，在运用生化技术处理化工业废水时，必须要在菌种上下功夫。菌种培育的第一步就是特殊的诱变选育。为得到优质菌种，可以从已经使用了较长时间的装置中提取初始菌种，然后再利用现代生物技术开展诱变处理、选育、驯化等一系列工作，最终选育出适应能力强、繁殖速度快、有机物降解速度快的优质菌种。

4 生化法在化工业污水处理中的具体应用

4.1 废水成分的生物毒性测试法

工业废水中污染物的成分比较复杂，所以尽管理化监测已经比较先进，能够比较准确且快速地判断出污染物的环境水平，但仍然无法有效满足工业废水的监测需求，因而很难反映出全部污染组分对环境的综合影响。生物毒性测试技术弥补了这种理化监测技术的不足。生物毒性测试法不仅能准确分析与反映出废水中污染物的种类、各污染物之间的相互作用，而且还能对污染水平与生物效应的直接关系做出判定。

研究发现，发光细菌对有毒物质的反应较大，所以在废水监测中可惟利用发光细菌来测定废水中污染物的组成及受污染水体的综合毒性。细菌急性毒性测试法在我国已经使用了较长时间，早在1995年，我国就将发光细菌法列为进行水质急性毒性检测的国家标准方法。研究与实践证明，发光细菌毒性测试法具有受试生物反应灵敏、仪器操作自动化程度高等优点，可以被应用于污染行业废水毒性的常规监测与突发事件安全的应急监测。

藻类和蚤类个体小,在水体中可以大量繁殖，当生存环境恶化时,藻类的生长会受到抑制,蚤类的生存和繁殖能力也会发生变化。研究表明，当水体环境发生变化时，藻类的生长速度会发生改变，蚤类的繁殖能力也会有明显的变化，藻类和蚤类在不同环境中的繁殖与存活情况，可以作为判断水质的重要依据。因此，在水体监测中可采用生长率与繁殖率作为监测、评价毒性效应的重点。目前，藻类和蚤类的毒性试验技术已经比较成熟，实践经验也在不断丰富，但藻类和蚤类毒性测试法还存在一些缺陷，如测定周期长、综合效率低，测定前需要开展大量藻类和蚤类的培养工作等，所以该项技术还具有很大的完善空间。

4.2 废水生物治理法

废水生物治理法是一种化工业污水微生物深度处理方法，其特征与步骤为：制备所用菌液，所用菌液包括石油降解菌菌液、芽孢杆菌菌液、酵母菌菌液。菌液制备结束后要充分混合，留好备用。混合菌液制备好后，在化工厂准备防渗防泄露的存放池，并向存放池中转运化工业污水，再将微生物输入架放入存放池中，存放池中放置的微生物输入架是由多个通道管交叉连接而成，微生物输入架的各通道管相连相通。为保证最终及整体的处理效果，各连通管的管道壁均采用镂空网状结构，通道管有多个出液口。为更好地处理化工业污水，微生物输入架中的一个通道管一端宽口为敞口，该通道管的另一端及其余通道管的两端管口均为盲端，在每个通道管的外周均铺设有可降解的负载膜。在该微生物处理系统内，用可降解负载膜封闭所有通道管的出液口，同时在通道管、可降解负载膜与可降解负载膜之间都设置了生物炭，为微生物处理化工业污水创造条件。将微生物输入架放置进存放池时，要将微生物输入架中一通道管的敞口端放置于化工业污水上表面的外部。在处理化工业污水时，先通过通道管的敞口端向微生物输入架中输入混合菌液，混合菌液输入后要静置20～40分，再向微生物输入架注入高压气体，并利用高压气体冲破可降解负载膜，使通道内的物料混合到化工业污水中，然后由微生物对废水中的有毒有害物质进行分解，从而达到净化水质、降低废水污染性与毒害性的目的。