生物增效技术在化工污水处理中的应用

王娜(临沂市生态环境局莒南县分局，山东 临沂 276600)

0 引言

由于化工废水排放量大、毒性高、污染程度重，即使在利用物化、生化工艺进行处理之后，由于处理技术较差、成本较高等原因，处理后的废水中依然会残留一些微量污染物。虽然这些微量污染物在尾水中的含量较低，达到了国家要求的污水排放标准，但是依然会对水体生态环境造成一定的破坏[1]。

建设可以用来进行化工尾水深度处理的设施进展缓慢，污水处理的工艺依然不够完善，污水处理工作存在技术难点，投入用来治理污水的资金太少，都是当今化工污水治理方面需要解决的难题[2]。化工废水处理的规划路线不合理，存在资源浪费现象；污水处理工艺设备的运行管理不够完善等问题，导致污水处理厂的尾水水质较差，出水难以达到规定的排放标准，给尾水的深度处理带来很大的困难[3]。近些年以来，随着企业在污水处理领域的研究越来越深入，一个个污水处理的难题得到解决，化工污水的深度处理工作也越来越成熟。

1 基于生物增效技术的化工污水处理方法

1.1 构建生物浮床

组合式生物浮床的总体设计方案是：设定矩形作为生物增效技术的形状，设定成矩形的目的是如果将多个浮床拼接成生物增效技术组时，不会形成较大空隙，从而提高生物增效技术对于水体内部的利用率，矩形的形状较为规则，也便于后期的浮床运输及工程建设，看上去非常美观[4]。

浮床框体一般都选取四周及底部均封闭的浮箱，其四周都用浮床浮体来固定。浮箱里面安装的错位隔板可以将其内部分割成“S”形空间，这样可以让化工污水呈“S”形流过浮床，增加污水与浮床接触时长，提高浮床的净水效果。在框体底部装好“S”形曝气管后，还需要铺设一定厚度的缓冲材料，这些缓冲材料可以将急速水流进行缓解，顺便冲击填料基质表面附着的生物膜。缓冲材料上方需要放置一层筛网，与挂膜填料分割开来，然后在网上填充大量的挂膜填料，将植物种植板放置在填料基质上方，在上开孔处种植浮床植物。在箱体的底部位置开一个小孔，用橡胶管连接潜水泵作为进水口，然后在箱体的上部位置开一个孔，作为出水口，浮床的进出水口需要用一个大小合适筛网进行固定，否则会让缓冲材料与挂膜陶粒外泄。框体的出水口连接潜水泵的进水口，而水泵的进水口附近还要安装过滤筛网，否则会让水中的固体悬浮物堵塞水泵。在两个浮床框体的间隙安装太阳能板，放置太阳能电池和曝气泵这样的额外装置[5]。

1.2 生物增效材料的选择

单个浮床箱体的高度不要太高，0.4～0.6 m即可。因为浮床的高度越高，所需的材料就越多，越容易对化工污水的流通造成阻碍，污水在浮床内的流动速度就越低，这样对化工污水的处理造成不利的影响。另外，浮床的高度越高，所需要的填料越多，污水流动的阻力越大，对浮床下面的气体上浮越不利。一方面，浮床箱体上部的生物膜供氧不足，影响整个生物浮床对化工污水的处理效果；另一方面，浮床需要较高功率的曝气泵，用来提供更大的曝气压力，进而实现上下均衡的曝气效果，但这样做会增加整个浮床装置的成本。浮床单体的大小可根据实际应用对象的属性，比如污水宽度与水深，进行一定的调整。

生态浮床填料是由为菌膜生物附着繁殖的理想载体构成的，它为细菌溶解氧化物，减少有机污染创造了基本条件。目前，浮床最常见的填料有PVC组合填料、钢渣和陶粒等材质。因为膨润土的离子交换容量大，污染物吸收特性好，能量储备大，且物美价廉，是一款优质的环保电子吸附材料。由于活性炭表面存在很多的微孔结构，里面含有处理污水的化学基团，因此具有强大的污染物吸收特点，可以有效消除水体中的异味、胶体、有毒金属、有机化合物，因此被广泛地应用于污水处理。用膨润土作为骨架物质，并加入了活性炭，用廉价的花生壳粉作为造气孔剂，用少量硅酸钠作为胶粘剂，制造出经济实用的生物增效材料。

1.3 生物浮床的净水处理

生物浮床在处理化工污染的过程中，重点净化污水中的氮、磷元素，生物可以通过吸附作用吸收污水中的氮、磷元素，由此实现污水净化。浮床框架、载体以及植物根系的建立，增大水体与水体生物接触面积，进而让水体净化更加彻底。四种净水机制的协同运作机理如图1所示。陶粒填料层可以吸附截留浮床进水中固体悬浮杂质，固体悬浮杂质对微生物的生长、发育、代谢非常不利，而当填料层中的污染物被生物膜和浮床植物消耗时，陶粒的吸附能力就会大大增强，曝气增氧可以让微生物的生物活性提高，提高水里面的氧气含量有利于植物根系的发育，四种净水机制的协同作用使生物浮床呈现出持续的高效净水能力。

图1 污水处理模型

一般的净水系统主要依靠活性炭对污染物的吸收、过滤和截留，再加上污水处理装置上面的生物膜来处理污水，这种污水处理装置结构单一且效率低下。依照上述材料，设计出的组合式生物浮床，一方面增强浮床基质对污水的吸附及过滤效果；另一方面，大量的菌膜生物材料提供了大量可供于微生物附着的载体。在浮床中加载曝气装置，一方面为浮床内的微生物提供必要的氧气，促进微生物的新陈代谢，从而消耗污水中的污染物；另一方面，曝气增氧可以让水体更好地溶解氧气，增加水中好氧微生物的繁殖量。另外，大量的氧气还可以把水中的还原性污染物氧化掉，这样可以改善水质。

2 实验

2.1 实验准备

实验所用废水取自某污水池，所用接种活性污泥取自该废水处理系统的化工模块，化工污水浓度为9 000 mg/L，具体指标如表1所示。

表1 化工污水浓度指标

实验用的菌种药剂和培养试剂，均由某环科院以及下辖的环境工程公司生产供应。其中，一号菌种药剂是污染物里面的细菌、难分解的菌株、枯草芽孢球菌、地衣芽孢球菌和假单胞菌的混合固体菌种，这些菌株的浓度约为5.0×109CFU/g，它们具有增加生活污水、增加降解废物分解速度的作用；二号菌种制剂为焦瑞身氏溶杆菌的固体菌种，它的浓度约为1.0×109CFU/g，该菌种在被检测分离后确认一点，它具备产生溶菌酶的功能，还可高效消化污染物。实验中所用营养制剂系企业自研生产，含有各种碳、氮、磷等有机成分和微量元素，这些元素均能促使细菌迅速生长繁殖。

本实验所投加的液体是经过现场活化后的菌种活化材料，活化材料就是以菌粉为基础，即1%菌粉+98. 5%双氧水+0. 5%糖蜜，在阳光下连续活化8 h后作为菌液，就可以用它进行实验。

本实验在A、O两个池子同时开展，实验所用的处理方法与污水处理厂的处理方法是相同的。实验时间为3个月，总处理水量为100 m3。系统平稳运转三周后向实验组的O池投加一号菌液、营养剂，根据进水量的不同，一号菌液每日需要投加20 mg/L即可，而营养剂每日需要投加的更少，只需要10 mg/L。将二号菌制剂投加进化工污水处理池中，每日投加量比一号菌剂多，为50 mg/L，相同的营养剂每日投加量也增加到为25 mg/L，菌液和营养剂需要一起添加。此外，两种菌剂都需要活化后才能添加，对照组不需要投加这些试剂。模型需要平稳运行三周，三周后，将清水池出水数据、废水排放量统统记录下来，并对两个模型排出的废水进行取样，再将取样的结果进行检测，分析两个模型的微生物菌群变化情况。在实验过程中，秉持单一变量原则，对照组不加入任何试剂，并保证其他工艺参数设计与实验组完全一致。

2.2 实验结果分析

实验过程中处理出的污泥排入消解池中，剩余污泥产生量约为14 kg/d。实验组污泥消解池中加入了菌制剂和营养剂，对照组的消解池中不添加任何试剂。设置两组污泥消解池流量为0. 875 m3/d，污泥质量浓度为16 g/L，静置两天，溶解氧质量浓度为0. 5～1. 0 mg/L。实验运行稳定后每日测定消解后剩余污泥排放量，结果如图2所示。

图2 剩余污泥排放量对比

由图2可知，实验组剩余污泥排放量低于对照组，证明投加菌制剂更有利于污泥排放，应该将这种技术投入到化工污水处理当中来。

3 结语

在处理化工污水的过程中，首先应该设计并构建组合式生物浮床，从浮床结构上改进并强化生态浮床对化工污水的处理方式。用高效吸附性的材料来制作浮床，经过实验判断，所制的浮床材料的理化性能均满足国家标准。然后用化工园区污水处理厂好氧池的活性污泥来进行生物挂膜。选用一些浮床植物作为装饰，再加上曝气增氧额外措施，在浮床框体内加装太阳能隔板，这样就能完成新型组合式生态浮床。然后将做好的生态浮床进行实验，根据生态浮床的运行状态与污水处理效果，对其进行优化改进。这样才能设计出生物增效技术的污水处理方法。