生物增效技术在化工污水处理中的应用

於洪林

江苏伊恩赛浦环保科技有限公司 江苏 宜兴 214200

引言

生物增效处理技术是化工污水处理领域中的一种关键方法，能够提升生物处理系统的污水降解效率。该技术通过引入特定的微生物种类，如生长迅速、高效降解污染物的微生物，以增加生物反应器内的微生物群落多样性和活性，能加速有机物的降解和氮、磷等营养物质的去除过程。生物增效处理技术可通过不同方式实现，包括污泥的回流、搭建生物浮床为微生物附着提供表面生存环境。这些方法可以有效地提高生物反应器的污水处理能力，减少处理时间和空间需求，降低能耗和化学药剂的使用频率。

1 生物增效技术概述

1.1 生物增效技术介绍

该技术最早出现在20世纪60年代，是一种在化工污水处理中广泛应用的环保方法。其核心概念是利用微生物的生物活性，将有机污染物降解为较简单的物质，从而达到净化水体的目的。经过几十年的不断发展，生物增效技术在化工污水处理领域取得了显著的进步。生物增效技术的研究早期主要集中在单一的生物处理单元上，随着研究的深入，越来越多的生物增效技术被引入，包括生物膜反应器、生物颗粒法等[1]。这些技术不仅提高了有机物去除效率，还降低了处理过程中的能耗和占地面积。近年来，生物增效技术还结合了生物学、微生物学、生化工程等多个学科的知识，不断让化工污水处理的工作流程向更高效、更稳定的方向进行优化。

1.2 生物增效技术的优势

1.2.1 不增加系统硬件投资。生物增效技术依赖于微生物的活性代谢，在现有处理系统的基础上进行微调和优化即可，无须大规模改造。该技术不仅可以在现有的反应器中引入生物膜或颗粒，还可以通过微生物群落的调控来提高有机物的降解效率。这意味着化工厂无须大规模投资购置新的处理设备，节省了成本和时间。此外，生物增效技术在不增加硬件投资的同时，还能够有效地降低化学药剂的使用量，减少了化学废物的生成数量，进一步降低了污水处理的运营成本。

1.2.2 帮助污水处理系统快速启动。这项技术利用高效的微生物群落，通过生物降解、吸附和转化等过程，迅速降解有机污染物。相较于传统的物理化学处理方法，生物增效技术能够更加迅速地适应不同的污染物类型，有效降低系统的启动时间。

1.2.3 总成本低。生物增效技术运行所需的能耗较低，微生物的自我生长和代谢过程几乎不需要能源投入。此外，生物反应器的运行和维护相对简单，不需要复杂的设备和高技术人才，也极大降低了污水处理过程中的人力成本。并且使用该技术在处理过程中生成的产物较少，也减轻了后续处理环节的负担，降低了废物处理成本。

1.2.4 无二次污染。微生物降解污染物的过程相对较为自然，采用微生物降解污染物的方式，不仅可以高效地将有机污染物降解为较为简单的物质，还能在生物体内完成这一过程，避免大量使用化学药剂的情况，彻底消除了二次污染的可能性。

1.2.5 一次投加长期有效。传统的污水处理方法往往需要多次投加化学药剂以达到理想的处理效果，然而这些方法存在着处理效果不稳定、药剂成本高以及对环境造成潜在危害等问题。而生物增效技术通过引入特定的微生物菌种，能够在一次投加后建立稳定的微生物群落，这些微生物能够长期稳定地降解有机物质，有效地净化污水。

2 化工污水处理中的生物增效技术的应用要点

2.1 优化微生物菌种

优化微生物菌种是该技术的核心，其涉及菌种的选择、培养与应用。在选择微生物菌种时，需要考虑其耐受性、降解能力以及适应性，目前使用较多的菌种包括厌氧菌、好氧菌和反硝化菌，因其在不同环境中具有较强的生存能力和降解潜力，所以被大面积使用[2]。为了优化这些微生物菌种，可以通过分离和筛选具有高效降解能力的菌株，经过连续传代培养，提高其适应目标废水的能力。此外，通过调控培养基中的营养成分和pH值，可以刺激有益菌群的生长，抑制有害菌的繁殖，进而优化菌群的结构。含有有机物的废水，可以选择具有良好脱氮和脱磷能力的菌株，以有效去除废水中的氮、磷污染物；而处理重金属污染废水，应选择具有耐受重金属的微生物，以及能够有效沉淀或吸附重金属的菌株，以降低废水中的重金属含量。

2.2 及时调控菌群生态平衡

菌群的多样性是维持其生态平衡的关键因素，不同的微生物在处理过程中扮演着不同的角色，相互之间相互合作形成复杂的降解网络。因此，确保菌群的多样性是防止某一种微生物过度繁殖而引发系统失衡的重要手段，通过定期对微生物的多样性进行分析，可以监测到菌群的变化趋势，及时发现异常情况并采取纠正措施。在污水处理系统中，氧气是微生物进行有氧降解的必需品，同时也可以影响不同微生物种类的生存和繁殖。通过调节曝气设备的操作参数，可以控制系统中的氧气供应，以此来影响菌群的构成和数量分布。

2.3 好氧-厌氧协同作用

好氧-厌氧协同反应器通常是由好氧区和厌氧区组成的两个连续部分，这些部分通过中间的过渡区分隔开。好氧区提供了充足的氧气，有利于快速氧化有机物，而厌氧区则创造了一个低氧甚至无氧的环境，有利于厌氧微生物的生长和产生特定的代谢产物。过渡区则有助于适应两种微生物的过渡，促进它们之间的协同作用。适当的底物选择和投加顺序可以最大限度地促进两种微生物的生长和活性。好氧区的底物通常是可溶性有机物，如糖类和脂肪酸，这些底物容易被好氧微生物利用；厌氧区的底物则可以是难降解的有机物，如蛋白质和复杂的碳水化合物[3]。在这两种不同区域协同工作时，一定要注意污泥的回流和循环利用，要定期从反应器中收集并回流活性污泥，这样才能稳定整个污水处理系统的性能。

2.4 科学使用生物膜技术

生物膜技术作为一种关键手段，被广泛应用于提高处理效率和水质净化，生物膜技术的成功应用离不开几个关键要点：首先，选择合适的载体材料是生物膜技术应用的基础。载体材料的选择应考虑其亲水性、表面特性以及结构稳定性，这些特性直接影响生物膜的附着性、生长速率和稳定性。通过科学筛选和设计，选定适合微生物附着和生长的载体材料，可有效提高生物膜的活性和耐受性；其次，维护适宜的生物环境是保证生物膜技术高效运行的关键。细菌、藻类等微生物在生物膜上生长繁殖，形成复杂的微生物群落。为了维持这些微生物的生态平衡，需要确保适当的温度、pH值和氧气供应。定期监测和调整这些环境参数，有助于防止微生物群落失衡，保障生物膜的稳定性和高效性。此外，定期清洗和维护生物膜也是确保技术应用效果的关键一环。随着时间的推移，生物膜会受到污染物的沉积、杂质的堆积等影响而失去活性。要选择合适的清洗方法和操作工艺，这样才能有效去除附着在膜上的污染物，恢复生物膜的活性和功能。微生物在生物膜上形成复杂的食物链和代谢网络，通过相互作用可以更高效地降解污染物。在实际应用中，可以引入不同类型的微生物群落，发挥它们在污染物降解、氮循环等方面的专长，最大限度地提升生物膜技术的增效效果。

3 生物增效技术应用在化工污水处理中的具体方式

3.1 构建生物浮床

生物浮床是一种高效的生物处理装置，主要用于分解和去除化工污水中的有机污染物。由于化工污水中可能含有各种腐蚀性物质，所以材料的选择至关重要，在构建生物浮床时，通常选用聚乙烯、聚丙烯等耐腐蚀性强的材料，或者不锈钢等金属材料。然后在适当的位置建设浮床基础，根据污水流量和水质情况，设计合适尺寸的浮床槽。浮床槽通常分为多个隔间，每个隔间内设置填料，用于附着和生长微生物。填料通常选用高表面积的材料，如环状填料或交错填料，以便提供足够的生物附着面积。接着，将污水引入浮床槽，让污水与生物附着在填料上的微生物进行接触和反应。微生物附着在填料表面，通过代谢作用分解污水中的有机物，将其转化为可溶性物质和气体。随着反应的进行，产生的气体会使填料浮起，从而形成浮渣，将污水中的固体颗粒一同带出。

3.2 生物增效材料的选择

生物增效材料的选择不仅需考虑其微生物附着和活性促进能力，更需要兼顾对特定污染物降解的高效性。这意味着要从众多材料中识别哪些微纳米结构具备显著的附着特性，如纳米多孔材料、功能化纳米材料等，这些材料能为微生物提供较大的生长表面，有效增强其活性。固定化生物膜技术也是关键方法之一，其能通过将有益微生物牢固固定在载体上，有效提升其在处理过程中的稳定性和持久性。还要通过注入生长因子和营养物质，激发微生物的代谢活性，以此加速污染物的降解过程。在选择生物增效材料时，必须充分考虑化工废水的特性，确保所选材料能够胜任高浓度有机物的处理任务。然而，选择合适的生物增效材料只是化工污水处理中的第一步。随后的关键在于构建和精确操作生物增效反应器，这些反应器分为生物膜反应器和悬浮生物增效反应器。生物膜反应器通过固定微生物膜，实现了高密度生物附着；而悬浮生物增效反应器则将微生物附着材料直接悬浮于污水中，利用其丰富的附着表面降低污染物的浓度[4]。

3.3 净水处理技术

生物浮床要合理选择填料，构建了一个具有高比表面积的支撑体系，为微生物的生长提供了良好的附着基质。这种附着生物膜可以吸附污水中的有机物和微小颗粒，从而起到初步过滤的作用。其次，生物浮床内的微生物群落多样，包括好氧和厌氧微生物，它们在附着生物膜上形成复杂的生态系统。好氧微生物能够分解有机物，将其转化为二氧化碳和水，从而降低化工污水中的污染物浓度。而厌氧微生物则可以进一步降解污水中的硫化物、氮化物等有害物质。生物浮床在化工污水处理中还可通过控制水体的停留时间来实现生物的深度处理。通过调整进水速度和出水速度，可以使污水在生物浮床中停留的时间延长，从而提高微生物对污染物的降解效率[5]。同时，延长停留时间还有助于微生物在生物膜上生长和繁殖，增强附着生物膜的活性和稳定性。生物浮床在化工污水处理中还可以与其他处理技术相结合，进一步提高净水效果。例如，可以将生物浮床与生物滤池结合，形成多级生物处理系统。生物滤池可以进一步去除水中的悬浮颗粒和微生物，使出水更清澈。此外，还可以将生物浮床与氧化沟等工艺相结合，这样可以高效地去除污水中的有机物和氮磷等成分。

3.4 污泥回流技术

把部分处理后的活性污泥重新引入生物反应器，可以增加微生物的数量和多样性，有助于维持健康的微生物群落，有效去除有机物的降解和废水中的污染物。在污水处理过程中，活性污泥会沉淀并形成污泥层，然后要把这些污泥从沉淀池底部或生物反应器底部进行收集。收集的污泥需要进行离心分离或者压滤处理，并去除过多的水分，增加活性微生物的浓度， 经过处理的污泥会被重新引入生物反应器中。

4 结束语

生物增效技术作为一种环保高效的化工污水处理方法，经过多年的发展和实践，在提高处理效率、降低运营成本、减少二次污染等方面取得了显著的成就。随着生物学、微生物学、工程技术的不断进步，生物增效技术有望进一步提升其在化工污水处理中的应用效果。通过更深入的研究，优化工艺流程，探索新的菌种和材料，生物增效技术将继续为化工污水处理领域的可持续发展做出重要贡献。