生物強化技術在污水處理中的應用價值

展華輝

（煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司 河南鄭州 450007）

生物強化技術在污水處理中的應用價值

展華輝

（煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司 河南鄭州 450007）

生物法處理污水可以看作是物理和化學法處理污水的一種結合。但與物化法相比，這種方法的成本要大大減少，而效率則會升高，同時生物法的操作相對簡便，沒有二次污染，也因此被廣泛應用于城市污水和工業廢水的處理中。生物強化技術是一種利用生物來治理廢水的一種高效技術，相對于傳統生物處理技術來講，這種處理方式更加靈活，更有針對性，而且效率相對來說更高，在廢水處理中的應用前景更加廣闊。本文主要研究生物強化技術處理污水的作用機制、原理，生物強化技術的實現步驟，分析其在應用過程中存在的一些問題，并分析這種處理技術的應用效果。

生物強化技術；污水處理；應用價值

生物強化技術是目前應用比較廣泛的一種污水處理技術，這種處理技術是指生物處理系統中，投入具有特定功能的微生物、營養物，利用生物菌的對相應污染物的分解作用來加速降解，達到有效處理含一些有機物的廢水的目的，這種方法通過以生物菌降解有機物的方式，大大提高了污水處理的效果。這種運行穩定、低成本、高效率、無污染的生物強化處理技術具有很大的優勢，是一種易操作、針對性強的污水處理技術，得到了廣泛的認可及應用。

1 生物強化技術的作用機理

生物強化技術是指將從自然界中篩選出的優勢菌種或者通過基因重組得到的高校菌種投放到廢水處理系統中，來增強原處理系統的處理能力，最終通過去除某一類有害物質或優化某一方面性能，來達到提高處理系統的處理能力的目的。在生物強化技術中，根據投入菌種的類型以及基質的具體作用方式，可分為以下兩大類。一是菌種直接作用，菌種直接作用所選用的微生物需要其以某一目標降解物質作為生命活動的主要碳源及能源，這種微生物可由人工基因重組、誘變或者馴化及篩選的方式得到。待該種微生物菌種被投入到污水處理系統中后，將對目標降解物進行去除。二是共代謝作用，微生物無法將污水中的一些有害物質作為碳源及能源來生長，但是微生物可以在一定條件下，將一些有害物質降解，通過改變其化學結構來降低其有害性。共代謝主要有三組類型。第一，菌株將一級介質作為碳源或能源進行新陳代謝，并將產生的酶來將二級基質氧化、降解，最終達到降解效果。第二，不同微生物進行逐步氧化、降解，通過協同作用來降解污染物。第三，休眠細胞對污染物的降解。

2 生物強化技術的具體手段

應用生物強化技術進行污水處理具體分為三大部分，分別是進行高效菌種的培育與篩選，控制菌種在系統內部的生長與表現，達到去除目標物或提高原有去除效果的目的。下面進行具體分析。

2.1 菌種的培育與篩選。一般而言，菌種從自然界中篩選出來的過程需要以特定目標降解物作為唯一基質進行馴化和分離。但在實際處理過程中，可發現污水的水質比較復雜，所含成分較多，將所得菌種投入到系統后有可能受到污水中的其他成分的抑制，導致達不到最初的目標。但是一種離線富集反應器的開發有效解決了這一問題，這種反應器可以提供大量菌劑給生物強化技術的實現，而且可以通過對實際欲處理廢水成分進行模擬，達到使被投放菌種充分適應污水環境，提高處理目標物效果的目的。有資料表明，在菌種培養時加入與目標物相似的營養物質能夠對菌種實現富集培養。有些微生物在進行目標物降級時，往往需要誘導酶的輔助，這種菌種培養可通過投放基質類似物或是中間代謝物的方法保證菌種的高效降解性。

2.2 基因工程菌的構建。隨著科學技術的不斷發展和進步，利用基因工程，我們可以更快搞好的培育菌種。基因工程菌的構建，主要是通過不同目標物降解質粒的組合，利用其相容性，得到一個全新的多質粒菌種，這樣就能夠利用一種微生物降解多種目標污染物，大大減少了污水處理的環節。此外，可以使用質粒分子育種，使微生物發生質粒相互作用與傳遞，來加快自然進化，快速培養菌種。

2.3 轉移水平基因。在面臨外援菌種的基因工程菌時，土著菌種的生活狀態就會處于劣勢，數量和比率都會有所下降。所以，目前許多研究都旨在通過轉移水平基因來強化系統生物。具體思路為，向欲處理的污染物系統中投入自由基因元素內的降解基因。降解基因進入系統后會向土著基因擴散，這樣就能夠實現原有基因對污染物的處理。因為降解基因處于自由狀態，水平基因轉移方法相對于傳統生物強化方法具有很多潛在的優點，降解基因在菌種內比較容易存活下來，也能夠保證軍鬧鐘對污染物持續高效的降解，而不需要采取其他輔助措施維持降解基因數量。

3 生物強化技術的具體應用

3.1 生物強化技術處理焦化廢水。焦化廢水被認為是一種極其難降解的工業廢水，一般成分都比較復雜，含有很多種類的無機物和有機物，而且含有一些難以降解的污染物質。目前，處理焦化廢水，主要是利用在污染水中投入能夠高效處理污染物的菌種或是固定化降解微生物的生物強化技術。

3.2 生物強化技術處理印染廢水。目前，有機染料得到了廣泛的應用，因而產生了很多的印染廢水，以前一般采用好養生物膜法來處理印染廢水，效果并不明顯。而應用生物強化技術來處理效果卻很好，高效脫氧色菌和PVA降解菌對印染污水的處理效果顯著，而且，近年來，生物強化技術在印染廢水處理中得到了廣泛應用。

3.3 生物強化技術處理制藥廢水。混合菌體相對于單一菌種具有比較強的降解能力，降解速度、降解效率上都有明顯的提高，因此在處理制藥廢水中得到了廣泛的認可及應用，混合菌種在穩定性及抑制其他雜菌入侵的性質來有明顯的改善，這些都是明顯優于單一菌種的特質。

4 生物強化技術的應用效果

4.1 提高目標污染物的去除效果。相對于一般的污水處理方法而言，生物強化作用對系統的去除、降解效果具有明顯的促進作用。研究結果表明，在SBR系統內投入高效污水處理混合菌群，將使

其對COD最終的去除率高出一般系統的20%，具有更明顯的去除效果。

4.2 提高污泥性能，降低污泥產量。通過利用生物強化技術，能夠在很大程度上減少污泥膨脹現象，提高污泥的沉降率，最終減低污泥產量。因此，這不僅對出水水質有很好的改善作用，還能大大降低系統排放并處理污泥的能耗。根據Cham-bers在氧化溝、延時曝氣以及曝氣塘這三種污水處理系統內有關生物強化技術的成功應用，我們可以知道，生物強化劑能夠有效緩解污泥膨脹，其在SBR系統內的使用，更能使活性污泥結構變得更密實，沉降性有所提高，而污泥含水率則會下降。

4.3 減少啟動時間，提高穩定性和耐負荷性。高效菌種的投入能夠提高有效菌種比率，就可以有效減少系統啟動時間，完成污水快速處理。另外，還能夠在一定程度上提高污水處理系統的穩定性和耐負荷性。根據有關實驗研究可知，活性污泥內接種3-氯苯胺降解菌株，能夠在3-氯苯胺沖擊后的第四天就恢復正常的硝化作用；如果沒有經過生物強化技術的處理，則通常會在沖擊后的第二天出現NH4+-N積累現象，處理污水的微生物則要倒12天以后才能完全恢復其硝化活性。因此，我們可以說，通過投入生物強化菌株，能夠大大緩解毒害物質對系統內部微生物種群的破壞，能夠讓系統在強負荷沖擊后，以最快速度恢復正常的污染物降解能力。

生物強化技術成本低廉、操作簡單、效率較高，因此被越來越多的使用在廢水處理的過程中，也使得更多相關技術通過具體時間得到有效利用。目前生物強化技術主要面臨著載體選擇的相關成本和技術問題，相信如果此類問題得到有效解決，生物強化技術會得到更好的發展。對處理城市污水及天然水體，生物強化劑具有獨有的優點，不過，怎樣能夠使得菌株在處理污染物濃度相對較低的天然水體時，較快適應環境，且不產生二次污染，是相關人員箴待解決的關鍵問題。另外，目前人們對于遺傳工程菌泄露到自然環境中會不會產生不良影響還有很大的疑問，需要進一步研究。雖然生物強化技術還存在一定的問題，但是，隨著對生物強化技術的不斷研究，很多污水處理問題都得到了解決，生物強化技術也得到了一定的推廣使用，相信只要不斷努力實踐、研究，用生物強化技術手段對污水處理系統的處理能力還會進一步加強。

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圖3 現狀各處理單元

5 結語

綜上所述，控制活性污泥法中產生的泡沫問題，應根據活性污泥運行理論，結合工程實踐全面分析，污水處理廠要根據自身的工藝特點探索預防和控制措施。

5.1 加強源頭監管，盡量避免油類物質超標排放，同時也需在工藝流程和運行管理上加強自身免疫力；

5.2 有條件的污水處理廠，可以增加預處理單元，如隔油池、曝氣除油沉砂池和初沉池等；

5.3 系統發生諾卡氏菌生物泡沫時，宜根據具體情況采用相應的物理、化學、生物方法加以控制。

參考文獻

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張志峰，2009年1月畢業于北京交通大學環境工程專業，碩士學歷。2009年2月至今，從事污水處理工作，解決了許多技術難題，于2013年榮獲蘇州市水利局“技術能手”稱號。