生物增效技術在化工污水處理中的應用

於洪林

江蘇伊恩賽浦環保科技有限公司 江蘇 宜興 214200

引言

生物增效處理技術是化工污水處理領域中的一種關鍵方法，能夠提升生物處理系統的污水降解效率。該技術通過引入特定的微生物種類，如生長迅速、高效降解污染物的微生物，以增加生物反應器內的微生物群落多樣性和活性，能加速有機物的降解和氮、磷等營養物質的去除過程。生物增效處理技術可通過不同方式實現，包括污泥的回流、搭建生物浮床為微生物附著提供表面生存環境。這些方法可以有效地提高生物反應器的污水處理能力，減少處理時間和空間需求，降低能耗和化學藥劑的使用頻率。

1 生物增效技術概述

1.1 生物增效技術介紹

該技術最早出現在20世紀60年代，是一種在化工污水處理中廣泛應用的環保方法。其核心概念是利用微生物的生物活性，將有機污染物降解為較簡單的物質，從而達到凈化水體的目的。經過幾十年的不斷發展，生物增效技術在化工污水處理領域取得了顯著的進步。生物增效技術的研究早期主要集中在單一的生物處理單元上，隨著研究的深入，越來越多的生物增效技術被引入，包括生物膜反應器、生物顆粒法等[1]。這些技術不僅提高了有機物去除效率，還降低了處理過程中的能耗和占地面積。近年來，生物增效技術還結合了生物學、微生物學、生化工程等多個學科的知識，不斷讓化工污水處理的工作流程向更高效、更穩定的方向進行優化。

1.2 生物增效技術的優勢

1.2.1 不增加系統硬件投資。生物增效技術依賴于微生物的活性代謝，在現有處理系統的基礎上進行微調和優化即可，無須大規模改造。該技術不僅可以在現有的反應器中引入生物膜或顆粒，還可以通過微生物群落的調控來提高有機物的降解效率。這意味著化工廠無須大規模投資購置新的處理設備，節省了成本和時間。此外，生物增效技術在不增加硬件投資的同時，還能夠有效地降低化學藥劑的使用量，減少了化學廢物的生成數量，進一步降低了污水處理的運營成本。

1.2.2 幫助污水處理系統快速啟動。這項技術利用高效的微生物群落，通過生物降解、吸附和轉化等過程，迅速降解有機污染物。相較于傳統的物理化學處理方法，生物增效技術能夠更加迅速地適應不同的污染物類型，有效降低系統的啟動時間。

1.2.3 總成本低。生物增效技術運行所需的能耗較低，微生物的自我生長和代謝過程幾乎不需要能源投入。此外，生物反應器的運行和維護相對簡單，不需要復雜的設備和高技術人才，也極大降低了污水處理過程中的人力成本。并且使用該技術在處理過程中生成的產物較少，也減輕了后續處理環節的負擔，降低了廢物處理成本。

1.2.4 無二次污染。微生物降解污染物的過程相對較為自然，采用微生物降解污染物的方式，不僅可以高效地將有機污染物降解為較為簡單的物質，還能在生物體內完成這一過程，避免大量使用化學藥劑的情況，徹底消除了二次污染的可能性。

1.2.5 一次投加長期有效。傳統的污水處理方法往往需要多次投加化學藥劑以達到理想的處理效果，然而這些方法存在著處理效果不穩定、藥劑成本高以及對環境造成潛在危害等問題。而生物增效技術通過引入特定的微生物菌種，能夠在一次投加后建立穩定的微生物群落，這些微生物能夠長期穩定地降解有機物質，有效地凈化污水。

2 化工污水處理中的生物增效技術的應用要點

2.1 優化微生物菌種

優化微生物菌種是該技術的核心，其涉及菌種的選擇、培養與應用。在選擇微生物菌種時，需要考慮其耐受性、降解能力以及適應性，目前使用較多的菌種包括厭氧菌、好氧菌和反硝化菌，因其在不同環境中具有較強的生存能力和降解潛力，所以被大面積使用[2]。為了優化這些微生物菌種，可以通過分離和篩選具有高效降解能力的菌株，經過連續傳代培養，提高其適應目標廢水的能力。此外，通過調控培養基中的營養成分和pH值，可以刺激有益菌群的生長，抑制有害菌的繁殖，進而優化菌群的結構。含有有機物的廢水，可以選擇具有良好脫氮和脫磷能力的菌株，以有效去除廢水中的氮、磷污染物；而處理重金屬污染廢水，應選擇具有耐受重金屬的微生物，以及能夠有效沉淀或吸附重金屬的菌株，以降低廢水中的重金屬含量。

2.2 及時調控菌群生態平衡

菌群的多樣性是維持其生態平衡的關鍵因素，不同的微生物在處理過程中扮演著不同的角色，相互之間相互合作形成復雜的降解網絡。因此，確保菌群的多樣性是防止某一種微生物過度繁殖而引發系統失衡的重要手段，通過定期對微生物的多樣性進行分析，可以監測到菌群的變化趨勢，及時發現異常情況并采取糾正措施。在污水處理系統中，氧氣是微生物進行有氧降解的必需品，同時也可以影響不同微生物種類的生存和繁殖。通過調節曝氣設備的操作參數，可以控制系統中的氧氣供應，以此來影響菌群的構成和數量分布。

2.3 好氧-厭氧協同作用

好氧-厭氧協同反應器通常是由好氧區和厭氧區組成的兩個連續部分，這些部分通過中間的過渡區分隔開。好氧區提供了充足的氧氣，有利于快速氧化有機物，而厭氧區則創造了一個低氧甚至無氧的環境，有利于厭氧微生物的生長和產生特定的代謝產物。過渡區則有助于適應兩種微生物的過渡，促進它們之間的協同作用。適當的底物選擇和投加順序可以最大限度地促進兩種微生物的生長和活性。好氧區的底物通常是可溶性有機物，如糖類和脂肪酸，這些底物容易被好氧微生物利用；厭氧區的底物則可以是難降解的有機物，如蛋白質和復雜的碳水化合物[3]。在這兩種不同區域協同工作時，一定要注意污泥的回流和循環利用，要定期從反應器中收集并回流活性污泥，這樣才能穩定整個污水處理系統的性能。

2.4 科學使用生物膜技術

生物膜技術作為一種關鍵手段，被廣泛應用于提高處理效率和水質凈化，生物膜技術的成功應用離不開幾個關鍵要點：首先，選擇合適的載體材料是生物膜技術應用的基礎。載體材料的選擇應考慮其親水性、表面特性以及結構穩定性，這些特性直接影響生物膜的附著性、生長速率和穩定性。通過科學篩選和設計，選定適合微生物附著和生長的載體材料，可有效提高生物膜的活性和耐受性；其次，維護適宜的生物環境是保證生物膜技術高效運行的關鍵。細菌、藻類等微生物在生物膜上生長繁殖，形成復雜的微生物群落。為了維持這些微生物的生態平衡，需要確保適當的溫度、pH值和氧氣供應。定期監測和調整這些環境參數，有助于防止微生物群落失衡，保障生物膜的穩定性和高效性。此外，定期清洗和維護生物膜也是確保技術應用效果的關鍵一環。隨著時間的推移，生物膜會受到污染物的沉積、雜質的堆積等影響而失去活性。要選擇合適的清洗方法和操作工藝，這樣才能有效去除附著在膜上的污染物，恢復生物膜的活性和功能。微生物在生物膜上形成復雜的食物鏈和代謝網絡，通過相互作用可以更高效地降解污染物。在實際應用中，可以引入不同類型的微生物群落，發揮它們在污染物降解、氮循環等方面的專長，最大限度地提升生物膜技術的增效效果。

3 生物增效技術應用在化工污水處理中的具體方式

3.1 構建生物浮床

生物浮床是一種高效的生物處理裝置，主要用于分解和去除化工污水中的有機污染物。由于化工污水中可能含有各種腐蝕性物質，所以材料的選擇至關重要，在構建生物浮床時，通常選用聚乙烯、聚丙烯等耐腐蝕性強的材料，或者不銹鋼等金屬材料。然后在適當的位置建設浮床基礎，根據污水流量和水質情況，設計合適尺寸的浮床槽。浮床槽通常分為多個隔間，每個隔間內設置填料，用于附著和生長微生物。填料通常選用高表面積的材料，如環狀填料或交錯填料，以便提供足夠的生物附著面積。接著，將污水引入浮床槽，讓污水與生物附著在填料上的微生物進行接觸和反應。微生物附著在填料表面，通過代謝作用分解污水中的有機物，將其轉化為可溶性物質和氣體。隨著反應的進行，產生的氣體會使填料浮起，從而形成浮渣，將污水中的固體顆粒一同帶出。

3.2 生物增效材料的選擇

生物增效材料的選擇不僅需考慮其微生物附著和活性促進能力，更需要兼顧對特定污染物降解的高效性。這意味著要從眾多材料中識別哪些微納米結構具備顯著的附著特性，如納米多孔材料、功能化納米材料等，這些材料能為微生物提供較大的生長表面，有效增強其活性。固定化生物膜技術也是關鍵方法之一，其能通過將有益微生物牢固固定在載體上，有效提升其在處理過程中的穩定性和持久性。還要通過注入生長因子和營養物質，激發微生物的代謝活性，以此加速污染物的降解過程。在選擇生物增效材料時，必須充分考慮化工廢水的特性，確保所選材料能夠勝任高濃度有機物的處理任務。然而，選擇合適的生物增效材料只是化工污水處理中的第一步。隨后的關鍵在于構建和精確操作生物增效反應器，這些反應器分為生物膜反應器和懸浮生物增效反應器。生物膜反應器通過固定微生物膜，實現了高密度生物附著；而懸浮生物增效反應器則將微生物附著材料直接懸浮于污水中，利用其豐富的附著表面降低污染物的濃度[4]。

3.3 凈水處理技術

生物浮床要合理選擇填料，構建了一個具有高比表面積的支撐體系，為微生物的生長提供了良好的附著基質。這種附著生物膜可以吸附污水中的有機物和微小顆粒，從而起到初步過濾的作用。其次，生物浮床內的微生物群落多樣，包括好氧和厭氧微生物，它們在附著生物膜上形成復雜的生態系統。好氧微生物能夠分解有機物，將其轉化為二氧化碳和水，從而降低化工污水中的污染物濃度。而厭氧微生物則可以進一步降解污水中的硫化物、氮化物等有害物質。生物浮床在化工污水處理中還可通過控制水體的停留時間來實現生物的深度處理。通過調整進水速度和出水速度，可以使污水在生物浮床中停留的時間延長，從而提高微生物對污染物的降解效率[5]。同時，延長停留時間還有助于微生物在生物膜上生長和繁殖，增強附著生物膜的活性和穩定性。生物浮床在化工污水處理中還可以與其他處理技術相結合，進一步提高凈水效果。例如，可以將生物浮床與生物濾池結合，形成多級生物處理系統。生物濾池可以進一步去除水中的懸浮顆粒和微生物，使出水更清澈。此外，還可以將生物浮床與氧化溝等工藝相結合，這樣可以高效地去除污水中的有機物和氮磷等成分。

3.4 污泥回流技術

把部分處理后的活性污泥重新引入生物反應器，可以增加微生物的數量和多樣性，有助于維持健康的微生物群落，有效去除有機物的降解和廢水中的污染物。在污水處理過程中，活性污泥會沉淀并形成污泥層，然后要把這些污泥從沉淀池底部或生物反應器底部進行收集。收集的污泥需要進行離心分離或者壓濾處理，并去除過多的水分，增加活性微生物的濃度， 經過處理的污泥會被重新引入生物反應器中。

4 結束語

生物增效技術作為一種環保高效的化工污水處理方法，經過多年的發展和實踐，在提高處理效率、降低運營成本、減少二次污染等方面取得了顯著的成就。隨著生物學、微生物學、工程技術的不斷進步，生物增效技術有望進一步提升其在化工污水處理中的應用效果。通過更深入的研究，優化工藝流程，探索新的菌種和材料，生物增效技術將繼續為化工污水處理領域的可持續發展做出重要貢獻。