论文部分内容阅读
摘 要:本文分析了生物菌群处理污水的特点,对生物菌群处理污水的最近技术性进展作了简单的说明,并列举了活性污泥法、生物膜法、厌氧处理法、氧化塘法等生物菌群处理污水的典型例子。
关键词:生物菌群污水处理生物降解
中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(c)-0126-01
在现有的众多废水处理技术中,生物菌群处理污水已成为全球各国,尤其是发达国家处理和控制水污染的重要要手段。总体而言,生物菌群处理污水技术以其高效、低成本以及反应条件温和等优点受到各国环保专家的推崇。
1 生物菌群处理污水的特点
生物菌群处理污水是一种较先进的除物理化学法以外的污水处理方法,它的基本原理是利用微生物的生命活动过程,对污水中呈胶体状态或者溶解态的有机物质进行改良和转化作用,使得污水能够得以净化。它的主要特征是应用生物菌群,将污水中的污染物质有效转化为形式较为简单的无机物。具体来说,它拥有以下几个特点。
(1)因为污染物质的生化转化过程中,可以在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底地完成,高温、高压以及昂贵的催化剂并不是必要条件。所以,其成本费用相对较低。
(2)由于生物菌群的来源较广,且大多具有易大量培育、繁殖和容易适应环境等特点,专业人员适当地对其加以培育和繁殖,尤其是在一些特定的临界条件下进行驯化,就能使菌群较好地适应各种污水的环境,这使得整体培育的难度较容易实现。
(3)由于大多数的有机物质可以通过有针对性地对菌种筛选、培养和驯化可以使实现生物降解处理,所以对污水水质的适用面而言是越来越宽的。
(4)生物菌群处理污水法整个过程均不需要添加额外的化学药剂,这从根本上避免了降解过程对水质造成再次污染。
综上所述,我们不难得到用生物菌群来处理污水是污水处理的合理路径选择。
2 生物菌群处理污水的过程
在生物菌群处理污水的过程中,根据环境来区分可分为好氧处理以及厌氧处理二个过程。
(1)好氧处理即指在有氧条件下,需要处理的有机物在好氧微生物的作用下进行氧化分解,这时候会出现微生物量增加、有机物浓度下降的现象。在整个过程当中,溶解氧气的消耗、微生物的增殖以及有机物的降解这三个过程是同时同步进行的。
(2)厌氧处理:在厌氧条件下,在无氧的条件下,通过厌氧菌的作用,使废水中的大分子有机物发生降解,产生沼气和小部分的微小物质污泥。例如:造纸废水在经过絮凝、初沉、均衡、调制后,在上流式厌氧反应器发生转化反应,可获得85%的能量以甲烷的形式存在,再以热或电的形式回收[1]。
具体来说,厌氧处理可分为以下四个步骤:第一是水解阶段。起先,复杂的有机物在发酵性细菌产生的胞外酶作用下缓慢地分解成为具有溶解性的有机分子;第二是酸化阶段。在此过程当中,具有溶解性的小分子有机物进入酸化菌的细胞内分解为VFA。需要注意的是,这一过程需要胞内酶的催化;第三是产生乙酸的阶段。在第二个步骤后形成的丙酸、丁酸、乙醇等产物会在这个阶段转化为乙酸、H2、CO2等物质。最后一个部分是甲烷的产生阶段。
一般来说,较高浓度有机废水较好的处理方法是采用厌氧-好氧两种模式相结合的处理工艺。
3 微生物处理污水的方法
目前,污水的微生物处理主要有活性污泥法,生物膜法,厌氧处理法和氧化塘法。
3.1 活性污泥法
它是我国污水处理厂中较常用的生物法,而创造活性污泥法处理废水的试验始于19世纪末,1914年活性污泥法在英国首先得到应用。活性污泥是目前废水处理中应用最为广泛的生物处理工艺。污泥成分主要是由球菌、杆菌和丝状菌等组成的颗粒状结构,废水中主要污染物质的生物降解,也是在污泥颗粒中进行的。在活性污泥颗粒中,多种微生物共同存在,它们之间通过相互协同作用,有利于加快污染物质的降解,尤其是对于污染物成分比较复杂的废水[2]。但是,此类方法的最大缺陷在于污泥的排放。现在,南开大学微生物与微生物催化研究室正承担着“活性污泥完全资源化利用的微生物集成技术”研究,它们针对污水处理厂定期排放的剩余活性污泥,实现了完全资源化利用。解决了目前填埋、焚烧、制备建材等处理方法造成的二次污染、减少土地使用面积、建材中重金属超标等环保问题。
3.2 生物膜法
生物膜法是土壤自净过程的人工化和强化,主要用于去除废水中呈溶解的和胶体状有机污染物。它具有不存在污泥膨胀问题;对废水水质、水量的变化有较好的适应性;剩余污泥量少等优点。
在生物膜法废水处理过程中,有以下几个步骤:废水首先通过布水装置均匀洒到生物滤池表面,之后一部分废水呈薄膜流动状流过滤料,并由上层滤料往下层滤料进行逐层地滴流,最终由排水系统排出池外,而另一部分废水则而呈薄膜状被吸附于滤料周围,成为附着水层。通常,生物膜法也被称为生物过滤法。这种方法的优势在于上文所言的比活性污泥法产生的剩余污泥相对较少。
3.3 厌氧处理法
厌氧处理法,也称厌氧消化、厌氧发酵或厌氧稳定技术。通常是在无氧的条件下,由专性厌氧菌和兼性厌氧菌去降解有机污染物的方法。一般用于不溶性有机物质,如高浓度的工业废水、纤维素含量高的污水等。
3.4 氧化塘法
又称生物塘法或稳定塘法,一般是指利用自然或人工的水塘中的微生物和藻类的共生作用去除废水中有机污染物的一种需氧生物处理方法。在氧化塘中,废水中的有机物主要是通过有机菌藻共生作用去除的。氧化塘中同时可以进行好氧和厌氧性分解作用和光合作用,三种作用互相影响。
综上所述,因为污水中的污染物质是种类繁多的,因此一般对于污水的处理需要联合使用两种以上的方法。
4 生物菌群处理污水的发展方向及展望
近十年来,科学技术的迅猛发展也促进了生物菌群处理污水技术的进步,特别是信息化浪潮的到来,一方面促使處理工艺控制自动化;另一方面也在相关研究上开展数学仿生模拟研究,把工艺动力学中许多环节通过数学模型做连接进行仿生计算,再由计算机进行工艺条件最优化的选择,对现有技术进行优化。
国内方面,方治华等分析了上流式厌氧污泥床反应器(UASB)的结构设计影响因素,建立起UASB反应器结构折模糊优化模型,并借助于计算机进行了结构优化设计。国外方面,Zbigniew等利用新的显微技术现场测定生物膜内受扩散控制反应的参数比如溶解氧浓度[3]。
5 结语
近年来,随着公民环保意识的增强,人们对环境保护,尤其是对水资源的环境保护关注度日益提高。用生物菌群处理污水作为水处理工程领域的重要组成部分,也在以惊人的速度发展,也已经在国内外得到了广泛地使用。虽然还存在一些缺陷和不足,比如污泥的处理不够彻底,工程占地面积大、不经济等。但可以肯定的是,用生物菌群处理污水在未来的日子里取得更大的进步和发展。
参考文献
[1] 陈学萍.造纸工业废水厌氧处理技术应用[J].现代商贸工业,2007（4）.
[2] 许敬亮,高勇生.生物技术在废水处理中的应用[J].工业安全与环保,2003,29(3).
[3] 于刚.浅谈废水好氧生物处理过程中微生物菌群的变化[J].科技创新导报,2011,6:108.
[4] 郭淑琴.浅谈曝气生物滤池在中水回用中的应用[J].科技创新导报,2009,7:110.
关键词:生物菌群污水处理生物降解
中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(c)-0126-01
在现有的众多废水处理技术中,生物菌群处理污水已成为全球各国,尤其是发达国家处理和控制水污染的重要要手段。总体而言,生物菌群处理污水技术以其高效、低成本以及反应条件温和等优点受到各国环保专家的推崇。
1 生物菌群处理污水的特点
生物菌群处理污水是一种较先进的除物理化学法以外的污水处理方法,它的基本原理是利用微生物的生命活动过程,对污水中呈胶体状态或者溶解态的有机物质进行改良和转化作用,使得污水能够得以净化。它的主要特征是应用生物菌群,将污水中的污染物质有效转化为形式较为简单的无机物。具体来说,它拥有以下几个特点。
(1)因为污染物质的生化转化过程中,可以在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底地完成,高温、高压以及昂贵的催化剂并不是必要条件。所以,其成本费用相对较低。
(2)由于生物菌群的来源较广,且大多具有易大量培育、繁殖和容易适应环境等特点,专业人员适当地对其加以培育和繁殖,尤其是在一些特定的临界条件下进行驯化,就能使菌群较好地适应各种污水的环境,这使得整体培育的难度较容易实现。
(3)由于大多数的有机物质可以通过有针对性地对菌种筛选、培养和驯化可以使实现生物降解处理,所以对污水水质的适用面而言是越来越宽的。
(4)生物菌群处理污水法整个过程均不需要添加额外的化学药剂,这从根本上避免了降解过程对水质造成再次污染。
综上所述,我们不难得到用生物菌群来处理污水是污水处理的合理路径选择。
2 生物菌群处理污水的过程
在生物菌群处理污水的过程中,根据环境来区分可分为好氧处理以及厌氧处理二个过程。
(1)好氧处理即指在有氧条件下,需要处理的有机物在好氧微生物的作用下进行氧化分解,这时候会出现微生物量增加、有机物浓度下降的现象。在整个过程当中,溶解氧气的消耗、微生物的增殖以及有机物的降解这三个过程是同时同步进行的。
(2)厌氧处理:在厌氧条件下,在无氧的条件下,通过厌氧菌的作用,使废水中的大分子有机物发生降解,产生沼气和小部分的微小物质污泥。例如:造纸废水在经过絮凝、初沉、均衡、调制后,在上流式厌氧反应器发生转化反应,可获得85%的能量以甲烷的形式存在,再以热或电的形式回收[1]。
具体来说,厌氧处理可分为以下四个步骤:第一是水解阶段。起先,复杂的有机物在发酵性细菌产生的胞外酶作用下缓慢地分解成为具有溶解性的有机分子;第二是酸化阶段。在此过程当中,具有溶解性的小分子有机物进入酸化菌的细胞内分解为VFA。需要注意的是,这一过程需要胞内酶的催化;第三是产生乙酸的阶段。在第二个步骤后形成的丙酸、丁酸、乙醇等产物会在这个阶段转化为乙酸、H2、CO2等物质。最后一个部分是甲烷的产生阶段。
一般来说,较高浓度有机废水较好的处理方法是采用厌氧-好氧两种模式相结合的处理工艺。
3 微生物处理污水的方法
目前,污水的微生物处理主要有活性污泥法,生物膜法,厌氧处理法和氧化塘法。
3.1 活性污泥法
它是我国污水处理厂中较常用的生物法,而创造活性污泥法处理废水的试验始于19世纪末,1914年活性污泥法在英国首先得到应用。活性污泥是目前废水处理中应用最为广泛的生物处理工艺。污泥成分主要是由球菌、杆菌和丝状菌等组成的颗粒状结构,废水中主要污染物质的生物降解,也是在污泥颗粒中进行的。在活性污泥颗粒中,多种微生物共同存在,它们之间通过相互协同作用,有利于加快污染物质的降解,尤其是对于污染物成分比较复杂的废水[2]。但是,此类方法的最大缺陷在于污泥的排放。现在,南开大学微生物与微生物催化研究室正承担着“活性污泥完全资源化利用的微生物集成技术”研究,它们针对污水处理厂定期排放的剩余活性污泥,实现了完全资源化利用。解决了目前填埋、焚烧、制备建材等处理方法造成的二次污染、减少土地使用面积、建材中重金属超标等环保问题。
3.2 生物膜法
生物膜法是土壤自净过程的人工化和强化,主要用于去除废水中呈溶解的和胶体状有机污染物。它具有不存在污泥膨胀问题;对废水水质、水量的变化有较好的适应性;剩余污泥量少等优点。
在生物膜法废水处理过程中,有以下几个步骤:废水首先通过布水装置均匀洒到生物滤池表面,之后一部分废水呈薄膜流动状流过滤料,并由上层滤料往下层滤料进行逐层地滴流,最终由排水系统排出池外,而另一部分废水则而呈薄膜状被吸附于滤料周围,成为附着水层。通常,生物膜法也被称为生物过滤法。这种方法的优势在于上文所言的比活性污泥法产生的剩余污泥相对较少。
3.3 厌氧处理法
厌氧处理法,也称厌氧消化、厌氧发酵或厌氧稳定技术。通常是在无氧的条件下,由专性厌氧菌和兼性厌氧菌去降解有机污染物的方法。一般用于不溶性有机物质,如高浓度的工业废水、纤维素含量高的污水等。
3.4 氧化塘法
又称生物塘法或稳定塘法,一般是指利用自然或人工的水塘中的微生物和藻类的共生作用去除废水中有机污染物的一种需氧生物处理方法。在氧化塘中,废水中的有机物主要是通过有机菌藻共生作用去除的。氧化塘中同时可以进行好氧和厌氧性分解作用和光合作用,三种作用互相影响。
综上所述,因为污水中的污染物质是种类繁多的,因此一般对于污水的处理需要联合使用两种以上的方法。
4 生物菌群处理污水的发展方向及展望
近十年来,科学技术的迅猛发展也促进了生物菌群处理污水技术的进步,特别是信息化浪潮的到来,一方面促使處理工艺控制自动化;另一方面也在相关研究上开展数学仿生模拟研究,把工艺动力学中许多环节通过数学模型做连接进行仿生计算,再由计算机进行工艺条件最优化的选择,对现有技术进行优化。
国内方面,方治华等分析了上流式厌氧污泥床反应器(UASB)的结构设计影响因素,建立起UASB反应器结构折模糊优化模型,并借助于计算机进行了结构优化设计。国外方面,Zbigniew等利用新的显微技术现场测定生物膜内受扩散控制反应的参数比如溶解氧浓度[3]。
5 结语
近年来,随着公民环保意识的增强,人们对环境保护,尤其是对水资源的环境保护关注度日益提高。用生物菌群处理污水作为水处理工程领域的重要组成部分,也在以惊人的速度发展,也已经在国内外得到了广泛地使用。虽然还存在一些缺陷和不足,比如污泥的处理不够彻底,工程占地面积大、不经济等。但可以肯定的是,用生物菌群处理污水在未来的日子里取得更大的进步和发展。
参考文献
[1] 陈学萍.造纸工业废水厌氧处理技术应用[J].现代商贸工业,2007（4）.
[2] 许敬亮,高勇生.生物技术在废水处理中的应用[J].工业安全与环保,2003,29(3).
[3] 于刚.浅谈废水好氧生物处理过程中微生物菌群的变化[J].科技创新导报,2011,6:108.
[4] 郭淑琴.浅谈曝气生物滤池在中水回用中的应用[J].科技创新导报,2009,7:110.