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關(guān)鍵詞:含油污水處理;微生物;環(huán)保
中圖分類號:U664.9+2 文獻標識碼:A 文章編號:
油田注水已由原來的籠統(tǒng)注水發(fā)展到分層、分質(zhì)注水,并且層位逐漸增加,對油田含油污水的水質(zhì)要求更高,要求有更好、更干凈的水回注地下,特別是對低滲透油層—薄差層、過渡層,對污水水質(zhì)要求更高,使“干凈”的污水注入到這些層位補充能量驅(qū)油,從而提高油田的采收率。隨著油田綜合含水率的升高,污水處理量逐漸增大,已形成了龐大的污水處理系統(tǒng),同時隨著油田含油污水含聚濃度的增大,穩(wěn)定注入水質(zhì)指標難度進一步增大。近年來為滿足油田生產(chǎn)的需要,對污水處理系統(tǒng)進行了大規(guī)模的改建和擴建,增加了深度處理系統(tǒng),各種提高水質(zhì)的水處理藥劑不斷提高投加量,以此來滿足低滲透油層的需求,但是污水水質(zhì)全面達標還是非常困難,在綜合考慮不能無限制增加處理規(guī)模、改建污水處理設(shè)施和加大投加藥劑的基礎(chǔ)上,建立了第一座以微生物強化處理為主體的聚合物污水處理站—某聯(lián)污水處理站,更好的解決油田含油污水站出水水質(zhì)問題。自從2011年10月投產(chǎn)以來,該站外輸水質(zhì)的含油和雜質(zhì)指標均始終保持在5mg/L以下,為油田污水的達標處理提供了新的思路。
1 微生物污水處理技術(shù)原理
、圖1 微生物降解原理示意圖
因含油污水中成分復雜,含難處理、難生化降解的有機污染污較多,可生化性差,雜菌較多且競爭性較強,因此一般微生物通過競爭難以形成優(yōu)勢菌群,而且在高含鹽量、高粘度的含聚污水中難以生長繁殖,因而一般生化處理難以實現(xiàn)工業(yè)化應用。油田設(shè)計院通過篩選及有效配伍獲得特種微生物聯(lián)合菌群,在有氧的條件及適宜的環(huán)境中,細菌將含聚污水中的溶解性有機物通過自身的生命過程—氧化、還原、合成等把復雜的有機物降解成簡單的無機物(H2O和CO2等),放出的能量一部分作為自身生存與繁殖的生命之源。在適宜的條件(20℃--40℃)下微生物便以有機物為營養(yǎng),實現(xiàn)生命的新陳代謝,達到凈化污水的目的,確保優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。經(jīng)微生物處理后的污泥已達到了環(huán)保要求,減少了后續(xù)污泥處理系統(tǒng)的投資費用及運行管理等費用。降低了運行成本,勞動強度小,抗沖擊性能強,污泥量小,是一種無害化處理的方法。
2 微生物污水處理技術(shù)工藝流程及主要參數(shù)
2.1微生物污水處理技術(shù)主要工藝流程
某聯(lián)污水處理站設(shè)計規(guī)模為50000m3/d,目前完工的一期工程為25000m3/d,工藝流程圖見圖2。該工藝流程采用的是“來水氣浮裝置微生物反應池固液分離裝置濾罐回注”的處理工藝。放水站來水首先經(jīng)過高效氣浮裝置去除90%的污油,出水進入微生物反應池,微生物處理系統(tǒng)中投加特種微生物,對污水中的油及其有機物污染物進行最大限度的生物降解,出水經(jīng)過固液分離裝置分離水中固體懸浮物,其中分離的污泥通過污泥處理系統(tǒng)處理后的低污染污泥裝車外運,污水進入石英砂過濾罐進行一級過濾后,出水達到深度污水外輸水質(zhì)要求后外輸回注。
圖2 微生物處理工藝流程
2.2高效氣浮裝置原理及技術(shù)參數(shù)
高效氣浮裝置在—定的壓力條件下,利用高壓溶氣釋放的微氣泡,與污水中的油及懸浮物等不斷碰撞,使其粘附在微氣泡上,隨氣泡一起上浮到水面,形成浮油,利用刮油機刮至污油槽回收利用;污水進入泥水分離區(qū),比重大的污泥沉入底部由刮泥機刮出,分離后的污水進入微生物反應池。
圖3 高效氣浮裝置工藝流程
規(guī)格型號:BGF-480;最大處理水量:450m3/h ;數(shù)量:3臺;水力停留時間:3~5min;回流比:15-25%;進水含 油:≤1000mg/l;出水含油:≤100mg/L;進水懸浮物:≤300mg/l;出水懸浮物:≤200mg/L。
2.3微生物反應池技術(shù)參數(shù)
型號規(guī)格:BYCS-2500-J;數(shù)量:5組(每組3級,并聯(lián)運行);溶解氧:≥2mg/L;生物填料填充度≥80%;總停留時間:8小時;進水含油≤100mg/L;出水含油≤5mg/L。
3運行情況及效果
某聯(lián)污水處理站自2009年8月開始建造,2011年10月28日投產(chǎn),運行至今已經(jīng)8個月,目前來水較少,日處理量約11000 m3/d,未達到一期設(shè)計量二分之一,且來水含油遠低于設(shè)計標準,外輸水質(zhì)一直穩(wěn)定,運行水質(zhì)保持低于“5、5、2”標準。分析表明,來水含油最高72mg/l,最低19.5mg/l,平均31.9mg/l,懸浮物最高103mg/l,最低76mg/l,平均92.1mg/l,經(jīng)過氣浮及微生物處理之后含油最高20mg/l,最低9.8mg/l,平均12.5mg/l,懸浮物最高25mg/l,最低6mg/l,平均15.3mg/l,已經(jīng)達到了普通污水的“20、20”的標準,再經(jīng)過一級石英砂過濾處理之后,外輸水質(zhì)最高2.5mg/l,最低1mg/l,平均2.1mg/l,懸浮物最高3mg/l,最低1mg/l,平均2.1mg/l,遠遠低于深度污水外輸標準的“5、5”,并且外輸水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定在“3、3”以下,說明除油效果良好,具有在油田生產(chǎn)推廣的價值。
4結(jié)論
(1)采用微生物技術(shù)處理油田污水可確保達到 “5.5.2”水質(zhì)指標要求乃至更低,有利于油田開發(fā)。
(2)利用微生物處理含油污水,菌群成本低,而且運行成本低于原工藝。
(3)經(jīng)微生物處理后,污水中的有毒有害物質(zhì)得到徹底降解,其最終產(chǎn)物為H2O和CO2等無機物,可減少由于加藥處理使采出水進一步復雜化的現(xiàn)象。微生物處理后產(chǎn)生的污泥具有環(huán)保,減少外排污染的特性。
有機廢水無害化處理的首選方法是生物處理。這是由生物處理所具有的處理的相對徹底性(無二次污染或二次污染較?。┮约斑\行費用低廉等優(yōu)點決定的。
根據(jù)有機廢水處理方面的特性可以將其劃分為以下3類:①廢水中的有機物易于生物降解,同時廢水中的毒物含量很少。這類廢水主要是生活污水和來自以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水等;②廢水中的有機物易于生物降解,同時廢水中的毒物含量較多。這類廢水主要來自印染、制革廢水等;③廢水中所含的有機物難于生物降解(生物降解速度極其緩慢),同時,廢水中毒物可能較多、亦可能較少。這類廢水主要來自造紙、制藥廢水等。
第①類廢水可直接進行生物處理。第③類廢水較為復雜,此處不作討論。本文主要對第②類廢水中的毒物作用機制及應對措施加以討論。
1、毒物及其作用機制
廢水中凡是能延緩或完全抑制微生物生長的化學物質(zhì),統(tǒng)稱為有毒有害物質(zhì),簡稱毒物。這些毒物,從化學性質(zhì)上來分可劃分為有機物和無機物兩大類。從處理的角度又可劃分為能被生物處理段去除、轉(zhuǎn)化的物質(zhì)(如H2S、苯酚等,或稱非穩(wěn)定性毒物)和不能被生物處理段去除、轉(zhuǎn)化的物質(zhì)(如NaCl、汞、銅等,或稱穩(wěn)定性毒物)兩大類。
毒物對微生物的作用機制主要有如下方式:
(1)損傷細胞結(jié)構(gòu)成分和細胞外膜。如:70%濃度的乙醇能使蛋白凝固達到殺菌作用;酚、甲酚、表面活性劑作用于細胞外膜,破壞細胞膜的半透性。
(2)損傷酶和重要代謝過程。一些重金屬(銅、銀、汞等)對酶有潛在的毒害作用,甚至在非常低的濃度下也起作用。這些重金屬的鹽類和有機化合物能與酶的-SH基結(jié)合,并改變這些蛋白質(zhì)的三級和四級結(jié)構(gòu)。
(3)競爭性抑制作用。當廢水中存在一種化學結(jié)構(gòu)與代謝物質(zhì)相類似的有機物時便會發(fā)生。因為二者都能在酶的活性中心與酶相結(jié)合,它們的競爭將抑制中間產(chǎn)物的形成,使酶的催化反應速率降低。
(4)對細胞成分合成過程的抑制作用。當某些化學物質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似于細胞成分的結(jié)構(gòu)時,它們便會被細胞吸收并同化,結(jié)果是合成無功能的輔酶或?qū)е律L停止。這種作用最典型的例子便是磺胺酸。
(5)抗生素對核酸的抑制作用。不少抗生素能專一地抑制原核生物的蛋白質(zhì)合成,如鏈霉素會抑制氨基酸正確結(jié)合于多肽上。
(6)抗生素對核酸的抑制作用。如絲裂霉系C會選擇性地阻止DNA的合成,從而抑制微生物的生長。
(7)對細胞壁合成的抑制作用。如青霉素便是通過干擾細胞壁的合成從而達到抑制微生物生長的效果。
2、菌種承受毒物的能力及菌種馴化法
需說明的是,微生物中存在不少能耐受常用代謝毒物的菌株,有的甚至能利用它們作為能源?;瘜W物質(zhì)對微生物的抑制作用與其濃度有直接關(guān)系,并隨微生物的馴化而發(fā)生變化,經(jīng)過馴化的微生物對有毒物質(zhì)的適應能力將逐步加強。微生物這種巨大的適應性(變異性)是由它們的小體積決定的。如一個微球細胞僅具有約100000個蛋白質(zhì)分子所能容納的空間,如此小的體積決定了那些近期用不著的酶是不能儲備的,許多分解代謝酶類只有當存在合適的基質(zhì)時才會產(chǎn)生。在某些條件下這類可誘導的酶可占蛋白質(zhì)總含量的10%.正是微生物的這種變異性,才使生物法處理含毒有機廢水成為可能。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的極限的(此時的濃度叫極限允許濃度),正是這種極限又要求含毒物有機廢水在生物處理前需要一定的預處理。
前已說過,微生物由于其體積的細小,而具有巨大的適應性(變異)。因此可以采用人工改變微生物生活環(huán)境的方法進行誘導變異,讓微生物直接適應原水中毒物濃度或提高微生物對毒物的去除能力。這種方法對穩(wěn)定性毒物及非穩(wěn)定性毒物均適用,是處理含毒有機廢水的一種基本方法。
在城市生活污水處理廠中,當進水中酚的濃度突然增加到50mg/L時,便會對生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的破壞作用。嚴重時,會導致全系統(tǒng)的崩潰??墒?,某焦化廠采用適應性變異的方法對菌種進行馴化即菌種馴化法,使微生物內(nèi)的酶逐步適應了這種毒物的大量存在,便將這種毒物當成其底物而加以分解吸收。實際運行表明,進水中酚的平均濃度為117.5mg/L時,酚的去除率高達99.6%.
含酚廢水處理是應對一種不穩(wěn)定性毒物的例子,當毒物很穩(wěn)定時,亦可采用這種馴化方法以提高微生物對毒物的承受能力。但須注意,這種毒物的濃度必須滿足最終出水排放標準或另外采取其它措施加以控制。
3、預處理方法
前已說過,馴化是生物處理法中應對毒物的一種基本方法。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的極限的,毒物濃度超過極限允許濃度時就需要一定的預處理。目前,預處理法主要有稀釋法、轉(zhuǎn)化法和分離法。
3.1稀釋法
污水中的毒物之所以成為毒物,是與其濃度有關(guān)的。當其濃度超過某一極限允許濃度時,毒物就成為毒物;在極限允許濃度以下時,毒物就不表現(xiàn)出毒性甚至成為營養(yǎng)。當廢水中毒物濃度超過生物處理的極限允許濃度時,為保證生物處理的正常進行,可采用簡單的稀釋法,將廢水中毒物濃度降低到極限濃度以下。
根據(jù)廢水中毒物的穩(wěn)定或非穩(wěn)定性質(zhì),結(jié)合實際情況,可采取3種不同的稀釋法:污水稀釋法,處理出水稀釋法,清水稀釋法。
(1)污水稀釋法。不同的污水中所含的物質(zhì)不同,將它們混合起來,彼此稀釋,可將毒物濃度降低到極限允許濃度以下,這便是污水稀釋法。它最簡單、最經(jīng)濟,是首選方法,不論毒物的性質(zhì)是穩(wěn)定或非穩(wěn)定均適用。少量的工業(yè)廢水混入大量的城市污水中,幾乎所有的毒物濃度都會被降低到極限允許濃度以下。但是,少量的工業(yè)廢水彼此間混合后,毒物濃度仍有可能在極限允許濃度以上,仍需繼續(xù)采取其它措施。
污水稀釋法除了上面所說的不同單位所排廢水之間的大稀釋外,還有同一工廠不同車間所排廢水之間的小稀釋。比如,制革工廠中,脫毛工段所排的灰堿廢水中S2-的濃度高達1000mg/L以上,但脫毛工段所排的灰堿廢水只占全廠總排水量的5%左右,只要建一較大的調(diào)節(jié)池(停留時間HRT一般在12h左右),不同工段所排廢水在此攪拌混合后,總出水中S2-的濃度便可降低到100mg/L以下。這對后續(xù)處理非常有利。
(2)處理出水稀釋法。這種方法只適用于廢水中的毒物為非穩(wěn)定這一單一情況。處理出水稀釋法又有兩種:①曝氣池池型采用完全混合式;②處理出水回流稀釋法。出于經(jīng)濟方面的考慮,方法①應是首選。
實例:制革廢水中S2-的存在對生物處理具有極大的危害,生物處理的極限允許濃度為30mg/L.制革廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)稀釋后,進入曝氣池時S2-仍然在50mg/L以上。以前,許多設(shè)計單位主張采用分隔處理,即先把灰堿廢水單獨進行脫S預處理,把進水中的S2-降低到30mg/L以下,再進行綜合處理。有經(jīng)驗表明,可采用處理出水稀釋法來消除S2-對生物處理的影響,不需要進行分隔處理,而直接進行綜合處理。東南大學設(shè)計的南京制革廠廢水處理站,采用的處理流程為調(diào)節(jié)池初沉池生物處理,生物處理采用的是氧化溝,該氧化溝溝寬6m,有效水深3m,溝內(nèi)水流平均流速0.4m/s,做如下兩個假定:①廢水進入氧化溝后經(jīng)過1周的循環(huán),其中的S2-經(jīng)曝氣氧化后全被去除(被氧化成單體硫或硫代硫酸鹽);②廢水一進入氧化溝后,橫向擴散很好,橫斷面上各點水質(zhì)完全相同。按S2-的極限允許濃度30mg/L進行計算,理論上可得該氧化溝進水S2-的最大允許濃度為7776mg/L.從30mg/L到7776mg/L可以看出稀釋法的巨大作用。當然,在實際運行中①,②兩條假定不可能完全做到,故實際進水最大允許濃度遠遠不能達到7776mg/L.根據(jù)該廠長達12年的穩(wěn)定運行經(jīng)驗表明,在調(diào)節(jié)池出水S2-不超過100mg/L的情況下,S2-對氧化溝的穩(wěn)定運行是完全沒有影響的,而且氧化溝出水S2-始終在排放標準1mg/L以下。這是稀釋法成功應用的一個例子。
(3)清水稀釋法。這種方法只有在廢水中的毒物為穩(wěn)定性毒物,不能采用處理出水稀釋,工廠內(nèi)部及其附近又沒有其它廢水可以用來稀釋它,而且這種毒物又不能采用分離法或轉(zhuǎn)化法去除時才能使用。這是由于①這種方法的不經(jīng)濟性。采用清水稀釋本身就要花費大量的水費;原水采用大量的清水稀釋后,處理投資和運行費都要增加。②隨著環(huán)境管理的加強,已由濃度排放控制過渡到排放總量控制。
實例:南京某石化公司化工二廠廢水處理站,進水COD為6000mg/L,但同時含有CaCl250000mg/L,如此高的鹽度將會極大地抑制生物處理的正常運行,所以在生物處理之前必須對鹽加以適當處理??紤]到生物處理對CaCl2無去除或轉(zhuǎn)化作用,其它的分離或轉(zhuǎn)化方法又不經(jīng)濟,該廠地處郊區(qū),附近無其它工廠或本廠的另類廢水可利用來稀釋,故設(shè)計單位與甲方商量后采用了清水稀釋法,即將原水加清水稀釋10倍,將CaCl2濃度降為5000mg/L后,再進行深井曝氣法處理,取得了滿意的效果。
3.2轉(zhuǎn)化法
化學物質(zhì)只有在特定的情況下才會表現(xiàn)毒性,比如,硝基苯毒性較大,轉(zhuǎn)化為苯胺后,毒性就大為降低。Cr6+的毒性很大,可是被還原為Cr3+后,毒性就大為降低。所以,可以通過化學方法,將有機廢水中的毒物轉(zhuǎn)化為無毒或毒性較低的物質(zhì),以保證生物處理的正常進行。這種方法對穩(wěn)定性毒物或非穩(wěn)定性毒物均適用。采用這種方法一定要注意兩個問題:①轉(zhuǎn)化后,穩(wěn)定性毒物的濃度必須在生物處理極限允許濃度以下,非穩(wěn)定性毒物的濃度必須保證生物處理的正常運行;②最終出水中,毒物濃度也應滿足排放標準。
實例:化工廢水中的硝基苯是一種毒性較大,可生化性較差的物質(zhì)。直接對它進行生物處理,由于毒物負荷的限制,使得生化曝氣池的BOD負荷極低,效率不高。故絕大多數(shù)工程在廢水進入曝氣池之前進行預處理,用化學法(比如亞鐵還原)將硝基苯轉(zhuǎn)化為苯胺,苯胺與硝基苯相比,其毒性大為降低,而且可生化性大幅提高,使曝氣池BOD負荷大大提高。
3.3分離法
利用分離的手段,將廢水中的毒物轉(zhuǎn)移到氣相或固相中去,以保證廢水生物處理的正常運轉(zhuǎn),這便是分離法的原理。此法對穩(wěn)定性或非穩(wěn)定性毒物均適用。采用這種方法時應注意如下幾點:①分離后,廢水中穩(wěn)定性毒物濃度必須在生物處理的極限允許濃度之下,非穩(wěn)定性毒物的濃度必須保證生物處理的正常運行;②必須保證最終出水各項指項(包括毒物)達到國家排放標準;③轉(zhuǎn)移到氣相或固相的毒物必須進行妥善處理,不允許出現(xiàn)二次污染。
實例:制革廢水中S2-是一種毒物,我們可以向廢水中投加Fe2+使之形成FeS沉淀去除,出水可以直接進行生物處理而不受S2-的影響,沉淀的FeS可以送去制磚或進行填埋處理;亦可以向廢水中加酸,將廢水中的S2-形成H2S吹脫到空氣中去,用NaOH吸收后形成Na2S再回用于制革生產(chǎn)。
4、結(jié)語
為保證生物處理的正常進行,可采用的消除毒物影響的措施是很多的,如何從繁多的方法措施中選擇一個最佳方案,是一個全系統(tǒng)優(yōu)化課題。優(yōu)化的原則是:①廢水中各項指標(包括毒物)必須達到國家排放標準;②必須保證生物處理的正常運行;③在此基礎(chǔ)上,應努力追求工藝流程簡單、投資省、運行費用低、無二次污染以及管理方便。
【關(guān)鍵詞】水解酸化;生物處理;研究進展;發(fā)展趨勢
引言
隨著工業(yè)的發(fā)展,特別是隨著石油、化工、塑料及纖維等工業(yè)的發(fā)展,造成的水污染相當嚴重,污水成分已愈來愈復雜,大量結(jié)構(gòu)復雜、難降解的有機物質(zhì)和有毒物質(zhì)進入廢水和城市污水中,很難在短時間內(nèi)被常規(guī)生物處理系統(tǒng)中的微生物分解氧化[1]。為了解決高濃度、高毒性、難降解有機廢水的處理問題,國內(nèi)外學者們通過水解酸化并投加具有特定功能的微生物、營養(yǎng)物或基質(zhì)類似物。目前。常見的污水的生物處理技術(shù)可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。厭氧處理系統(tǒng)雖然具有剩余污泥少,成本低,能產(chǎn)生可利用的甲烷氣等優(yōu)點,但是其處理過程不穩(wěn)定,不易控制,反應器初次啟動緩慢,特別是出水COD濃度高,較難達到排放標準,故在厭氧生物處理系統(tǒng)后一般還需串聯(lián)好氧處理系統(tǒng),運用這種串聯(lián)系統(tǒng)雖然使出水水質(zhì)得到了改善,但由于厭氧段采用甲烷化,對操作和運行條件要求嚴格,原水中大量易于降解的物質(zhì)(如有機酸等)在厭氧處理系統(tǒng)中被甲烷化,剩余的主要是難降解或厭氧消化的剩余產(chǎn)物,因此,后續(xù)的好氧處理盡管負荷較低,但是處理效率也很低。直到80年代后出現(xiàn)了水解(酸化)好氧生物處理工藝,即從污水中獲取養(yǎng)分,同時降解和利用有害物質(zhì),對廢水中呈溶解態(tài)或膠體狀態(tài)的有機污染物起到降解作用,從而達到提高廢水處理效果[2]。該方法與生物技術(shù)處理相結(jié)合,加上生物處理法具有消耗少、運轉(zhuǎn)費用低、工藝簡單、操作管理方便和無二次污染等顯著優(yōu)點,這種所謂新興治理方式得到了越來越多人的重視,并在全世界范圍內(nèi)得到了積極發(fā)展和應用,也取得了良好的經(jīng)濟和社會效益[3]。
1.水解酸化-生物處理技術(shù)的機理
1.1水解酸化機理
廢水厭氧生物處理技術(shù)是指在分子氧不存在的條件下,通過厭氧微生物包括兼性厭氧微生物的作用,將廢水中各種復雜的有機物質(zhì)分解成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程。厭氧生物處理過程中,復雜的有機化合物分解為簡單的、穩(wěn)定的化合物,并釋放能量。其中,大部分能量以甲烷的形式被釋放,而只有少量的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一個新的細胞成分。
大分子有機物的厭氧降解過程可以分為四個階段,即水解階段、發(fā)酵(或酸化)階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段與產(chǎn)甲烷階段。水解階段是將非溶解性的復雜的聚合物轉(zhuǎn)化為溶解性的簡單的單體或二聚體的過程。發(fā)酵階段則是將溶解性有機物轉(zhuǎn)化為以揮性為主的末端產(chǎn)物的降解過程,在發(fā)酵階段,有機物化合物同時作為電子和電子供體,因此這一降解過程也稱為酸化。在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段中,發(fā)酵階段的產(chǎn)物在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下被進一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細胞物質(zhì)。在最后的產(chǎn)甲烷階段,乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質(zhì)。
水解酸化處理是指將厭氧過程控制在厭氧生物處理的第一和第二階段,即水解階段與發(fā)酵階段,在水解酸化處理階段,兼性的水解產(chǎn)酸菌可以利用H2O電離的H+和OH-將復雜的有機物分子中的C-C打開,一端加入H+一端加入OH-,可以將長鏈水解為短鏈、支鏈水解為直鏈,環(huán)狀結(jié)構(gòu)水解為成直鏈或支鏈,從而把復雜的有機物轉(zhuǎn)化為簡單的無機物,提高污水的可生化性。
水解酸化的反應式一般可以寫作以下形式:
R-X+H2O―>R-OH+X-+H+
其中,R表示大分子有機物的主體碳鏈,X表示分子中的極性基團。水解酸化工藝的優(yōu)點除了將大分子有機物分解為小分子,減少后續(xù)工藝的運行時間外,還可以大幅度去除廢水中的懸浮物和有機物,能夠較好的抗沖擊負荷,保證后續(xù)工藝的進水穩(wěn)定性,并且產(chǎn)泥量小,易處理。水解酸化工藝的不足之處為,單獨運行無法達到出水水質(zhì)的要求,一般要與其他工藝聯(lián)用。
1.2活性污泥法機理
活性污泥凈化廢水,主要依靠懸浮于水中的多孔性膠體絮狀污泥。它是多種細菌組成的,至少有50多種?;钚晕勰嘀羞€含有多種原生動物,在曝氣槽中裝有各式曝氣設(shè)備,進行強制通風,不斷的提供氧氣。凈化作用分兩部分:首先是活性污泥的表面吸附作用。包括物理吸附、電吸附和化學吸附作用,能吸附細小懸浮物、有機膠體和溶解性有機物。其次是生物氧化作用,被吸附的物質(zhì)在細菌體內(nèi)氧化分解,排出二氧化碳、水和氨,并繁殖細菌本體,使污泥恢復吸附能。曝氣槽中,還繁殖有多種原生動物,它們不但食掉有機物,還以細菌為食料,以抑制過多污泥產(chǎn)生。活性污泥一般的流程是這樣的:首先,廢水流經(jīng)一級處理系統(tǒng)除去硬渣、砂石和部分纖維等懸浮物。而后進入活性污泥曝氣池,同時空氣不斷地通入池中,以維持廢水中的溶解氧在l.0mg/L左右,并控制污泥濃度在6000-3000mg/L[4]。此時溶解性有機物被大量降解。最后,夾雜著活性污泥的廢水進入沉淀池進行固液分離,上清液排出系統(tǒng)流入排放水體,沉淀的污泥一部分回流入曝氣池,另一部分進入污泥處理系統(tǒng)?;钚晕勰喾ㄒ话鉈OD負荷可達3-5kgBOD/(m3?d),其BOD去除率為60-70%,COD去除率僅為40%。
1.3生物膜法機理
膜生物反應器是將膜分離技術(shù)和生物技術(shù)有機地結(jié)合在一起,以膜技術(shù)的高效分離作用取代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池,實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝所無法比擬的泥水分離和污泥濃縮效果,消除了污泥膨脹的影響,并可大幅度提高曝氣池中活性污泥的濃度,省卻了污泥回流系統(tǒng),反應器在高容積負荷和低污泥負荷、長泥齡運行下,大大減少了剩余污泥量,并通過膜的高效截留作用,可以使廢水中大分子難降解成分截留在反應器內(nèi),延長了反應時間,大大提高了難降解有機物的降解率,并實現(xiàn)對懸浮物、病原菌和病毒的有效去除,提高處理出水水質(zhì),在通常情況下,其處理出水無需進行消毒處理即可達到相關(guān)的衛(wèi)生標準[5]。
1.4生物接觸氧化法機理
生物接觸氧化法中,填料表面全為生物膜所布滿,由于絲狀菌的大量滋生微生物有可能形成一個呈立體結(jié)構(gòu)的密集生物網(wǎng)而附著在填料上,同時由于曝氣吹脫使部分絮體或碎裂微生物膜以懸浮狀態(tài)存在于污水中。起初附著于填料表面只有少量的微生物,由于微生物的不斷繁殖,在具備充足的溶解氧和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)的情況下,生物膜變得越來越厚。這是好氧菌通過吸收擴散到生物膜內(nèi)溶解氧和有機物用于自身的生長代謝的作用。當生物膜厚度生長到一定程度的時候,生物膜內(nèi)層不能支撐其表面的生物群體時,這時好氧菌開始死亡隨之溶化,此時內(nèi)層的厭氧菌開始得以繁殖發(fā)展。厭氧菌經(jīng)過了一段時間的積累后其數(shù)量開始減少,又由于有代謝氣體從內(nèi)部跑出,便使得內(nèi)層生物膜表面由于這種作用產(chǎn)生了出現(xiàn)許多孔道,生物膜的附著力明顯降低,并成塊的脫落下來,在脫落的填料表層,微生物又重新積聚成為生物膜,這樣就使微生物能夠保持良好的活性,新陳代謝處于良性循環(huán)。從而能夠取得穩(wěn)定的去除效率。生物接觸氧化法中固著的生物膜不同于一般生物膜。生物膜的厚度取決于水中有機物的濃度和曝氣量,通過在氧化裝置中采用曝氣方式,不僅為生物膜提供了較充足的DO,而且由于曝氣的攪動作用,也使生物膜的更新速度加快,這樣使得膜的活力與氧化能力會得到有效的提高。并且由于空氣不斷地打入水中,其不斷的攪動水體能使污水形成了紊流,這樣便使得污水與固著在填料上的微生物可以有效的相接觸,對于生物濾池中可能存在接觸不良的這種現(xiàn)象,通過曝氣大大降低了其發(fā)生率。
2.水解酸化-生物處理技術(shù)的應用
隨著生物處理技術(shù)的日益成熟,已廣泛應用在多種廢水的處理中.主要通過提高目標污染物的去除效果,改善污泥性能、減少污泥產(chǎn)量、縮短系統(tǒng)的啟動時間,增強耐沖擊負荷的能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、添加生物酶,加快反應進行。
李海英等為期1個月的連續(xù)處理造紙漂白廢水試驗表明,固定化細胞的酶活性及可吸附有機鹵素(AOX)去除率均高于自由菌液,對溫度和pH的適應范圍較寬;在停留時間為2.4h時,其去除率可穩(wěn)定在80%左右[6];
喬慶霞等選育優(yōu)勢菌處理含氯漂白廢水中段水相對濃度為50%,pH為7.0,菌液量為2ml時,對廢水中有機氯化物和COD的綜合處理效果較好[7].生物增強作用比一般的廢水處理方法更能提高系統(tǒng)對BOD5,COD,TOC或某種特定難降解物的去除效果。
韓長秀等利用投加高效菌種強化法處理牛奶廢水,在延時曝氣、曝氣塘和氧化溝3種不同的處理系統(tǒng),都提高了BOD5,COD的去除率[8];
劉暉用該方法處理馬鈴薯廢水時,TOC的去除率達到98%;通過在活性污泥法中投加苯酚降解菌,在40d內(nèi)處理系統(tǒng)對苯酚的去除率保持在95%~100%,而沒有采用生物強化的中苯酚的去除率降低到40%,提高苯酚的去除率[9];
林俊岳在附著生長生物床中,加入降解BTX(苯、甲苯、二甲苯)的混合優(yōu)勢菌,生物增強系統(tǒng)的去除效果提高7mg/L BTX;生物增強作用不僅可以有效地消除污泥膨脹,增強污泥沉降性能,且可減少污泥產(chǎn)量,一般可使污泥容積降低20%左右[10]。
D.RenateHuebner.改善出水水質(zhì),減少污泥排放和污泥處理的能耗.結(jié)果表明,接種生物增強劑運行3周就可消除污泥膨脹現(xiàn)象[11];
潘景盛在大規(guī)模廢水處理中,使用生物增強劑后,污泥床厚度下降到2m左右,降低能耗,控制臭氣的產(chǎn)生,縮短系統(tǒng)的啟動時間,達到較高的快速處理效果,增強系統(tǒng)的耐沖擊負荷能力以及處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性[12]。
3.結(jié)語
從國內(nèi)外廢水生物處理法的研究與應用現(xiàn)狀來看,不斷推出更好的生物處理工藝,去除污水中溶解和膠體的有機物質(zhì)的效率越來越高,污水出水水質(zhì)好,達到排放標準,已成為在現(xiàn)代廢水處理的研究熱點。廢水生物處理向著更先進、更高效、更節(jié)能、自動化程度更高的方向發(fā)展,細胞及微生物固定化技術(shù)的應用、新型填料與載體的開發(fā)應用、節(jié)能技術(shù)突出等領(lǐng)域取得長足的進展。該方法具有提高難降解有機物的去除率、改善污泥性能、縮短系統(tǒng)的啟動時間、增強系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和耐沖擊負荷能力,顯著提高水處理范圍和水處理能力,具有工藝簡單、經(jīng)濟、處理能力強、占地面積少、運行方式靈活等優(yōu)點,是一種投資省、運行費用低、處理效率高的廢水處理的新工藝。該技術(shù)廣泛應用于生活污水、紡織、屠宰、造紙、核污染等廢水處理.然而目前建造的廢水處理工程與設(shè)施的投資和昂貴的運行、管理費用成為廢水處理工程中的瓶頸。如何改善載體的結(jié)構(gòu),提高對微生物的附著能力、加強傳質(zhì)、提供更大的孔隙率和比表面積,改善材質(zhì)以降低生產(chǎn)成本及運行成本等將成為這一領(lǐng)域中較為集中的研究課題。因此,生物強化技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)相結(jié)合,成為廢水生物處理的必然趨勢,對經(jīng)濟與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有深遠的歷史意義!
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【關(guān)鍵詞】含油廢水;生物技術(shù);過程;深度處理
一、生物處理技術(shù)的概況介紹與應用實例
(一)概述
生物處理技術(shù)處理含油廢水指的是利用在微生物代謝作用下,將分散到水中的原油、有機污染物進行降解處理,使有機污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無害物質(zhì),最終完全無機化。近來較普遍應用且相對成熟的生物處理工藝包括好氧生物處理技術(shù)和厭氧生物處理技術(shù)兩大類。顧名思義,所謂好氧生物處理技術(shù),是指利用好氧微生物代謝作用處理含油廢水的技術(shù),按所選材料,分為活性污泥法、SBR法、生物膜法、氧化塘法、AB處理法等形式;而厭氧生物處理技術(shù),則是利用厭氧微生物作用進行含油廢水處理的技術(shù),按處理設(shè)備,分為厭氧接觸法、厭氧生物濾池、升流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧生物轉(zhuǎn)盤等處理方法。這兩類生物處理技術(shù)在有機物負荷、污泥產(chǎn)率,能耗、營養(yǎng)物需要量、應用范圍,對水溫適應性、啟動時間以及處理效果各方面作用不同,相對來說,好氧生物技術(shù)在處理效果上較厭氧處理技術(shù)好,但兩者各有其優(yōu)缺點,單純采用一種技術(shù)難以達到理想效果。因此,結(jié)合使用兩種處理技術(shù)進行含有廢水處理變得較為普遍,遵照分級處理程序,先采用厭氧技術(shù)進行初步處理,利用好氧工藝進行處理檢驗和再處理,以確定合理的技術(shù)過程。
(二)實例
學者對含油廢水處理技術(shù)的綜合研究表明,油田污水的處理方法很多,如物理法、化學法等,這兩種方法都能夠獲得一定的處理效果,但存在較多劣勢,前者成本高,后者由于投入了化學藥劑極易產(chǎn)生二次污染。相比之下,生物處理技術(shù)的經(jīng)濟性、適用性最強,對于大規(guī)模污水處理收到較好效果。在國內(nèi)許多油田得到應用,以下對應用該技術(shù)的油田及其廢水處理工藝作基本介紹:1.勝利油田王家崗廢水處理站,該站點建成投產(chǎn)于2002年,利用美國公司菌種,由油田自行設(shè)計完成占廢水總量約為70%的含油廢水處理工程。其技術(shù)處理過程為:含油廢水—接收罐—兩級大罐沉降—溶氣浮選—混合池—接觸氧化池—沉淀池—計量排放。該站經(jīng)過生物處理技術(shù)的廢水指標滿足國家廢水排放標準。2.大港油田東二廢水處理站,該站用美國公司RBC菌種,借助容積為2700m3的接觸氧化池每天處理上萬立方的廢水。其廢水處理技術(shù)過程為:兩級沉降—過濾—隔油—接觸氧化池—緩沖池—氧化塘—排放。經(jīng)處理后的廢水符合國家要求排放標準。3.冀東油田高一聯(lián)廢水處理站;該站同樣建成并投產(chǎn)于2002年,該工程采用石油大學技術(shù)每天實際處理的廢水量約3600m3,僅小于設(shè)計處理能力400m3,其廢水處理技術(shù)過程為:兩級大罐沉降—過濾—緩沖罐—泵提升—冷卻塔—均質(zhì)池—厭氧池—中沉池—接觸氧化池—二沉池—緩沖池—提升—排放。對外排水質(zhì)的驗收報告平均數(shù)據(jù)進行處理,表明廢水排放符合國家標準。
二、含油廢水生物處理技術(shù)方法
隨著油田開采力度加大,采油技術(shù)也在不斷發(fā)展,前后經(jīng)歷了天然能量動力、人工注水方式、改變注入水特性這三次采油變化。目前較普遍采用以人工注水方式保持地層壓力,以及通過改變注入水的特性提高采油率的后兩種采油方式。由于經(jīng)電脫水、分離出來的“油田污水”成分復雜,除含原油以外,還溶有各種有害雜質(zhì),因此,選取生物處理技術(shù)對廢水進行處理,方法有:1.曝氣生物濾池組合工藝法,該方法是在微生物氧化分解作用,填料及生物膜的吸附阻留作用和食物鏈分級捕食作用以及反硝化作用下共同完成的。相比傳統(tǒng)的活性污泥法,具有生物濃度、有機負荷高,占地面積小,過程簡單,成本投入低,抗溫性好,菌群組成合理,耐沖擊性等優(yōu)點。包括:1)膜生物反應器—曝氣生物濾池法,它能夠高效快速過濾超濾膜,同時有效降解高濃度活性污泥生物,且不借助二沉池和污泥回流系統(tǒng),具有成本小、能耗低以及處理效果好等優(yōu)點。2)超聲氣浮—BAF法,在羥基自由基氧化、氣泡內(nèi)高溫熱解和超臨界水氧化三種因素作用下,利用聲化學這一邊緣科學,在大于20Hz的超聲波條件下,提高化學反應速率,超聲波有促進有機污染物降解和提高廢水的可生化性的功能,但單獨應用時去除廢水中有毒物質(zhì)的能力不高。3)A/O—BAF法,此方法模式是“隔油/氣浮/二級生化”,處理效果不甚理想。2.氧化溝,氧化溝是在20世紀中期由荷蘭開發(fā)的一種污水處理工藝,它是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上進行改造生成的,污水和活性污泥的混合液可在溝渠形的曝氣池中循環(huán)流動。其技術(shù)過程簡單,處理效果良好,排放水達標。3.人工濕地,該方法處理污水最初是借助蘆葦之類的人工濕地凈化污水,去除其中大量有機和無機物。經(jīng)過發(fā)展,演變?yōu)槔没|(zhì)、微生物和植物,在生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學和生物協(xié)調(diào)作用下,通過過濾、吸附、吸收和分解等一些列過程來凈化廢水,實現(xiàn)廢水無害化處理目標。同時通過生物地球化學循環(huán),有利于綠色植物生長。它在出水水質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)去除能力、成本費用、技術(shù)含量、綜合管理方便等方面具有明顯優(yōu)勢。4.氧化塘,將各類微生物和藻類置于氧化塘中,發(fā)生氧化反應后,去除有機污染物,使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機物。研究表明,它對油、酚類有機物、硫化物等的去除效果都較好。5.特種菌類處理,在污水生物處理中,很多細菌具有特殊功能,這些菌類經(jīng)過分離、培養(yǎng)后,對有機物處理有良好效果。
三、生物處理技術(shù)的主要問題及趨勢
目前采用高效降解菌的生物深度處理技術(shù)在含油廢水深度處理領(lǐng)域的研究已取得很大進展,但未來發(fā)展中仍存在以下問題,需要重視。體現(xiàn)在:1.由于含油廢水所含有機物復雜、繁多的特性,需要結(jié)合各種方法,優(yōu)化各步處理技術(shù),再找出一套綜合工藝,滿足深度處理技術(shù)高效處理廢水的要求。2.提高含油廢水深度處理器殊菌的濃度與活性。在了解含油廢水成分組成的基礎(chǔ)上,分離、培養(yǎng)各篩選優(yōu)勢菌種,監(jiān)測該菌的最佳降解條件。根據(jù)反饋信息,提高凈化效率。3.基于生物工程技術(shù)的處理效果,創(chuàng)新技術(shù)。提高更有效處理含油廢水的可能性。
國外處理采油廢水的技術(shù)已經(jīng)由單一利用一種方法轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N方法結(jié)合使用,出現(xiàn)了物理化學方法與生物技術(shù)綜合運用,提高了廢水處理效率和達標度。而國內(nèi)多利用二次、三次采油工藝處理廢水,相對較落后,不能達到理想的處理效果,為對油田中這種難降解含油廢水進行處理,生物深度處理技術(shù)成為國內(nèi)油田采油廢水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:生物法處理廢水 好氧生物處理 活性污泥法
(一)活性污泥簡介
1912 年英國的克拉克和蓋奇發(fā)現(xiàn)對污水長時間曝氣會產(chǎn)生污泥,水質(zhì)會得到明顯的改善。阿爾敦和洛開脫對這一現(xiàn)象進行了研究。曝氣試驗在瓶中進行,每天試驗結(jié)束時把瓶子倒空,第二天重新開始,他們發(fā)現(xiàn)由于瓶子清洗不完善,瓶壁附著污泥處理效果反而好。由于認識了瓶壁留下污泥的重要性,他們把它稱為活性污泥。他們在每天結(jié)束試驗前,把曝氣后的污水靜止沉淀,只倒去上層凈化清水留下瓶底的污泥供第二天使用,這樣大大縮短了污水處理的時間。這個試驗的工藝化便是于1916年建成的第一個活性污泥法污水處理廠。在顯微鏡下觀察這些褐色的絮狀污泥,可以見到大量的細菌,還有真菌,原生動物和后生動物,它們組成了一個特有的生態(tài)系統(tǒng)。正是這些微生物以污水中的有機物為食料進行代謝和繁殖,才降低了污水中有機物的含量。
活性污泥的基本性質(zhì)包括,物理性能為“菌膠團”、“生物絮凝體”;顏色為褐色、黃色、鐵紅色;氣味為泥土味;比重略大于 1;粒徑為 0.02-0.2mm;比表面積為20-100cm2/ml。活性污泥的含水率為 99.2-99.8%;固體物質(zhì)的組成為活細胞、微生物內(nèi)源代謝的殘留物、吸附的原廢水中難于生物降解的有機物、無機物質(zhì)?;钚晕勰嘀械奈⑸锇毦腔钚晕勰鄡艋δ茏罨钴S的成分,主要菌種有動膠 桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬等。
基本特征為絕大多數(shù)都是好氧或兼性化能異養(yǎng)型原核細菌;在好氧條件下,具有很強的分解有機物的功能;具有較高的增殖速率,世代時間僅為 20-30 分鐘;其中的動膠桿菌具有將大量細菌結(jié)合成為“菌膠團”的功能。其它微生物包括原生動物、后生動物―― 在活性污泥中大約為 103 個/ml。
(二)活性污泥法基本要素
構(gòu)成活性污泥法有三個基本要素,一是引起吸附和氧化分解作用的微生物,也就是活性污泥;二是廢水中的有機物,它是處理對象,也是微生物的食料;三是溶解氧,沒有充足的溶解氧,好氧微生物既不能生存也不能發(fā)揮氧化分解作用。作為一個有效的處理工藝,還必須使微生物,有機物和氧充分接觸,只有密切的接觸,才能相互作用。因而在充氧的同時,必須使混合液懸浮固體處于懸浮狀態(tài)。[9]充氧和混合是通過曝氣設(shè)備來實現(xiàn)。曝氣的好壞決定了活性污泥法的能耗和處理的效果。要達到好的效果,曝氣設(shè)備的選擇還必須和曝氣池的構(gòu)造相配合。
(三)活性污泥法的基本組成
1、曝氣池:反應主體。
2、二沉池:進行泥水分離,保證出水水質(zhì)、回流污泥,維持曝氣池內(nèi)污泥濃度。
3、回流系統(tǒng):維持曝氣池的污泥濃度,改變回流比,改變曝氣池的運行工況。
4、剩余污泥排放系統(tǒng): 去除有機物的途徑之一,維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
5、供氧系統(tǒng):提供足夠的溶解氧。
(四)活性污泥法的基本原理
活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮體處理廢水的一類好氧生物處理方法,生物絮體稱活性污泥。由好氧微生物(包括真菌、細菌、原生動物及后生動物)及其代謝和吸附的有機物,無機物組成,顯示生物化學活性,具有降解廢水中有機污染物的能力。活性污泥在曝氣過程中,對有機物的降解(去除)過程可分為兩個階段,吸附階段和氧化階段。
生物吸附階段
廢水與活性污泥微生物充分接觸,形成懸濁混合液,廢水的污染物被比表面積巨大,且表面含有多糖類黏性物質(zhì)的微生物吸附和黏連,呈膠體的大分子有機物被吸附后,首先在水解酶作用下,分解為小分子物質(zhì),然后這些小分子與溶解性有機物在酶的作用下或濃度 差推動下選擇性滲入細胞體內(nèi),使廢水中的有機物含量下降而得到凈化。
生物氧化階段
被和吸收的有機物質(zhì)繼續(xù)被氧化,這個階段需要很長時間,進行非常緩慢。在生物吸附階段,隨著有機物吸附量的增加,污泥的活性逐漸減弱。當吸附飽和后,污泥失去吸附能力,經(jīng)過生物氧化階段吸附的有機物被氧化分解后,活性污泥又呈現(xiàn)活性,恢復吸附能力。 好氧活性污泥法中的微生物群落廢水生物處理工藝后出水的好壞同活性污泥生物的種類、數(shù)量及其代謝活力有關(guān),活性污泥中的微生物由分解有機物的細菌、原生動物、后生動物等。
(五)好氧活性污泥法的基本流程
活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系統(tǒng)所組成。污水和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液。曝氣池是一個生物反應器,通過曝氣設(shè)備充人空氣,空氣中的氧溶人污水使活性污泥混合液產(chǎn)生好氧代謝反應。曝氣設(shè)備不僅傳遞 氧氣進入混合液,且使混合液得到足夠的攪拌而呈懸浮狀態(tài)。這樣,污水中的有機物、氧氣同微生物能充分接觸和反應。隨后混合液流人沉淀池,混合液中的懸浮固體在沉淀 池中沉下來和水分離。流出沉淀池的就是凈化水。沉淀池中的污泥大部分回流,稱為回流污泥?;亓魑勰嗟哪康氖鞘蛊貧獬貎?nèi)保持一定的懸浮固體濃度,也就是保持一定的微生物濃度。曝氣池中的生化反應引起了微生物的增殖,增殖的微生物通常從沉淀池中排除,以維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物,排放環(huán)境前應進行處理,防止污染環(huán)境。
從上述流程可以看出,要使活性污泥法形成一個實用的處理方法,污泥除了有氧化和分解有機物的能力外,還要有良好的凝聚和沉淀性能,以使活性污泥能從混合液中分離出來,得到澄清的出水?;钚晕勰嘀械募毦且粋€混合群體,常以菌膠團的形式存在,游離狀態(tài)的較少。菌膠團是由細菌分泌的多糖類物質(zhì)將細菌包覆成的粘性團塊,使細菌 具有抵御外界不利因素的性能。菌膠團是活性污泥絮凝體的主要組成部分。游離狀態(tài)的細菌不易沉淀,而混合液中的原生動物可以捕食這些游離細菌,這樣沉淀池的出水就會更清徹,因而原生動物有利于出水水質(zhì)的提高。
論文摘要:目前,我國每年的廢(污)水排放總量很大,其中大部分未經(jīng)處理就直接排入江河湖泊,部分湖泊受到了不同程度的污染,有近60%的城市沒有污水處理廠,農(nóng)村地區(qū)的生活污水基本上未經(jīng)過處理就直接排放,農(nóng)村生活污水治理已經(jīng)影響到現(xiàn)代新農(nóng)村的建設(shè)。因此,農(nóng)村環(huán)境污染越來越受到人們的關(guān)注。文章針對農(nóng)村生活污水的實際情況,介紹了農(nóng)村生活污水處理的一些技術(shù)與措施,期望能為我國農(nóng)村污水治理分析的研究提供有益的借鑒作用。
據(jù)有關(guān)資料顯示,我國每年的廢(污)水排放總量已經(jīng)達到了620億噸,其中大部分未經(jīng)處理就直接排入江河湖泊,有近四分之一的湖泊受到了不同程度的污染,有近60%的城市沒有污水處理廠,農(nóng)村地區(qū)的生活污水基本上未經(jīng)過處理就直接排放,農(nóng)村生活污水治理已經(jīng)影響到現(xiàn)代新農(nóng)村的建設(shè)。我國是農(nóng)業(yè)大國、人口大國,水資源嚴重短缺,水資源占有量僅2200 立方米,為世界人均占有量的1/4,并被列為13個貧水國家之一。到2030年我國人均水資源占有量將從現(xiàn)在的2200立方米降到1700至1800立方米,需水量接近水資源可開發(fā)利用量,缺水問題將更加突出。目前,我縣在開展社會主義新農(nóng)村建設(shè)中,污水治理任重而道遠。
一、農(nóng)村水環(huán)境污染現(xiàn)狀和特點
(一)農(nóng)村水環(huán)境污染現(xiàn)狀
農(nóng)村水環(huán)境是指分布在廣大農(nóng)村的河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫等地表水體、土壤水和地下水體的總稱。我國總計有鄉(xiāng)鎮(zhèn)45412個,村民委員會739980個,鄉(xiāng)村戶數(shù)23692.7萬戶,鄉(xiāng)村人口達91960萬人。農(nóng)村人口分散,人口數(shù)量多,沒有任何生活污水的收集和處理設(shè)施,這使農(nóng)村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要因素。據(jù)測算,全國農(nóng)村每年產(chǎn)生生活污水80多億噸,嚴重污染了農(nóng)村地區(qū)居住環(huán)境,農(nóng)村大部分地區(qū)河、湖等水體普遍受到污染,飲用水水質(zhì)安全受到嚴重威脅,直接危害農(nóng)民的身體健康,嚴重影響農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生,極易導致一些流行性疾病的發(fā)生與傳播。據(jù)估算,農(nóng)村環(huán)境問題每年造成的經(jīng)濟損失已超過千億元,我國農(nóng)村環(huán)境與生態(tài)狀況令人擔憂。
改革開放的三十多年來,我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力獲得了較大幅度的提高。畜禽散養(yǎng)戶的不斷增多,大量畜禽糞便沒有處理就直接排放,糞便污染逐年加重。有資料顯示,養(yǎng)殖一頭豬所產(chǎn)生的廢水是一個人的7倍,而養(yǎng)殖一頭牛則是22倍。這些有機物未經(jīng)處理,滲入地下或進入地表水,使水環(huán)境中硝態(tài)氮、硬度和細菌總數(shù)超標,嚴重威脅著居民飲用水的安全。
(二)農(nóng)村污水特點
農(nóng)村生活污水的特點:廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖洗廁所用水,這些用水分散,農(nóng)村沒有任何收集的設(shè)施,隨著雨水的沖刷,隨著地表流入河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫等地表水體、土壤水和地下水體,其中有機物含量大是其主要的特點。
1.水質(zhì)特點。(1)農(nóng)村村鎮(zhèn)人口較少,分布廣泛且分散,大部分沒有污水排放管網(wǎng);(2)農(nóng)村生活污水濃度低,變化大;(3)大部分農(nóng)村生活污水的性質(zhì)相差不大,水中基本上不含有重金屬和有毒有害物質(zhì)(但隨著人們生活水平的提高,部分生活污水中可能含有重金屬和有毒有害物質(zhì)),含一定量的氮、磷,水質(zhì)波動大,可生化性強;(4)不同時段的水質(zhì)不同;(5)廁所排放的污水水質(zhì)較差,但可進入化糞池用作肥料。
2.水量特征。(1)一般農(nóng)村的生活污水量都比較小,除小城鎮(zhèn)外,農(nóng)村人口居住分散,水量相對較少,相應地產(chǎn)生的生活污水量也較??;(2)變化系數(shù)大,居民生活規(guī)律相近,導致農(nóng)村生活污水排放量早晚比白天大,夜間排水量小,甚至可能斷流,水量變化明顯,即無水排放呈不連續(xù)狀態(tài),具有變化幅度大的特點;(3)在上午、中午、下午都有一個高峰時段。
3.排放體制特征。農(nóng)村生活污水一般呈粗放型排放。很多農(nóng)村尚無完善的污水排放系統(tǒng),污水沿道路邊溝或路面排放至就近的水體。少部分地區(qū)具有完善的污水排放系統(tǒng)。
農(nóng)村生活污水中有機物含量高,N、P含量增多。人們無意識的排放和雨水的沖刷,使大量的有機質(zhì)和N、P等物質(zhì)流入湖泊等水體,如果不加以處理利用,常常會引起富營養(yǎng)化,給人們的身體健康帶來不利影響。
二、農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的選擇
(一)污水處理技術(shù)路線
農(nóng)村污水處理技術(shù)的選擇要量力而行,充分考慮到農(nóng)村地區(qū)財力狀況薄弱、農(nóng)民實際承受能力較低這一普遍情況,處理工藝的選擇不能盲目攀比,不能一味地選擇時髦先進、處理效果好、自動化控制水平很高的處理工藝,而著重應該考慮選用既成熟可靠,又適合農(nóng)村特點和實際的污水處理適用技術(shù)。建議污水處理技術(shù)的選擇優(yōu)先達到兩個目標:一是達標排放或回用;二是注重經(jīng)濟適用,運行成本低,管理維護簡單。
目前國內(nèi)外應用農(nóng)村生活污水治理的處理技術(shù)比較多,名稱也多種多樣,但從工藝原理上通常可歸為兩類:第一類是自然處理系統(tǒng)。利用土壤過濾、植物吸收和微生物分解的原理,又稱為生態(tài)處理系統(tǒng),常用的有:人工濕地處理系統(tǒng)、地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)等;第二類是生物處理系統(tǒng),又可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。好氧生物處理是通過動力給污水充氧,培養(yǎng)微生物菌種,利用微生物菌種分解、消耗吸收污水中的有機物、氮和磷,常用的有:普通活性污泥法、AO法、生物轉(zhuǎn)盤和SBR法等。厭氧生物處理是利用厭氧微生物的代謝過程,在無需提供氧氣的情況下把有機污染物轉(zhuǎn)化為無機物和少量的細胞物質(zhì),常用的有:厭氧接觸法、厭氧濾池、UASB升流式厭氧污泥床等。
(二)人工濕地處理系統(tǒng)
有條件的村莊,應充分利用現(xiàn)有的農(nóng)田灌排渠道與附近的荒地、廢塘、洼地和沼澤地等,建設(shè)人工濕地處理系統(tǒng)。
污水濕地處理系統(tǒng)分自然和人工濕地處理系統(tǒng),自然濕地就是自然的沼澤地,人工濕地污水處理技術(shù)是一種基于自然生態(tài)原理,使污水處理達到工程化、實用化的新技術(shù)。將污水有控制地投配到土壤經(jīng)常處于飽和狀態(tài)、生長有象蘆葦、香蒲等沼澤生植物的土地上,利用植物根系的吸收和微生物的作用,并經(jīng)過多層過濾,來達到降解污染、凈化水質(zhì)的目的,它是一種充分利用地下人工介質(zhì)中棲息的植物、微生物、植物根系, 以及介質(zhì)所具有的物理、化學特性,將污水凈化的天然與人工處理相結(jié)合的復合工藝。
濕地處理系統(tǒng)工藝設(shè)備簡單、運轉(zhuǎn)維護管理方便、能耗低、工程基建低、運行費用低、對進水負荷的適應性強,能耐受沖擊負荷,凈化出水水質(zhì)良好、穩(wěn)定。缺點占地面積大,易受氣候影響,表面徑流的臭味比較大。
(三)地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)
分散的幾戶或十幾戶人家適合采用地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)。
地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)是一種基于自然生態(tài)原理,予以工程化、實用化而創(chuàng)造出的一種新型小規(guī)模污水凈化工藝技術(shù),是將污水有控制地投配到經(jīng)一定構(gòu)造、距地面約50 cm深和具有良好擴散性能的土層中。投配污水緩慢通過布水管周圍的碎石和砂層,在土壤毛管作用下向附近土層中擴散。表層土壤中有大量微生物,作物根區(qū)處于好氧狀態(tài),污水中的污染物質(zhì)被過濾、吸附、降解。所以地下滲濾的處理過程非常類似于污水慢速滲濾處理過程。由于負荷低,停留時間長,水質(zhì)凈化效果非常好,而且穩(wěn)定。地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)建設(shè)容易、維護管理簡單,基建投資少,運行費用低。整個處理裝置放在地下,不損害景觀,不產(chǎn)生臭氣。
(四)好氧生物處理系統(tǒng)
好氧生物處理系統(tǒng)是新農(nóng)村污水處理中最常用的一種處理技術(shù)。好氧生物處理工藝眾多,各有優(yōu)缺點,選擇時要根據(jù)實際情況仔細論證和比選,注重經(jīng)濟適用。
生物處理法就是通過風機等設(shè)備給污水輸氧,培養(yǎng)生物菌種和微生物,通過菌種和微生物把污水中的大部分有機物分解為無污染的二氧化碳、水等物質(zhì),少部分合成為細胞物質(zhì),促使微生物增長,并以剩余污泥的形式排出,使污水得以凈化排放。如SBR法,集曝氣、沉淀、排水功能于一體,不斷地轉(zhuǎn)換,省去了傳統(tǒng)的污泥回流設(shè)備,大大降低了建設(shè)費用;A20法具有脫氮、除磷功能,還有如生物轉(zhuǎn)盤處理工藝、膜生物反應器處理工藝等。生物處理法和自然處理系統(tǒng)比較, 占地面積小,抗氣候等外界影響的能力強,建設(shè)的地點選擇范圍大,處理穩(wěn)定,處理效率高。但基建投資、運行成本要高于自然處理系統(tǒng)。
(五)厭氧生物處理系統(tǒng)
我國從上個世紀80年代開始開展生活污水厭氧生物法的開發(fā)和研制工作,許多形式各異的無動力或微動力的低能耗型一體化污水處理裝置得到應用。如無動力地埋式生活污水處理裝置采用無動力厭氧生物膜技術(shù),工藝流程簡單,不耗能,全部埋于地下,也無需專人管理。與好氧生物處理相比,無動力地埋式生活污水處理裝置技術(shù)設(shè)備的基建投資略高于好氧處理,無日常運行費用的支出。
厭氧生物法目前技術(shù)上還存在一些問題,主要表現(xiàn)在生物處理效率較低,尤其表現(xiàn)為氮磷去除率很低,在一定程度上限制了其應用。
實踐證明,以上方法都能很好的解決農(nóng)村生活污水治理的問題,但在運用中要考慮到建設(shè)與運行成本等費用,要根據(jù)實際情況加以選擇。
參考文獻
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一、造紙廢水的性質(zhì)
造紙工業(yè)廢水分類主要包括蒸煮廢液(又稱黑液或紅液)、洗漿廢水(又稱中段水)、漂白廢水和抄紙廢水(又稱白水)等幾大類。其中蒸煮黑液的環(huán)境污染最為嚴重,占整個造紙工業(yè)污染的90 %。
二、污水處理技術(shù)
造紙污水的處理技術(shù)主要有幾種:清潔生產(chǎn)技術(shù),資源回收技術(shù),末端處理技術(shù)。下面分別介紹。
1.清潔生產(chǎn)技術(shù)
生產(chǎn)包括:生物制漿技術(shù)(如white - rotfungi 法)、溶劑制漿技術(shù)(如美國APR 工藝、德國MD 法)、纖維回收技術(shù)(斜篩、水力篩網(wǎng)等)、黑液提取技術(shù)(擠壓式、擴散式等)、逆流洗漿技術(shù)、白水回用技術(shù)、漿料溢冒收集系統(tǒng)等。這種技術(shù)是造紙廢水處理的根本,但是目前缺少成熟且技術(shù)經(jīng)濟可行的清潔生產(chǎn)技術(shù)。
2.資源回收技術(shù)
比較典型的是堿回收技術(shù)和酸析木素技術(shù)及其各種變種和改進,通過資源回收可制造產(chǎn)品,包括穩(wěn)定劑、減水劑、粘合劑、分散劑、飼料添加劑等等。資源回收主要是針對造紙黑液,另外,回收過程中一般均有加熱蒸發(fā)單元,目前基本還沒有較為成熟的技術(shù),防止因麥草漿黑液中的高硅含量和蒸發(fā)中硅積累而造成的粘度增加問題。
3.末端處理技術(shù)
主要包括物化法(如絮凝、氧化、電滲析、膜分離法等)、生化法(以UASB,AF 等厭氧消化技術(shù)為主)以及生態(tài)工程法(穩(wěn)定塘、土地處理)等三大類。
三、處理造紙廢水的幾種方法
1.生物處理方法
廢水的生物處理技術(shù)就是利用微生物的新陳代謝功能,使廢水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機污染物被降解并轉(zhuǎn)化為無害穩(wěn)定的物質(zhì),從而使廢水得以凈化。生物處理法是去除BOD、COD不可缺少的二級生物處理過程,它兼有去除ss、脫色、除臭等作用。根據(jù)參與作用的微生物種類和供氧情況,分為好氧生物處理、厭氧生物處理及好氧厭氧組合處理三大類。厭氧生物處理是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌在無氧的條件下降解有機污染物的處理技術(shù)。在厭氧生物處理過程中,復雜的有機化合物被降解和轉(zhuǎn)化為簡單、穩(wěn)定的化合物,同時釋放能量,其中大部分能量以甲烷的形式出現(xiàn)。好氧生物處理法即在有氧條件下,借助于好氧微生物主要是好氧菌1的作用來降解污染物的方法。
生物處理方法歷史較久,運行費用低廉,與其他方法組合可以大大提高造紙廢水的處理效率。
2.物理化學處理法
物理化學方法也是處理污水的重要方法,物理法主要包括沉淀、氣浮、反滲透等;化學方法主要包括混凝法、中和法、化學沉淀法、氧化還原法等。下面簡單介紹幾種。
2.1 絮凝
高分子物質(zhì)可被膠體微粒所強烈吸附,因其線形長度大,當它的一端吸附某一膠粒后,另一端有吸附另一粒子,在相距較遠的兩粒子之間進行吸附搭橋,使顆粒逐漸變大,形成肉眼可見的粗大絮凝體,這種高分子物質(zhì)吸附搭橋作用而使顆粒相互粘結(jié)的過程,稱為絮凝。
2.2 過濾
通過大量的動、靜態(tài)實驗表明經(jīng)過對制漿造紙廢水進行氧化、絮凝、砂濾、炭濾處理,廢水CODm去除率達97%左右,處理后廢水完全可以回用或排放,具有很大的經(jīng)濟效益。
2.3 氣浮
氣浮法就是在水中通入空氣,產(chǎn)生細小氣泡,廢水中事先加入混凝劑,使水中細小懸浮物形成的礬花粘附在空氣泡上,隨氣泡一起上浮到水面上,形成浮渣,從而回收水中的懸浮物質(zhì),同時改善了水質(zhì)。在一定條件下,氣泡在水中的分散度是影響氣浮效率的重要因素。造紙廢水處理中常用加壓溶氣氣浮,加壓溶氣氣浮是在一定壓力情況下將空氣溶于水中,并達到指定壓力狀態(tài)下的飽和值,然后將過飽和液突然減到常壓,這時溶解在水中的過飽和空氣形成許多細微氣泡釋放出來,氣泡與污水中懸浮顆粒粘附,使顆粒物隨氣泡上浮。
2.4 沸石凈水劑
在造紙廢水處理中應用最廣的是沸石凈水劑。在對造紙廢水的凈化過程中,首先,沸石孔穴、三維通道內(nèi)的Al、Fe 被釋放和交換,沸石內(nèi)部形成大量的吸附空間,對廢水中的無機小分子、離子、色素等進行吸附,同時被釋放的AP、Fe3+水解,產(chǎn)生的H+與OH一作用,中和OH一使堿度下降,又使廢水中的顆粒物親水性下降,促使顆粒之間相互吸附。
3.土地處理、膜等其他方法
造紙廢水的土地處理是在人工的調(diào)控下利用土壤一微生物一植物組成的生態(tài)系統(tǒng)使污水中的污染物凈化的處理方法。在污染物得以凈化的同時,水中的營養(yǎng)物質(zhì)和水分也得以循環(huán)利用。因此,土地處理是使污水資源化、無害化和穩(wěn)定化的處理利用系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:生物強化技術(shù) 廢水治理 應用
前言
隨著經(jīng)濟的發(fā)展,廢水的成分日益復雜,尤其當廢水中含有有毒、難降解的有機污染物時,由于對該類有機物具有專項降解能力的微生物在環(huán)境中的種類、數(shù)量較少,同時它在競爭中處于劣勢,因此,傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)面臨極大挑戰(zhàn)。如果在傳統(tǒng)的生物處理體系中投加具有特定功能的微生物或某些基質(zhì),增強它對特定污染物的降解能力,從而改善整個污水處理體系的處理效果,我們稱這種技術(shù)為生物強化技術(shù)。
一、生物制劑的優(yōu)點
生物強化制劑具有很多優(yōu)點:
1、它能縮短微生物培養(yǎng)馴化的時間,迅速提高生物處理系統(tǒng)中微生物的濃度,從而提高工作效率;
2、生物制劑所含天然微生物,不含致病菌和病源體,這些微生物在酶的催化作用下,以污水中的有機營養(yǎng)物質(zhì)為食物,當污水得到凈化后,這些微生物會隨著污染物的降低而逐漸減少,直至消亡,不會造成二次污染;
3、使用安全,操作簡單方便,基本不需要添加設(shè)備或者工程,節(jié)省能源,節(jié)省資金投入。
二、生物強化技術(shù)的作用機理
生物強化技術(shù), 就是為了提高廢水處理系統(tǒng)的處理能力, 而向該系統(tǒng)中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢菌種或通過基因組合技術(shù)產(chǎn)生的高效菌種, 以去除某一種或某一類有害物質(zhì)的方法。它是通過向自然菌群中投加具有特殊作用的微生物來增強生物量, 以強化生物量對某一特定環(huán)境或特殊污染物的反應。投入的菌種與底質(zhì)之間的作用主要有:
1、直接作用
就是通過馴化、篩選、誘變、基因重組等技術(shù)得到一 株以目標降解物質(zhì)為主要碳源和能源的微生物, 向處理系統(tǒng)中投入一定量的該菌種, 就會達到對目標去除物去除效果的增強作用。
2、共代謝作用
就是對于一些有毒有害物質(zhì), 微生物不能以其為碳源和能源生長, 但在其他基質(zhì)存在下能夠改變這種有害物的化學結(jié)構(gòu)使其降解。如在甲烷、芳香烴、氨、異戊二烯和丙烯為主要基質(zhì)生長的一些菌可以產(chǎn)生一種氧合酶, 這種酶可以共代謝三氯乙烯( T CE) , 但共代謝機制成功地用在生物增強系統(tǒng)中的例子并不多見。
三、生物強化技術(shù)的實現(xiàn)
生物強化技術(shù)在水污染治理中的有效實施需要三個步驟:首先是高效菌種的培育:其次是高效菌種在投加系統(tǒng)中的生長及活力表現(xiàn):最終結(jié)果是對目標物的有效去除或原系統(tǒng)某一特定性能的改善。
1、從自然界篩選菌種
從自然界篩選菌種的過程多數(shù)是以目標物為惟一基質(zhì)來馴化、分離后得到的菌種,而實際廢水水質(zhì)狀況一般比較復雜,含有多種成分,因此將其投加到系統(tǒng)后可能受到其他組分的抑制作用,難以達到預期的治理目標。為此,Babcock等開發(fā)了一種離線富集反應器(off―line enriching-reactor)。這種反應器可為生物強化技術(shù)的實施提供大量菌劑,并模擬實際廢水的組成和環(huán)境條件,使投加到系統(tǒng)中的菌種很快適應新環(huán)境,從而有效去除目標物。研究認為,通過投加與目標物類似的營養(yǎng)物質(zhì)可以達到富集培養(yǎng)的目的。通過研究還發(fā)現(xiàn),用純菌Pseudomonas sp降解1-硝基苯酚,葡萄糖的存在會提高1-硝基苯與最大比基質(zhì)的去除速率,但此法并不適用于所有的微生物。例如,利用3~4種假單胞屬的優(yōu)勢菌種進行2,4-二氯苯氧乙酸與葡萄糖的共基質(zhì)實驗,2,4-D的降解速率不受葡萄糖是否存在的影響。對于那些對目標物的降解需要誘導酶的微生物,可通過投加基質(zhì)類似物、中間代謝物等作為酶的誘導物,這些物質(zhì)一般能夠產(chǎn)生廣譜的親和性酶,且能夠保持高效菌種的降解性并促進其生長。
2、構(gòu)建基因工程茵
基因工程技術(shù)的發(fā)展為人類快速獲取一些高效菌種提供了新方法。利用降解性質(zhì)粒的相容性,把能夠降解不同有害物質(zhì)的質(zhì)粒組合到一個菌種中,組建一個多質(zhì)粒的新菌種,便能使一種微生物降解多種污染物或完成多個環(huán)節(jié)的降解過程,并使不帶降解性的菌獲得降解性。另外,可采用質(zhì)粒分子育種,即選擇壓力條件下,在恒化器內(nèi)混合培養(yǎng),使微生物發(fā)生質(zhì)粒相互作用和傳遞,縮短了自然進化所需時間,以達到快速培養(yǎng)新菌種的目的。
3、水平基因轉(zhuǎn)移
高效基因工程菌屬于外源菌種,在與土著菌種的生存競爭中常處于劣勢,不能維持一定的生存數(shù)量和比率,因此一直是困擾這項研究順利進行的首要問題。由此大量研究集中在利用基因的自然水平轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)系統(tǒng)的生物強化上。其主要思路是將位于自由基因元素上的降解基因引入待處理污染物系統(tǒng),通過自由基因向土著菌種的擴散和轉(zhuǎn)移,實現(xiàn)已有菌種對污染物的原位基因修復。與傳統(tǒng)的生物強化方法相比,水平基因轉(zhuǎn)移方法由于降解基因處于一種自由的狀態(tài),因此具有如下潛在優(yōu)點:
(1)含有降解基因的菌種加入到原始系統(tǒng)后,降解基因通過自由的水平轉(zhuǎn)移進入原有系統(tǒng)的固有菌中,由于新菌對環(huán)境有更好的適應性,且轉(zhuǎn)移過程是自然發(fā)生的,因此降解基因在菌種內(nèi)也會更好地生存;
(2)在持續(xù)高效降解目標污染物的同時,不需要特意維持含有降解基因的菌種在系統(tǒng)中的存活率。
四、生物強化技術(shù)的應用
1、焦化廢水處理
焦化廢水中污染物組成復雜,含有十幾種無機物和有機物,有機物包括酚類、芳香族化合物以及含氮、硫、氧的雜環(huán)化合物,屬較難生物降解的高濃度有機工業(yè)廢水,國內(nèi)外研究者現(xiàn)在主要是通過投加高效菌種和化學試劑來提高現(xiàn)有處理設(shè)施的處理效率。固定化高效降解微生物的生物強化技術(shù)在焦化廢水處理中也有成功的應用。通過利用喹啉為惟一碳源,馴化得到處理焦化廢水的高效菌種,并使其一部分附著在陶粒載體上處理焦化廢水,取得了很高的去除率。
2、印染廢水處理
印染廢水中含有大量難降解的有機染料,傳統(tǒng)的好氧生物膜法去除效果不理想。利用高效脫色菌、聚乙烯醇(PVC)降解菌以及活性污泥接種厭氧一好氧系統(tǒng),結(jié)果表明,利用高效脫色菌和PVA降解菌接種厭氧一好氧處理系統(tǒng)處理印染廢水時生物膜形成快,去除效率高且穩(wěn)定,厭氧反應器對色度的去除率比活性污泥接種高12.5%。
3、垃圾滲濾液
通過EM(efective microorganisms)菌劑培養(yǎng)生物膜和活性污泥來處理滲濾液,結(jié)果表明,EM菌劑可明顯提高對COD、BOD的去除率,能夠加快處理設(shè)施啟動速度,重新掛膜速度較快,系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有所增強。
結(jié)束語
總之,生物制劑對于處理城市生活污水和天然水體的污染有其獨特的優(yōu)勢,但是,天然水體中污染物濃度相對較低,如何讓細菌適應新的環(huán)境,而且在降解污染物的過程中,沒有有毒的中間產(chǎn)物生成,這些是其是否得到廣泛應用的關(guān)鍵。
參考文獻
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(一)農(nóng)村水環(huán)境污染現(xiàn)狀
農(nóng)村水環(huán)境是指分布在廣大農(nóng)村的河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫等地表水體、土壤水和地下水體的總稱。我國總計有鄉(xiāng)鎮(zhèn)45412個,村民委員會739980個,鄉(xiāng)村戶數(shù)23692.7萬戶,鄉(xiāng)村人口達91960萬人。農(nóng)村人口分散,人口數(shù)量多,沒有任何生活污水的收集和處理設(shè)施,這使農(nóng)村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要因素。據(jù)測算,全國農(nóng)村每年產(chǎn)生生活污水80多億噸,嚴重污染了農(nóng)村地區(qū)居住環(huán)境,農(nóng)村大部分地區(qū)河、湖等水體普遍受到污染,飲用水水質(zhì)安全受到嚴重威脅,直接危害農(nóng)民的身體健康,嚴重影響農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生,極易導致一些流行性疾病的發(fā)生與傳播。據(jù)估算,農(nóng)村環(huán)境問題每年造成的經(jīng)濟損失已超過千億元,我國農(nóng)村環(huán)境與生態(tài)狀況令人擔憂。
改革開放的三十多年來,我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力獲得了較大幅度的提高。畜禽散養(yǎng)戶的不斷增多,大量畜禽糞便沒有處理就直接排放,糞便污染逐年加重。有資料顯示,養(yǎng)殖一頭豬所產(chǎn)生的廢水是一個人的7倍,而養(yǎng)殖一頭牛則是22倍。這些有機物未經(jīng)處理,滲入地下或進入地表水,使水環(huán)境中硝態(tài)氮、硬度和細菌總數(shù)超標,嚴重威脅著居民飲用水的安全。
(二)農(nóng)村污水特點
農(nóng)村生活污水的特點:廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖洗廁所用水,這些用水分散,農(nóng)村沒有任何收集的設(shè)施,隨著雨水的沖刷,隨著地表流入河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫等地表水體、土壤水和地下水體,其中有機物含量大是其主要的特點。
1.水質(zhì)特點。(1)農(nóng)村村鎮(zhèn)人口較少,分布廣泛且分散,大部分沒有污水排放管網(wǎng);(2)農(nóng)村生活污水濃度低,變化大;(3)大部分農(nóng)村生活污水的性質(zhì)相差不大,水中基本上不含有重金屬和有毒有害物質(zhì)(但隨著人們生活水平的提高,部分生活污水中可能含有重金屬和有毒有害物質(zhì)),含一定量的氮、磷,水質(zhì)波動大,可生化性強;(4)不同時段的水質(zhì)不同;(5)廁所排放的污水水質(zhì)較差,但可進入化糞池用作肥料。
2.水量特征。(1)一般農(nóng)村的生活污水量都比較小,除小城鎮(zhèn)外,農(nóng)村人口居住分散,水量相對較少,相應地產(chǎn)生的生活污水量也較小;(2)變化系數(shù)大,居民生活規(guī)律相近,導致農(nóng)村生活污水排放量早晚比白天大,夜間排水量小,甚至可能斷流,水量變化明顯,即無水排放呈不連續(xù)狀態(tài),具有變化幅度大的特點;(3)在上午、中午、下午都有一個高峰時段。
二、農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的選擇
(一)污水處理技術(shù)路線
農(nóng)村污水處理技術(shù)的選擇要量力而行,充分考慮到農(nóng)村地區(qū)財力狀況薄弱、農(nóng)民實際承受能力較低這一普遍情況,處理工藝的選擇不能盲目攀比,不能一味地選擇時髦先進、處理效果好、自動化控制水平很高的處理工藝,而著重應該考慮選用既成熟可靠,又適合農(nóng)村特點和實際的污水處理適用技術(shù)。建議污水處理技術(shù)的選擇優(yōu)先達到兩個目標:一是達標排放或回用;二是注重經(jīng)濟適用,運行成本低,管理維護簡單。
目前國內(nèi)外應用農(nóng)村生活污水治理的處理技術(shù)比較多,名稱也多種多樣,但從工藝原理上通??蓺w為兩類:第一類是自然處理系統(tǒng)。利用土壤過濾、植物吸收和微生物分解的原理,又稱為生態(tài)處理系統(tǒng),常用的有:人工濕地處理系統(tǒng)、地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)等;第二類是生物處理系統(tǒng),又可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。好氧生物處理是通過動力給污水充氧,培養(yǎng)微生物菌種,利用微生物菌種分解、消耗吸收污水中的有機物、氮和磷,常用的有:普通活性污泥法、AO法、生物轉(zhuǎn)盤和SBR法等。厭氧生物處理是利用厭氧微生物的代謝過程,在無需提供氧氣的情況下把有機污染物轉(zhuǎn)化為無機物和少量的細胞物質(zhì),常用的有:厭氧接觸法、厭氧濾池、UASB升流式厭氧污泥床等。
(二)人工濕地處理系統(tǒng)
有條件的村莊,應充分利用現(xiàn)有的農(nóng)田灌排渠道與附近的荒地、廢塘、洼地和沼澤地等,建設(shè)人工濕地處理系統(tǒng)。
污水濕地處理系統(tǒng)分自然和人工濕地處理系統(tǒng),自然濕地就是自然的沼澤地,人工濕地污水處理技術(shù)是一種基于自然生態(tài)原理,使污水處理達到工程化、實用化的新技術(shù)。將污水有控制地投配到土壤經(jīng)常處于飽和狀態(tài)、生長有象蘆葦、香蒲等沼澤生植物的土地上,利用植物根系的吸收和微生物的作用,并經(jīng)過多層過濾,來達到降解污染、凈化水質(zhì)的目的,它是一種充分利用地下人工介質(zhì)中棲息的植物、微生物、植物根系,以及介質(zhì)所具有的物理、化學特性,將污水凈化的天然與人工處理相結(jié)合的復合工藝。濕地處理系統(tǒng)工藝設(shè)備簡單、運轉(zhuǎn)維護管理方便、能耗低、工程基建低、運行費用低、對進水負荷的適應性強,能耐受沖擊負荷,凈化出水水質(zhì)良好、穩(wěn)定。缺點占地面積大,易受氣候影響,表面徑流的臭味比較大。
(三)地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)
分散的幾戶或十幾戶人家適合采用地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)。
地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)是一種基于自然生態(tài)原理,予以工程化、實用化而創(chuàng)造出的一種新型小規(guī)模污水凈化工藝技術(shù),是將污水有控制地投配到經(jīng)一定構(gòu)造、距地面約50cm深和具有良好擴散性能的土層中。投配污水緩慢通過布水管周圍的碎石和砂層,在土壤毛管作用下向附近土層中擴散。表層土壤中有大量微生物,作物根區(qū)處于好氧狀態(tài),污水中的污染物質(zhì)被過濾、吸附、降解。所以地下滲濾的處理過程非常類似于污水慢速滲濾處理過程。由于負荷低,停留時間長,水質(zhì)凈化效果非常好,而且穩(wěn)定。地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)建設(shè)容易、維護管理簡單,基建投資少,運行費用低。整個處理裝置放在地下,不損害景觀,不產(chǎn)生臭氣。
(四)好氧生物處理系統(tǒng)
好氧生物處理系統(tǒng)是新農(nóng)村污水處理中最常用的一種處理技術(shù)。好氧生物處理工藝眾多,各有優(yōu)缺點,選擇時要根據(jù)實際情況仔細論證和比選,注重經(jīng)濟適用。
生物處理法就是通過風機等設(shè)備給污水輸氧,培養(yǎng)生物菌種和微生物,通過菌種和微生物把污水中的大部分有機物分解為無污染的二氧化碳、水等物質(zhì),少部分合成為細胞物質(zhì),促使微生物增長,并以剩余污泥的形式排出,使污水得以凈化排放。如SBR法,集曝氣、沉淀、排水功能于一體,不斷地轉(zhuǎn)換,省去了傳統(tǒng)的污泥回流設(shè)備,大大降低了建設(shè)費用;A20法具有脫氮、除磷功能,還有如生物轉(zhuǎn)盤處理工藝、膜生物反應器處理工藝等。生物處理法和自然處理系統(tǒng)比較,占地面積小,抗氣候等外界影響的能力強,建設(shè)的地點選擇范圍大,處理穩(wěn)定,處理效率高。但基建投資、運行成本要高于自然處理系統(tǒng)。
(五)厭氧生物處理系統(tǒng)
我國從上個世紀80年代開始開展生活污水厭氧生物法的開發(fā)和研制工作,許多形式各異的無動力或微動力的低能耗型一體化污水處理裝置得到應用。如無動力地埋式生活污水處理裝置采用無動力厭氧生物膜技術(shù),工藝流程簡單,不耗能,全部埋于地下,也無需專人管理。與好氧生物處理相比,無動力地埋式生活污水處理裝置技術(shù)設(shè)備的基建投資略高于好氧處理,無日常運行費用的支出。
厭氧生物法目前技術(shù)上還存在一些問題,主要表現(xiàn)在生物處理效率較低,尤其表現(xiàn)為氮磷去除率很低,在一定程度上限制了其應用。