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1. 前言 隨著人類社會化程度的不斷提高和社會經(jīng)濟(jì)活動的日益頻繁，環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，其中水體的污染尤為突出。工業(yè)廢水和生活污水的排放，是造成水體污染的主要因素。日益加劇的水污染，對人類的生存安全構(gòu)成了極大威脅，成為人類健康、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的重大阻礙。如何應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段對這些污水進(jìn)行處理，使之成為人類可放心利用的水資源，同時從根本上遏制水污染，減少水污染，凈化我們的生態(tài)環(huán)境，成為當(dāng)務(wù)之急。 2. 水污染物的類型及來源 污水因其來源不同，大體上可分為生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)廢水，工業(yè)污水的可生化性較差，通常只能采甩化學(xué)方法來處理。而生活污水可生化性相對較高，所以采用生化法處理效果比較好。大多數(shù)城市污水處理廠的原水主要是生活污水，其中摻雜的工業(yè)污水只占相當(dāng)小的一部分，所以生化法一直是城市污水處理廠的首選工藝。 （1）生活污水 生活污水是一大污染源。生活污水中含有大量的無機(jī)物和有機(jī)物。無機(jī)物如氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽和鈉、鉀、鈣、鐵等碳酸鹽，有機(jī)物有纖維素、淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)和尿素等。排放入環(huán)境中促使浮游植物生長和大量繁殖，形成赤潮和水華。 （2）工業(yè)廢水 工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源，包括鋼鐵工業(yè)廢水，食品工業(yè)廢水，化工廢水等。 （3）農(nóng)業(yè)廢水 農(nóng)業(yè)廢水主要是農(nóng)業(yè)上使用的化肥、農(nóng)藥進(jìn)入水體造成的污染水，它面廣而量大且易分散，易造成水體富營養(yǎng)化。 3. 微生物處理污水的原理 利用微生物處理污水實際就是通過微生物的新陳代謝活動,將污水中的有機(jī)物分解,從而達(dá)到凈化污水的目的。微生物能從污水中攝取糖，蛋白質(zhì)，脂肪，淀粉及其它有機(jī)化合物作為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過一系列的酶促反應(yīng)，這些有機(jī)物在微生物體內(nèi)得到分解利用，有些合成微生物自身的結(jié)構(gòu)和功能物質(zhì)，有些則為微生物提供所需的能量。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,污水生物處理方法分為好氧生物處理和厭氧生物處理. 3.1 好氧生物處理 好氧生物處理是在水中有溶解氧存在的條件下，借好氧和兼性厭氧微生物(其中主要是好氧菌)的作用來進(jìn)行的。在處理過程中，絕大多數(shù)的有機(jī)物都能被相應(yīng)的微生物氧化分解。用好氧法處理污水，基本上沒有臭氣，處理所需的時間比較短，如果條件適宜，—般可去除BOD5 80 ～ 90 ％以上 。 3.2 厭氧生物處理 厭氧生物處理是在無氧的條件下，借厭氧和兼性厭氧微生物(其中主要是厭氧菌)的作用來分解污水中有機(jī)物的，也稱厭氧消化或厭氧發(fā)酵。厭氧生物處理主要應(yīng)用于有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)污水的處理。由于是密閉發(fā)酵，所以在處理過程中不影響周圍環(huán)境；同時隔絕空氣又加以高溫發(fā)酵，可以釘死寄生蟲卵和致病菌；并且可以產(chǎn)生生物能源甲烷。因此厭氧消化法近年來漸漸受到重視，但由于所需時間長，對設(shè)備要求嚴(yán)格，因而影響其迅速推廣。 3.3 生化需氧量 在污水處理中，通常是以有機(jī)物在氧化過程中所消耗的氧量這一綜合性指標(biāo)來表示有機(jī)污染物的濃度，如生化需氧量(BOD)和化學(xué)需氧量(COD)。生化需氧量是指在特定的溫度和時間（通常在20oC、5d下，）微生物分解污水中有機(jī)物所消耗的氧量，稱為BOD5。BOD5約占生化需氧總量的2/3，故采用BOD5來表示污水中可降解有機(jī)物的濃度是比較合適的。但污水中有機(jī)物并不是都能較快降解的，在工業(yè)廢水中，可以結(jié)合COD等指標(biāo)表示有機(jī)污染物的濃度。 只有BOD高的廢水才適宜采用生物處理，COD很高但BOD不高的廢水不宜采用生物處理。對于有毒的廢水，只要毒物能降解，就可用生物法處理，關(guān)鍵是控制毒物濃度和馴化微生物。 4. 污水生物處理方法 4.1活性污泥法 活性污泥法是目前使用最廣泛的一種利用微生物處理水污染的方法。活性污泥法是指利用活性污泥在廢水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除廢水中有機(jī)污染物的一種廢水處理方法。 活性污泥是指由細(xì)菌、微型動物為主的微生物與膠體物質(zhì)、懸浮物質(zhì)等混雜在一起形成的，具有很強(qiáng)吸附分解有機(jī)物的能力和良好沉降性能的絨絮狀顆粒。活性污泥中生存著各種微生物，構(gòu)成了復(fù)雜的微生物群落。其中主要的微生物是細(xì)菌（以好氧性異養(yǎng)菌為主）和原生動物，此外尚有酵母菌、絲狀霉菌、單胞藻類、輪蟲線蟲等。 活性污泥中微生物作用： 一提高出水水質(zhì)方面的作用 1.通過某些原生動物的分泌物 ,在沉降過程中促進(jìn)游離細(xì)菌的絮凝作用 ,提高細(xì)菌的沉降效率和去除率 。 2.原生動物捕食細(xì)菌 ,提高細(xì)菌活動能力 ,提高對可溶性有 機(jī)物的攝取能力 。 3.原生動物和細(xì)菌一起 ,共同攝食病原微生物。 二在活性污泥系統(tǒng)中的指示作用 1.當(dāng)活性污泥性能良好時 ,活性污泥表現(xiàn)為絮凝體較大 ,沉降 性好 ,鏡檢觀察出現(xiàn)的生物有鐘蟲屬 、蓋蟲屬 、有肋木盾纖蟲屬 、獨縮蟲屬、聚縮蟲屬 、各類吸管蟲屬 、輪蟲類 、累枝蟲屬 、寡毛類等固 著型種屬或匍匐型種屬 。 2.活性污泥惡化時 ,絮凝體較小 ,出現(xiàn)的生物有豆形蟲屬 、滴蟲 屬和聚屋滴蟲屬等快速游泳型的生物 。當(dāng)污泥嚴(yán)重惡化時,微型動物大面積死亡或幾乎不出現(xiàn) ,污泥沉降性下降 ,處理水質(zhì)能力差。 3.活性污泥從惡化恢復(fù)到正常 ,在這段過渡期內(nèi)出現(xiàn)的生物有 漫游蟲屬 、管葉蟲屬等慢速游泳型或匍匐型的生物 。 4.活性污泥膨脹時絲狀菌是導(dǎo)致污泥膨脹的主要生物,由于絲狀菌大量繁殖 , 活性污泥呈棉絮狀 ,顆粒細(xì)碎且顏色相對較淺。 3.活性污泥從惡化恢復(fù)到正常 ,在這段過渡期內(nèi)出現(xiàn)的生物有漫游蟲屬 、管葉蟲屬等慢速游泳型或匍匐型的生物 。 優(yōu)點：BOD和SS去除率高，可達(dá)90%－95%，適于處理要求高、水質(zhì)穩(wěn)的廢水。 4.2 生物膜法 生物膜法是利用固著在惰性材料表面的膜狀生物群落處理污水的方法。生物膜的功能和活性污泥法中的活性污泥相同，其微生物的組成也類似。凈化污水的主要原理是附著在載體表面的生物膜對污水中有機(jī)物的吸附與氧化分解作用。生物膜法根據(jù)介質(zhì)與水接觸方式不同，有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤法、塔式生物濾池法等。其處理原理基本相同，都是依靠著生于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化有機(jī)物的，因此，又稱生物過濾法。處理過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移:空氣中的氧→廢水→生物膜，此法比活性污泥法產(chǎn)生的剩余污泥少。 生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運(yùn)動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機(jī)物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進(jìn)入?yún)挌鈱舆M(jìn)行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復(fù)以達(dá)到凈化污水的目的。 優(yōu)點： 4.3 生物接觸氧化法 生物接觸氧化法是從生物膜法派生出來的一種廢水生物處理法，即在生物接觸氧化池內(nèi)內(nèi)裝填一定數(shù)量的填料，利用棲附在填料上的生物膜和充分供應(yīng)的氧氣,通過生物氧化作用,將廢水中的有機(jī)物氧化分解,達(dá)到凈化目的。生物接觸氧化法是以附著在載體（俗稱填料）上的生物膜為主，凈化有機(jī)廢水的一種高效水處理工藝。具有活性污泥法特點的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點。在可生化條件下，不論應(yīng)用于工業(yè)廢水還是養(yǎng)殖污水、生活污水的處理，都取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 優(yōu)點： (1) 微生物濃度高，處理效率高； 4.4 厭氧生物化學(xué)法 厭氧處理法，是在無氧條件下由兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機(jī)污染物的處理方法。對于高濃度有機(jī)廢水及污泥，不宜直接采用好氧生物法處理，而用厭氧消化法預(yù)處理。在厭氧條件下，由兼性菌和厭氧菌分解有機(jī)物，產(chǎn)物主要是甲烷，可燃燒。副產(chǎn)物有硫化氫、臭氣大，有硫化鐵、呈黑色。廢水停留時間長，設(shè)備容積要求大。 厭氧生物處理一般分為四個階段:水解，發(fā)酵，產(chǎn)乙酸，產(chǎn)甲烷。這些無機(jī)物質(zhì)主要是大量的生物氣體即沼氣。沼氣的主要成分是CH4和CO2。 優(yōu)點： （1）適于高濃度廢水和好氧難降解的有機(jī)廢水。(好氧:中、低濃度) 缺點： 4.5 固定化微生物法 固定化微生物技術(shù)是用化學(xué)的或者物理的手段和方法將游離微生物限制或定位在某一特定空間范圍內(nèi)，保留其固有的催化活性，且能夠被重復(fù)和連續(xù)使用的現(xiàn)代生物工程技術(shù)。這種技術(shù)應(yīng)用于污水處理有利于提高生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度，利于反應(yīng)后的固液分離，縮短處理的時間。固定化微生物方法多種多樣，但主要有結(jié)合固定化，交聯(lián)固定化，包埋固定化和系指微生物吸附在載體表面而固定化的方法。 優(yōu)點： (1)微生物固定化可以保持反應(yīng)器內(nèi)微生物的高濃度和高活性，有助于提高污染物的處理負(fù)荷和去除效率； (2)采用固定化微生物技術(shù)的工藝，污泥產(chǎn)量低，減輕了后續(xù)污泥處置的負(fù)擔(dān)； (3)微生物固定化形成顆粒態(tài)，利于沉淀過程的泥水分離； (4)將具有降解某些難降解有機(jī)物特性的微生物固定化，可有效處理某些行業(yè)廢水； (5)微生物固定化對有毒物質(zhì)的承受能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好； 5 污水處理生物對水質(zhì)的要求 5.1 pH值 好氧生物處理，pH應(yīng)保持在6～9范圍內(nèi)。厭氧生物處理，pH應(yīng)保持在6．5～8之間。在運(yùn)行期問，pH不能突然變化太大，以防微生物生長繁殖受到抑制或死亡，影響處理效果。 5.2 溫度 一般好氧生物處理要求水溫在20 ～40oC之間。污泥的厭氧消化需利用高溫微生物進(jìn)行厭氧發(fā)酵,溫度應(yīng)提高至 50～60oC 之間 。 5.3 營養(yǎng) 微生物的生長繁殖需要各種營養(yǎng)。城市生活污水能滿足活性污泥的營養(yǎng)要求 ，但工業(yè)廢水除有機(jī)物外一般缺乏某些養(yǎng)料，特別是N和P，故這類污水進(jìn)行生物處理時，需要投加生活污水、糞尿、或氮、磷化合物。但如果工業(yè)廢水不缺營養(yǎng)，切勿添加上述物質(zhì)，否則會導(dǎo)致反馴化。 5.4 有毒物質(zhì) 工業(yè)廢水中往往含有許多有毒物質(zhì),如重金屬、H2S、氰、酚等。雖然所有初次接種到某種廢水中的微生物群體(活性污泥或生物膜)在培養(yǎng)馴化中都已經(jīng)歷了自然篩選過程，剩下的細(xì)菌中絕大部分都是以該種廢水中污染物質(zhì)為主要營養(yǎng)的降解菌，但當(dāng)污水中的有毒物質(zhì)超過一定濃度時，仍能破壞微生物的正常代謝，影響污水生物處理效果。因此，對某種污水進(jìn)行生物處理必須根據(jù)具體情況確定處理方法，必要時需經(jīng)過試驗，以確定生物處理中毒物的容許濃度。同時加強(qiáng)微生物馴化以提高對毒物的承受力。 5.5 溶解氧 好氧生物處理要保證供應(yīng)充足的氧氣，否則會使處理效果明顯下降，甚至造成局部厭氧分解，使曝氣池污泥上浮，生物濾池或生物轉(zhuǎn)盤上的生物膜大量脫落。 但溶解氧過多，也不利于生物處理。 6. 微生物處理污水的優(yōu)點 1.節(jié)約水資源，降低能耗和成本; 2.利用有益菌群原液比一般凈化槽處理污水，大大縮短曝氣時間，提高工效; 3.治污效果顯著，如有機(jī)氮、金屬離子、混濁度、COD(化學(xué)需氧量)、BOD(生化需氧量)、55(浮游生物)等均下降至國標(biāo)以下標(biāo)準(zhǔn)，而DO(溶解氧)上升，水質(zhì)得到改善; 4.處理污水中的重金屬等，消除毒害; 5.抑制病原菌，消除異味，改善空氣質(zhì)量; 6.可以清除糞尿惡臭，凈化生態(tài)環(huán)境，最大限度地減少畜禽的臭味，明顯地抑制了蚊蠅滋生。 7. 結(jié)語及展望 污水生物處理方法與傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法相比，前者有著許多不可替代的優(yōu)勢。微生物形體微小，種類繁多，代謝旺盛，易變異，適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎能夠利用自然界中所有的天然物質(zhì)，是處理污水的理想工具。隨著人類對環(huán)境保護(hù)問題的日益重視，微生物技術(shù)的發(fā)展也會得到越來越多的關(guān)注，如何完善現(xiàn)有的技術(shù)，使之更加符合人類的需求，同時開發(fā)出新的微生物技術(shù)以更好地解決污水處理中的問題，是我們要關(guān)注的方向。 |
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