低浓度工业废水生物强化法处理技术

自然界中的废水降解过程，是在阳光与天然光触媒介质驱动下，在废水生态系统的生物化学过程中，将污水中的有机物分解成无机物，将无机盐沉淀、固化，最终使水体中的有毒、有害污染物得到有效分离，且让水体的pH值保持在7.00~7.05之间。进入21世纪后，由于对自然界水体的污染降解过程进行观察研究，发现自然水体中存在耐酸、耐碱、耐盐、耐重金属、耐有毒有机物的微生物，在水体趋于正常水体时，这些微生物的生物活性降低甚至进入休眠期，而在污水环境中，这些微生物的生物活性会被激活进而大量繁殖，使污水快速得到净化。

本文研究一种具有普适性的生物强化废水处理方案，即对任何低浓度工业废水均可实现的给予生物降解法的工业工艺。

1、生化污泥的实验室培养制备

早期的生态学研究中，认为生物的生存环境应与常见生物一样，需要接近中性的液态水环境，以碳水化合物为主要代谢路径，适宜温度不超过30℃。但在近年的生态学研究中，发现在强酸、强碱、高温、高压等环境下，都有特定生物的生存空间。所以，研究工业废水条件下可以生存的微生物，即可通过生物过程分解废水中的有机物及沉淀废水中的无机物，从而达到废水净化的目的。

根据生物学和生态学原理，在污染区的污泥中，必然存在适应该废水环境的微生物，即将污染区污泥在实验室环境中进行培养，可以繁殖大量的污水适应性菌群，将菌群向污水沉淀池中进行移植，在沉淀池中构成不均衡生态环境，即造成污水沉淀池中适应性菌群过度分解废水的生态学状态，使该失稳过程造成污水的净化过程。见图1。

图1中，作为生物强化法进行废水处理工艺的核心环节，污泥沉淀池分为两个部分，包括该图上部的沉淀池系统和该图下部的实验室系统。实验室系统的核心作用是实现适应菌群的过度繁殖，因为在沉淀池环境中生态系统会进入到自平衡状态，其将污水分解到一定程度后就不会再进行分解，所以污染物降解沉降比例难以达到令人满意的程度。将菌群进行实验室培养繁殖后，将过量适应微生物植入到沉淀池中，微生物为了生存而过度分解沉淀池中的污染物，最终达到深度废水治理的目的。而沉淀池中污染物含量下降到一定程度后，将上清液泵出并加入新的废水，确保微生物的生存环境。详见图2。

由图2可见，微生物浓度和废水浓度的提升，均会带来微生物繁殖倍增时间的降低，即微生物活性的增强。所以在图1的操作循环中，使用实验室循环不断加强沉淀池中的微生物浓度，使用新加废水提升废水浓度，均可提升生物强化的废水处理效率。

2、生物强化废水辅助系统的设计

传统的酸化沉淀强碱中和的模式下，使用浓H2SO4注入酸化沉淀池后，酸性环境分解掉大部分大分子有机物。进而在碱性调节阶段，使用强碱如苛性钠钾颗粒等对酸性废水进行pH值调节，并将处理后的废水进行静置沉淀，最终经过过滤后排出。但生物强化法几乎无须使用任何强酸强碱化学物质，使用可过滤掉微生物的生物活性炭进行过滤后，即可化验、排放。见图3。

图3中，其生物法和酸碱法均为最简模型。但其核心步骤并无本质变化。对生物强化法来说，生化沉淀池的生物学和生态学环境必须得到充分保护，严禁在生化沉淀池中加入水质调节药品，且当其废水中污染物下降到一定程度，为保证废水中的适应菌群繁殖活性，必须将处理过的废水泵出到低浓度沉淀池中进一步沉淀。而经过生物强化法处理过的废水，水中存在较多微生物，需要使用孔径小于0.1μm的活性炭过滤系统将微生物充分过滤，且过滤器中的微生物也可以通过实验室处理进行有效回收。

3、生物强化法处理效果分析

废水水源选择某市工业区25家已经使用生物强化法的工业废水排放企业，利用其生物强化法的生化沉淀系统进行数据采集并支持该比较结果。每个企业至少采集不同时间的至少100个水样，共形成不少于2500个比较水样。

3.1 废水处理效率比较

对比3种方法的废水处理效率，结果见表1。

由表1可见，所选废水均为低浓度工业废水，污水浓度为悬浮颗粒、油性不容物、有机物大分子、可溶盐的总质量除以水体积。沉淀总时间为污水进入系统后在所有沉淀池中沉淀时间总和。吨水成本指全系统材料成本、场地成本、能源成本、人力成本之和与水处理能力的比值。处理效率为每公顷水厂占地每天可处理的污水量。

3.2 外部环境对生化法的影响

因为所有生物都对生存温度较为敏感，作为该研究选用的适应性菌群单细胞动物群落，其对工业废水生存环境的适应性较高，但反应温度仍然会影响其生物活性。在实验室测试2500个水样中菌落在不同温度下的繁殖效率，得到其均值构建图4。

由图4可见，当温度处于（22±2）℃范围内时，其繁殖倍增时间约为7h，当温度低于5℃时，菌群基本失活。因此，在实际反应控制过程中，应致力于确保反应温度在22℃附近，实际工作中，可将温度控制在13~30℃以确保菌落的繁殖倍增时间在10h以内。

前文分析的工艺流程中，废水的高浓度反应过程较难保证，所以，高浓度反应沉淀池中，应确保废水浓度达到适应菌群的高速繁殖生长需求。此时，高浓度池反应时间在总反应时间内的占比，直接影响到污水处理效率。采集数据红藕形成见图5。

由图5可见，在26%附近形成一个较窄的波峰。即认为高浓度反应时间占比低于26%时，存在高浓度反应不充分的现象，而高浓度反应时间占比超过26%时，则会出现因为高浓度反应池内过度反应影响适应菌群活性提前下降的情况。所以，应确保高浓度反应时间占总生化反应时间的26%为宜。而为了确定高浓度反应的具体时间应该考察个案样本条件下的高浓度反应繁殖倍增时间随时间变化的情况。详见图6。

由图6可见，当高浓度反应池内反应时间超过15h后，其繁殖倍增时间基本收敛到17h左右。因此，高浓度反应时间超过15h对工业废水的处理没有工程价值。假定将高浓度反应时间控制在12h，高浓度反应占比为26%。

4、结论

以高浓度生化沉淀池配合低浓度生化沉淀池为核心反应设备，使用基于废水环境培养的适应菌群执行生物强化工业废水处理工艺，执行上述优化工艺流程，可以基本保证工业废水中的污染物处理率达到98%以上，且在沉淀总时间、吨水成本、处理效率等诸多指标评定中，处理效果优于传统的酸碱法和复合法。所以，针对低浓度工业废水的生物强化处理方法，有工程实践价值且可以带来较高的经济效益。（来源：内蒙古绰勒水利水电有限责任公司）