生物强化技术在污水处理中的应用价值

Posted 2023-01-12 生物

篇首语：热水治不了百病，情话过不了一生。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了生物强化技术在污水处理中的应用价值相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

生物强化技术是一种利用生物来治理废水的一种高效技术，相对于传统生物处理技术来讲，这种处理方式更加灵活，更有针对性，而且效率相对来说更高，在废水处理中的应用前景更加广阔。本文主要研究生物强化技术处理污水的作用机制、原理，生物强化技术的实现步骤，分析其在应用过程中存在的一些问题，并分析这种处理技术的应用效果。
生物强化技术是目前应用比较广泛的一种污水处理技术，这种处理技术是指生物处理系统中，投入具有特定功能的微生物、营养物，利用生物菌的对相应污染物的分解作用来加速降解，达到有效处理含一些有机物的废水的目的，这种方法通过以生物菌降解有机物的方式，大大提高了污水处理的效果。这种运行稳定、低成本、高效率、无污染的生物强化处理技术具有很大的优势，是一种易操作、针对性强的污水处理技术，得到了广泛的认可及应用。
1.生物强化技术的作用机理
生物强化技术是指将从自然界中筛选出的优势菌种或者通过基因重组得到的高校菌种投放到废水处理系统中，来增强原处理系统的处理能力，最终通过去除某一类有害物质或优化某一方面性能，来达到提高处理系统的处理能力的目的。在生物强化技术中，根据投入菌种的类型以及基质的具体作用方式，可分为以下两大类。一是菌种直接作用，菌种直接作用所选用的微生物需要其以某一目标降解物质作为生命活动的主要碳源及能源，这种微生物可由人工基因重组、诱变或者驯化及筛选的方式得到。待该种微生物菌种被投入到污水处理系统中后，将对目标降解物进行去除。二是共代谢作用，微生物无法将污水中的一些有害物质作为碳源及能源来生长，但是微生物可以在一定条件下，将一些有害物质降解，通过改变其化学结构来降低其有害性。共代谢主要有三组类型。第一，菌株将一级介质作为碳源或能源进行新陈代谢，并将产生的酶来将二级基质氧化、降解，最终达到降解效果。第二，不同微生物进行逐步氧化、降解，通过协同作用来降解污染物。第三，休眠细胞对污染物的降解。
2.生物强化技术的具体手段
应用生物强化技术进行污水处理具体分为三大部分，分别是进行高效菌种的培育与筛选，控制菌种在系统内部的生长与表现，达到去除目标物或提高原有去除效果的目的。下面进行具体分析。
2.1 菌种的培育与筛选。一般而言，菌种从自然界中筛选出来的过程需要以特定目标降解物作为唯一基质进行驯化和分离。但在实际处理过程中，可发现污水的水质比较复杂，所含成分较多，将所得菌种投入到系统后有可能受到污水中的其他成分的抑制，导致达不到最初的目标。但是一种离线富集反应器的开发有效解决了这一问题，这种反应器可以提供大量菌剂给生物强化技术的实现，而且可以通过对实际欲处理废水成分进行模拟，达到使被投放菌种充分适应污水环境，提高处理目标物效果的目的。有资料表明，在菌种培养时加入与目标物相似的营养物质能够对菌种实现富集培养。有些微生物在进行目标物降级时，往往需要诱导酶的辅助，这种菌种培养可通过投放基质类似物或是中间代谢物的方法保证菌种的高效降解性。
2.2 基因工程菌的构建。随着科学技术的不断发展和进步，利用基因工程，我们可以更快搞好的培育菌种。基因工程菌的构建，主要是通过不同目标物降解质粒的组合，利用其相容性，得到一个全新的多质粒菌种，这样就能够利用一种微生物降解多种目标污染物，大大减少了污水处理的环节。此外，可以使用质粒分子育种，使微生物发生质粒相互作用与传递，来加快自然进化，快速培养菌种。
2.3 转移水平基因。在面临外援菌种的基因工程菌时，土著菌种的生活状态就会处于劣势，数量和比率都会有所下降。所以，目前许多研究都旨在通过转移水平基因来强化系统生物。具体思路为，向欲处理的污染物系统中投入自由基因元素内的降解基因。降解基因进入系统后会向土著基因扩散，这样就能够实现原有基因对污染物的处理。因为降解基因处于自由状态，水平基因转移方法相对于传统生物强化方法具有很多潜在的优点，降解基因在菌种内比较容易存活下来，也能够保证军闹钟对污染物持续高效的降解，而不需要采取其他辅助措施维持降解基因数量。
3 .生物强化技术的具体应用
3.1 生物强化技术处理焦化废水。焦化废水被认为是一种极其难降解的工业废水，一般成分都比较复杂，含有很多种类的无机物和有机物，而且含有一些难以降解的污染物质。目前，处理焦化废水，主要是利用在污染水中投入能够高效处理污染物的菌种或是固定化降解微生物的生物强化技术。
3.2 生物强化技术处理印染废水。目前，有机染料得到了广泛的应用，因而产生了很多的印染废水，以前一般采用好养生物膜法来处理印染废水，效果并不明显。而应用生物强化技术来处理效果却很好，高效脱氧色菌和PVA 降解菌对印染污水的处理效果显著，而且，近年来，生物强化技术在印染废水处理中得到了广泛应用。
3.3 生物强化技术处理制药废水。混合菌体相对于单一菌种具有比较强的降解能力，降解速度、降解效率上都有明显的提高，因此在处理制药废水中得到了广泛的认可及应用，混合菌种在稳定性及抑制其他杂菌入侵的性质来有明显的改善，这些都是明显优于单一菌种的特质。
4.生物强化技术的应用效果 4.1 提高目标污染物的去除效果。相对于一般的污水处理方法而言，生物强化作用对系统的去除、降解效果具有明显的促进作用。研究结果表明，在SBR 系统内投入高效污水处理混合菌群，将使其对COD 最终的去除率高出一般系统的20%，具有更明显的去除效果。
4.2 提高污泥性能，降低污泥产量。通过利用生物强化技术，能够在很大程度上减少污泥膨胀现象，提高污泥的沉降率，最终减低污泥产量。因此，这不仅对出水水质有很好的改善作用，还能大大降低系统排放并处理污泥的能耗。根据Cham-bers 在氧化沟、延时曝气以及曝气塘这三种污水处理系统内有关生物强化技术的成功应用，我们可以知道，生物强化剂能够有效缓解污泥膨胀，其在SBR 系统内的使用，更能使活性污泥结构变得更密实，沉降性有所提高，而污泥含水率则会下降。
4.3 减少启动时间，提高稳定性和耐负荷性。高效菌种的投入能够提高有效菌种比率，就可以有效减少系统启动时间，完成污水快速处理。另外，还能够在一定程度上提高污水处理系统的稳定性和耐负荷性。根据有关实验研究可知，活性污泥内接种3- 氯苯胺降解菌株，能够在3- 氯苯胺冲击后的第四天就恢复正常的硝化作用；如果没有经过生物强化技术的处理，则通常会在冲击后的第二天出现NH4+-N 积累现象，处理污水的微生物则要倒12 天以后才能完全恢复其硝化活性。因此，我们可以说，通过投入生物强化菌株，能够大大缓解毒害物质对系统内部微生物种群的破坏，能够让系统在强负荷冲击后，以最快速度恢复正常的污染物降解能力。
生物强化技术成本低廉、操作简单、效率较高，因此被越来越多的使用在废水处理的过程中，也使得更多相关技术通过具体时间得到有效利用。目前生物强化技术主要面临着载体选择的相关成本和技术问题，相信如果此类问题得到有效解决，生物强化技术会得到更好的发展。对处理城市污水及天然水体，生物强化剂具有独有的优点，不过，怎样能够使得菌株在处理污染物浓度相对较低的天然水体时，较快适应环境，且不产生二次污染，是相关人员箴待解决的关键问题。另外，目前人们对于遗传工程菌泄露到自然环境中会不会产生不良影响还有很大的疑问，需要进一步研究。虽然生物强化技术还存在一定的问题，但是，随着对生物强化技术的不断研究，很多污水处理问题都得到了解决，生物强化技术也得到了一定的推广使用，相信只要不断努力实践、研究，用生物强化技术手段对污水处理系统的处理能力还会进一步加强。