自然界中的廢水降解過程，是在陽光與天然光觸媒介質(zhì)驅(qū)動(dòng)下，在廢水生態(tài)系統(tǒng)的生物化學(xué)過程中，將污水中的有機(jī)物分解成無機(jī)物，將無機(jī)鹽沉淀、固化，最終使水體中的有毒、有害污染物得到有效分離，且讓水體的pH值保持在7.00~7.05之間。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于對(duì)自然界水體的污染降解過程進(jìn)行觀察研究，發(fā)現(xiàn)自然水體中存在耐酸、耐堿、耐鹽、耐重金屬、耐有毒有機(jī)物的微生物，在水體趨于正常水體時(shí)，這些微生物的生物活性降低甚至進(jìn)入休眠期，而在污水環(huán)境中，這些微生物的生物活性會(huì)被激活進(jìn)而大量繁殖，使污水快速得到凈化。
本文研究一種具有普適性的生物強(qiáng)化廢水處理方案，即對(duì)任何低濃度工業(yè)廢水均可實(shí)現(xiàn)的給予生物降解法的工業(yè)工藝。
1、生化污泥的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)制備
早期的生態(tài)學(xué)研究中，認(rèn)為生物的生存環(huán)境應(yīng)與常見生物一樣，需要接近中性的液態(tài)水環(huán)境，以碳水化合物為主要代謝路徑，適宜溫度不超過30℃。但在近年的生態(tài)學(xué)研究中，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫、高壓等環(huán)境下，都有特定生物的生存空間。所以，研究工業(yè)廢水條件下可以生存的微生物，即可通過生物過程分解廢水中的有機(jī)物及沉淀廢水中的無機(jī)物，從而達(dá)到廢水凈化的目的。
根據(jù)生物學(xué)和生態(tài)學(xué)原理，在污染區(qū)的污泥中，必然存在適應(yīng)該廢水環(huán)境的微生物，即將污染區(qū)污泥在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)，可以繁殖大量的污水適應(yīng)性菌群，將菌群向污水沉淀池中進(jìn)行移植，在沉淀池中構(gòu)成不均衡生態(tài)環(huán)境，即造成污水沉淀池中適應(yīng)性菌群過度分解廢水的生態(tài)學(xué)狀態(tài)，使該失穩(wěn)過程造成污水的凈化過程。見圖1。
圖1中，作為生物強(qiáng)化法進(jìn)行廢水處理工藝的核心環(huán)節(jié)，污泥沉淀池分為兩個(gè)部分，包括該圖上部的沉淀池系統(tǒng)和該圖下部的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的核心作用是實(shí)現(xiàn)適應(yīng)菌群的過度繁殖，因?yàn)樵诔恋沓丨h(huán)境中生態(tài)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入到自平衡狀態(tài)，其將污水分解到一定程度后就不會(huì)再進(jìn)行分解，所以污染物降解沉降比例難以達(dá)到令人滿意的程度。將菌群進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)繁殖后，將過量適應(yīng)微生物植入到沉淀池中，微生物為了生存而過度分解沉淀池中的污染物，最終達(dá)到深度廢水治理的目的。而沉淀池中污染物含量下降到一定程度后，將上清液泵出并加入新的廢水，確保微生物的生存環(huán)境。詳見圖2。
由圖2可見，微生物濃度和廢水濃度的提升，均會(huì)帶來微生物繁殖倍增時(shí)間的降低，即微生物活性的增強(qiáng)。所以在圖1的操作循環(huán)中，使用實(shí)驗(yàn)室循環(huán)不斷加強(qiáng)沉淀池中的微生物濃度，使用新加廢水提升廢水濃度，均可提升生物強(qiáng)化的廢水處理效率。
2、生物強(qiáng)化廢水輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的酸化沉淀強(qiáng)堿中和的模式下，使用濃H2SO4注入酸化沉淀池后，酸性環(huán)境分解掉大部分大分子有機(jī)物。進(jìn)而在堿性調(diào)節(jié)階段，使用強(qiáng)堿如苛性鈉鉀顆粒等對(duì)酸性廢水進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，并將處理后的廢水進(jìn)行靜置沉淀，最終經(jīng)過過濾后排出。但生物強(qiáng)化法幾乎無須使用任何強(qiáng)酸強(qiáng)堿化學(xué)物質(zhì)，使用可過濾掉微生物的生物活性炭進(jìn)行過濾后，即可化驗(yàn)、排放。見圖3。
圖3中，其生物法和酸堿法均為最簡模型。但其核心步驟并無本質(zhì)變化。對(duì)生物強(qiáng)化法來說，生化沉淀池的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)環(huán)境必須得到充分保護(hù)，嚴(yán)禁在生化沉淀池中加入水質(zhì)調(diào)節(jié)藥品，且當(dāng)其廢水中污染物下降到一定程度，為保證廢水中的適應(yīng)菌群繁殖活性，必須將處理過的廢水泵出到低濃度沉淀池中進(jìn)一步沉淀。而經(jīng)過生物強(qiáng)化法處理過的廢水，水中存在較多微生物，需要使用孔徑小于0.1μm的活性炭過濾系統(tǒng)將微生物充分過濾，且過濾器中的微生物也可以通過實(shí)驗(yàn)室處理進(jìn)行有效回收。
3、生物強(qiáng)化法處理效果分析
廢水水源選擇某市工業(yè)區(qū)25家已經(jīng)使用生物強(qiáng)化法的工業(yè)廢水排放企業(yè)，利用其生物強(qiáng)化法的生化沉淀系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并支持該比較結(jié)果。每個(gè)企業(yè)至少采集不同時(shí)間的至少100個(gè)水樣，共形成不少于2500個(gè)比較水樣。
3.1 廢水處理效率比較
對(duì)比3種方法的廢水處理效率，結(jié)果見表1。
由表1可見，所選廢水均為低濃度工業(yè)廢水，污水濃度為懸浮顆粒、油性不容物、有機(jī)物大分子、可溶鹽的總質(zhì)量除以水體積。沉淀總時(shí)間為污水進(jìn)入系統(tǒng)后在所有沉淀池中沉淀時(shí)間總和。噸水成本指全系統(tǒng)材料成本、場(chǎng)地成本、能源成本、人力成本之和與水處理能力的比值。處理效率為每公頃水廠占地每天可處理的污水量。
3.2 外部環(huán)境對(duì)生化法的影響
因?yàn)樗猩锒紝?duì)生存溫度較為敏感，作為該研究選用的適應(yīng)性菌群單細(xì)胞動(dòng)物群落，其對(duì)工業(yè)廢水生存環(huán)境的適應(yīng)性較高，但反應(yīng)溫度仍然會(huì)影響其生物活性。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試2500個(gè)水樣中菌落在不同溫度下的繁殖效率，得到其均值構(gòu)建圖4。
由圖4可見，當(dāng)溫度處于（22±2）℃范圍內(nèi)時(shí)，其繁殖倍增時(shí)間約為7h，當(dāng)溫度低于5℃時(shí)，菌群基本失活。因此，在實(shí)際反應(yīng)控制過程中，應(yīng)致力于確保反應(yīng)溫度在22℃附近，實(shí)際工作中，可將溫度控制在13~30℃以確保菌落的繁殖倍增時(shí)間在10h以內(nèi)。
前文分析的工藝流程中，廢水的高濃度反應(yīng)過程較難保證，所以，高濃度反應(yīng)沉淀池中，應(yīng)確保廢水濃度達(dá)到適應(yīng)菌群的高速繁殖生長需求。此時(shí)，高濃度池反應(yīng)時(shí)間在總反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的占比，直接影響到污水處理效率。采集數(shù)據(jù)紅藕形成見圖5。
由圖5可見，在26%附近形成一個(gè)較窄的波峰。即認(rèn)為高濃度反應(yīng)時(shí)間占比低于26%時(shí)，存在高濃度反應(yīng)不充分的現(xiàn)象，而高濃度反應(yīng)時(shí)間占比超過26%時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楦邼舛确磻?yīng)池內(nèi)過度反應(yīng)影響適應(yīng)菌群活性提前下降的情況。所以，應(yīng)確保高濃度反應(yīng)時(shí)間占總生化反應(yīng)時(shí)間的26%為宜。而為了確定高濃度反應(yīng)的具體時(shí)間應(yīng)該考察個(gè)案樣本條件下的高濃度反應(yīng)繁殖倍增時(shí)間隨時(shí)間變化的情況。詳見圖6。
由圖6可見，當(dāng)高濃度反應(yīng)池內(nèi)反應(yīng)時(shí)間超過15h后，其繁殖倍增時(shí)間基本收斂到17h左右。因此，高濃度反應(yīng)時(shí)間超過15h對(duì)工業(yè)廢水的處理沒有工程價(jià)值。假定將高濃度反應(yīng)時(shí)間控制在12h，高濃度反應(yīng)占比為26%。
4、結(jié)論
以高濃度生化沉淀池配合低濃度生化沉淀池為核心反應(yīng)設(shè)備，使用基于廢水環(huán)境培養(yǎng)的適應(yīng)菌群執(zhí)行生物強(qiáng)化工業(yè)廢水處理工藝，執(zhí)行上述優(yōu)化工藝流程，可以基本保證工業(yè)廢水中的污染物處理率達(dá)到98%以上，且在沉淀總時(shí)間、噸水成本、處理效率等諸多指標(biāo)評(píng)定中，處理效果優(yōu)于傳統(tǒng)的酸堿法和復(fù)合法。所以，針對(duì)低濃度工業(yè)廢水的生物強(qiáng)化處理方法，有工程實(shí)踐價(jià)值且可以帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。（來源：內(nèi)蒙古綽勒水利水電有限責(zé)任公司）
