（环境工程专业论文）产絮凝剂微生物强化处理校园污水的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ne n v i r o n m e n t a le n g i n e e “n g y 1 j | j i 4 芝：； | 【芝岑l s t u d yo na u g m e n t a t a t i o nt r e a t m e n t o f d o m e s t 选s e w a 西b yb i o n o c c u l a n t p r o d u c i n g m l c r 0d e s b yz h a n g ) 【i a ng u a n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rh ux i a o m i n n 0 1 t h e a s t e r nu n i v e r s i 锣 d e c e m b e r2 0 0 7 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 ：也 思。 学位论文作者签名：张贤光 日期：2 0 0 7 年1 2 月3 1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 0 j 0 r c 。 ： 东北大学硕士学位论文 摘要 产絮凝剂微生物强化处理校园污水的研究 摘要 生物强化技术是指向生物处理系统中投加具有特定功能的微生物或营养物质或与 基质结构相似的物质以提高微生物的活性或诱导微生物产生相应的酶系统，从而改善原 系统处理效果的方法。生物强化技术应用于生活污水的生物处理过程，可以提高污水处 理效果，改善污泥性能，减少污泥产生。目前，本项技术的研究重心主要集中在针对生 活污水水质筛选和构建对于污水水质有降解作用的高效菌剂，增加系统生物量以及强化 对特定污染物的降解作用，从而改善系统性能。因此，筛选出有效菌株，合成高效菌剂 实现对污水进行高效处理，低成本地获得再生水，改善污泥性能正是本课题的意义所在。 菌种a 9 和c 3 均为东北大学环境工程研究所实验室保藏菌种。针对这两株产絮凝剂 微生物及其混合制成的菌剂，本课题作了大量的研究工作。 第一阶段。首先，对以模拟生活污水为培养基的单菌种以及由它们配置合成的混合 菌剂的驯化进行了实验研究。由于模拟生活污水的成分相对比较固定，便于摸索规律， 因此，试验先采用模拟生活污水进行研究。结果表明，两株菌种能以模拟生活污水中的 物质为营养物质，菌体细胞同时分泌微生物絮凝剂。m b f c 3 对于高岭土悬浮液的絮凝率 可达8 5 2 ，而船f a 9 对于高岭土悬浮液的絮凝率可达9 3 4 。随着模拟生活污水中 的营养物质被利用，模拟生活污水的c o d 值明显下降。其次，又分别作了单菌种以及混 合菌剂强化活性污泥处理模拟生活污水的效果研究，并以c o d 去除率、污泥指数、活性 污泥絮凝性为考查指标。结果表明，产絮凝剂微生物a 9 和c 3 与活性污泥联用可以强化 活性污泥对模拟生活污水的处理效果，与单纯使用活性污泥相比，可以提高模拟生活污 水的c o d 去除率，并提高活性污泥的沉降性和絮凝性。对混合菌剂强化处理模拟生活污 水进行了实验研究，考察了单菌种接种比例以及混合菌剂用量对处理效果的影响。 第二阶段。对混合菌剂强化沈阳北部污水处理厂污泥和沈阳沈水湾污水处理厂污泥 处理校园污水进行了实验研究。分别进行了污泥和混合菌剂的驯化以及不同反应时间， 不同溶解氧值，不同混合茵剂用量对污水处理效果的影响研究。结果表明，产絮凝剂微 生物a 9 和c 3 合成的混合菌剂，能够以实际校园污水中的污染物为营养物质将其降解， 提高c o d 去除率2 l o ，条件实验结果表明：当反应时间为8 小时左右，溶解氧浓 度为3 5 4 m l ，菌剂与污水比为1 2 5 p l 2 0 0 时，与对照污泥比较，最终c o d 去除率 可提高2 1 0 ，达到8 5 左右，污泥指数可8 0 左右降到5 0 左右，污泥的絮凝性可由 5 0 左右提高达到6 8 左右。 关键词：产絮凝剂微生物；生物强化：模拟生活污水；c o d 去除率；污泥指数；污泥絮 凝性； l 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d y o na u g m e n t a t a t i o nt r e a t m e n to fd o m e s t i cs e w a g eb y b i o n o c c u l a n t p r o d u c i n gm i c r o b e s a bs t r a c t b i o 孤l g m e n t a t i o nt e c h n o l o 影i st l l em e t h o d so fa d d i n gas p e c i f i cf 蛐c t i o nm i c r o b i a lo r n 嘶e n t so rs i m i l a rs u b s t r a t e 蛐m c t u r es u b s t a i l c e si n t ob i o l o g i c a l 仃e a t r i l e n ts y s t e mt 0e n h 锄c e m i c r o b i a la c t i v 毋o ri i l d u c e “c r o b i a lt op r o d u c et 1 1 ec o 玎e s p o n d i n ge n z y m es y s t e m ，t l l e r e b y i m p r o v i i l g l ee f f e c t i v e l l e s so ft l l es y s t e mn e a t m e n t b i o a u g m e n t a t i o nt e c t m o l o g yu s e di i l s 删嗡g eb i o l o g i c a l 仃e a t m e n tp r o c e s s e sc 肌i m p r o v es e w a g en e a t m e n te f ! e e c t i v e i l e s s ，i 1 1 1 p r 0 v e t h ep e r f o n i l a n c eo fs l u d g e 锄dr e d u c es l u d g e o u u r r e n t l y ，t h et e c l i l i c a lr e s e a r c h m a i l l l y c o n c e n n a t e do ns c r e e i l i 】昭a n ds ) r i l 也e s i z i n gt l l ee 腩c t i v 蚰e s sm i c r o b i a li i l ( ) c u l u m s 晰t l l d e 删i o na c t i n ga g a i l l s tq u a l 时o fs 明，a g e 锄di n c r e a s es y s t e m sb i o m 弱s 锄d s t r e n g t l l e nt l l e d i s p o s a lo fs p e c i f i cp o l l u t a i l t s ，t l l e r e b yi m p r o v i i 培s y s t e mp e r f o 咖a n c e t h e r e f o r e ，s c r e e m n g e 归f e c t i v eb a c t e r i aa l l ds y n t l l e s i z i n gt l l ee f j f e c t i v e n e s sm i c r o b i a li i l o c u l 啪sa c t l i e v e 趾e 仿c i e n t s 剀忸g e 拄e a n n e n _ t ，l o w - c o s ta c c e s st 0r e n e w a _ b l ew a t e f ，i i l l p r o v e m e n to fs l u d g ep e r f o 肌锄c ei s 位s i 鲥f i c a i l c eo f t h j si s s u e a 9a n dc 3w e r ep r e s e r v a t i o nb i o f l o c c u l a n t - p r o d u c i n gi i l i c r o b e so fl a b o r a t 0 d rf ；醒 e i i r 0 姗e n t a l e n g i i l e e r i n g i n s t i t i l ti nn o m l e s t e m u i l i v e r s i t ) r a i i l m i i l g a tt l l e b i o f l o c c u l a m p r o d u c i n gm i c r o b e s ( a 9 砒l dc 3 ) 锄dm i x t u r eo ft l 豫m ，t 1 1 es u 场e c tm a d ea1 0 to f r e s e a r c h 、 的r k ，n l ef i r s ts 乇a g e f i r s t ，t h e ( 1 0 m e s t i c a t i o no fs i r 喀l eb i o n o c c u l a r l t - p r o d u c i n gm i c r o b e s 赳l d m i x t u r eo ft l l e mi i lu s eo fs ) r i l n l e t i cd o m e s t i cs e 、a g e 弱c u l t u r em e d i u mw a ss t u d i e db yt l l i s e x p e r i m e n t b e c a l 卫沿o ft l l es y i 曲l e t i cd o m e s t i cs e 、a g ec o m p o n e n t s 、e r er e l a t i v e l yf i x e d e a s i e re x p l o r a t i n gt 量l er e g m a t i o i l m e r e f o r e ，w eu s e ds y l l m e t i cd o m e s t i cs e 、v a g et 0s 砌y t h e r e s u l t ss h o w e dt l l a tb o ms i n g l eb i o n o c c u l a n t - p r o d l l c i i l gm i c m b e sc a nu s en 圮m a t e r i a lo f s y n t h e t i cd o m e s t i cs e w a g e 雒n u m e n t s a n ds e c r e tm i c r o b e sn o c c u l 觚t 1 1 1 ek a o l i i ls u s p e n s i o n n o c c u l a t i o nr a t eo fm b f c 3 、a s8 5 2 ，w 1 1 i l et l l el 【a o l i ns u s p e l l s i o nf l o c c u l a t i o nr a t eo f m b f a 9 懈9 3 4 w i ms y n t h e t i cd o m e s t i cs e w a g en u t r i e n t st 0b eu s e d ，1 kc o do f s y l l m e t i c d o m e s t i c s e w a g e d e c r e a s e d s i g i l i f i c a n t l y s e c o n d l y ，m e e f f e c to f s i n g l e b i o f l o c c u l 锄t p r o d u c i n gm i c r o b e sa n d1 1 1 i x t u r eo ft h e ma u g m e 删i o n 仃e a n n e n to fs ) ，i 】m e t i c d o m e s t i cs e w a g ew e r es t u d i e d ，u s i n gr e m o v a lr a t eo fc h e m i c a lo x y g e nd e m 越l d ，s l u d g ei n d e x 锄df l o c c u l a b i l 畸o fa c t i v a t e ds l u d g es e t t i i l g 弱i n d e x ，n l er e s u bs h o w e dm a ts i n 百e b i o n o c c u l a i l t p r o d u c i n gm i c r o b e s 觚di i l i x t i 玳o f 侃釉a d d i n gi i l t 0a c t i v a t e ds l u d g ec a n s t r e n 舀h e nt h e 缸e 栅e n te f f e c t c o m p a r e dt om eu s eo fa c t i v a t i e ds l u d g eo l d y ，w 陆c hc a l l t i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t 证1 p r o v es y n 也e t i cd o m e s t i c w a g er e m o v a lo fc o d ，e i l l l a n c e d 1 ea c t i v a t e ds l u d g eo f f l o c c u l a t i o na n ds e d i m e n t a t i o n i i lt l l ep r o c e s so ft h i se x p e r i m e n t ，w e 咖d i e dm ep r o p o n i o no f t 1 1 et 、os i n g l eb i o n o c c u l 锄巾r o d u c i n gm i c r o b e sa j l dt l l e 锄o u n to fm i x t u r ee 仃e c t t h es e c o n ds t a g e t 1 1 em i x t u r eo ft w os i n g l eb i o n o c c u l a n t - p r o d u c i n gm i c r o b e sa d d i n g i n t om es h e l l y a l l gn o r t h e ms e w a g et r e a t m e n tp l a n ts l u d g ea i l ds h e n y 趾gs h e n s h u i w a n 、v a g e 仃e a 恤e n tp l 觚ts l u d g ea u 粤n e n t a t a t i o nn e 釉e n tc 锄p u ss e 、v a g ew e r e 咖d i e db yt l l i s e x p e r i m e n t t h ed o m e s t i c a t i o no fs l u d g e 锄dd i a e r e n tr e a c t i o nt i m e ，d i f f e r e n t d i s s o l v e d o x y g e nv a l u e s ，m e 锄o u 】no fm i x t u r eo ft 、) l ，0s i n g l eb i o n o c c u l a m - p r o d u c i i 堰m i c r o b e s 订e a 恤e n te f f e c t sw 够s m d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt l l a tm i ) 【n l r eo ft 、 ，o s i l l g l e b i o n o c c u l 锄t p r o d u c i n gm i c r o b e s 、v 硒a b l et 0u s et h ep o l l 蛐i i lt l 圮w a g e 弱n 嘶e n t st 0 d e g r a d e ，i n c r e a s e d 龇c o dr e m o v a l2 1 0 ，w h i l ee n h a n c e dm ea c t i v a t e ds l u d g eo f n o c c u l a t i o na i l ds e d i m e n t a t i o n t h r o u 曲l er e s u l t so ft l l ec o i l d i s i t i o ne x p 豳e n tc 锄et 0t l l e c o n c l l l s i o nn l a tm eb e s tr e a c t i o nt i m ew a sa b o u te i g h th o u r s ，m eb e s td i s s o l v e d0 x y g e n c o n c e n t r a t i o n w 嬲 3 5 4 m g l ， t l l eb e s t锄o u l l to fm i x t u r eo f 似r o s i n 甜e b i o n o c c u l a n t - p r o d u c i n gm i c r o b e sa n ds e w a g ep r o p o n i o n 、 ，a s1 2 5 0 1 2 0 0 u n d e rt h eb e s t c o n d i t i o n s ，t h ec o dr e i n o v a lm a ye v e n _ t i l a j i yi n c r e l s e2 一1o r e a c ha b o u t8 5 ，s l u d g e i n d e x c o u l d6 o ma r o u i l d8 0r e a c ha r o 邶【d5 0 ，t h en o c c u l a b i l 时o fa c t i v a t e ds l u d g ec o u l d 五o m a b o u t5 0 r e a c ha _ b o u t6 8 k e y w o r d s ：f l o c c u l a n t - p r o d u c i n gm i c r o b e ；b i o a u g m e n t a t i o n ；s y n t l l e t i cd o m e s t i cs e v 忸g e ； r e i n o v a lm t e o fc o d ；s l u d g ei n d e x ；n o c c u l a b i l i t ) ro fa c t i v a t e ds l u d g e 东北大学硕士学位论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 我国水资源现状l 1 2城市生活污水治理现状及存在的问题2 1 3 生物强化技术、应用方式、优点及应用4 1 3 1 生物强化技术4 1 3 2 生物强化技术的主要应用方式4 1 3 3 生物强化技术的优点5 1 3 4 国内外污水处理生物强化工艺的应用5 1 4 投菌活性污泥法微生物强化技术概述6 1 5 产絮凝剂微生物概述7 1 5 1 产絮凝剂微生物的研究背景7 1 5 2 产絮凝剂微生物的筛选8 1 5 3 微生物絮凝剂应用研究9 1 5 4 微生物絮凝剂的研究展望1 1 1 6 课题的研究内容、意义及试验方案设计。1 2 1 6 1 研究内容及意义l2 1 6 2 试验设计1 3 第二章实验材料与方法1 4 2 1 实验用仪器与药剂一1 4 2 1 1 实验用药剂1 4 2 1 2实验用仪器与设备1 5 2 2 菌种来源及培养基1 6 2 3 实验用模拟生活污水及实际废水1 7 2 4 实验用污泥17 2 5 实验测试项目与分析方法一1 7 第三章单菌种及混合菌剂的驯化及强化处理模拟生活污水的试验1 9 3 1 菌种驯化1 9 3 2 单菌种强化活性污泥处理模拟生活污水2 1 3 3 菌种接种比例对处理效果的影响2 1 3 4 混合菌剂用量对处理效果的影响2 2 3 5 小结2 3 东北大学硕士学位论文目录 第四章混合菌剂强化s b r 工艺处理校园污水的试验研究2 4 4 1 混合菌剂强化北部污泥处理校园污水的研究2 5 4 1 1 混合菌剂对活性污泥系统的加速启动2 5 4 1 2 菌剂用量对强化北部污泥处理校园污水的影响。2 8 4 1 3 溶解氧量对强化北部污泥处理校园污水的影响2 9 4 1 4 反应时间对强化北部污泥处理校园污水的影响3 l 4 2 混合菌剂强化沈水湾污泥处理校园污水的研究3 4 4 2 1 混合菌剂对活性污泥系统的加速启动3 4 4 2 2 菌剂用量对强化沈水湾污泥处理校园污水的影响3 7 4 2 3 溶解氧量对强化沈水湾污泥处理校园污水的影响3 8 4 2 4 反应时间对强化沈水湾污泥处理校园污水的影响4 0 4 3 小结4 3 第五章结论4 4 参考文献4 5 致谢4 9 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 我国水资源现状 第一章绪论 水是整个生物圈中重要的环境因素，地球上7 0 的表面为水所覆盖。几 乎所有的污染物，空中的和陆地的，都将通过降水和地表径流汇入江河湖海。 早在1 9 7 7 年联合国水资源会议上，科学家们就向全世界发出警告，世界在 石油危机之后的下一个危机就是水的危机。 我国是一个严重缺水的国家。淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球 水资源的6 ，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有 2 3 0 0 立方米，仅为世界平均水平的1 4 、美国的1 5 ，在世界上名列1 2 l 位， 是全球13 个人均水资源最贫乏的国家之一i l 】。扣除难以利用的洪水径流和散 布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为 1 10 0 0 亿立方米左右，人均可利用水资源量约为9 0 0 立方米，并且分布极不 均衡。到2 0 世纪末，全国6 0 0 多座城市中，已有4 0 0 多个城市存在供水不 足问题，其中比较严重的缺水城市达1 1 0 个，全国城市缺水总量为6 0 亿立 方米【2 1 。据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的污染，且有逐年 加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了 水资源短缺的矛盾，给我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而 且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的身体健康p j 。资源短缺主 要包括资源性短缺和污染性短缺1 4 】。 资源性短缺：我国水资源利用水平低下，水资源开发利用不平衡，地下 水开采过量，用水浪费严重，水资源利用效率较低。按国际上的通行标准， 人均拥有水资源2 0 0 0 立方米时为严重缺水边缘，人均有水1 0 0 0 立方米为起 码的要求线。到2 0 3 0 年，我国人口将达1 6 17 亿，以16 5 亿人计算，届时 我国人均水量为1 7 0 0 立方米。也就是说，从长期趋势看，我国是世界上人 均水资源严重缺乏的国家之一【5 】。 我国水资源时空分布严重不平衡。降水东南多、西北少，山区多、平原 少，雨量大致由东南向西北递减。东南沿海正常年份降雨量大于1 2 0 0 m m ，西 北广大地区少于2 0 0 m m 。水资源南北分布极不均衡，淮河流域及其以北地区 的国土面积占全国的6 3 5 ，淡水资源仅占全国总量的1 9 。降水年内分配 不均，冬春少雨，夏秋多雨，大部分地区6 0 8 0 降水量集中在夏秋汛期，利 东北大学硕士学位论文第一章绪论 用难度很大，非汛期又往往缺乏水量。另外，降水量的年际变化也大，丰水 年与枯水年的水量相差悬殊，致使旱涝灾害频繁发生。这种短缺将把我国的 人均可用水资源总量降低约1 4 0 立方米，将使我们在农业、工业和生活诸方 面用水的权衡上，处于更加艰难的境地。缺水和水资源分布的严重不平衡， 已成为制约我国社会经济进一步发展和人民生活不断改善的重要因素i 5 1 。 污染型缺水；在缺水的同时，我国水资源的污染十分严重。根据2 0 0 6 年全国环境统计公报，2 0 0 6 年，全国废水排放总量为5 3 6 8 亿吨，比上年增 加2 3 。其中，工业废水排放量2 4 0 2 亿吨，占废水排放总量的4 4 7 ，比 上年减少1 1 ：城镇生活污水排放量2 9 6 6 亿吨，占废水排放总量的5 5 3 ， 比上年增加5 8 。废水中化学需氧量排放量1 4 2 8 2 万吨，比上年增加1 0 。 其中，工业废水中化学需氧量排放量5 4 1 5 万吨，占化学需氧量排放总量的 3 7 9 ，比上年减少2 4 ；城镇生活污水中化学需氧量排放量8 8 6 7 万吨， 占化学需氧量排放总量的6 2 1 ，比上年增加3 2 。然而，我国废水处理率 低，大部分废水都未经处理而直接排入水体，构成水体污染。全国5 3 2 条河 流已有8 2 受到不同程度的污染，流经全国4 2 个大城市的4 4 条河流，己有 9 3 受到污染，其中污染严重的占7 9 。目前我国因污染而不能饮用的地表 水占全部监测水体的4 ，流经城市的河段中7 8 不适合作为饮用水源，5 0 的地下水受到污染，6 4 的人正在使用不合格的水源。因河流水质恶化导致 供水困难的情况日趋增加，超出了水体的自然净化能力。相对于资源性短缺， 污染型短缺引起的后果更为严重，水污染不仅加剧水资源的供需矛盾，危害 人类健康，而且破坏水生生态环境，污染土壤，给渔业、农业和旅游业等造 成巨大损失。会给人们的生产和生活带来一系列的不便。因此，我国2 1 世 纪在水资源可持续利用方面应把战略重点放在水污染的防治上【6 1 。 1 2 城市生活污水治理现状及存在的问题 根据2 0 0 6 年中国水环境公报，我国地表水资源环境不容乐观。2 0 0 6 年 全国地表水资源量2 4 3 5 8 亿立方米，折合径流深2 5 7 2 毫米，比常年值偏少 8 8 。生活污水排放量2 9 6 6 亿吨，占废水排放总量的5 5 3 。这些污水， 大部分没有经过有效处理直接排入江河湖泊之中，导致水环境受到不同程度 的污染。目前，我国水系水质的总体情况是：全国地表水总体水质属中度污 染。在国家环境监测网监测的7 4 5 个地表水监测断面中，i i i i 类，i v 、v 类， 的断面比例分别为4 0 、3 2 和2 8 。 地下水环境现状：从空间范围来看，城镇周围、排污河道两侧、地表污 染水体分布区及引污农灌区污染集中。地下水环境污染呈现出由点向面、由 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 城市向农村扩展的趋势。全国约有一半城市市区地下水污染比较严重，由污 染造成的缺水城市和地区日益增多。按照地下水质量标准( 国家标准 g b t 1 4 8 4 8 9 3 ) ，全国地下水资源有6 3 ( 按分布面积统计) 的地下水资源可 供直接饮用，17 需经适当处理后方可饮用，1 2 为不宜饮用但可作为工农业 供水水源，约8 的地下水资源不能直接利用，需经专门处理后才能利用【7 j 。 目前，全球性的水污染问题对人类的生存和经济发展构成了越来越严重的威 胁，防治水体恶化，保护水资源，走持续发展的道路已成为人类共同追求的 目标。由于人口的快速增加，污水的排放量与日俱增，从而使人类面临着更 加紧迫的水质型和水量性水资源不足的问题1 8 】。所以污水是宝贵的资源，为 实现污水的全部潜在价值，污水治理将成为首选，它是解决水资源短缺的一 条重要途径，近年来己受到缺水国家和地区的高度重视。在我国6 0 0 多个城 市中，3 0 0 多个是缺水的；3 2 个百万人口的城市中有3 0 个是水资源贫乏的。 可见，污水治理对国民经济增长和人类生存都具有非凡的意义【9 】。 生活污水是指人们日常生活过程中产生的各种废水的混合液。主要包括 厨房洗涤、浴池等排放的炊事、洗涤等废水及厕所的粪便污水。生活污水中 主要含有腐败的有机物、悬浮物、氟、磷、钾、氯化物、氨氮等污染物。生 活污水进入水体，通常造成水体有机污染，使河流c o d ，b o d 增高，氮磷等 元素则可造成水体富营养化现象。因此对生活污水主要控制c o d ，b o d 、氮磷 等指标。特别是近年来，各种洗涤剂进入家庭，使生活污水水质更为复杂， 其对环境的危害越来越大，生活污水若不处理直接排放，将严重污染自然水 体，危及人类的正常生活【i 。 城市生活污水处理设施是现代化城市经济发展和水资源保护不可缺少 的组成部分，城市生活污水处理厂在发达国家己有较成熟的经验。如德国、 英国、芬兰、荷兰等欧洲国家均已投巨资对因经济发展带来的城市生活污水 进行治理，日本、新加坡、美国、澳大利亚等国家也对城市生活污水处理给 予了较大投资】。建造城市污水处理厂是解决城市水污染的一条有效途径。 美国平均1 万人拥有一座污水处理厂，英国和德国每7 0 0 0 8 0 0 0 人有一座污 水处理厂，而我国城市每l5 0 万人左右才拥有一座污水处理厂，而且还存在 污水处理厂建设有效投资利用率及处理出水达标率低等问题。国外城市都在 为污水处理普及率达到1 0 0 而努力，而我国的城市生活污水处理率仅为2 0 左右【1 2 】。我国的污水处理设施建设相对于发达国家还十分落后。截至2 0 0 4 年底，全国共有3 6 4 个城市建有污水处理厂6 3 7 座，处理能力达到5 7 7 8 万 m 3 d 【13 1 。 为了控制水体的有机污染，世界经济发达国家普遍采用污水二级处理系 统，尤以活性污泥法的应用最广泛，如美国约有污水处理厂2 2 0 0 0 余座，7 0 东北大学硕士学位论文第一章绪论 以上的处理厂是二级生物处理或部分生物处理：英国共有污水处理厂3 0 0 0 余 座，几乎全部是二级生物处理厂：日本有城市污水处理厂6 0 0 余座，村镇污 水处理厂2 0 0 0 余座，其中二级处理厂和高级处理厂占9 5 以上：瑞典人口不 多，都有l5 0 0 余座城市污水处理厂，其中9 5 以上是二级生物处理。这些国 家的实践经验表明，大力兴建二级生物处理厂，对改善水体污染起了很大的 作用，如美国上千条河流的水质有了明显的改善。日本国不符合环境标准的 水域己下降到不足o 1 ：欧洲莱茵河流域经过长期的努力，将流域范围内的 污染源进行二级生物处理，污染总量大大减少，其中有机污染已基本得到了 控制，使得大部分河段的水质明显改善，鱼类复生：英国的泰晤士河绝迹了 一百多年的鱼群又复出现【i4 1 。由此说明，许多经济发达国家目前污水二级生 物处理已相当普及，使得水体的污染状况得到了很好改善。 1 3 生物强化技术、应用方式、优点及应用 1 3 1 生物强化技术 生物强化技术是指为提高处理系统的处理能力，向该污染治理体系中投 加菌种从而实现对目标污染物高效去除的方法。其中，选用的菌种可以是从 自然界中筛选的高效菌种，也可以是通过基因工程技术得到的有降解能力的 基因工程菌投加菌一般是通过直接生物降解作用、与污染治理体系中原有 的细菌共代谢作用来完成对目标污染物的去除。与传统生物处理工艺相比， 生物强化技术可有效提高对有毒、有害物的去除效果，改善污泥性能，加快 系统启动，增强系统稳定性、提高耐负荷冲击能力等。由于在系统中加人了 高效菌和基团，使生物强化技术扩展了以往生物降解技术降解底物的范围， 并显现出对有毒、有害物质的高效降解性能，因此成为环境污染治理领域中 的热点f l6 1 。 1 3 2 生物强化技术的主要应用方式 生物强化技术的应用方式主要包括直接投加特效降解微生物或共代谢基 质类物质、生物强化制剂和固定化生物强化技术三种。 1 3 2 1 直接投加特效降解微生物或共代谢基质类物质 直接投加特效降解微生物是生物强化技术应用最为普遍的方式之一，这 种特效微生物经过筛选、培养、驯化之后，投入到废水中，以目标污染物为 唯一碳源和能源，废水中的微生物可以附着在载体上，形成高效生物膜或以 游离的状态存在。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 投加生物共代谢基质及辅助营养物质主要是为了去除一些难降解的有机 物，对于一些难降解的有机物，微生物并不以其为碳源，而以甲烷、丙烷、 甲苯、酚、氨和一氯苯氧基乙酸等为原始底物，微生物降解这类底物之后， 产生的氧化酶改变了目标污染物的结构，从而达到降解目标污染物的目的。 这个过程被称为生物共代谢作用。 1 3 2 2 引入生物强化制剂 生物强化制剂是将从自然界中筛选出来的、有特定降解功能的细菌制成 菌液制剂或将其附着在麦麸上制成千粉制剂，用于处理城市污水。生物强化 制剂具有很多优点：第一，它能缩短微生物培养驯化的时间，迅速提高生物 处理系统中微生物的浓度，从而提高工作效率；第二，使用安全，操作简单 方便，可以实时地处理污染，从而节省能源。城市废水中含有大量的碳水化 合物及含氮、磷的有机物，为生物强化微生物提供了丰富的营养物质。用特 效生物强化制剂处理城市废水，可以显著提高有机物的去除率，以及减少固 体物质的产生、增强硝化作用，提高污水脱氮脱磷效果。 1 3 2 3 固定化生物强化技术 直接投菌法虽然简单易行，但是所投加的特效微生物容易流失，或易被 其他微生物吞噬。固定化技术是将单一或混合的优势菌株固定封闭在特定的 载体上，例如将特定的微生物封闭在高分子网络载体内，使菌体脱落少、活 性高，从而提高优势微生物浓度，增加了其在生物处理器中的存留时间【1 7 j 。 1 3 3 生物强化技术的优点 生物强化技术在污染治理中的应用研究十分广泛，己在生物处理中显示 出巨大的优越性，主要体现在：( 1 ) 提高对目标污染物的去除效果，改善出 水水质；( 2 ) 改善污泥性能，增强污泥活性，减少污泥生成量；( 3 ) 提高了抗 负荷冲击能力和系统稳定性；( 4 ) 与其他生物修复技术相结合，提高了运转效 率。 1 3 4 国内外污水处理生物强化工艺的应用 1 3 4 1 投菌活性污泥法 利用筛选、驯化出具有特异优势菌种制成菌悬液投入到曝气池，使曝气 池混合液内特定细菌处于最佳活性状态，提高处理效果。上海微生物研究所 用自养性排硫杆菌为主体的特异降解菌，采用两段生物氧化法处理硫氰酸钠 废水，使硫酸钠的去除负荷提高2 4 倍，明显提高废水处理效果。厌氧一缺 氧一好氧( a 2 o 工艺) 技术是日前较为流行的具有代表性的生物脱氮除磷技 术。研究发现在回流污泥中加入一种能够反硝化、除磷的细菌( d p b ) ，可有 东北大学硕士学位论文第一章绪论 效的脱氮除磷，h u n g 等用曝气塘污泥生物强化技术处理马铃薯废水，使t o c 去除率达到9 8 。 1 3 4 2 固定化微生物技术 利用固定化技术可有目的筛选一些优势菌种，将其固定在载体上以提高 反应器内原微生物浓度，有利于反应后的固液分离，缩短了处理时间，产泥 量少。v i k o v a 等利用固定化放线土壤杆菌降解除草剂，降解速率比游离细菌 快。还有将驯化、培养的优势菌种制成生物膜，用于反应器中( 生物转盘等) 处理废水，有很好的治污效果。l i v i n g s t o n 等研究了膜生物反应器，用于处 理含芳香族化合物的废水，处理含酚浓度为10 0 0m g l 的废水，结果表明： 当h r t 为1 9h 和6 h 时，酚的去除率为6 5 和9 8 5 。s a r a v a n a n e 等用生 物床如：生物流化床、升流式厌氧污泥床，使生物强化剂附着在载体( 砂砾、 颗粒污泥) 上，减少了茵体的流失，稳定了系统。p a t u r e a u 用埋植于褐藻酸 盐球中的好氧脱氮菌进行生物强化去磷化物污泥，实验在s b r 反应器中进行。 在曝气阶段的头一个小时连续加入碳，同时连续加入1 0 的好氧脱氮菌，氨 和亚硝酸盐氧化菌及絮凝结构得到了明显改善，埋植于褐藻酸盐球中的好氧 脱氮菌提高了好氧脱氮过程和菌种存活时间。为了提高固定化细胞的机械 强度，有人对载体包埋微生物的技术进行了改进，采用p v a 2 硼酸包埋固定 法，包埋固定a o 生物脱氮系统中经驯化过的硝化污泥，制成固定化硝化细 菌颗粒，结果表明，固定化硝化菌的呼吸性能提高4 0 倍，当颗粒填充率为 4 时，氨氮去除率可达9 9 以上l l7 。 1 4 投菌活性污泥法微生物强化技术概述 利用筛选、驯化出具有特异优势菌种制成菌悬液投入到曝气池，使曝气 池混合液内特定细菌处于最佳活性状态，提高处理效果。所谓的优势菌种是 用生物技术筛选出的对目标污染物具有高效降解和去除作用的菌株。使用此 项技术可以对污水进行高效处理，低成本地获得再生水。 此项技术的核心是优势菌株的筛选。通常城市污水处理厂的剩余污泥几 乎一概不加处理地用来处理各种工业废水，其运行初期一般仅仅进行驯化。 所谓的驯化是将原来不适于用来处理某种废水的微生物，使之在此种污染物 环境中逐渐适应，产生变异后，来承担处理这种污水的任务。因此常规的处 理技术往往表现的开工过程长，处理效率低等。其根本原因是在处理系统中 存在着大量的低效菌，甚至无效茵。它仍在废水处理过程中，而且会产生过 多的剩余污泥。优势菌技术与传统生物处理技术的最大不同就是污水处理系 统中的某些微生物是针对着被处理的污水中主要目标污染物人工投加的。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 优势菌的筛选首先是从污染源中获得大量的菌株并从中挑选出针对某一 污染物降解能力最强的菌株进行人工培养、扩大，然后再投入处理此种污水 的微生物体系中，使之达到一定的浓度：由于被投放到系统中的高效菌可以 最大限度地利用目标污染物，因此可以表现出被处理污水中污染物的高去除 率，污水得到净化，达到排放标准或某种回用目的；而与此同时，高效菌生 长繁殖，在处理系统中占据优势，使得高去除率得以实现【l 7 1 。 1 5 产絮凝剂微生物概述 1 5 1 产絮凝剂微生物的研究背景 微生物絮凝剂是从微生物体或其分泌物提取、纯化而获得的一种天然、 可降解、安全、无毒、无二次污染的新型水处理剂。微生物絮凝剂絮凝范围 广、絮凝效果好，而且作用条件粗放，大多不受离子强度、p h 值