生物技术在难降解废水及污泥处理中的应用及展望

一、工业废水处理市场前景广阔

目前，我国造纸、化工、纺织、钢铁等产业的污水排放比重很大，其中工业废水是主要排放源，2015年，我国工业废水排放量已占全国污水排放总量的32.4%。同时，很多工业废水处理设施非正常运行，无证排污、偷排和超标排放情况十分严重。2012年陶氏发布的《中国渴求水资源》报告指出，中国工业水资源的重复利用率仅为25%。因此，排放量大、达标率低、回用率低均是我国工业污水排放所面临的严重问题。

工业废水成分复杂，以重金属、油类及有毒物为主，对环境及人体危害大，单一的处理技术手段难以有效解决，工业废水处理技术也亟需突破。

据统计，2014-2015年我国工业废水处理市场规模为1697亿元，但目前我国工业污染治理设施的社会化运营比例仅有5%左右，因此工业废水处理市场前景十分广阔。

二、物化预处理+微生物强化处理工艺

现有难降解工业废水处理技术包括化学法、物理法等，耐受冲击力差、生化效率低、耗时长、二次污染和残留严重且改造提升空间低。研究针对以上现有处理技术的缺点，开发了物化预处理+微生物强化处理工业废水技术路线，技术指标：在1T中试及1000T规模菌剂试验中，盐度适用范围0-18%，COD去除率>90%，色度去除>99%，盐度去除50%。同时降低基建投资70%，减少运维40%以上。

物化预处理+微生物强化处理工艺包括以下几项核心技术：

1.微生物多样性与菌种库建设

工艺通过筛选鉴定、菌种保藏、信息更新、菌种查找、菌种应用的流程建立了微生物多样性与菌种库，目前已拥有的菌种类别和数量如下表。

图片来源：北极星水处理网

2.功能菌群构建及群落解析

该工艺主要对功能菌群的结构和功能进行解析。解析结构的手段包括高通量测序、群落基因芯片、克隆、DGGE等。解析功能的手段包括宏基因组测序、功能基因芯片、HPLC、NMR等。

3.嗜盐菌筛选及高盐碱性污染治理

嗜盐菌筛选及高盐碱性污染治理是针对嗜盐菌生长慢、降解能力弱的问题而进行开发的突破嗜盐菌扩培的技术，技术可以实现快速生化反应以及快速挂膜。

4.高COD工业废水预处理技术

工业废水盐度高、有机物组分复杂、难生化处理，基于此，研究开发多种预处理技术以解决以上问题，包括电渗析装置、电渗析填料、选择性离子膜、活性菌落挂膜等。

5.生物菌剂及微生态营养制剂

微生态营养制剂是微生物菌剂经过发酵培养，其部分发酵产物经水解，再与不同营养物质配比而成，用于强化污水生化处理的添加剂。其组成包含孢子化功能菌(主要成分)，发酵代谢产物、蛋白质、生物酶、促生素等(促生成分)，氮、磷、其他微量元素(辅助成分)。微生态营养制剂可以增强细胞代谢强度，促进增殖，提高对毒性污染物氧化分解能力，提高系统抗冲击性和稳定性。不需较大硬件投入使系统的处理水质有明显提高。

以上5项技术的应用，使得物化预处理+微生物强化处理工艺与传统处理技术相比较，在运行成本、处理效率、管理难度等方面均有所改善，优劣对比如下表所示。

三、技术应用实例

1.氰化物废水(盐度0.6%)

针对天津8.12剧毒含氰废水，活性菌剂吨罐发酵24小时，按照菌浓1010个细胞/ml投入废水处理现场。低浓度含氰废水经20小时处理，获得93%的脱氰效率;高浓度事故废水在经过48h的处理，CN-降解率达98%。

2.颜料废水(盐度1%)

采用生化为主、物化为辅的组合工艺，在生物曝气池中填料负载丰富的功能菌群，废水COD降解率95.22%，处理时间3-4天后出水色度明显降低。

废水处理前后对比

3.超高COD化工废水(盐度5%)

通过理化参数检测、有机物组成分析、菌群构成分析等方法手段，全面解析某超高COD化工废水处理工艺过程，揭示当前工艺的不足，进一步对工艺优化提供基础性数据及指导。改善后的处理装置采用预处理-生物接触氧化技术对高盐碱化工废水(盐度5%，COD 117512mg/L)进行处理，废水最终COD≤5000 mg/L。

改进后实验室中试连续反应装置

改进后实验室中试连续反应装置

4.其他应用

该技术可以处理含盐废水、印染废水、化工废水等几十种高有机物、高毒、重污染废水，目前已为天津、河北、河南、山东及浙江多家工业企业提供技术服务。

四、难降解工业废水处理展望

未来，难降解工业废水处理应着力解决以下问题，以期得到更好的发展与进步。

1.投菌量增加与成本控制

2.高盐废水与污泥悬浮、菌剂絮凝性能

3.高盐抑制活性与营养剂调整

4.污泥回流与污泥性能维持、保藏

5.上下游工艺集成/活性污泥活性补充与压力缓冲

6.连续流加菌剂生产装置研发应用

7.工业废水中物质回收利用