生物接触氧化法处理工业废水的研究进展

生物接触氧化法对工业废水的治理具有重要意义。本文综述了生物接触氧化法在不同工业废水处理中的研究进展，对目前存在的问题进行了探讨，并展望了今后的发展趋势。
工业废水是指在工业生产过程中被排放出来的废水及废弃液，其中含有高浓度的挥发酚、氰化物、硫化物等剧毒物质、造成水体富营养化的有机类物质，以及污染土壤、农作物的重金属离子、无机类化合物、石油类等有毒有害污染物，若处理不充分，将会造成生态环境的污染，更甚者可能会危害人类健康。工业废水污染物种类繁多，成分复杂，处理方法和程度也不尽相同。目前，我国在废水处理中，生物接触氧化法是一种新兴的生物处理方法，具有应用范围广、运行成本低、效果稳定、出水水质好等特点而备受关注。它由于较好的处理效果，在工业废水处理方面的应用前景比较看好，得到了研究者的高度重视，有望成为工业废水处理的主要技术。
生物接触氧化法是生物膜法的一种，兼具活性污泥和生物膜两者的优点。相比于传统的活性污泥法及生物滤池法，它具有比表面积大、污泥浓度高、污泥龄长、氧利用率高、节省动力消耗、污泥产量少、运行费用低、设备易操作、易维修等工艺优点，在国内外得到广泛的研究与应用。本文重点介绍生物接触氧化法在不同工业废水处理中的研究现状，旨在对今后的发展与研究提供有益的参考。
1.生物接触氧化法处理工业废水的应用
1.1 处理造纸废水
造纸废水污染物多，排量大，是三大污染源之一。造纸废水的产出伴随着生产的各个阶段，通常分为三类：制浆废水、抄纸废水和在洗浆、筛选、漂白过程中产生的中段废水。制浆产生的废水污染最为严重，在洗浆过程产生的废水称为黑水，含有大量的纤维、无机盐和色素。漂白工序排出的造纸废水也含有大量的酸碱物质。抄纸机排出的造纸废水，称为白水，其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料，难降解，生化性差，一般处理工艺能耗较大，而且需要大量的化学试剂辅助处理。
制浆造纸废水浓度高、色泽深，由于其含有诸多难生物降解的物质，所以去除废水色度首先应破坏有机物的带色基团。通过兼氧、好氧生物接触氧化法对高浓度制浆造纸废水进行处理，可以将大分子有机物降解为低分子，通过兼氧菌水解破坏分子的有色基团，再利用好氧菌进一步氧化分解产物，可达到脱色、去除COD 的作用，出水水质稳定、良好，各项指标均符合国家排放标准，色度、SS、CODcr 去除率效果良好。
在OCC 废纸(美国11# 废纸)造纸废水处理时，由于废水的悬浮物质较多，溶解性有机物含量高，可生化性差，传统的方法并不完全适合于OCC 废纸造纸废水的处理，而生物接触氧化法处理OCC 废纸造纸废水具有较好的效果，其中的厌氧及兼氧菌可将溶解性有机物进行生物降解，同时还可以分解一部分悬浮物质，CODcr 去除率最高。如果它能和物理及化学处理方法结合使用，分段处理OCC 废纸造纸废水，先将悬浮物处理完全，再借助生物接触氧化法针对性地处理有机物及色度，将会收到更好的处理效果。
生物接触氧化法具有适应性强、占地面积小、耐冲击负荷、高效节能、运行管理方便等优点，被广泛应用于造纸废水的处理。但它主要应用于造纸废水处理的二级阶段，且工艺控制要求较高，因此要大力开发生物接触氧化法与物理、化学方法的联合使用，同时加强对工艺控制的研究。
1.2 处理化工废水
随着化工行业的快速发展，其产生的污水对环境的危害加剧。化工废水有如下五个基本特点：
(1)废水成分复杂，副产物多，反应原料多为环状类化合物或溶剂类物质。
(2)废水中的污染物含量高。
(3)有害有毒物质多，精细化工甚之。
(4)生物难降解物质多，可生化性差。
(5)废水的色度高。处理化工废水难度大，已经成为世界性难题。
苯胺类化合物作为有机化工原料和化工产品的一种，在生产过程中常会产生高浓度、含盐量大、酸碱性强、色泽深、生物毒性大的废水，严重污染环境。采用厌氧水解- 生物接触氧化法处理苯胺类化工废水，同时在生物接触氧化池中引入苯胺特效降解菌-STR-NiTRO，厌氧水解段能增强系统耐冲击负荷能力，并有效提高废水的可生化性；特效降解菌能有效去除废水中的苯胺。结果表明，厌氧水解- 生物接触氧化工艺对苯胺类化工废水具有很好的处理效果，COD、NH3-N、苯胺的去除率均显著增高，达到国家一级排放要求。
三羟甲基丙烷废水作为一类污染性高、难降解的有机废水，使用常规的生物法处理，成本较高，难以达到预期效果，现采用厌氧滤池+ 生物接触氧化工艺去除其废水中的污染物，结果显示，运行稳定，处理负荷高，处理后的污水CODcr显著降低，达到排放指标，有利于企业对污水处理的升级改造。
近年来，我国化工行业污染防治工作取得了较大进展，废水治理率、排放达标率逐年提升，但是废水排放达标率仍然不高，高效率、低成本的化工废水处理的新工艺、新技术成为目前研究的重点之一。由于化工行业的发展，废水的处理难度加大，将生物接触氧化法与其他方法结合使用，对于处理化工废水效果显著，是化工废水处理的主要发展方向。
1.3 处理印染废水
印染废水是指加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水。印染废水由染整工序中排出的助剂、燃料、浆料等组成。废水排出的燃料会造成水质色度加深，使水体可见度降低，不利于水体的自净，对水生生物和微生物造成影响。印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水。
在处理印染废水工艺中，如果设计不合理，将会使印染废水水质不断变化，导致退光、丝光等高浓度废水不断出现的现象。谢维等在充分利用现有设施的前提下，利用部分构筑物，采用水解酸化- 混凝- 生物接触氧化法的改进工艺，经过改造后，印染废水各项指标均得到优化，并实现部分回收利用。
目前，在处理印染废水中，利用缺氧水解进行预处理，再接好氧生物处理的工艺逐步被认可。生物接触氧化技术的设备的优化设计也是提高废水处理效果的一条可行路径，设计时应该注重处理器与废水的充分接触及反应。厌氧折流板反应器(ABR)的设计，促进了废水与反应器上的厌氧细菌的充分接触，用其结合水解- 生物接触氧化法处理印染废水，在ABR 的HRT(水力停留时间)为12h 的条件下，测定ABR 各格室及生物接触氧化池出水的色度、COD，结果表明，出水色度达到了纺织染整行业一级标准，出水COD达到了二级标准。
生物接触氧化法能高效地治理印染废水，但近年来由于化学纤维织物的发展，仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步，使PVA 浆料、人造丝碱解物、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水，为此应根据印染废水的特点，开发出适合此类废水处理、具有自身特点的好氧处理工艺- 生物接触氧化法。
1.4 处理制革废水
制革废水具有颜色深、悬浮物多、成分复杂等特点，有一定的毒性。它含有大量的蛋白质分解产物、脂肪、硫化物、氯化物、三价铬盐及燃料等，属于难处理的废水之一。生物接触氧化法作为一种好氧生物膜法，被广泛地应用于制革废水的处理中，处理后的废水还可以循环使用在水质要求不高的制革工段，进一步降低制革废水污染。
通过分析某皮革厂废水的特点，应改进废水处理系统。蒋胜涛等采用混凝沉淀- 活性污泥法- 生物接触氧化法对某皮革厂废水处理工艺进行了改进，方案实施及运行后，整个系统运行可靠、管理方便、工程费用低，从工艺上降低了污泥量，提升了耐冲击负荷，使得出水水质良好，是一种行之有效的方法。
针对制革废水生物降解速度慢且不彻底的特点，董宏宇采用酸化凝聚- 生物接触氧化法工艺处理制革污水，不仅降低了生物降解负荷，而且提高了生物代谢速度，使生化过程进行得更彻底。通过对制革废水物化、生化特性的分析，采用混凝+ 生物接触氧化+SBR 组合的工艺方案，对废水混凝沉淀特性和耐盐微生物特性及处理废水效能进行分析和经济性分析，生产性试验结果表明，组合工艺抗冲击性能良好且运行稳定，相比传统工艺的出水COD 和氨氮效能明显提高，对实际工程进行经济分析，运行成本明显较低，同时出水通过简单处理可部分回用。
单纯生物接触氧化法处理制革废水，需要较长的处理时间，在工艺生产中若与其他工艺方法结合使用将会大大减少处理时间，降低处理费用，但在这方面技术尚不成熟，是生物接触氧化技术应用在制革废水处理中今后的主要研究方向。
1.5 处理制药废水
制药工业废水主要包括抗生素生产废水、合成药物废水、中成药生产废水以及各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水，属于较难处理的高浓度有机废水之一。随着我国医药化工及保健品制造业的迅猛发展，在制药过程中排放出大量的有毒有害物质，严重危害人类健康，因此寻求工艺合理、管理方便且能最大程度地实现经济、环境、社会效益的工艺技术，是当务之急。
由于制药废水中常含有难降解且浓度高的有机物质，江西某药业公司采用生物接触氧化法处理制药废水并对其设计及运行情况进行观察，发现生物接触氧化法工艺配以高效填料，能高效处理废水、成本低、污泥产量少、易于操作和管理，具有良好的经济和社会效益。
抗生素类物质具有高活性、高结构稳定性和强亲脂性的特点，排放到环境中将会造成严重威胁，并且能诱发和传播多种环境抗生素抗性菌以及抗性基因。李文明利用水解酸化- 生物接触氧化法处理磷霉素钠废水，结果表明，水解酸化-接触氧化组合工艺可实现废水中COD、有机磷的较为高效的去除，去除率均达到80%以上。磷霉素制药废水抗药性的去除，主要发生在接触氧化反应器内，有机磷的去除在水解酸化反应器与接触氧化反应器内均有发生。
在制药工业废水的处理中，常常直接采用生物接触氧化法，或用厌氧消化、酸化作为预处理工序，再通过接触氧化法来处理土霉素、麦迪霉素、洁霉素、四环素等制药生产废水。对于抗生素类废水的处理，由于难以治理和工艺的复杂化，增加了前期处理费用，开发经济有效的生物接触氧化法或优化处理工艺便成为研究的重点。
2.结语
生物接触氧化法应用于工业废水处理有着较好的效果。但在应用生物接触氧化法时，由于技术要求比较苛刻，而且生产工艺环环相扣，一个细小环节的失控，将会使该工艺不能正常发挥效能，因此，对于操作技术与控制的研究解决显得尤为重要。
在使用生物接触氧化法处理废水中，最主要的难点在于填料挂膜与微生物的驯化及培养上。对于填料挂膜工艺如何更好地处理成为解决生物接触氧化技术的前期重点工作；另一方面要不断地驯化微生物，适应废水结构复杂的环境，做到既要降低水处理成本，又要提高水处理能力。由于不同的行业产生的废水的组成与含量都不相同，选择适合的生物接触氧化法便成为企业发展的前提。随着社会资源日益突出的短缺问题，对于未来废水处理工艺的发展，应该大力开发生物接触氧化法与其他技术的结合，在提高废水循环利用与废水中有用物质的回收率方面进行研究。