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与各种物理、化学处理方法相比,生物方法因低成本高效率的特点依旧是最经济有效的处理方法。针对微污染水源水的水质特点,主要的生物处理方法有人工湿地、膜生物反应器、生物滤池、生物接触氧化法、固定化微生物、自养反硝化以及新型工艺等。
2.1 人工湿地
人工湿地(CW)是一种由土壤、人工介质、植物、微生物构成的污水处理系统,利用物理、化学、生物过程的协同作用实现污水的净化。近年来,人工湿地因具有高效率、低耗能、低成本的特点被广泛应用于生活污水、工业废水、农业废水等的处理。Huang等构建了3个地下流人工湿地用于进化微污染水,研究发现,3个人工湿地均能够实现一定的污染物去除能力并对水质波动有很好的适应能力。Yang等研究了人工湿地去除溶解有机碳(DOC)的性能,发现人工湿地可以将复杂的有机物降解为分子质量较低的有机物,但不能进一步转化为二氧化碳和水。此外,Wu等研究发现人工湿地用于处理低C/N的微污染水源水时,人工湿地中植物的根系分泌物可作为异养反硝化细菌的内源碳源。
2.2 膜生物反应器
膜生物反应器(MBR)是一种将膜分离单元与生物处理单元相结合而成的新型水处理技术,利用膜的特殊作用替代了传统生物处理工艺中的二沉池,从而减少构筑物的占地面积和污水处理成本,同时提高了污水处理效率和出水水质,有效实现了HRT和SRT的分离。Zhang等利用MBR去除微污染水源中的硝基苯和2,4,6-三氯苯酚时发现有机物的去除与MBR中生物量的积累密切相关,在较长的污泥停留时间和足够的生物量条件下,硝基苯和2,4,6-三氯苯酚的去除率均可超过90%。随着污水处理技术的不断发展,近年来许多新型MBR工艺相继出现。膜吸附生物反应器(MABR)比传统的MBR具有更高的有机物去除效率;移动床生物膜反应器(MBBR)与固定床生物膜反应器相比可以更好地保护微生物,水头损失更低,没有堵塞问题等;紫外膜生物反应器(UV–MBR)可以更有效地去除CODMn和UV254,提高有机物的生物降解性和去除率。
2.3 生物滤池
曝气生物滤池(BAF)是生物氧化处理技术中一种应用生物膜法的水处理工艺,主要依靠填料上生长的微生物,在充氧条件下,降解水体中有机物、氨氮等污染物质。Dong等评估了火山岩,陶粒和沸石作为生物曝气滤池(BAF)中的介质时对微污染水中氨氮和磷同时去除的性能,发现火山岩BAF更适合处理氨氮和磷含量低的微污染水。Xie等将火山灰颗粒作为BAF中的介质,在系统稳定运行后,出水氨氮和COD分别可以保持在0.3、3 mg/L以下。
2.4 生物接触氧化
生物接触氧化法(BCO)是一种利用载体上附着的生物膜进行废水净化的工艺,因具有高效节能、占地面积小、无需排泥等优点而得到广泛应用。Han等在同一BCO反应器中交替进行进水、搅拌、曝气、沉淀和出水,实现厌氧反应、缺氧反应和好氧反应,以处理低碳氮比的微污染水。在最佳运行条件下实现了污染物的快速去除,COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别达到72.45%、94.50%、83.38%和74.23%。
2.5 固定化微生物
固定化微生物技术是从固定化酶技术发展起来的,通过物理或化学的手段,将游离的微生物固定在限定的空间区域使其保持活性,并可反复利用的一项技术。因具有微生物密度高、反应速度快、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易、处理设备小型化等优点,被广泛应用于污水处理。瞿艳芝等将陶粒、功能化聚氨酯泡沫、阿科蔓柔性填料、人工水草等4种不同载体固定化菌种用于处理微污染河水,当用功能化聚氨酯泡沫固定微生物时实现了更高的污染物去除效率。Gan等使用聚氨酯泡沫固定的细菌通过反硝化处理硝酸盐微污染水,研究发现在最佳运行条件下,5 h内可完全去除硝酸盐,而没有亚硝酸盐积累。
2.6 自养反硝化
自养反硝化是某些特殊微生物可以利用无机碳源以单质硫、硫化物以及还原性含硫化合物为电子供体进行反硝化,因在脱氮过程中无需外加碳源、无出水二次污染、污泥产量少、运行成本低等优势逐渐被应用于处理微污染水体。Zhou等在生物滤池反应器中研究了基于硫的自养反硝化作用,发现与元素硫和硫化物相比硫代硫酸盐是更好的电子供体。Wang等使用硫代硫酸盐作为电子供体,在不增加外部碱度的情况下从微污染的地表水中去除硝酸盐,研究发现当进水硫氮比(S/N)为1.5时自养反硝化效率最高,而当S/N降低到1.2时硫代硫酸盐的利用率达到最高。
2.7 新型工艺
聚集生物系统(MBS)是一种由微生物液体、竹粉活性炭和水性聚氨酯凝胶以适当比例混合组成的立方颗粒,是一种先进的生物净水产品,在内部循环流化床反应器中MBS在20~30℃的温度和3~4 mg/L的溶解氧下显示出稳定有效的硝化性能。粉末活性碳膜生物反应器(PAC-MBR)利用PAC吸附和生物降解去除给水中的有机物,通过硝化作用消除氨氮,通过膜截留去除颗粒物。固定式生物滤池(I-BF)将固定化微生物技术与生物滤池相结合,使滤池中的微生物可以更好地适应环境干扰并保持稳定性。
3 结语
随着水处理技术的发展和科学技术的不断进步,对微污染水源水的处理要求将更加严格,越来越多的新型工艺也将应用于微污染水源水的处理,进一步提高水源水水质,减轻水体出现的微污染现象。与此同时,要继续加强环境监管力度,控制污染源,严格控制污水的排放,从源头上遏制微污染现象的出现。
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