李勤生

人造生物膜
——強(qiáng)化污水處理及污泥減量新技術(shù)及應(yīng)用

李勤生

概 述

武漢益生泉生物科技開發(fā)有限責(zé)任公司研發(fā)的人造生物膜是以生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)，利用微生物對有機(jī)污染的降解和對氨氮、磷等的轉(zhuǎn)化作用，將其細(xì)胞固定在適當(dāng)載體上，制備成不同功能和劑型的產(chǎn)品，結(jié)合相關(guān)配套措施，凈化污水，除磷、脫氮，回用資源，實現(xiàn)污水處理從源頭上削減污泥量。

該產(chǎn)品的特點是在水體中不流失、安全、高效、長效，在高濃度畜禽養(yǎng)殖及屠宰廢水、城市黑臭水體、市政污水處理以及富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)和養(yǎng)殖水體凈化中得到應(yīng)用，并取得了良好的效果。該技術(shù)成果經(jīng)湖北省科技廳組織的專家鑒定，達(dá)到國際先進(jìn)水平。近期該技術(shù)入選2015年科技部、環(huán)境保護(hù)部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部聯(lián)合發(fā)布的《節(jié)水治污水生態(tài)修復(fù)先進(jìn)適用技術(shù)指導(dǎo)目錄》。

技術(shù)特點及優(yōu)勢

（1）不流失、高效、長效。該產(chǎn)品具有可重復(fù)使用、不為其他生物所吞噬等特點，在污染水環(huán)境治理和凈化中獨具優(yōu)勢，可高效去除污水中的COD、磷和氨氮，提高污水凈化效率。

（2）劑型多樣，應(yīng)用范圍廣泛?，F(xiàn)有膜片型、顆粒型和微囊型等3種基本劑型和“人造生物膜漂浮懸掛式裝置” 實用新型專利，可根據(jù)需要選擇或配合使用；人造生物膜可用于流動水體和底質(zhì)治理，也可與不同類型的水處理設(shè)備組裝配套使用；針對不同治理對象的特點，可以用不同的菌株組裝，應(yīng)用范圍廣泛。

（3）抗逆性強(qiáng)。人造生物膜有較強(qiáng)的抗逆性，可用于制藥、制革等處理難度較大的廢水治理。

（4）投資省，對周邊環(huán)境影響小。對黑臭水體、富營養(yǎng)化水體實行原位生態(tài)修復(fù)，可節(jié)省大量基建投資，對周邊環(huán)境無不良影響。隨著污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，大量污水處理廠都有升級改造的需要，應(yīng)用人造生物膜無需增添構(gòu)筑物，還可以在不停產(chǎn)的條件下進(jìn)行改造。

（5）從源頭削減污泥量。從養(yǎng)豬污水處理示范工程運行4年多情況看，利用該技術(shù)處理養(yǎng)豬污水，實現(xiàn)了無污泥排放；利用該技術(shù)處理酵母發(fā)酵廢水，經(jīng)過連續(xù)4個月的運行觀察，實現(xiàn)了污泥零排放；該技術(shù)在市政污水污泥減量試驗中也取得顯著成效。

（6）資源回收利用。應(yīng)用人造生物膜成功削減了高濃度有機(jī)污水中的磷和氨氮，實現(xiàn)了污水凈化后回用，氮、磷資源回收。

創(chuàng)新點

（1）生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新。突破常規(guī)固定化技術(shù)障礙，將高效微生物高密度固定在適宜載體上，實現(xiàn)了生產(chǎn)技術(shù)和工藝創(chuàng)新，可以工業(yè)化生產(chǎn)。

（2）應(yīng)用方法和功能的創(chuàng)新。產(chǎn)品不流失、安全、高效、長效、抗逆性強(qiáng)，在流動水體、底質(zhì)和有生物毒性的制藥廢水和污染嚴(yán)重水體中也可應(yīng)用?！叭嗽焐锬て覓焓窖b置”實現(xiàn)了生物降解和光催化氧化雙重功能的創(chuàng)新，使用簡便。

（3）建立養(yǎng)豬污水處理新工藝。以人造生物膜為核心技術(shù)與配套措施集成養(yǎng)豬污水處理新技術(shù)、新工藝，該工藝流程簡約，能節(jié)省基建投資，節(jié)省能耗約30%，同時實現(xiàn)污水資源化，促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

（4）從源頭上削減污泥量。人造生物膜處理高濃度有機(jī)廢水污泥產(chǎn)量可忽略不計，養(yǎng)豬污水處理過程中無污泥排放。

（5）人造生物膜是生物除磷及磷資源回收的新途徑。

應(yīng)用案例

案例1：養(yǎng)豬污水處理新工藝

利用人造生物膜技術(shù)建立了養(yǎng)豬污水處理新工藝，在養(yǎng)豬場污水凈化過程中人造生物膜啟動快，不需要掛膜培育時間；可高效去除COD、除磷和脫氮；養(yǎng)豬污水經(jīng)處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)后可回用，無臭氣，無污泥排放；污水中的氮、磷資源和凈化水回收可用于農(nóng)田、果樹，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；該凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡約、經(jīng)濟(jì)、實用，便于管理，運行費用低。

案例2：家禽暫養(yǎng)和屠宰廢水處理

我國南方X市的家禽市場暫養(yǎng)有雞、鵝、鴨等家禽，并有屠宰車間，原有污水處理設(shè)施處理量僅150t/d，而今污水量達(dá)到450～500t/d。在原有設(shè)施基礎(chǔ)上，采用人造生物膜強(qiáng)化污水處理措施，大幅度降低了其中的COD、BOD、氨氮、動植物油和大腸菌群等污染物指標(biāo)，達(dá)到了預(yù)期的處理目標(biāo)，既改造了原有設(shè)施，又增強(qiáng)了污水處理能力。

案例3：富營養(yǎng)化水體原位生態(tài)修復(fù)應(yīng)用

北京動物園的水源來自富營養(yǎng)化的長河，加之動物和人類活動，加重了水體的營養(yǎng)負(fù)荷，水體常年呈深綠色，經(jīng)常出現(xiàn)藻華暴發(fā)和異味。先后應(yīng)用人造生物膜治理大猩猩隔離溝和長渠區(qū)段后，實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)：治理區(qū)水體清澈見底，顯著提高了水體透明度，而對照區(qū)透明度很低；治理區(qū)沒有藻華形成，有效遏制了藻華暴發(fā)，而對照區(qū)藻華泛起；治理區(qū)與水質(zhì)檢測結(jié)果均優(yōu)于對照區(qū)，并無異常氣味，有效地改善了水質(zhì)，而對照區(qū)有藻類所致的不良?xì)馕丁?/p>

在動物園長渠流動水體和萬科建筑技術(shù)研究有限公司的試驗基地中應(yīng)用也取得了類似的效果，水質(zhì)保持較好的狀況。

案例4：制藥廢水嚴(yán)重污染黑臭水體治理

廣東X重點制藥廠，多年來的生產(chǎn)廢水未得到有效處理，嚴(yán)重污染了附近一小型湖泊，影響了周邊居民的生產(chǎn)和生活。污水、污泥中殘留大量抗菌素等生物毒性物質(zhì)，一般微生物制劑均被抑制。應(yīng)用人造生物膜后，污染水體中的COD由1850mg/L下降至30mg/L左右，氨氮下降了40%以上，pH值由12下降至7左右，提高了水體透明度，微生物出現(xiàn)，可以養(yǎng)魚。其應(yīng)用表明人造生物膜對生物毒性物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗逆性，并具有超長效和可重復(fù)使用的獨特優(yōu)勢。

案例5：市政污水處理及污泥減量

在以生活污水為主的小型污水處理廠中，加入人造生物膜后，凈化效率顯著提高，經(jīng)處理后的水質(zhì)透明度高，可以養(yǎng)魚，而且污泥很少。在市政污水處理廠試驗結(jié)果表明：人造生物膜可顯著削減剩余污泥量，其削減量隨人造生物膜用量增加而提高；人造生物膜的使用量僅為污水量的2%～5%，比一般填料的使用量少很多；人造生物膜施用簡便，可以與污水處理工藝相結(jié)合，從源頭上削減污泥量。只要將人造生物膜置于現(xiàn)有的裝置或設(shè)備中即可發(fā)揮作用，無需添加其他構(gòu)筑物，可節(jié)省基建費用。

案例6：人造生物膜在養(yǎng)殖水體凈化中應(yīng)用

高密度、集約化養(yǎng)殖水體中因投餌和動物排泄物對水體造成的有機(jī)污染也是嚴(yán)重的。應(yīng)用人造生物膜后，魚蝦養(yǎng)殖池底質(zhì)顯著改善，有效地轉(zhuǎn)化了氨氮、亞硝態(tài)氮等有害物質(zhì)，沒有黑臭現(xiàn)象，減少了病害，水質(zhì)清潔穩(wěn)定，效果良好。

案例7：發(fā)酵工業(yè)廢水處理及污泥減量

應(yīng)用人造生物膜處理高濃度發(fā)酵工業(yè)廢水，啟動速度快，去除效率高，污水的色度也有顯著的下降，不僅提高了處理效率，而且實現(xiàn)了污泥零排放。

推廣應(yīng)用前景

1.養(yǎng)殖污水處理

我國是養(yǎng)殖大國，養(yǎng)豬數(shù)量占全球的50%，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占全球的70%，是水環(huán)境污染的主要來源之一?，F(xiàn)在各級政府都在貫徹落實養(yǎng)殖污染防治條例，要求所有規(guī)?；B(yǎng)殖場處理污水，這是容量極大的市場?，F(xiàn)有技術(shù)處理養(yǎng)豬污水難以達(dá)標(biāo)，運行費用高，而且產(chǎn)生的污泥很多，而利用人造生物膜處理養(yǎng)豬污水，既實現(xiàn)了污水處理，又從源頭上削減了污泥量。

2.污染水環(huán)境生態(tài)修復(fù)

我國的淡水資源匱乏，江河湖海污染嚴(yán)重。人造生物膜專利技術(shù)適用于淡、海水環(huán)境，覆蓋面寬。應(yīng)用人造生物膜治理富營養(yǎng)化水體、黑臭水體以及淡、海水養(yǎng)殖環(huán)境都有良好效果?！端廴痉乐涡袆佑媱潯访鞔_要求限期消除黑臭水體、控制水體富營養(yǎng)化，這是巨大的社會需求。

3.從源頭上削減污泥量

污泥圍城是大多數(shù)城市普遍存在的環(huán)境問題。據(jù)統(tǒng)計全國現(xiàn)有5300座污水處理廠，每年有4000萬t左右污泥產(chǎn)生，污泥的處理費用高。預(yù)計到2020年每年污水處理廠產(chǎn)生的污泥將達(dá)到6000萬～9000萬t，現(xiàn)有的污泥處置方法都是在污泥產(chǎn)生之后才處理，而人造生物膜是從源頭上削減污泥量，具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。

4.現(xiàn)有污水處理廠的升級改造

污水處理的排放標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高，許多原建的污水處理廠都需要升級改造。據(jù)有關(guān)方面估算，升級改造需要投入的資金相當(dāng)于原建廠造價的50%～70%，如果采用人造生物膜技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行升級改造可以節(jié)省土建投資，提高其凈化效率，還可以在不停產(chǎn)條件下進(jìn)行改造。

5.促進(jìn)生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)是發(fā)展方向，人造生物膜產(chǎn)業(yè)化將促進(jìn)新興環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

李勤生，武漢益生泉生物科技開發(fā)有限責(zé)任公司，執(zhí)行董事）