生物墻處理重金屬、氨氮、COD、BOD和SS技術
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生物墻處理重金屬、氨氮、COD、BOD和SS技術
1 前言
生物墻概念：由生物填料組成的可過水的幕墻構成，生物填料上附著豐富、高效的好氧、乏氧、厭氧微生物，通過其強大的降解、吸附、過濾能力，高效去除COD、BOD、SS、氨氮、磷等污染物，使水質得到徹底凈化。
生物墻技術是運用生物方法工程化地對湖泊等地表水體營造高效降解清除污染物的構筑物，它具有截污、治污一體化的特殊作用，呈長條“墻”形分布在湖泊等水體中，故稱作“生物墻方法”。
2 人工濕地的凈化機理
人工濕地對廢水的處理綜合了物理、化學和生物的三種作用。濕地系統成熟后，填料表面和植物根系將由于大量微生物的生長而形成生物膜。廢水流經生物膜時，大量的SS被填料和植物根系阻擋截留，有機污染物則通過生物膜的吸收、同化及異化作用而被去除。濕地系統中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍的環境中依次出現好氧、缺氧、厭氧狀態，而且還可以通過硝化、反硝化作用將其除去，最后濕地系統更換填 料或收割栽種植物將污染物最終除去。
3 生物墻的治污原理
3.1 生物吸附作用
“匯澄生物墻”表面附著的大量微生物經過—系列生物化學作用使重金屬離子被微生物細胞吸附，這些作用包括絡合、鰲合、離子交換、吸附等。這些微生物從溶液中分離金屬離子的機理是胞外富集和沉淀、細胞表面吸附和絡合、胞內富集。
3.2 生物絮凝作用
“匯澄生物墻”表面的生物膜產生大量的生物絮凝劑，將重金屬充分絮集。生物絮凝劑一般由多糖、蛋白質、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物質構成，分子中的氨基和羥基等多種官能團，能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉淀。 根據目前研究，生物絮凝劑可與Cu2+, Hg2+, Ag+, Au2+等重金屬離子形成穩定鰲合物而沉淀下來。
4 生物墻的治污作用
4.1 去除有機物
生物墻具有巨大的活性生物接觸表面，并且有大量的微生物附著。生物墻表面生物膜在與污水的接觸過程中，通過對有機營養物的吸附、生物氧化等環節，對水體中的溶解性有機物進行降解。有機物一部分被微生物分解和轉化，最終形成各種代謝產物（C02, H20、礦化物等），并為微生物的生長和代謝提供能量；另一部分被微生物同化，形成新的微生物組分。生物膜及礦化物在生物墻表面不斷積累和脫落，為水底微生物、水生植物對水體的進一步生物凈化提供條件，最終高效去除水體中的有機物。由于生物墻微生物系統的高效性和完整性，對有機物的降解更充分，污泥產量少。
4.2 去除氨氮
“匯澄生物墻”具有高比表面積的三維結構，其中包括大量的纖維和疏松的孔隙，特殊的生物填料和高度發達的微生物在表層形成的微A/0環境，為硝化、反硝化作用的細菌群落繁殖以及藻類生長創造適宜的條件。污水中的氮主要以有機氮和氨氮的形式存在，在生物墻高效微生物的作用下，有機氮很容易轉化為氨氮。在好氧條件下，氨氮通過硝化細菌的作用轉化為亞硝態氮的N02和硝態氮的N03,接著，在厭氧條件下，no2-和No3-通過反硝化菌的作用轉化為氮氣逸到大氣中；同時，還有一部分氮被“匯澄生物墻”上的藻類吸收，而藻類又會被底棲動物及魚類食用，從而達到高效去除氮的目的。
4.3 去除磷
在生物墻水生態系統中，水體中磷可通過兩條途徑去除。一方面磷被細菌、藻類和水生植物吸收，細菌和藻類又被底棲動物或魚類所攝食，最后魚類的捕撈將磷從水中去除；另一方面，生物墻上的微生物洳高效聚磷菌過量攝取水體中的磷并將其同化為自身結構或轉化為穩定的礦化組織，隨著生物膜的剝落沉積在底泥中，通過底泥的清除把磷徹底從水中去除。
4.4 去除懸浮物
生物墻可以起到水力阻礙的作用，在布水器的協同作用下，使得生物墻一方面能夠營造平緩的水力環境；另一方面大大增加與水體的有效接觸，增加顆粒物與生物膜的接觸機會。水中的懸浮固體在與生物墻碰撞的過程中動能迅速下降，促使其充分沉降；同時由于生物墻表面的生物絮凝作用，使部分懸浮固體被吸附和攜帶并最終隨 生物膜脫落降至水底。這些固形物沉降至水底又可以成為微生物的附著載體。
5 生物墻實際應用
以富裕晨鳴紙業有限責任公司廢水深度處理的人工復合濕地為例。富裕晨鳴紙業有限責任公司晾黑龍江造紙廣）是全國34個大型制漿造紙企業之原屬省工業廳直屬國有企業。廠址位于齊齊哈爾市富裕縣城西，西臨嫩江。于1968年由輕工部投資建設，1976年投產，經過四次較大規模的技術改造，年漿紙綜合生產能力提高到8萬t，主要產品為精制牛皮紙系列等十二個品種。
工廠現有完整的主生產設施和輔助生產設施：造紙機8臺；170m3蒸煮鍋3座；產氣量65t/h 鍋爐1臺；35t/h鍋爐3臺；1臺3000kw及2臺6000kw發電機組，年發電量10000 x 104kW ? h以上；75t和100t堿回收爐各一座，年回收堿2.5x 104t；40000t/d污水二級生化處理廠一座；2004年富裕晨鳴紙業有限責任公司已建成處理量40000t/d的生化二級污水處理廠并投入運行。該污水處理廠的運行，目前雖能達到造紙廢水排放標準，但根據國家2008年頒發的《制漿造紙工業水污染物排放標準》（GB3544-2008要求，現有處理設施出水在2011年7月1日難以達到新的排放要求御《制漿造紙工業水污染物排放標準》；B3544-2008表2要求。但通過“生物墻人工復合濕地”對污處理站的水進行進一步處理后，其出水滿足《制漿造紙工業水污染物排放標準》 GB3544-2008。
6 結論
在采用復合型人工濕地中采用生物墻技術。對不同濃度的污染物均有著較好的去除效率。當入水濃度在70-400mg/L之間變動時，濕地的COD、SS去除率均在60%以上，NH3-N、TP的去除率在55%以上。當入水污染物濃度增加時，濕地的處理效率會有一定幅度的下降，當控制入水COD在100-150mg/L之間時，出水各項指標可以達到《國家污水綜合排放標準》中的一級B標準以上。
人工濕地中生物墻技術對污水的處理過程，是物理、化學及生物作用共同作用的結果。基質、植物、微生物是人工濕地發揮凈化作用的三個主要因素。在污水通過人工濕地的過程中，基質的吸附、過濾，植物的吸收、固定、轉化、代謝及濕地微生物的分解、利用、異化等過程綜合作用，互相關聯影響著最終的凈化效果。
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