生物工程技术在我国水资源保护中的应用_刘玲花

水资源保护◆2003年第5期基金项目:水利部科技创新重点项目(SCX2001-03)作者简介:刘玲花(1965—),女,山东莱西人,高级工程师,博士,从事水污染控制和水处理研究.生物工程技术在我国水资源保护中的应用刘玲花,周怀东,张燕(中国水利水电科学研究院水环境研究所,北京100038)摘要:根据生物工程技术的基本原理和技术类型,从3个方面介绍了生物工程技术在我国水资源保护中的具体应用,一是生物工程技术在污染源治理方面的应用,它是目前应用最广、最有效的水资源保护手段,包括传统的人工生物处理系统和天然生物处理系统;二是生物工程技术在水资源污染监测中的应用;三是受污染水体的生物修复。结合我国不同区域污染源的特征,提出了不同生物工程技术的应用方式和前景。分析了生物工程技术推广运用中存在的问题,对急需开发的核心技术问题进行了探讨。关键词:生物工程技术;水资源保护;生物处理;污染监测;生物修复中图分类号:X171文献标识码:A文章编号:1004-6933(2003)05-0009-031背景我国水资源存在短缺和污染严重两大问题,而水资源污染进一步加剧了水资源的短缺。根据1997年《中国水资源公报》,全国废污水排放总量为584亿m3,处理后达标排放率仅占24%,其余未经处理或尚未达标就排入江河或直接用于农田灌溉。在100000km的评价河段中,水质在Ⅳ类以上(GB3838—2002《地面水环境质量标准》)的河长仅占47%。全国湖泊有75%以上的水域,近岸海域有53%以上受到显著污染。根据全国118座大城市浅层地下水的调查,97.5%的城市受到不同程度的污染,其中40%的城市受到重度污染。为此,采取各种方法治理废水、保护水资源免受污染已成为我国需要解决的重要问题。生物治理技术由于具有投资省、费用少、消耗低、效果好、过程稳定、操作简便、无二次污染等优点,在水资源保护中起着举足轻重的作用。2基本原理和技术类型环境生物工程技术是用生物有机体(包括微生物和高等动物、植物等)、生物的代谢反应过程和生物合成产物(包括酶)对环境进行监测、评估、整治和修复的单一或综合性的现代化手段[1],涉及发酵工程、细胞工程、水处理工程、生态工程等各层次的生物工程和技术。有些学者将环境生物工程技术分为高、中、低3个层次。高层次是指以基因工程为主导的现代污染防治生物工程技术,如构建降解杀虫剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌,它为寻求快速有效防治污染的方法开辟了新途径。中层次是指传统的人工生物处理技术,如活性污泥法、生物膜法,及在新的理论和技术支撑下开发出的处理技术和工艺,如生物流化床、生物强化工艺等,它是目前环境污染治理的主要手段,仍在不断强化和改进。低层次是指利用天然处理系统进行废物处理的技术,如氧化塘、人工湿地等,投资运行费用低,易于管理。3个层次的技术没有重要与不重要之分,各种工艺和技术之间可能存在相互渗透和交叉应用的现象。3应用领域3.1在废水处理中的应用水资源的污染源有3类:点源、面源和内源。要保护水资源和水环境,使其免受污染,就必须对各种污染源加以控制和治理。对于不同地区不同的污染源,由于污水水质及当地情况各异,要因地制宜,采用不同的处理方式。3.1.1传统的人工生物处理系统点源污染的处理主要应用占地面积少、处理效率高的人工二级生物处理系统,即中层次的环境生物工程技术,活性污泥法是较常用的方法。但传统的活性污泥法流程复杂,基建费高,运行费也很可观[2],因此开发出了许多革新的生物处理技术,如废水厌氧处理,膜生物反应器等。我国开发的酸化水解与好氧生物处理串联的工·9·艺,已被证明是处理城市废水的经济有效的工艺。用厌氧条件下的酸化水解池作为好氧生物处理的预处理,可以显著提高悬浮物的去除率和废水中有机物的可生物处理性。该工艺具有运行费用低、剩余污泥少等优点。生物接触氧化是近年来应用较广的一类生物膜法。微生物附着生长在滤料上,同时加以人工曝气。这种方法的生物膜面积大,可以得到很高的生物浓度和有机负荷,避免活性污泥运行中经常遇到的污泥膨胀问题。膜生物反应器是生物处理技术与膜分离技术的组合。中空纤维膜孔径很小,对水起到超滤作用,膜将水中悬浮的活性污泥及凝胶物质与水分离。污泥浓度高,泥龄长,对难以生物降解的有机物有较好的处理效果。膜生物反应器的出水水质能达到生活杂用水水质标准,可用作冷却水、生活杂用水、景观用水等,因此,特别适用于缺水城市的污水回用工程。此外,还有许多二级生物处理系统,如氧化沟法、AB二段曝气法(即吸附絮凝-生物氧化法)、A-O流程(厌氧-好氧、缺氧-好氧)、A-A-O流程(厌氧-缺氧-好氧)等。在应用人工生物处理系统治理点源污染时,要充分考虑污水的水质、水量等特点,选用适宜的处理工艺,某些污水的处理可能需要几种工艺的组合才能达到处理要求。3.1