李勤生

人造生物膜
——强化污水处理及污泥减量新技术及应用

李勤生

概 述

武汉益生泉生物科技开发有限责任公司研发的人造生物膜是以生态学原理为指导，利用微生物对有机污染的降解和对氨氮、磷等的转化作用，将其细胞固定在适当载体上，制备成不同功能和剂型的产品，结合相关配套措施，净化污水，除磷、脱氮，回用资源，实现污水处理从源头上削减污泥量。

该产品的特点是在水体中不流失、安全、高效、长效，在高浓度畜禽养殖及屠宰废水、城市黑臭水体、市政污水处理以及富营养化水体生态修复和养殖水体净化中得到应用，并取得了良好的效果。该技术成果经湖北省科技厅组织的专家鉴定，达到国际先进水平。近期该技术入选2015年科技部、环境保护部、住房城乡建设部、水利部联合发布的《节水治污水生态修复先进适用技术指导目录》。

技术特点及优势

（1）不流失、高效、长效。该产品具有可重复使用、不为其他生物所吞噬等特点，在污染水环境治理和净化中独具优势，可高效去除污水中的COD、磷和氨氮，提高污水净化效率。

（2）剂型多样，应用范围广泛。现有膜片型、颗粒型和微囊型等3种基本剂型和“人造生物膜漂浮悬挂式装置” 实用新型专利，可根据需要选择或配合使用；人造生物膜可用于流动水体和底质治理，也可与不同类型的水处理设备组装配套使用；针对不同治理对象的特点，可以用不同的菌株组装，应用范围广泛。

（3）抗逆性强。人造生物膜有较强的抗逆性，可用于制药、制革等处理难度较大的废水治理。

（4）投资省，对周边环境影响小。对黑臭水体、富营养化水体实行原位生态修复，可节省大量基建投资，对周边环境无不良影响。随着污水处理排放标准的提高，大量污水处理厂都有升级改造的需要，应用人造生物膜无需增添构筑物，还可以在不停产的条件下进行改造。

（5）从源头削减污泥量。从养猪污水处理示范工程运行4年多情况看，利用该技术处理养猪污水，实现了无污泥排放；利用该技术处理酵母发酵废水，经过连续4个月的运行观察，实现了污泥零排放；该技术在市政污水污泥减量试验中也取得显著成效。

（6）资源回收利用。应用人造生物膜成功削减了高浓度有机污水中的磷和氨氮，实现了污水净化后回用，氮、磷资源回收。

创新点

（1）生产技术创新。突破常规固定化技术障碍，将高效微生物高密度固定在适宜载体上，实现了生产技术和工艺创新，可以工业化生产。

（2）应用方法和功能的创新。产品不流失、安全、高效、长效、抗逆性强，在流动水体、底质和有生物毒性的制药废水和污染严重水体中也可应用。“人造生物膜漂浮悬挂式装置”实现了生物降解和光催化氧化双重功能的创新，使用简便。

（3）建立养猪污水处理新工艺。以人造生物膜为核心技术与配套措施集成养猪污水处理新技术、新工艺，该工艺流程简约，能节省基建投资，节省能耗约30%，同时实现污水资源化，促进了循环经济的发展。

（4）从源头上削减污泥量。人造生物膜处理高浓度有机废水污泥产量可忽略不计，养猪污水处理过程中无污泥排放。

（5）人造生物膜是生物除磷及磷资源回收的新途径。

应用案例

案例1：养猪污水处理新工艺

利用人造生物膜技术建立了养猪污水处理新工艺，在养猪场污水净化过程中人造生物膜启动快，不需要挂膜培育时间；可高效去除COD、除磷和脱氮；养猪污水经处理水质达标后可回用，无臭气，无污泥排放；污水中的氮、磷资源和净化水回收可用于农田、果树，促进循环经济的发展；该净化系统结构简约、经济、实用，便于管理，运行费用低。

案例2：家禽暂养和屠宰废水处理

我国南方X市的家禽市场暂养有鸡、鹅、鸭等家禽，并有屠宰车间，原有污水处理设施处理量仅150t/d，而今污水量达到450～500t/d。在原有设施基础上，采用人造生物膜强化污水处理措施，大幅度降低了其中的COD、BOD、氨氮、动植物油和大肠菌群等污染物指标，达到了预期的处理目标，既改造了原有设施，又增强了污水处理能力。

案例3：富营养化水体原位生态修复应用

北京动物园的水源来自富营养化的长河，加之动物和人类活动，加重了水体的营养负荷，水体常年呈深绿色，经常出现藻华暴发和异味。先后应用人造生物膜治理大猩猩隔离沟和长渠区段后，实现了预期目标：治理区水体清澈见底，显著提高了水体透明度，而对照区透明度很低；治理区没有藻华形成，有效遏制了藻华暴发，而对照区藻华泛起；治理区与水质检测结果均优于对照区，并无异常气味，有效地改善了水质，而对照区有藻类所致的不良气味。

在动物园长渠流动水体和万科建筑技术研究有限公司的试验基地中应用也取得了类似的效果，水质保持较好的状况。

案例4：制药废水严重污染黑臭水体治理

广东X重点制药厂，多年来的生产废水未得到有效处理，严重污染了附近一小型湖泊，影响了周边居民的生产和生活。污水、污泥中残留大量抗菌素等生物毒性物质，一般微生物制剂均被抑制。应用人造生物膜后，污染水体中的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，提高了水体透明度，微生物出现，可以养鱼。其应用表明人造生物膜对生物毒性物质具有较强的抗逆性，并具有超长效和可重复使用的独特优势。

案例5：市政污水处理及污泥减量

在以生活污水为主的小型污水处理厂中，加入人造生物膜后，净化效率显著提高，经处理后的水质透明度高，可以养鱼，而且污泥很少。在市政污水处理厂试验结果表明：人造生物膜可显著削减剩余污泥量，其削减量随人造生物膜用量增加而提高；人造生物膜的使用量仅为污水量的2%～5%，比一般填料的使用量少很多；人造生物膜施用简便，可以与污水处理工艺相结合，从源头上削减污泥量。只要将人造生物膜置于现有的装置或设备中即可发挥作用，无需添加其他构筑物，可节省基建费用。

案例6：人造生物膜在养殖水体净化中应用

高密度、集约化养殖水体中因投饵和动物排泄物对水体造成的有机污染也是严重的。应用人造生物膜后，鱼虾养殖池底质显著改善，有效地转化了氨氮、亚硝态氮等有害物质，没有黑臭现象，减少了病害，水质清洁稳定，效果良好。

案例7：发酵工业废水处理及污泥减量

应用人造生物膜处理高浓度发酵工业废水，启动速度快，去除效率高，污水的色度也有显著的下降，不仅提高了处理效率，而且实现了污泥零排放。

推广应用前景

1.养殖污水处理

我国是养殖大国，养猪数量占全球的50%，水产养殖产量占全球的70%，是水环境污染的主要来源之一。现在各级政府都在贯彻落实养殖污染防治条例，要求所有规模化养殖场处理污水，这是容量极大的市场。现有技术处理养猪污水难以达标，运行费用高，而且产生的污泥很多，而利用人造生物膜处理养猪污水，既实现了污水处理，又从源头上削减了污泥量。

2.污染水环境生态修复

我国的淡水资源匮乏，江河湖海污染严重。人造生物膜专利技术适用于淡、海水环境，覆盖面宽。应用人造生物膜治理富营养化水体、黑臭水体以及淡、海水养殖环境都有良好效果。《水污染防治行动计划》明确要求限期消除黑臭水体、控制水体富营养化，这是巨大的社会需求。

3.从源头上削减污泥量

污泥围城是大多数城市普遍存在的环境问题。据统计全国现有5300座污水处理厂，每年有4000万t左右污泥产生，污泥的处理费用高。预计到2020年每年污水处理厂产生的污泥将达到6000万～9000万t，现有的污泥处置方法都是在污泥产生之后才处理，而人造生物膜是从源头上削减污泥量，具有良好的应用前景和经济效益。

4.现有污水处理厂的升级改造

污水处理的排放标准在不断提高，许多原建的污水处理厂都需要升级改造。据有关方面估算，升级改造需要投入的资金相当于原建厂造价的50%～70%，如果采用人造生物膜技术产品进行升级改造可以节省土建投资，提高其净化效率，还可以在不停产条件下进行改造。

5.促进生物环保产业的发展

生物环保产业是发展方向，人造生物膜产业化将促进新兴环保产业的发展。

李勤生，武汉益生泉生物科技开发有限责任公司，执行董事）