污水微生物治理技術(shù)研究
導(dǎo)讀：水質(zhì)惡化的水體中污染物難以降解的主要原因是環(huán)境體系中不存在或存在少量可降解污染物的微生物。
關(guān)鍵詞：微生物，環(huán)境保護(hù)，治理技術(shù)
1.微生物技術(shù)治理污染水體的可行性及依據(jù)
環(huán)境中的污染物有些是作為微生物生長(zhǎng)的能源和基質(zhì)，在微生物酶的作用下被礦化;有些則是在多種微生物的共同作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這個(gè)過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生中間產(chǎn)物。進(jìn)入水體的溶解性有機(jī)物，在有氧情況下被好氧微生物氧化分解，形成CO2、H02、N03-、P043-和S042-等無(wú)機(jī)物，水體得以凈化。不溶性固體有機(jī)物及死亡的生物體沉到水體底部，在底泥微生物作用下轉(zhuǎn)化成小分子的溶解性有機(jī)物進(jìn)入上層水體，也可被厭氧細(xì)菌轉(zhuǎn)化成甲烷和其他無(wú)機(jī)物。
水質(zhì)惡化的水體中污染物難以降解的主要原因是環(huán)境體系中不存在或存在少量可降解污染物的微生物。即使存在少量可降解污染物的微生物，也會(huì)由于競(jìng)爭(zhēng)和捕食作用等微生物的生態(tài)關(guān)系使其難以大量繁殖并發(fā)揮降解污染物的能力。水體的溫度、pH值、鹽度和溶解氧等外部環(huán)境條件不適的情況下也不利于微生物降解能力的發(fā)揮。加之在自然條件下微生物對(duì)水體的自凈速度是很慢的，必須采取人為的強(qiáng)化措施才能加快這一進(jìn)程。污染水體的微生物凈化技術(shù)，本質(zhì)上是利用微生物的新陳代謝能力及基因的多樣性，把污染物轉(zhuǎn)化成無(wú)污染的終產(chǎn)物，重新進(jìn)入生物地球化學(xué)循環(huán)中。同時(shí)，微生物的引入可以增加水中的生物多樣性，使水體的各級(jí)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定并保持平衡。
2.微生物技術(shù)的種類
微生物技術(shù)主要是利用微生物的代謝反應(yīng)過(guò)程和生物合成產(chǎn)物(包括酶)對(duì)污染環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、整治以及修復(fù)的單一或綜合性的現(xiàn)代化人工技術(shù)系統(tǒng)。它不僅包含了生物技術(shù)所有的特點(diǎn)，還融合了環(huán)境污染防治以及其他工程技術(shù)，目前己逐漸發(fā)展成為一種經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益俱佳的、能解決日益嚴(yán)重的(尤其是水污染)環(huán)境問(wèn)題的有效手段之一。。按照微生物的來(lái)源，主要分為接種微生物技術(shù)和培養(yǎng)土著微生物技術(shù)。
2.1接種微生物技術(shù)
這種技術(shù)適用于當(dāng)水體中污染物的降解菌很少甚至沒(méi)有，在現(xiàn)場(chǎng)富集培養(yǎng)降解菌存在一定難度時(shí)的情況。它是通過(guò)向水環(huán)境中引入菌種來(lái)實(shí)現(xiàn)的。發(fā)表。向水環(huán)境中引入的菌種既可以從待治理水體的土著微生物中富集而得，也可以從其它環(huán)境中分離得到，甚至可以使用基因工程菌。因此，按其來(lái)源可分為土著微生物、外來(lái)微生物和基因工程菌。CBS(集中式生物系統(tǒng))，為美國(guó)CBS公司的科學(xué)家開發(fā)研制，并得到廣泛應(yīng)用。CBS系統(tǒng)是一個(gè)良性循環(huán)的微生物生態(tài)系統(tǒng)。含有多個(gè)屬、幾十種具備各種功能的微生物，主要包括光合菌、乳酸菌、放線菌，酵母菌等構(gòu)成了功能強(qiáng)大的“菌團(tuán)”。采用CBS治理重慶桃花溪河、成都府南河和重慶府川河都取得了很好的效果。例如，我們應(yīng)用土著微生物培養(yǎng)液和BBL1菌液對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化人工景觀湖水進(jìn)行凈化試驗(yàn)，分別考察了曝氣、載體和底泥對(duì)凈化效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，含有生物促生劑的土著微生物培養(yǎng)液和BBLI菌劑均能降低水中的CODMn、氨氮、總磷和濁度。在有載體的狀態(tài)下，凈化作用更為顯著。底泥的存在強(qiáng)化了BBL1菌劑對(duì)氨氮的去除，去除率大于90%。又如，我們采用新型生物制劑Eclean治理北京動(dòng)物園富營(yíng)養(yǎng)化水體。試驗(yàn)結(jié)果表明，水體中的CODMn、TN、TP、濁度、葉綠素a和藻類濃度等各項(xiàng)指標(biāo)均有明顯下降，水質(zhì)明顯改善，藻類生長(zhǎng)基本得到控制。應(yīng)用優(yōu)勢(shì)菌劑處理城市湖泊水的試驗(yàn)表明，投加光合菌、硝化菌、復(fù)合菌的混合液對(duì)水中的濁度、葉綠素a有明顯的去除效果，投菌后的第8d對(duì)濁度的去除率就達(dá)到了88%。水體中存在一些有益微生物菌群(EM菌)，包括光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌、芽抱桿菌、乳酸菌、枯草桿菌、放線菌和酵母菌等，對(duì)污染水體的治理是非常有效的。在使用EM菌處理南水塘藻型富營(yíng)養(yǎng)化源水的效果。在容器中按V(EM):V(源水)為1:10000的比例投加EM菌液并輔以低速間歇式曝氣處理8d-9d，藻類生物量得到明顯控制，葉綠素a、TN、TP及CODMn去除率分別達(dá)9.049%，45.25%，55.48%及8.237%，出水水質(zhì)接近國(guó)家地表VI類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。光合細(xì)菌可以通過(guò)光合作用，維持物質(zhì)循環(huán)，降解廢棄有毒物，起到凈化水質(zhì)的作用。例如從豬的污水池中分離得到一株紫色非硫菌株，此菌株通過(guò)光合作用能夠使污水池中不穩(wěn)定的有機(jī)化合物減少80%一93%，能夠顯著改善垃圾池的氣味。
近年來(lái)，隨著環(huán)境微生物技術(shù)的發(fā)展，基因工程菌(GEM)在污染水體的治理方面越發(fā)顯示出優(yōu)勢(shì)。構(gòu)建高效的基因工程菌可以顯著提高污染物的降解效率。同時(shí)，環(huán)境微生物尤其是細(xì)菌中的污染物降解基因、降解途徑等許多污染物降解機(jī)制的闡明為構(gòu)建具有高效降解性能的污染物降解基因工程菌提供了可能。
2.2培養(yǎng)土著微生物技術(shù)
這是一種污染水體的微生物強(qiáng)化治理技術(shù)，它通過(guò)向水體中投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、無(wú)毒表面活性劑、電子受體或共代謝基質(zhì)來(lái)激活水環(huán)境中本身具有降解污染物能力的微生物(即土著微生物)，充分發(fā)揮土著微生物對(duì)污染物的降解能力，從而達(dá)到水體修復(fù)的目的
2.2.1投加營(yíng)養(yǎng)物(激活劑)
生物激活劑一般是由礦物質(zhì)、有機(jī)酸、酶、維生素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)混合而成的天然復(fù)合品。例如采用生物激活劑Bio oxidator TM(Bo)和Nutra complex TM(NC)對(duì)上海植物園蘭室和牡丹園的湖水進(jìn)行治理。這兩種藥劑主要含有生物刺激劑、酶、氨基酸、腐植酸和尿素等成分。結(jié)果表明，施用生物激活劑BO和NC對(duì)水體COD、BOD、TP和濁度等均有明顯的去除效果，并可顯著提升水體溶解氧。
2.2.2投加表面活性劑
由于表面活性劑可以改變有機(jī)污染物的某些性質(zhì)，增加污染物與微生物細(xì)胞接觸的幾率，從而顯著提高一些污染物的生物降解速度。近年對(duì)表面活性劑的研究有加強(qiáng)的趨勢(shì)用吸附-浮選法去除工業(yè)廢水中的Cr6+和Zn2+。發(fā)表。向廢水投加針鐵礦和氫氧化鐵，吸附金屬離子，然后用生物表面活性劑脂肽-105和地衣素-A作為浮選劑進(jìn)行固液分離。加入表面活性劑可以減少吸附在非水相液體表面的細(xì)菌，使其在蔥中生長(zhǎng)。
2.2.3投加共代謝基質(zhì)或電子受體
在污染水體的治理過(guò)程中，共代謝途徑對(duì)于難降解有機(jī)物的生物降解也是非常重要的。在好氧條件下，利用葡萄糖誘導(dǎo)順式1，2-二氯乙烯的生物降解，其降解效率、降解速率都明顯高于厭氧條件，說(shuō)明葡萄糖誘導(dǎo)的共代謝過(guò)程發(fā)揮了決定性的作用另外，也有研究表明，腐殖酸和醒類物質(zhì)在有機(jī)物生物降解過(guò)程中，可起到電子受體的作用。在缺氧條件下，腐殖酸作為最終電子受體可作為三價(jià)鐵的鰲合劑，從而提高鐵離子的溶解度，強(qiáng)化水體底泥中苯的降解。
3.微生物技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
與物理和化學(xué)法相比，微生物技術(shù)具有一系列的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):(1)污染物的轉(zhuǎn)化過(guò)程不需要高溫、高壓，在溫和的條件下經(jīng)過(guò)酶催化即可高效并相對(duì)徹底完成。處理費(fèi)用低廉，僅為物理化學(xué)法的30%-50%。(2)微生物具有來(lái)源廣、易培養(yǎng)、繁殖快、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和易實(shí)現(xiàn)變異等特性，適當(dāng)?shù)貙?duì)其加以培養(yǎng)繁殖，特別是在一定條件下加以馴化，就能使之很好地適應(yīng)各種有毒的工業(yè)廢水、生活污水等環(huán)境。通過(guò)有針對(duì)性地對(duì)菌種進(jìn)行篩選、培養(yǎng)和馴化，可以使大多數(shù)的有機(jī)物實(shí)現(xiàn)生物降解處理，應(yīng)用面寬。(3)微生物處理不僅能去除有機(jī)物、病原體、有毒物質(zhì)，還能去除臭味、提高透明度、降低色度等，處理效果良好。(4)對(duì)環(huán)境影響小，不產(chǎn)生二次污染，遺留問(wèn)題少。(5)人類直接暴露在污染物下的機(jī)會(huì)減少。(6)就地處理，操作簡(jiǎn)便，可以避免鋪設(shè)不雅觀的機(jī)械設(shè)備。
4.微生物技術(shù)存在的問(wèn)題
雖然微生物技術(shù)在污染水體的治理中取得了良好的應(yīng)用效果，并具有廣泛的應(yīng)用前景，但在實(shí)際應(yīng)用中還有許多問(wèn)題有待解決。微生物技術(shù)一般在好氧條件下效果良好，在厭氧條件下效果往往不甚理想，如EM菌群在厭氧條件下對(duì)COD的去除不起促進(jìn)作用;在重金屬存在條件下，凈水微生物制劑對(duì)水體中COD的去除率隨著重金屬濃度的升高而逐漸減少等等。微生物技術(shù)在污水治理上的不穩(wěn)定性，一方面源于生活污水、工業(yè)廢水成分更復(fù)雜，有機(jī)質(zhì)種類及含量、微生物種群、溶氧條件、溫度等千差萬(wàn)別，有毒有害物質(zhì)如重金屬離子、苯系化合物、氰化物、偶氮染料等較多，另一方面缺少理論研究和指導(dǎo)，尤其是應(yīng)用生態(tài)學(xué)方面研究少。因此，研究人工投放的微生物在水體中的存活狀態(tài)、作用狀態(tài)、與土著微生物的相互作用關(guān)系等將有助于闡明微生物技術(shù)在污水治理上的應(yīng)用前景，并為進(jìn)一步的有效應(yīng)用提供指導(dǎo)。
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