鐘立通

（河源市清潔生產(chǎn)中心，廣東 河源 517000）

為實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自然環(huán)保之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，近年來(lái)，我國(guó)對(duì)于環(huán)保方面的投入不斷增加，旨在從最大程度上解決生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的威脅。其中，水污染治理為環(huán)保急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一，在工業(yè)廢水與生活污水總量持續(xù)增加的情況下，人們必須在原有基礎(chǔ)上對(duì)治理技術(shù)手段進(jìn)行更新，開(kāi)創(chuàng)新的治理模式。而生物技術(shù)作為現(xiàn)在應(yīng)用優(yōu)勢(shì)比較明顯的重要手段，對(duì)自然環(huán)境的影響比較小，可保證較高的治理效果，成為現(xiàn)在應(yīng)用研究的要點(diǎn)。

1 生物技術(shù)特點(diǎn)

生物技術(shù)即通過(guò)微生物、動(dòng)植物的生理活動(dòng)來(lái)對(duì)被污染的物質(zhì)進(jìn)行加工、處理以及修飾，并且會(huì)生產(chǎn)出益于環(huán)境的物質(zhì)，達(dá)到污染治理的效果。其有別于其他技術(shù)，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)更為成熟，取得更多成果。同時(shí)，基于生物技術(shù)在水污染治理中所具有的優(yōu)勢(shì)，人們對(duì)其的研究不斷深入。有更多新型理念與方法被提出，逐漸被應(yīng)用到實(shí)際處理中，該技術(shù)可以高效地治理工業(yè)、生活以及農(nóng)業(yè)等方面的水污染，利用其自身的降解與吸附能力，以較低成本來(lái)達(dá)到最為高效的處理效果[1]。但是從整體上來(lái)看，現(xiàn)在我國(guó)生物技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，雖然獲得一定成果，但是并不能很好地控制生物在外界因素影響下的凈化效率，還需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上做更進(jìn)一步的研究與優(yōu)化。

2 水污染治理可選生物技術(shù)

2.1 生物反應(yīng)器技術(shù)

生物反應(yīng)器技術(shù)在水污染治理中起到了良好的應(yīng)用效果，應(yīng)用新型生物膜反應(yīng)器，需要在內(nèi)部設(shè)置較大載體，為微生物的生長(zhǎng)提供保障，延長(zhǎng)微生物群落更換的時(shí)間期限，提高水污染處理效率。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)來(lái)講，應(yīng)用的本質(zhì)就是增加污染物與微生物之間的接觸時(shí)間，使其可以更高效地完成水中所含污染物的處理，確保微生物保持最高分解代謝能力[2]。就技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，雖然生物反應(yīng)器不斷推陳出新，但是因?yàn)椴僮鞣矫娴南拗疲鋵?shí)際處理并不能完全達(dá)到預(yù)期的效果。同時(shí)，生物反應(yīng)器制作成本較高，也會(huì)在較大程度上限制該技術(shù)的快速發(fā)展。

2.2 生物強(qiáng)化技術(shù)

生物技術(shù)在水污染治理中的作用已經(jīng)獲得了人們的認(rèn)同，但是想要完全通過(guò)此方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的水污染治理并不現(xiàn)實(shí)，僅僅向污水內(nèi)添加自然中的優(yōu)勢(shì)菌種并不能完全達(dá)到治理目的?；诖?，現(xiàn)在已經(jīng)不斷將菌落分解能力的強(qiáng)化技術(shù)作為研究要點(diǎn)，即對(duì)微生物進(jìn)行篩選培養(yǎng)，獲得最為符合的微生物種類。例如，現(xiàn)在比較常見(jiàn)的活性污泥法，可以對(duì)微生物進(jìn)行培養(yǎng)，提高污水處理效率。將生物強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用到污水治理中，能夠進(jìn)一步提高治理效果，并且不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何影響，實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。

2.3 固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)為一種先進(jìn)且成熟的水污染治理方法，對(duì)于已知菌群群體有著非常明顯的效果，對(duì)處理工廠廢水起到了至關(guān)重要的作用。固定化微生物技術(shù)的基本原理即將污染物質(zhì)從廢水中分離出來(lái)，達(dá)到良好的環(huán)保效果，工藝簡(jiǎn)單且成本較低?；谏锛夹g(shù)特點(diǎn)，技術(shù)人員可以基于水污染實(shí)際情況，對(duì)特定菌落進(jìn)行人工培育與改造，總結(jié)得到菌落特性，然后將其多次、長(zhǎng)時(shí)間地應(yīng)用到水污染治理中，所需投入的成本更少，并能節(jié)省大量的菌落研究資源，使得菌落利用率大幅度提高[3]。在實(shí)際應(yīng)用中，可將生物菌落固定到污水下淤泥內(nèi)，不僅可保證較高的治理效果，且后期回收效率高，達(dá)到最佳處理效果。

2.4 生物柵修復(fù)技術(shù)

生物膜的應(yīng)用可以作為水污染原生動(dòng)物、微生物以及小型浮游生物生長(zhǎng)的基本條件，并且其能夠有效結(jié)合生物膜技術(shù)與水生植物的特性，達(dá)到更高效的處理效率。待空氣與水分充分接觸時(shí)，微生物可以在氣態(tài)、液態(tài)以及固態(tài)三個(gè)狀態(tài)中轉(zhuǎn)換，使得微生物呈現(xiàn)出更多形式，增加了生態(tài)系統(tǒng)自身的復(fù)雜性。然后，被污染的水經(jīng)過(guò)此生態(tài)系統(tǒng)，存在的根系便可以成功阻攔污水內(nèi)存在的懸浮物，再利用生物膜自身的同化作用、異化作用以及吸附功能，有效清除水體內(nèi)的有機(jī)質(zhì)，提高污水治理效率。

3 活性污泥法在水污染治理中應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 活性污泥特性

活性污泥即為絨絮狀的小泥粒，粒徑在0.02～0.20 mm范圍內(nèi)，主要由有機(jī)與無(wú)機(jī)膠體、微型生物群、懸浮物等組成，根據(jù)水質(zhì)表現(xiàn)出黃褐色、灰褐色、深灰色以及灰白色等，無(wú)臭味或略有腥味，含水率可以達(dá)到99%。對(duì)其進(jìn)行靜置處理時(shí)，活性污泥將會(huì)凝結(jié)出較大的絨粒沉降[4]。其pH呈酸性，具有較強(qiáng)的緩沖能力。

3.2 活性污泥組成

3.2.1 細(xì)菌

細(xì)菌為活性污泥的重要組成部分，同時(shí)也是決定活性污泥凈化能力的關(guān)鍵因素，數(shù)量大約在108～109個(gè)/mL。最為常見(jiàn)的細(xì)菌種類包括產(chǎn)堿桿菌屬、假單胞菌屬、動(dòng)膠菌屬、無(wú)色桿菌屬、棒狀桿菌屬、黃桿菌屬、球衣菌屬、微球菌屬以及螺菌屬等，且大部分為革蘭氏陰性菌?；钚晕勰嘈纬沙跗陔A段，細(xì)菌多表現(xiàn)為游離狀態(tài)，待活性污泥不斷成熟后，細(xì)菌也多包埋在菌膠團(tuán)內(nèi)生成菌分泌蛋白質(zhì)以及多糖等胞外聚合物內(nèi)，可形成菌膠團(tuán)，最后則會(huì)發(fā)展成活性污泥絮狀體。在遇到不同水質(zhì)條件的情況下，菌膠團(tuán)絮狀體可以表現(xiàn)為蘑菇、球形、分枝、橢圓和片狀等多種形式[5]。

3.2.2 原生動(dòng)物

活性污泥的原生動(dòng)物主要為纖毛蟲(chóng)，基于其新陳代謝活動(dòng)需氧性的特點(diǎn)，其主要集中在活性污泥的表面，以游離細(xì)菌、有機(jī)物作為生長(zhǎng)繁殖的養(yǎng)分。比較常見(jiàn)的游泳型纖毛蟲(chóng)有腎形蟲(chóng)、草履蟲(chóng)、半眉蟲(chóng)和裂口蟲(chóng)等；匍匐型纖毛蟲(chóng)則有尖毛蟲(chóng)、彈跳蟲(chóng)和游仆蟲(chóng)等；固著型纖毛蟲(chóng)有累枝蟲(chóng)、獨(dú)縮蟲(chóng)和蓋纖蟲(chóng)等[6]。

3.2.3 其他

活性污泥中還存在其他微生物，如青霉屬、有毛霉屬、木霉屬和地霉屬等絲狀真菌以及線蟲(chóng)、輪蟲(chóng)等?；诨钚晕勰嗵匦苑治觯渌奈⑸锶悍€(wěn)定性比較高，但是如果環(huán)境溫度、營(yíng)養(yǎng)和pH值等發(fā)生變化時(shí)，也將會(huì)造成菌種產(chǎn)生變化。例如，污水內(nèi)如果含有蛋白質(zhì)，以產(chǎn)堿桿菌屬與芽孢桿菌屬為主，而含糖廢水中則以假單胞菌屬為主。

3.3 活性污泥凈水原理

3.3.1 生物吸附

活性污泥表面積可以達(dá)到2 000～10 000 m2/m3（混合液），自身吸附能力非常強(qiáng)，因此能夠?qū)U水中含有的有機(jī)物進(jìn)行有效吸附。將活性污泥應(yīng)用到廢水中，持續(xù)1～30 min便可將有機(jī)質(zhì)吸附到活性污泥上，同時(shí)其還可以對(duì)部分金屬離子進(jìn)行吸附，最終形成化合物后去除，達(dá)到凈化污水的目的。

3.3.2 氧化分解

污水內(nèi)含有的溶解性有機(jī)物能夠直接被細(xì)菌吸收，然后在體內(nèi)將其氧化分解，進(jìn)行無(wú)機(jī)化處理。而對(duì)于大分子有機(jī)物，其在細(xì)菌所分泌胞外酶作用下被分解成小分子化合物，并經(jīng)過(guò)細(xì)菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜被攝入到細(xì)菌內(nèi)部，經(jīng)過(guò)胞內(nèi)酶作用，一部分被同化成細(xì)胞物質(zhì)，而另一部分則會(huì)繼續(xù)被分解成H2O、CO2、NH3等簡(jiǎn)單有機(jī)物，還會(huì)伴隨能量釋出，如圖1所示。在進(jìn)行有機(jī)分解的整個(gè)過(guò)程中，細(xì)菌可以從分解后的有機(jī)物內(nèi)獲取營(yíng)養(yǎng)和能量，然后促進(jìn)自身細(xì)胞的合成，分解后可獲得高穩(wěn)定性的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物。

圖1 有機(jī)分解示意圖

3.3.3 其他微生物吸收

對(duì)于原生動(dòng)物來(lái)講，大部分均為動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)，這樣就可以通過(guò)吞食有機(jī)顆粒、游離細(xì)菌以及其他微生物的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)改善的目的。在應(yīng)用活性污泥法治理污水的過(guò)程中，細(xì)菌數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原生動(dòng)物，因此即便是原生動(dòng)物存在吞食動(dòng)作，也不會(huì)對(duì)細(xì)菌凈化效果產(chǎn)生多大影響。同時(shí)，大量游離細(xì)菌被吞食，還會(huì)降低污水內(nèi)懸浮物、含菌量、BOD（生化需氧量）濃度以及有機(jī)氮含量，使得處理后的水質(zhì)清晰度增加。另外，原生動(dòng)物所分泌出的黏液物能夠提升絮凝作用，改善活性污泥的沉降性能。原生動(dòng)物對(duì)游離細(xì)菌進(jìn)行吞食，還能夠在一定程度上提高細(xì)菌絮凝效果。

3.4 活性污泥培養(yǎng)馴化

在治理水污染的過(guò)程中，假如應(yīng)用的是與本廠水質(zhì)不同的污水處理廠提供的活性污泥菌種，則應(yīng)選擇間歇式培養(yǎng)方法處理。向曝氣池內(nèi)引入稀釋后的低濃度廢水，使其與菌種混合，曝氣23 h后沉淀1 h，將上清液排出，然后向內(nèi)加入相同濃度的新鮮廢水后繼續(xù)曝氣。持續(xù)3～7 d后鏡檢活性污泥生長(zhǎng)量增加情況，然后結(jié)合檢測(cè)結(jié)果對(duì)廢水濃度進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)上述步驟，直至達(dá)到原廢水濃度后停止。馴化完成后的活性污泥則可以選擇連續(xù)曝氣培養(yǎng)，并采取鏡檢與化學(xué)檢測(cè)配方完成水質(zhì)檢測(cè)，控制培養(yǎng)進(jìn)程。待污泥內(nèi)含有大量菌膠團(tuán)和固著型原生物時(shí)，其已經(jīng)進(jìn)入成熟期，具有良好的降解和沉降性能。

4 結(jié)語(yǔ)

在水污染治理中，相比其他技術(shù)手段，生物技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅可以降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，還可以保持較高的處理效率?，F(xiàn)在可選擇的生物技術(shù)較多，人們要基于實(shí)際條件來(lái)?yè)駜?yōu)選擇，保證所選方法的高適應(yīng)性與高效率性，基于技術(shù)特點(diǎn)與原理，控制好每個(gè)細(xì)節(jié)，達(dá)到最佳治理效果。