淺談生物處理方法在城市水污染控制中的應(yīng)用

胡悅

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，以及城市化發(fā)展的加快，城市內(nèi)的水污染更加嚴(yán)重，而水是人們生存的基礎(chǔ)，對(duì)人們的生活有重要影響。當(dāng)下，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到水污染給社會(huì)帶來(lái)的不良影響，故開(kāi)始著手研發(fā)水污染控制技術(shù)，以控制污染程度的加深，而所有處理方法中，生物處理法應(yīng)用較廣，是有效控制水污染的方式之一。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；固定化微生物技術(shù)；微生物處理技術(shù)

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）22-0003-02

隨著水污染情況的嚴(yán)重，不僅會(huì)影響人的生命安全，也會(huì)破壞城市的生態(tài)環(huán)境，給經(jīng)濟(jì)發(fā)展設(shè)置障礙，故水污染問(wèn)題是當(dāng)下人們必須解決的問(wèn)題，生物處理方法在污染控制中應(yīng)用，可以取得良好的效果，是人們重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的技術(shù)。

1 生物技術(shù)的特點(diǎn)

生物技術(shù)是把現(xiàn)代生命科學(xué)作為前提，再融合其他基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，生產(chǎn)出經(jīng)過(guò)改造的生物體，或者是加工所需的原材料，滿足社會(huì)生產(chǎn)某方面的需求。而隨著生物科技的發(fā)展，生物技術(shù)也呈現(xiàn)出穩(wěn)步發(fā)展的特點(diǎn)，從研究階段轉(zhuǎn)向應(yīng)用階段。其包括以下特點(diǎn)：

首先，注重實(shí)際應(yīng)用，只有把生產(chǎn)出來(lái)的生物體實(shí)際應(yīng)用，才可以讓技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的效果，明確未來(lái)的發(fā)展方向，把關(guān)注點(diǎn)與精力放在新技術(shù)的研發(fā)上，創(chuàng)造出新技術(shù)；其次，操作更加先進(jìn)，生物技術(shù)曾經(jīng)以酶與發(fā)酵工程為代表，從中得到蛋白或微生物，比如青霉素等，但現(xiàn)下技術(shù)的發(fā)展方向是基因工程、細(xì)胞工程，從微觀的角度研發(fā)出新技術(shù)；最后，有多項(xiàng)理論基礎(chǔ)，現(xiàn)在如果想要學(xué)習(xí)并掌握生物技術(shù)，除了了解基本的內(nèi)容，比如微生物學(xué)、動(dòng)物學(xué)，也需要了解生化、分子等內(nèi)容，作為生物技術(shù)的理論基礎(chǔ)[1]。

2 生物技術(shù)在水污染控制中的應(yīng)用

城市污水類型多為人們生活、生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水，如果廢水中有害物質(zhì)沒(méi)有及時(shí)處理，直接排出，將給環(huán)境帶來(lái)不良影響。用生物技術(shù)處理廢水，是利用生物的生命活性，吸收或轉(zhuǎn)化廢水中的有害物質(zhì)，從而優(yōu)化廢水的處理，加快廢水的處理速度。

2.1 固定化微生物技術(shù)的應(yīng)用

污水內(nèi)的有毒物質(zhì)包括氰化物、重金屬、有機(jī)磷等，這些物質(zhì)進(jìn)入人體后，會(huì)破壞人的身體機(jī)能。其用固定化微生物技術(shù)處理時(shí)，是用微生物自身的活力，吸收污水中的有毒物質(zhì)，消除有毒物質(zhì)自身的危害，把污水中的有毒物質(zhì)變?yōu)橛幸嫖镔|(zhì)，凈化污水。固定化微生物技術(shù)中，固定化酶、固定化細(xì)胞技術(shù)是經(jīng)常使用的兩種技術(shù)，前者又被稱作是水不溶性酶，放入污水后，經(jīng)過(guò)物理吸附、化學(xué)鍵合，與污水中的固態(tài)污染物粘合，而雖然酶不可以溶于水，但依然會(huì)使用催化酶的衍生物，后者是天然酶的反應(yīng)器，可以用固定化酶的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)出固定化的微生物細(xì)胞，引發(fā)固定化細(xì)胞的催化反應(yīng)。如圖1所示。

這兩種物質(zhì)在污水中應(yīng)用，能夠快速吸除有機(jī)污染物，以及無(wú)機(jī)的金屬毒物，這在我國(guó)有很多成功應(yīng)用的例子。

2.2 微生物處理技術(shù)的應(yīng)用

用微生物處理技術(shù)處理污水時(shí)，可根據(jù)微生物對(duì)O2需求的多少，選擇不同的處理方式，包括好氧、厭氧與缺氧[2]。

2.2.1 好氧

城市污水中排入的生活污水有大量有機(jī)物，分別是碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等，這些有機(jī)物是由多個(gè)元素組成，根據(jù)元素含量多少排列，依次是C、H、O、N、S。好氧的處理過(guò)程是：水中有大量的溶解氧，在好氧和微生物的共同作用下，處理污水，處理的中途，很多有機(jī)物都可以被分解。其過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一階段是有機(jī)物轉(zhuǎn)化成CO2、H2O、NH3等，第二個(gè)階段是，從NH3轉(zhuǎn)化為NO2-與NO3-。

其中，有機(jī)物的氧化降解是：需氧生物處理有機(jī)物時(shí)，可在微生物酶的作用下，被氧分解，整個(gè)過(guò)程分為三個(gè)階段，首先，體積相對(duì)較大的有機(jī)分子被降解，出現(xiàn)獨(dú)立的構(gòu)成單元，包括單糖、甘油，其次，單糖、甘油的部分再次被氧化，分解成多個(gè)物質(zhì)，主要以二氧化碳、水為主，最后，除了二氧化碳與水以外的其他物質(zhì)，再次被氧化，全部變成二氧化碳、水。它們?cè)诟鱾€(gè)階段降解的過(guò)程中，都會(huì)釋放一定的能量。而有機(jī)物降解的同時(shí)，微生物的原生質(zhì)也會(huì)互相合成，主要出現(xiàn)在第一個(gè)階段，把水、蛋白質(zhì)等合成為細(xì)胞原生質(zhì)，并從過(guò)程中得到合成能量。

2.2.2 厭氧

厭氧多用于污水沉淀、污泥的處理，被稱為污泥消化，同時(shí)，也可以用于污染濃度較高的廢水的處理。該方法是在細(xì)菌的作用下，讓污泥快速分解，最后變成甲烷、二氧化碳等氣體，這些氣體具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是生產(chǎn)、生活經(jīng)常使用的能源，我國(guó)沼氣池的建設(shè)，采用的就是這一方法。經(jīng)過(guò)消解的污泥更容易清除包含的水分，破壞了病菌滋生的環(huán)境，臭味變?nèi)?，形成的肥力具有速效的特點(diǎn)，便于處理。它的處理過(guò)程分為三個(gè)階段，主要介紹第一與第二個(gè)階段：第一個(gè)階段，污泥固態(tài)化合物在細(xì)胞酶的分解下，快速溶解，并從細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)行代謝反應(yīng)，過(guò)程中，多糖類會(huì)變成單糖類，蛋白質(zhì)被分解成兩部分，一是縮氨酸，二是氨基酸，脂肪也被分解成甘油與脂肪酸；第二個(gè)階段是，受到產(chǎn)酸菌的影響，進(jìn)一步降解第一個(gè)階段的物質(zhì)，讓其變成可以揮發(fā)的有機(jī)酸，包括乙酸、丙酸等，與此同時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)二氧化碳，形成新細(xì)胞[3]。

厭氧消化的過(guò)程中為讓消化過(guò)程順利進(jìn)行，泥土的溫度、pH值以及氧化還原的電勢(shì)，都必須控制在合理的范圍內(nèi)，以為甲烷菌提供適合的活動(dòng)空間，把第二個(gè)階段降解后的酸變成甲烷。

用于厭氧消化的微生物有兩種，分別是中溫消化酶、高溫消化酶，中溫的控制范圍是17℃到43℃之間，有最佳反應(yīng)的溫度范圍是32℃到35℃之間，高溫的溫度范圍在50℃到55℃之間。

2.2.3 缺氧

在缺氧環(huán)境中用微生物降解有機(jī)物，是用反硝化去除法，而不是用酶降解。即它多用于很難降解的有機(jī)物，而這些有機(jī)物多是化工生產(chǎn)而成，如果用酶降解，可能因?yàn)橛袡C(jī)物的活性與酶的活性不一致，降解效果較差，另外酶的專一性是根據(jù)其所在的環(huán)境決定。endprint

反硝化去除法降解的機(jī)理是，硝酸鹽與亞硝酸鹽降解后，把氮作為轉(zhuǎn)化的能量，隨著代謝的過(guò)程產(chǎn)生電子受體，并讓O2作為受氫體，使很難降解的物質(zhì)在氧化中保持穩(wěn)定，最終把降解中途形成的硝態(tài)氮還原，變成氮?dú)狻Ｈ毖?、好氧、厭氧三種處理方式中，電子受體有明顯的差異，基質(zhì)代謝的途徑也各不相同，所以厭氧的處理方式，有別于其他兩種方式[4]。

缺氧降解的過(guò)程中會(huì)很多因素影響：碳氮比，適合的碳氮比必須滿足兩個(gè)條件，一是有機(jī)物必須全部降解，二是過(guò)程中亞硝酸鹽并未沉積，如果碳氮比或高或過(guò)低，都會(huì)影響最終降解的效果；pH值，有機(jī)物降解的過(guò)程中，如果用水解處理，將形成揮發(fā)酸，降低反應(yīng)器內(nèi)的pH值，而反硝化的處理中會(huì)增加堿的濃度，使pH值上升，但經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器的pH值為中性或是微堿性時(shí)，才會(huì)得到最佳的效果；停留時(shí)間，如果很難降解的有機(jī)物是按照間歇式的方式進(jìn)入反應(yīng)器，如何維護(hù)微生物群就成為了需要解決的難題。反應(yīng)器內(nèi)只有一部分微生物具有降解的作用，如果需要降解的有機(jī)物不再進(jìn)入反應(yīng)器，微生物的環(huán)境隨即被破壞，導(dǎo)致微生物流失，縮短了停留的時(shí)間，影響降解效果。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

生物修復(fù)技術(shù)在污水中應(yīng)用的特點(diǎn)是，用微生物處理通過(guò)水的滲透在土壤或地下水中的污染，把它們分解，讓其從原有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為二氧化碳或者是水，確保其不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞?，F(xiàn)在，該技術(shù)多在地下水與廢水的處理中使用，去除水中的污染物。有些廢水中有很多金屬污染物，雖然微生物無(wú)法把它完全降解，但可以在某種程度上削弱其含有的毒性，避免給環(huán)境帶來(lái)較大的破壞。其具有的特點(diǎn)是：有很高的經(jīng)濟(jì)性，它使用的成本只有物化法使用成本的30%到50%；對(duì)環(huán)境的影響很小，經(jīng)過(guò)處理后的水中雖然有微生物，但不會(huì)再次影響環(huán)境；降低了污染物的濃度；只需要很短的時(shí)間即可修復(fù)完成，便于操作。

生物修復(fù)需要解決能的問(wèn)題是修復(fù)的有效性和安全性，故為提高有效性，可在污水處理中加入微生物的分離、鑒別技術(shù)，吸收有毒的化學(xué)物，而為保證修復(fù)的安全，需加強(qiáng)分子生物技術(shù)的研究，應(yīng)用后決定微生物是否在環(huán)境中保留。

2.4 高效生物技術(shù)的應(yīng)用

高效生物技術(shù)主要用于污水中纖維素、淀粉的處理，并優(yōu)化病原菌、無(wú)機(jī)鹽類的處理效果，使污水在厭氧微生物的影響下，增加水體的自凈能力。即治理時(shí)，會(huì)選擇高效微生物的菌種，放入廢水前，需先把菌群放到生物載體上，然后放到已經(jīng)固定好的網(wǎng)具中，位置是網(wǎng)具的三分之一處，接著把網(wǎng)具放到污水中。此外，用高效生物技術(shù)治理的同時(shí)，也可以用生態(tài)浮床輔助，這一情況多用于河流污水的處理。

3 生物處理方法的發(fā)展趨勢(shì)

基于上述內(nèi)容的分析，可以總結(jié)出生物處理方法在水污染控制中已經(jīng)取得良好的效果，可有效減少水的污染濃度，減少它給環(huán)境帶來(lái)的不利影響，但我國(guó)城市水污染情況仍較為嚴(yán)重，所以，我們需要研發(fā)出更加高效、節(jié)能的處理方式，并提高污水處理的自動(dòng)化水平。同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)的角度分析，當(dāng)下生物處理方法需要用大量的設(shè)備處理廢水，且設(shè)備的運(yùn)行成本較高，這會(huì)成為企業(yè)提高污水處理能力的限制，所以，我們必須保證處理效果不變的前提下，找到廢水處理的節(jié)能方式，特別是對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)很重要，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供助力，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所處，生物處理方法在城市水污染控制中的應(yīng)用，需了解生物技術(shù)的特點(diǎn)，使用相應(yīng)的技術(shù)，包括固定化微生物技術(shù)、微生物處理技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、高效生物技術(shù)，這四種技術(shù)分別針對(duì)污水中不同的污染物，從而可以得到良好的處理效果，控制城市的水污染，保護(hù)環(huán)境，而其未來(lái)需向節(jié)能、高效、自動(dòng)化的方向發(fā)展，以進(jìn)一步提高污水的處理效率，突破瓶頸，實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張亞群，陶偉，王成元.微生物固定化技術(shù)與水污染控制[J].甘肅科技，2012，05：46-48+31.

[2]黃雅靜.有機(jī)廢水處理中的環(huán)境生物技術(shù)及其進(jìn)展[J].科技視界，2014，12：249+300.

[3]李培昌.淺談高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].科技與企業(yè)，2013，24：356.

[4]霍鵬，陳亞鵬，何曉云，許新芳.城市污泥資源化及污泥活性炭綜合利用[J].河北化工，2012，08：71-72.endprint