微生物在污染治理方面的運(yùn)用與實(shí)踐

九江市武寧生態(tài)環(huán)境局 王俊

微生物是指人肉眼無法觀察的包括細(xì)菌、病毒、真菌、微藻類和一些小型原生生物等微小生物。它們有著體表面積大、分布廣、種類多、適應(yīng)強(qiáng)、繁殖快、轉(zhuǎn)化快、易變異等特點(diǎn)，被廣泛用于醫(yī)藥食品、工農(nóng)業(yè)、環(huán)保等諸多方面。利用它們的新陳代謝作用進(jìn)行環(huán)境治理有著便捷、高效、二次污染小的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在人們已經(jīng)成熟地將微生物處理技術(shù)運(yùn)用到環(huán)境治理中，未來將會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。

一、水污染治理中的應(yīng)用

采用生物法處理污水就是通過微生物的新陳代謝作用來降解廢水中的有機(jī)物，將廢水中的污染物去除。現(xiàn)階段，我們已經(jīng)成熟掌握了固定化微生物技術(shù)、生物柵修復(fù)技術(shù)、微生物絮凝技術(shù)等。

（一）固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)是采用一定的方法，將微生物附著在相應(yīng)載體上，使它固定在特定空間區(qū)域內(nèi)，高度富集，保持高度活性，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的有效處理。利用此技術(shù)生產(chǎn)的固定化小球，具有不易溶解的特點(diǎn)，微生物高度密集且活性很強(qiáng)，能夠連續(xù)使用。在污水處理時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)固液有效分離，對(duì)有毒有害物質(zhì)有著較強(qiáng)的抵抗能力。目前，該技術(shù)在處理有色廢水、洗滌劑廢水和制藥廢水方面應(yīng)用較多，有著一定應(yīng)用成果。

（二）生物柵修復(fù)技術(shù)

它是將水生植物、微生物、水生動(dòng)物等組成一個(gè)小型生態(tài)系統(tǒng)，利用要素間的協(xié)同作用共同完成污水的治理，其實(shí)質(zhì)就是將微生物膜技術(shù)和水生植物的相關(guān)特性結(jié)合起來，使得水污染治理更加高效。當(dāng)空氣與水充分接觸時(shí)，微生物就會(huì)在氣相、液相和固相三者間互相轉(zhuǎn)移，構(gòu)成一個(gè)多樣化復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)廢水流經(jīng)這樣的生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，水中的污染物就被水生植物根系阻擋，附著在根系表面的微生物群充分與污染物接觸，發(fā)生吸附和轉(zhuǎn)化作用，從而將水中污染成分去除，達(dá)到很好的處理效果。

（三）微生物絮凝技術(shù)

微生物絮凝劑是由人為選育出一類具有絮凝功能的微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。它包括微生物細(xì)胞體、細(xì)胞提取物以及產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。相比傳統(tǒng)的化學(xué)絮凝劑，微生物絮凝劑不僅具有菌劑來源廣泛、培養(yǎng)快、投加少、絮凝效果好的優(yōu)勢(shì)，而且容易降解處理，不產(chǎn)生二次污染。在處理的紙漿黑水中，利用協(xié)腹產(chǎn)堿桿菌產(chǎn)生出的微生物絮凝劑具有良好的脫色處理效果，其脫色率高達(dá)95%。微生物絮凝劑不僅對(duì)高色度廢水有較好的處理效果，在處理制藥行業(yè)的活性污泥膨脹問題時(shí)也有良好表現(xiàn)。據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，制藥廢水發(fā)生活性污泥膨脹時(shí)，投加MBFNOC-1進(jìn)行處理后，SVI指數(shù)由原來的290下降到了50左右，有效消除了污泥膨脹問題。

二、在廢氣污染治理中的應(yīng)用

伴隨工業(yè)化發(fā)展，向大氣環(huán)境排放了大量工業(yè)廢氣，采用常規(guī)的物理化學(xué)法來處理工業(yè)廢氣雖然有良好的處理效果，但也存在大量使用化學(xué)藥劑帶來的成本問題，而且容易造成二次污染。微生物具有適宜性強(qiáng)、易培養(yǎng)的特性，且對(duì)特定污染物有一定降解能力?？蒲腥藛T已成熟地掌握了二氧化碳微生物固定、有機(jī)廢氣微生物處理、微生物除臭等相關(guān)技術(shù)。

（一）二氧化碳的微生物固定

我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，2019年我國(guó)發(fā)電量75034.3億千瓦時(shí)，其中火電發(fā)電量52201.5億千瓦時(shí)，占比69.6%。從能源結(jié)構(gòu)上來看，我國(guó)仍處在以火力發(fā)電為主的供電模式。眾所周知，火力發(fā)電伴隨著大量煤炭燃燒，產(chǎn)生的二氧化碳排放加劇溫室效應(yīng)、氣候變暖。為了解決這一問題，科研人員通過利用自氧性微生物的光合作用，將工業(yè)廢氣中的CO2吸收固定下來。常見的固碳微生物有螺旋藻、小球藻、柵藻、纖細(xì)裸藻等。微藻固碳技術(shù)產(chǎn)生的大量藻體可作為動(dòng)物飼料、高價(jià)位的化合物提純的原料，藻體的產(chǎn)業(yè)化綜合利用不僅能避免二次污染，還能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。CHAE等通過微藻固定煙氣中的CO2,將收集的藻體感化，用于海產(chǎn)養(yǎng)殖飼料的生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

（二）有機(jī)廢氣微生物凈化技術(shù)

該技術(shù)也是利用微生物新陳代謝功能，將廢氣中的有機(jī)組分吸收降解轉(zhuǎn)化為CO2和H2O這類簡(jiǎn)單無機(jī)物和細(xì)胞需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而使有機(jī)污染物得到凈化。常見的凈化裝置有生物洗滌器、生物滴濾器、生物過濾床等。彭芬等在研究了生物技術(shù)在噴漆廢氣治理中的應(yīng)用，通過實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)生物技術(shù)治理后的有機(jī)廢氣完全符合GB16297-1996二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且治理效果好，甲苯、二甲苯的治理效率分別達(dá)到92%、95%。

（三）微生物除臭技術(shù)

有研究表明，人的嗅覺感官能感知的惡臭物質(zhì)有4000種之多，通常分為四類，有氨等含氮化合物、含硫化合物、鹵代烴以及少類含氧型化合物等。微生物除臭技術(shù)首先將氣相惡臭物質(zhì)轉(zhuǎn)為液相，然后運(yùn)用多種微生物體共同作用將惡臭物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供給于生長(zhǎng)繁殖所需。楊青青研究表明，在排氣筒進(jìn)氣口中H2S濃度變化為38～65ppm時(shí)，惡臭物質(zhì)停留時(shí)間大約12秒，出水PH為1.5～2左右，H2S的去除率不小于99.5%，水洗+生物除臭系統(tǒng)具有較強(qiáng)的耐高濃度污染物質(zhì)負(fù)荷的沖擊能力。

三、土壤污染的微生物修復(fù)

土壤污染通常表現(xiàn)為土壤貧瘠板結(jié)、植被枯死、重金屬污染帶來的食品安全、居住安全等問題。眾所周知，重金屬的毒性大小與它的狀態(tài)有關(guān)。土壤污染微生物修復(fù)就是利用微生物對(duì)重金屬的吸附富集、溶解沉淀及氧化還原作用來改變重金屬價(jià)態(tài)及存在狀態(tài)，從而降低重金屬的毒性。王?？〉韧ㄟ^煙草頭孢酶F_2對(duì)氯化汞解毒作用研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，液體培養(yǎng)基中，汞量減少了90%，Hg2+能被還原Hg，其中12%汞揮發(fā)到大氣中，7%汞被菌體吸附，其余沉淀在培養(yǎng)液底部。雖然無法對(duì)重金屬完全降解，但通過遷移富集、價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化可以降低重金屬土壤污染，完成修復(fù)工作。常見的修復(fù)技術(shù)有細(xì)菌修復(fù)技術(shù)、真菌修復(fù)技術(shù)、微藻修復(fù)技術(shù)。

四、微生物堆肥處理技術(shù)

由于固體廢棄物種類繁雜、數(shù)量巨大，只有通過分類收集并采取不同的處理方式，方能達(dá)到最大化的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。有機(jī)固廢或者固廢中有機(jī)質(zhì)占比也十分大，包括農(nóng)林廢棄物、工業(yè)垃圾有機(jī)成分、生活垃圾和污水處理剩余污泥等等。采用生物堆肥可以很好地實(shí)現(xiàn)固體廢物的減量化、資源化。堆肥的實(shí)質(zhì)就是通過微生物分解作用，轉(zhuǎn)化可利用的有機(jī)肥。為了提高堆肥效果，人們選育出一些能適用于堆肥的微生物菌種。李九龍等通過實(shí)驗(yàn)，選育出了適用于玉米芯和菇渣混合堆肥的外源微生物菌劑，并生產(chǎn)出高品質(zhì)有機(jī)肥。

五、結(jié)論與展望

雖然目前我國(guó)微生物處理技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)展迅速，但是還應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到，我們對(duì)環(huán)境微生物學(xué)的基礎(chǔ)研究還比較欠缺，理論基礎(chǔ)還不夠扎實(shí)，開發(fā)出的各類產(chǎn)品需要在特定條件下才能充分發(fā)揮特性和高效性。針對(duì)這些不足，筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)重視并加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，充分掌握各種微生物的代謝途徑、降解和轉(zhuǎn)化機(jī)理等，同時(shí)加強(qiáng)科研投入，攻關(guān)并掌握核心技術(shù)，充分應(yīng)用基因工程手段，改良已有的環(huán)保用菌株及相關(guān)產(chǎn)品。