微生物處理技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用研究

林捷斌

漳州市漳浦生態(tài)環(huán)境局，福建漳州，363200

0 引言

隨著社會工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，在提升我國人民物質(zhì)生活水平的同時，生態(tài)環(huán)境也承受著較大程度的污染壓力，進(jìn)而對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成一定程度的制約。環(huán)境工程作為治理環(huán)境污染以及改善人類生存環(huán)境的重要學(xué)科，在當(dāng)下的受重視程度已經(jīng)不斷提升。相較于物理和化學(xué)處理技術(shù)，微生物處理技術(shù)不易產(chǎn)生二次污染，更有益于提升環(huán)境工程的應(yīng)用效果。應(yīng)積極將微生物處理技術(shù)廣泛地應(yīng)用于處理污水、固廢等污染物，以其污染物的處理過程不產(chǎn)生新環(huán)境問題的優(yōu)點，實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。

1 環(huán)境工程的含義

環(huán)境工程在當(dāng)下被越來越多的人所認(rèn)知，從環(huán)境工程的含義來看，其屬于環(huán)境科學(xué)的一種表現(xiàn)形式，是人類在長期的環(huán)境污染治理、環(huán)境保護(hù)以及生存環(huán)境的不斷改善中所形成的一門綜合性極強的學(xué)科[1]。從環(huán)境工程的內(nèi)容來看，其包括預(yù)防環(huán)境污染、治理環(huán)境污染以及提升環(huán)境質(zhì)量等。由于環(huán)境關(guān)乎人類社會發(fā)展，這也使得環(huán)境工程的建設(shè)成為全社會建設(shè)的重要組成部分。由于環(huán)境工程的系統(tǒng)性較強，在具體開展的過程中涉及的內(nèi)容較多，涉及的部門和人員也較多，需在建設(shè)環(huán)境工程的過程中，立足于宏觀角度完善頂層設(shè)計、做好統(tǒng)籌規(guī)劃工作，才能提升環(huán)境工程建設(shè)的質(zhì)量。

2 造成環(huán)境污染的主要因素

2.1 人類生活對環(huán)境污染的影響

在城鎮(zhèn)化的推動下，城鎮(zhèn)中的人口數(shù)量在不斷增加，所產(chǎn)生的生活垃圾數(shù)量也隨之顯著增加，給自然環(huán)境造成極大的影響，其中部分污染屬于不可逆的污染，給環(huán)境工程治理帶來極大的難度。盡管大部分地區(qū)人們的環(huán)境保護(hù)意識相較于早前已經(jīng)有了較大程度上的提升。但在部分地區(qū)，由于受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及傳統(tǒng)因素的制約，人們在環(huán)境保護(hù)意識上仍舊較為淡薄，在生產(chǎn)和生活中不注意保護(hù)環(huán)境，進(jìn)一步增加了環(huán)境污染的治理成本。環(huán)保意識的缺失反映了相關(guān)環(huán)境保護(hù)宣傳工作做得不足，沒有使得人們認(rèn)識到環(huán)境污染給人類社會發(fā)展所造成的影響，也使得人類生活成為環(huán)境污染的重要因素之一[2]。

2.2 工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境污染的影響

工業(yè)作為一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，工業(yè)發(fā)展水平對于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提升可起到至關(guān)重要的作用。在我國，隨著對工業(yè)發(fā)展投入程度的不斷加大，極大地提升了工業(yè)發(fā)展水平。為促進(jìn)近四十年來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了無法取代的貢獻(xiàn)。但由于工業(yè)生產(chǎn)的自身特點，其在生產(chǎn)的過程中時常不可避免地產(chǎn)生有毒有害廢棄物，并且產(chǎn)生的廢水、廢氣以及固體廢棄物的種類和數(shù)量日益增加，若這些廢棄物沒有經(jīng)過處理即排放到外環(huán)境中，則對水、土壤及空氣等自然環(huán)境均可造成嚴(yán)重的影響。

3 微生物處理技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用

3.1 微生物吸附技術(shù)

在微生物處理技術(shù)中，微生物吸附技術(shù)占據(jù)其中重要的組成部分，其利用微生物在結(jié)構(gòu)上的特點，與自身物質(zhì)、分泌物或者污染物中的物質(zhì)可進(jìn)行結(jié)合，利用吸附技術(shù)來將物質(zhì)進(jìn)行吸附，并利用人工分離的方式將其固液態(tài)進(jìn)行分離。微生物吸附技術(shù)由于應(yīng)用效果較好且成本較低，在應(yīng)用范圍上較廣，特別是對重金屬離子的吸附和分離的應(yīng)用。但微生物吸附技術(shù)也具有一定的局限性，其在具體應(yīng)用的過程中受外界因素影響較大。從具體影響因素來看，首先為溫度因素，在污水處理中，一旦溫度出現(xiàn)變化，可使得金屬物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或者成分出現(xiàn)變化，對于微生物的吸附作用造成較大的影響。其次為酸堿值的影響，酸堿值一旦發(fā)生變化，也可對于污染物中的成分結(jié)構(gòu)造成影響，無法真正發(fā)揮微生物吸附技術(shù)的積極作用[3]。與此同時，微生物吸附技術(shù)受吸附時間的影響也較大，通常來說，在應(yīng)用微生物吸附技術(shù)處理污水的過程中，一般時間需要在3個小時左右，適當(dāng)增加吸附時間可提升吸附效果。但需做好時間的控制工作，若時間過長也可導(dǎo)致污染物吸附效率下降。由于污水中的成分較為復(fù)雜，共存離子也是需要考慮的影響因素，吸附過濾有害物質(zhì)，保留無害物質(zhì)才能達(dá)到污水凈化、提升水質(zhì)的目的。

3.2 微生物絮凝技術(shù)

微生物絮凝技術(shù)在微生物處理技術(shù)中單獨運用并不常見，但作為降解技術(shù)的補充十分普遍，從其處理原理上來看，微生物絮凝技術(shù)利用微生物在開展新陳代謝中可產(chǎn)生多糖線性有機(jī)物的原理，這些有機(jī)物具有一定的絮凝作用，來對污水中的污染物質(zhì)進(jìn)行絮凝沉降，從而達(dá)到降低污染的作用。而在微生物絮凝技術(shù)中，除微生物本身所產(chǎn)生的有機(jī)物可起到絮凝作用之外，部分微生物自身也可直接作為絮凝劑來使用。在微生物絮凝技術(shù)的應(yīng)用范圍上，一般在農(nóng)業(yè)污水的處理上配合降解技術(shù)對污水進(jìn)行脫色更為常用。在處理農(nóng)業(yè)污水中，由于農(nóng)業(yè)污水中生化需氧量數(shù)值高，用其他物化技術(shù)處理難度較大，無法實現(xiàn)處理效果的全面提升。而應(yīng)用微生物絮凝配合降解技術(shù)，可有效提升處理效果。

另一方面，在廢水脫色中，微生物絮凝技術(shù)處理效果也極為顯著，許多污水中由于成分較為復(fù)雜，在色素含量上較高，利用微生物絮凝技術(shù)可對污水進(jìn)行脫色，降低污水色度，提升污水的透明度[4]。并且這種微生物絮凝技術(shù)在應(yīng)用上較為安全，雖應(yīng)用尚不普遍，但前景較好?？偟膩碚f，微生物絮凝技術(shù)在單獨應(yīng)用的過程中還是存在一定的局限性，例如其需要投入較多的成本，并且對于操作人員的技術(shù)要求也較高，因此在推廣上也受到一定的限制。

3.3 高效降解菌技術(shù)

在將微生物處理技術(shù)運用到污染物的處理中，高效降解菌技術(shù)也是今后發(fā)展的主要方向之一。從高效降解菌的技術(shù)原理來看，其可針對不同所需處理的污染物，對于一些具備降解功能的細(xì)菌進(jìn)行人工培養(yǎng)，提升其降解功能和適應(yīng)性。利用這種方式所培養(yǎng)出的優(yōu)勢菌種，在繁殖力以及適應(yīng)力上均有著較大程度上的提升，在污水處理效果上提升也較為明顯。而在細(xì)菌的培養(yǎng)中，由于針對不同污染物的細(xì)菌的種類較多，在培養(yǎng)方式上可選擇多種細(xì)菌共同培養(yǎng)的方式進(jìn)行，提升培養(yǎng)效率，并在培養(yǎng)的過程中不斷選擇更為合適的方法來處理污水。

以固體污染物的處理為例，在人們生產(chǎn)和生活的過程中，固體垃圾的數(shù)量巨大，若不經(jīng)過處理直接將其排放到自然環(huán)境中，不僅對環(huán)境造成影響，還會滋生大量的有害病菌，遺留下極大的安全隱患。而在傳統(tǒng)垃圾處理技術(shù)中，無法完全消除其中的病菌，還會增加環(huán)境的二次污染的出現(xiàn)概率[5]。而應(yīng)用微生物處理技術(shù)中的高效降解菌技術(shù)，可在固體污染物中放置一些嗜熱微生物或者硝化細(xì)菌異界纖維來將固體垃圾進(jìn)行分解。由于部分細(xì)菌對于溫度的變化較為敏感，許多微生物無法進(jìn)行繁殖，而嗜熱微生物由于耐高溫性強，且隨著環(huán)境溫度升高其活性反而有所提升，可利用這種微生物來將一些固體的生活垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)榛蕬?yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，不僅降低了固體垃圾對于環(huán)境的污染，更實現(xiàn)了資源的二次利用，符合當(dāng)下可持續(xù)發(fā)展的各項要求。

3.4 固定化微生物技術(shù)

固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)菌技術(shù)均屬于固定化微生物技術(shù)，其處理原理為在微生物活性較高的時期，結(jié)合所需分離的微生物，將其在特定的載體上進(jìn)行固定，使得微生物在濃度上大幅提升，并可反復(fù)、多次進(jìn)行利用。在固定化酶技術(shù)以及細(xì)菌技術(shù)中，其應(yīng)用方法較多，如包埋法、交聯(lián)法等，由于固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)菌技術(shù)在操作上較為簡單，且所需投入的成本較低，在土壤污染處理以及水污染處理中應(yīng)用較為廣泛[6]。并且固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)菌技術(shù)在應(yīng)用的過程中各方面的限制較少，應(yīng)用效果也較好。在污水處理中，因其設(shè)備占地小，受限制少，安全性高，不易產(chǎn)生二次污染，可以盡可能減少對周圍群眾正常生產(chǎn)生活所造成的影響，使得固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)菌技術(shù)均被廣泛應(yīng)用。

在應(yīng)用固定化微生物處理技術(shù)中，首先需要選擇合適的微生物種群，在特定的環(huán)境下，保證微生物自身的生存條件和活性不能被破壞。使微生物處于高度密集狀態(tài)，微生物將保持快速繁殖的狀態(tài)，從而促進(jìn)微生物的活性以及濃度的不斷增加。在反應(yīng)完成之后，可利用固液分離的方式來降低處理時間。從已經(jīng)研究的結(jié)果可以看出，微生物在條件馴化處理之后，相較于常規(guī)狀態(tài)下的微生物，在應(yīng)用上更為高效，在特殊酸堿值以及溫度等特殊條件下的適應(yīng)能力上更強，可有效提升微生物的降解能力。以廢水處理為例，利用密度較高的經(jīng)馴化的反硝化細(xì)菌來處理含氮的污水，在處理效果上極為明顯，大大提高反硝化作用。

3.5 電極生物膜技術(shù)

電極生物膜技術(shù)在應(yīng)用原理上，其可將微生物在電極表面進(jìn)行固定，并利用微生物的吸附技術(shù)，在電極表面上形成生物膜類的物質(zhì)，連接電流后，借助微生物的吸附作用來使得污水中的雜質(zhì)與電流相接觸，在接觸一段時間之后，可將雜質(zhì)分解為其他成分的物質(zhì)。在應(yīng)用實踐中，電極生物膜技術(shù)在處理有害物質(zhì)以及有毒物質(zhì)上效果極為顯著。實際成套設(shè)備的應(yīng)用中步驟比較少，操作較為簡單，所需投入的成本較少，在城鄉(xiāng)污水等氮磷化合物的處理中應(yīng)用逐漸廣泛。但電極生物膜技術(shù)也存在一定程度上的局限性，例如其在應(yīng)用中需要借助一定的設(shè)備進(jìn)行，對于設(shè)備的要求較高，對于專業(yè)性的要求也較高，并且在通電的過程中電流的強弱程度的控制對于微生物污水處理效果和處理效率會產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。因此，在應(yīng)用電極生物膜技術(shù)的過程中，需要專業(yè)的公司提供專業(yè)的設(shè)備設(shè)施以及配備專業(yè)水平較高的人員來進(jìn)行維護(hù)和指導(dǎo)，才能最大限度發(fā)揮電極生物膜技術(shù)的優(yōu)勢。

3.6 微生物檢測技術(shù)

在水質(zhì)檢測的過程中，也可利用微生物處理技術(shù)來進(jìn)行檢測。相較于傳統(tǒng)水質(zhì)檢測方式來說，利用微生物處理技術(shù)來檢測水質(zhì)準(zhǔn)確度較高。比如一些地方飲用水消毒凈化不徹底會仍含有較多數(shù)量的細(xì)菌，如大腸桿菌等，而大腸桿菌在水中進(jìn)行發(fā)酵，將使得水質(zhì)呈現(xiàn)酸性，人們飲用這種不潔凈的水會對身體健康造成不利影響。應(yīng)用微生物檢測技術(shù)對水質(zhì)進(jìn)行檢測，可利用分析大腸桿菌在水中的存在比率，再與國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對來判斷大腸桿菌群的超標(biāo)情況，以及時對不合格飲用水重新調(diào)整消毒凈化方案，進(jìn)行更加嚴(yán)格處理。

除以上較常見的六種微生物處理技術(shù)外，還有其他運用技術(shù)正在被發(fā)掘，比如利用廢氣液相轉(zhuǎn)化后植入微生物的方式降解廢氣中污染物的運用，從公開的實驗成果，利用微生物處理技術(shù)在處理廢氣的去除率最高可達(dá)九成以上。

4 微生物處理技術(shù)在環(huán)境工程中應(yīng)用的優(yōu)勢說明

在開展環(huán)境工程建設(shè)中應(yīng)用微生物處理技術(shù)，對于環(huán)境污染的治理能起到重要作用，相較于傳統(tǒng)物理以及化學(xué)治理方式來說，微生物處理技術(shù)在應(yīng)用優(yōu)勢上主要集中在以下幾個方面[7]。首先，由于微生物處理技術(shù)的吸附力較強，在降解能力以及沉降能力上均有較好表現(xiàn)，這也使得其在應(yīng)用到環(huán)境工程的過程中制約因素較少。針對污染物的去除，微生物處理技術(shù)可利用其自身酶催化代謝進(jìn)行降解，無論從處理效率和處理效果上都表現(xiàn)突出。特別是在處理污水的過程中，由于污水處理量通常較大，傳統(tǒng)處理方式不僅需要投入藥品、設(shè)備成本，還可能需要進(jìn)行二次處理才能徹底去除污染物，而應(yīng)用微生物處理技術(shù)，在資金投入上相對較少，經(jīng)濟(jì)效益較高。

其次，由于微生物在種類上較多，自然環(huán)境中的微生物資源極為豐富，可選擇的代謝類型上也較多，可針對所要處理的目標(biāo)污染物質(zhì)，找到對應(yīng)的微生物來將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化或者降解[8]。并且微生物在培育上較為簡單，且繁殖周期較短，對于周圍環(huán)境的適應(yīng)性較強，一旦在環(huán)境中產(chǎn)生出新的化合物或污染物，微生物自身的誘導(dǎo)作用可使得其自身產(chǎn)生出適應(yīng)新的化合物或污染物的酶系，并且完善出代謝功能，實現(xiàn)對全新化合物或污染物的轉(zhuǎn)化以及降解。利用這種特性，在特定的條件下有針對性地培養(yǎng)微生物，可提升其對環(huán)境的適應(yīng)能力和對特定污染物的處理能力。

最后，利用微生物處理技術(shù)，在處理污水的過程中，不僅可對污水中有毒有害物質(zhì)進(jìn)行去除，對于病原體等病毒也可起到較好的抑制作用，與此同時，微生物處理技術(shù)還可借助自身的吸附、沉降功能提升污水的透明度，降低其色度。

5 結(jié)語

環(huán)境污染對于人們正常的生產(chǎn)和生活造成負(fù)面的影響，最終制約了我國經(jīng)濟(jì)社會的健康發(fā)展。所以，需高度重視并做好環(huán)境的治理工作。在環(huán)境治理過程中，要最大限度地發(fā)揮環(huán)境工程在改善環(huán)境質(zhì)量中的積極作用，結(jié)合環(huán)境污染的實際情況，合理選擇和運用微生物處理技術(shù)來進(jìn)行處理，不斷提升技術(shù)水平和處理效果，改善環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)我國社會的可持續(xù)發(fā)展。