固定化微生物在水環(huán)境治理中的應(yīng)用

煙臺(tái)市環(huán)保工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司 梁麗紅

重工業(yè)時(shí)期形成的工業(yè)文明是人類文明史的重要組成部分，在此期間，城市化發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)水平迅速提高。然而，這一時(shí)期大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)給水資源和生態(tài)環(huán)境帶來了嚴(yán)重的問題。普通河網(wǎng)的污染和生態(tài)系統(tǒng)的破壞是不平衡的。

許多干凈的河流和溪流被工業(yè)生產(chǎn)排干。殘?jiān)廴就鶕渌访噪x，旱季往往導(dǎo)致河流干涸，對(duì)一般的水生環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅，限制了該地區(qū)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，且無法解決，水環(huán)境的恢復(fù)和保護(hù)迫在眉睫。

植物修復(fù)技術(shù)作為綠色環(huán)保新技術(shù)之一，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和控制水污染具有非常重要的社會(huì)意義。

一、固定化微生物生物修復(fù)技術(shù)的概念

固定化微生物生物修復(fù)技術(shù)作為現(xiàn)代化水處理技術(shù)，技術(shù)涵蓋內(nèi)容廣泛，包括水生植物修復(fù)技術(shù)、土地處理技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、生物膜法處理技術(shù)以及水生動(dòng)物修復(fù)技術(shù)等。其中，生物修復(fù)技術(shù)也體現(xiàn)在利用微生物自身的機(jī)理性能吸收污染物質(zhì)，起到凈化水環(huán)境的作用，實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡，滿足我國(guó)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的生態(tài)建設(shè)環(huán)境。生物修復(fù)技術(shù)起源于二十世紀(jì)八十年代，在水環(huán)境污染快速治理的同時(shí)，獲得高效治理成果，且具備資金投入小、方便、安全，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，備受各國(guó)推薦應(yīng)用。隨著研究深入，逐漸發(fā)展出多種以大型水生植物為主體的水處理和水體修復(fù)的生態(tài)工程技術(shù)。根據(jù)植物生活習(xí)性差異，可分為漂浮植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)。

二、城市水環(huán)境治理生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）打撈藻類成本過高

河道水體中產(chǎn)生污染的原因在于過于集中的富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)形成了藻類，能夠在河道底部或者河道水體表面形成一層有機(jī)污染物，減少水中生物存活的可能性。因此對(duì)于大面積的藻類常用的治理方法是打撈外移，將水體內(nèi)部的污染物進(jìn)行打撈，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行河道底部的疏通工作。受打撈工程的規(guī)模影響，所產(chǎn)生的工作量只能在局部進(jìn)行，在清理過程中并不能將全部的污染物做到一次性清除，產(chǎn)生的效果和成本不成正比。雖然在操作上較為便利，但在治理效果上無法從根源上達(dá)到修復(fù)的作用，一般在清除河道底部淤泥時(shí)連同藻類導(dǎo)出過程，會(huì)將底部的淤泥進(jìn)行上翻和攜帶，使底部生物的生存環(huán)境發(fā)生變化。在水體表面進(jìn)行打撈工作時(shí)，通常采用人力打撈或者機(jī)器打撈，但對(duì)雇傭的人員基本上沒有進(jìn)行相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，基本上是以工作年限為選擇標(biāo)準(zhǔn)，沒有治理的高標(biāo)準(zhǔn)選擇。即使現(xiàn)階段打撈技術(shù)和河道疏通技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，被廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外的河道治理中，但耗資巨大的人力和物力的弊端依舊沒有被解決。

（二）對(duì)底泥生物修復(fù)不夠重視

如今城市水環(huán)境治理中，根據(jù)底泥性質(zhì)可反映出多項(xiàng)污染數(shù)據(jù)。首先底泥通常是黏土、泥沙、有機(jī)質(zhì)及各種礦物的混合物，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間物理、化學(xué)及生物等作用及水體流動(dòng)而沉積于水體底部。底泥中含有大量的污染物質(zhì)，不斷向水體中釋放污染物，因此必須重視分析底泥指標(biāo)數(shù)據(jù)。由于水環(huán)境具備流動(dòng)性、開放性特征，底泥處理對(duì)控制黑臭水體具有重要意義，可見處理底泥沉積污染物，是水環(huán)境治理生物修復(fù)技術(shù)選用前的重要任務(wù)。

（三）河道水環(huán)境治理完成后，對(duì)后期的維護(hù)不夠重視

在《防止和控制水污染及河流和湖泊長(zhǎng)度管理行動(dòng)計(jì)劃》的推動(dòng)下，各地進(jìn)行了強(qiáng)有力的洪水管理，但重點(diǎn)放在短期管理上，消除黑臭，甚至實(shí)現(xiàn)了第三類水的目標(biāo)。如果在建設(shè)期間只注重河流水環(huán)境管理，忽視后續(xù)開發(fā)的管理，河流水環(huán)境會(huì)逐漸朝著混亂的方向發(fā)展，這樣就出現(xiàn)了反復(fù)治理的局面。

三、水環(huán)境污染現(xiàn)狀

根據(jù)有關(guān)資料，由于人類的生產(chǎn)活動(dòng)，全世界每年產(chǎn)生4000多億噸廢水，其中絕大多數(shù)直接排入河流和湖泊，污染了我們生存所需的淡水資源，污染的淡水直接排入河流、湖泊。世界每天還產(chǎn)生大量廢物，其中許多廢物直接排入河流或湖泊。根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)查，流經(jīng)亞洲城市的河流大部分受到污染。從全球水污染分布來看，絕大多數(shù)區(qū)域的污染程度與該區(qū)域的人口密度有關(guān)，甚至與廢水處理系統(tǒng)的先進(jìn)水平有關(guān)。在這方面，如果不及時(shí)采取措施解決城市水污染問題，城市居民的飲用水供應(yīng)安全也將受到嚴(yán)重威脅。對(duì)城市的水污染問題進(jìn)行控制，城市居民的飲水安全也將受到極大的威脅。

四、固定化微生物在水環(huán)境治理中的應(yīng)用

（一）在脫氮除磷方面運(yùn)用生物修復(fù)技術(shù)

氮、磷元素作為城市水環(huán)境中污染物的重要衡量指標(biāo)，由于N或P在水中含量過高造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致藻類迅速生長(zhǎng)繁殖引發(fā)“赤潮”或“水華”。而藻類大量生長(zhǎng)，首先會(huì)大量消耗水中氧氣，使魚類等其他水生物缺氧死亡；其次在赤潮消失時(shí)，大量赤潮生物的死亡和分解，分解物附帶產(chǎn)生大量有害氣體，惡臭難聞，嚴(yán)重影響城市水環(huán)境，并通過生物鏈威脅人類健康。由此對(duì)城市水環(huán)境中的氮、磷含量的控制是非常必要、迫切的。對(duì)城市富營(yíng)養(yǎng)污水進(jìn)行針對(duì)性處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)將去除污水中的氮、磷物質(zhì)作為前提。而氮、磷元素作為植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，運(yùn)用植物修復(fù)技術(shù)能有效幫助水環(huán)境治理。水生植物作為水生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者，通過根系和葉面的光合作用和同化作用，可以吸收富集氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，最終通過收割過盛的植物并移除水體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的脫氮、除磷。

（二）利用水生觀賞植物處理城市污水的效益

相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，城市污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高于正常的重金屬含量，未經(jīng)有效處理而進(jìn)入河流和湖泊會(huì)增加污染程度。城市污水處理的主要問題是水體中重金屬穩(wěn)定性高、分解難度大，對(duì)低濃度重金屬污染的處理不充分。國(guó)內(nèi)外科學(xué)家對(duì)濕地植物的研究通常涉及蘆葦、香蒲等多種植物?；诔鞘谢枰?，可廣泛利用水生觀賞植物回收城市污水，不僅能達(dá)到理想的污水處理效果，還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

（三）培養(yǎng)短期食藻生物

在城市化進(jìn)程不斷加快的情況下，大多數(shù)工廠為了提高經(jīng)濟(jì)效益排放大量的廢氣污水，導(dǎo)致水體中氮和磷的化學(xué)物質(zhì)數(shù)量急劇上升，為藻類物質(zhì)的形成提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，造成其大面積集聚生長(zhǎng)現(xiàn)象。在所有藻類中生長(zhǎng)繁殖最快的以藍(lán)藻為主，使河道的水體生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，水環(huán)境自身凈化的能力得不到有效釋放，甚至在雨水過少的季節(jié)沒有自凈能力。大量研究發(fā)現(xiàn)，含氮量越高水體藻類的生長(zhǎng)速度越快，而受到污染的水體在失去自凈能力后會(huì)產(chǎn)生更多的氮元素，進(jìn)行反復(fù)循環(huán)。因此提出培養(yǎng)短期食藻生物的措施，其中效果最好的是一種大型蚤蟲，藻類和腐屑是其生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)來源，常規(guī)條件下普通的一只食藻蟲僅在一天之內(nèi)，就可以吞食超過其自身的體重上十倍的藻類。作為自然界中早已經(jīng)存在的物種，在高科技手段的不斷改良下食藻能力越來越強(qiáng)，在其短暫的生命周期內(nèi)能夠通過自身的捕食特性，為河道水體生態(tài)環(huán)境改善發(fā)揮有效作用，且在修復(fù)過程中不會(huì)產(chǎn)生任何的負(fù)面影響。

（四）生物修復(fù)技術(shù)在降解有機(jī)污染物方面的運(yùn)用

隨著社會(huì)發(fā)展，生物修復(fù)技術(shù)在污水治理環(huán)節(jié)的應(yīng)用越來越廣泛。當(dāng)前，生物修復(fù)技術(shù)作為常見的治理方法，采取在污水中注入高效菌來進(jìn)行控制，可提升污水處理的效率，其所展現(xiàn)的有效性和適應(yīng)性與單一的治理措施形成了鮮明對(duì)比，能極大提升治理工作的效率。專家學(xué)者進(jìn)一步研究生物強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過在活性污泥中投入些許高效菌種，可大幅清除污水中的揮發(fā)酚物質(zhì)，達(dá)到污水排放各項(xiàng)指標(biāo)。其次，此模式結(jié)合未加入高效菌種的污水處理系統(tǒng)后，清除污染物的工作質(zhì)量提升明顯，提高了生物修復(fù)技術(shù)的去除率。伴隨科技日益進(jìn)步，如今在治理工作中均廣泛采用生物修復(fù)技術(shù)，應(yīng)用現(xiàn)代化的治理技術(shù)，相比老舊單一的治理技術(shù)，生物修復(fù)技術(shù)具有快速有效的優(yōu)點(diǎn)，及時(shí)獲得治理成果，同時(shí)具備資金投入小、技術(shù)操作方便、安全，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，可有效促進(jìn)水環(huán)境治理工作，減少城市化發(fā)展對(duì)水環(huán)境的危害，達(dá)到節(jié)約減排的效果，助力水環(huán)境的治理水平進(jìn)一步提高。

（五）利用水生植物進(jìn)行水環(huán)境生態(tài)修復(fù)的效益

水生植物由于根系強(qiáng)壯發(fā)達(dá)，種植后與水體接觸面積大，可形成許多致密的過濾層。例如，香蒲可以形成根莖相交的根莖網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)?shù)乇硭徛鲃?dòng)時(shí)，重金屬和顆粒物被阻塞并留下。當(dāng)水生植物的根部與水體接觸時(shí)，不溶性膠體被吸收并沉淀在根部，沉淀為水體中的有機(jī)物和新代謝物，能被洗滌并吸收周圍的水體。江河湖泊緩沖區(qū)兩側(cè)農(nóng)作物的吸收、沉淀、過濾、分解、護(hù)坡等，能消耗和分解水體中的苯酚、鉿、氰化物、鋅等有機(jī)物[7]。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，水生植物是維持水體生態(tài)平衡的主要生態(tài)因子。當(dāng)水生植物與多種植物配合使用時(shí)，水體效果較單株施藥的效果有明顯提升，這是因?yàn)椴煌乃参镌趦羲矫娴淖饔貌煌栽谕恢参锏纳L(zhǎng)時(shí)期，不同植物的生長(zhǎng)速度和代謝功能存在著顯著差異。植物群落的生長(zhǎng)發(fā)育與植物微生物群落直接相關(guān)，微生物群落的變化也與水體凈化有關(guān)。因此，不同類型的植物不僅有不同的生長(zhǎng)期，而且還能保持物種的多樣性，并在環(huán)境和水生生態(tài)系統(tǒng)之間保持恒定的平衡。

五、水環(huán)境治理的措施

（一）轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊纳鷳B(tài)文明建設(shè)觀念

公眾是水和環(huán)境治理的主要利益攸關(guān)方，城市文明建設(shè)離不開公眾的參與。最有效的方法是加強(qiáng)對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的認(rèn)識(shí)，并參與生態(tài)文明項(xiàng)目的治理、監(jiān)督和管理。

（二）建立城市水和環(huán)境綜合管理系統(tǒng)

相關(guān)部委需要建立一個(gè)更強(qiáng)有力的綜合治理系統(tǒng)，以滿足城市水環(huán)境治理的實(shí)際需要，并確定治理人員、相關(guān)企業(yè)、居民等以外的管理系統(tǒng)。有必要根據(jù)城市水環(huán)境的實(shí)際分布情況改革和創(chuàng)新相關(guān)治理措施，并更有針對(duì)性地管理水和河流、湖泊等環(huán)境。在實(shí)踐中，城市水環(huán)境治理必須明確治理目標(biāo)，劃分治理的各個(gè)階段，加強(qiáng)不同部門之間的合作，建立最佳的互助關(guān)系。當(dāng)然，除了上述體制標(biāo)準(zhǔn)之外，還需要強(qiáng)調(diào)城市廢水管理，采用更合理的城市廢水凈化和處置措施，并加強(qiáng)對(duì)廢水生產(chǎn)單位的控制，以支持和協(xié)助治理污染。

（三）截留廢水并監(jiān)測(cè)其流入河流的情況

“黑色的氣味在水里，根在岸邊，心在管網(wǎng)里，鑰匙在排氣口里?！边@是目前公認(rèn)的觀點(diǎn)。對(duì)于沿水道直接排入水中的工業(yè)廢水和生活廢水等排水系統(tǒng)，廢水由管道收集和處理，然后再排放。對(duì)于沒有建設(shè)管網(wǎng)的地區(qū)，敦促政府盡快改善下水道系統(tǒng)的建設(shè)，綜合規(guī)劃永久污水處理廠的建設(shè)，而不是采取臨時(shí)綜合凈水設(shè)備等治理措施。

（四）增加企業(yè)廢水處理費(fèi)用，完善廢水處理制度

為了進(jìn)一步限制污水排放企業(yè)在生產(chǎn)過程中的行為，目前全國(guó)所有城市都向污水排放企業(yè)收取一定的污水處理費(fèi)用，但這種污水處理費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)是統(tǒng)一的。事實(shí)上，不同城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有很大差異，在制定環(huán)衛(wèi)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮到城市之間的經(jīng)濟(jì)差異，從而使相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更加合理。此外，目前城市水環(huán)境管理方面的挑戰(zhàn)是在形成污染之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)防處理，這顯然不利于水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，因此需要在水環(huán)境管理理念方面進(jìn)行創(chuàng)新，一方面，清潔生產(chǎn)應(yīng)通過優(yōu)化生產(chǎn)流程，減少生產(chǎn)過程中對(duì)水資源的使用；另一方面，企業(yè)還應(yīng)改進(jìn)自己的生產(chǎn)技術(shù)，盡可能利用廢棄資源作為生產(chǎn)材料，實(shí)現(xiàn)材料的第二次利用；最后，必須加強(qiáng)不同行業(yè)之間的聯(lián)系，促進(jìn)各行業(yè)的資源回收。

六、展望和思考

采用生物修復(fù)技術(shù)是城市水環(huán)境治理的大趨勢(shì)，也是城市水環(huán)境的治理的制高點(diǎn)。生物修復(fù)技術(shù)作為最綠色、環(huán)保、自然的技術(shù)是城市水環(huán)境恢復(fù)自然水生態(tài)環(huán)境的必然之路。在遠(yuǎn)離人類活動(dòng)的森林、草原中的水環(huán)境是那么的自然美好，水體清澈見底，而人類活動(dòng)密集的城市各類污染導(dǎo)致水環(huán)境破壞，水體出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。在不斷研究水生態(tài)環(huán)境及自然規(guī)律中，日后將更好地總結(jié)利用自然生物的力量，通過利用生物修復(fù)技術(shù)重組水生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)城市水生態(tài)系統(tǒng)的自然生物凈化能力，達(dá)到水生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡，城市水環(huán)境將持續(xù)好轉(zhuǎn)，河道水體恢復(fù)干凈、清澈。

七、結(jié)束語

總之，與其他控制能量和水環(huán)境的方法相比，水生植物在生長(zhǎng)和代謝過程中吸收氮和磷的特性可以控制當(dāng)前的水污染問題。它消耗的資源較少，投資成本相對(duì)較低。因此，全面研究和分析水生植物在水生環(huán)境管理中的重要作用及其實(shí)際應(yīng)用，不僅可以促進(jìn)該方法的應(yīng)用，而且有助于降低污水處理成本，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平。