環(huán)境污水處理中微生物技術(shù)應(yīng)用探析

張 爍

（宜春市方科污水處理有限公司，江西 宜春 336000）

通過對我國處理環(huán)境污水的情況進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)目前比較常用的方法是物理化學(xué)法，利用萃取、吸附、離子交換、膜分離技術(shù)、氣提等物理化學(xué)的原理，對廢水進(jìn)行處理或者回收。該種處理方法雖然在一定程度上能夠?qū)Νh(huán)境污水進(jìn)行良好的處理，但是其存在見效緩慢、存在殘留以及可能導(dǎo)致二次污染的問題。因此，當(dāng)前應(yīng)該積極探索新的對環(huán)境污水進(jìn)行處理的路徑。隨著科學(xué)技術(shù)以及生物工程的不斷發(fā)展，微生物處理技術(shù)開始逐漸進(jìn)入人們的視野當(dāng)中。在對環(huán)境污水進(jìn)行處理過程中應(yīng)用微生物技術(shù)，一般不會危害到水質(zhì)，以及能夠?qū)ξ鬯畬?shí)現(xiàn)高效處理，主要是因?yàn)樵摲N方法可以利用自身的新陳代謝來對污染物進(jìn)行分解，促使其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。

1 微生物技術(shù)在環(huán)境污水處理中發(fā)揮的作用

1.1 降解作用

通過對微生物技術(shù)在環(huán)境污水處理中發(fā)揮的作用進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)降解作用是其最為直觀的作用之一。微生物的繁殖以及活動均需要從有機(jī)物當(dāng)中獲取能量，而水體富營養(yǎng)化通常代表著水體當(dāng)中含有大量的有機(jī)物質(zhì)。因此，在對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中應(yīng)用微生物技術(shù)，微生物能夠與污水當(dāng)中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，將其降解為無機(jī)物，從而實(shí)現(xiàn)無機(jī)物元素的循環(huán)，降低污水中有機(jī)物的含量，使其處于平衡狀態(tài)[1]。比如，在對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中，應(yīng)用霉菌在一定程度上能夠降解敵百蟲以及石油烴等有害的有機(jī)物。

1.2 祛毒作用

環(huán)境污水由于含有大量的污染物會具有一定的毒性，并且以生物毒性為主。比如，城市污水中，無機(jī)磷的含量占據(jù)比例是非常大的，并且該種物質(zhì)很難進(jìn)行降解，當(dāng)其累積到一定的含量時會導(dǎo)致大量的藻類植物滋生，造成水體富營養(yǎng)化。通過研究微生物技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)該種技術(shù)對污水具有良好的祛毒作用。微生物通過轉(zhuǎn)化、降解、礦化等反應(yīng)，能夠?qū)ξ廴疚锏姆肿咏Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，從而降低或去除其毒性。在對城市污水進(jìn)行處理的過程中，應(yīng)用微生物技術(shù)，能夠?qū)o機(jī)磷進(jìn)行深度的凈化，從而降低其對生態(tài)環(huán)境造成的不良影響。

1.3 代謝作用

對于微生物來說，其本身就具有代謝的能力。微生物技術(shù)在發(fā)揮自身的代謝作用時，主要是確保自身具有良好的生命活動，分解廢水中的有機(jī)物質(zhì)，獲得適當(dāng)?shù)哪芰?，并將其用于自身的繁殖和代謝。在代謝過程中，經(jīng)常會與污水當(dāng)中的各種污染物發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)過程中，污染物會作為其中的原材料被消耗。當(dāng)這些物質(zhì)都被消耗完時，將會降低廢水的污染程度。一般來說，在實(shí)現(xiàn)微生物的代謝作用時，最常用的是桿菌以及放線菌等菌種[2]。通過應(yīng)用放線菌、分枝桿菌、桿菌等微生物對環(huán)境污水進(jìn)行處理，能夠代謝污水當(dāng)中的脂肪，與此同時，微生物代謝過程中所產(chǎn)生的物質(zhì)，有的還能夠與污水當(dāng)中的其他污染物發(fā)生反應(yīng)，降低了發(fā)生二次污染的可能。通過調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn)，在對污水進(jìn)行處理的過程中，微生物技術(shù)所造成的二次污染的嚴(yán)重程度、污染范圍以及發(fā)生的可能性均優(yōu)于化學(xué)技術(shù)這一處理方法的結(jié)果，充分表明在對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中，微生物技術(shù)的應(yīng)用價值顯著。

2 微生物技術(shù)在環(huán)境污水處理中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 微生物吸附技術(shù)在環(huán)境污水處理中的應(yīng)用

微生物吸附技術(shù)主要依靠了微生物所具有的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使分泌物摻入污水的懸浮固體中，產(chǎn)生一種沒有危害以及污染特性的活性生物吸附劑，從而發(fā)揮吸附作用，實(shí)現(xiàn)固液分離的目的。微生物以及其產(chǎn)物在吸附作用下能夠與污水當(dāng)中的懸浮物進(jìn)行結(jié)合，降低污水中顆粒污染物的含量，進(jìn)而起到凈化作用。通過對微生物吸附技術(shù)進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)其作為一種新興的處理環(huán)境污水的技術(shù)，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，比如其通常不需要投入較多的成本，并且對污水處理的結(jié)果往往能夠達(dá)到人們理想的效果[3]。該種技術(shù)在對含有重金屬元素的污水進(jìn)行處理時得到了較為廣泛的應(yīng)用，并且達(dá)到了理想的效果。但是，在對污水進(jìn)行處理的過程中，應(yīng)用微生物吸附技術(shù)非常容易受到一些因素的干擾，存在一定的局限性。尤其微生物的活性非常容易隨著環(huán)境污水的溫度、酸堿度等指標(biāo)發(fā)生改變，進(jìn)而在微生物催動下產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)以及沉淀反應(yīng)的效率會大大降低，從而會對污水的處理效果產(chǎn)生消極影響。通常情況下，在對重金屬物質(zhì)進(jìn)行吸附的過程中需要花費(fèi)較長的時間，如果能夠適當(dāng)?shù)匮娱L吸附時間，在一定程度上能夠有效地提高吸附的效率。因此，相關(guān)領(lǐng)域的工作人員在對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中應(yīng)用微生物吸附技術(shù)時，應(yīng)該在保證細(xì)胞具有良好活性的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)匮娱L時間，以獲得最佳的凈化效果。此外，由于環(huán)境污水當(dāng)中的成分比較復(fù)雜，為了避免在吸附過程中對無害物質(zhì)進(jìn)行吸附，在吸附之前應(yīng)該對污水當(dāng)中的成分進(jìn)行充分了解，并以此為基礎(chǔ)選擇合適的微生物對其進(jìn)行吸附，避免對污水進(jìn)行過度凈化。

2.2 微生物發(fā)酵技術(shù)在環(huán)境污水處理中的應(yīng)用

在對環(huán)境污水進(jìn)行處理過程中應(yīng)用微生物發(fā)酵技術(shù)時，需要對污水的性質(zhì)、成分以及規(guī)模進(jìn)行充分調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查得到的結(jié)果應(yīng)用合適的微生物發(fā)酵技術(shù)。通過對當(dāng)前的微生物發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行研究，可以發(fā)現(xiàn)間隙式活性污泥法以及生物除磷脫氨技術(shù)是最為常見的兩種類型。首先，對于間隙式活性污泥法來說，許多專家將其稱為“日曝氣法”，主要是利用活性污泥對污水進(jìn)行處理。近年來，該種污水生物處理技術(shù)在國內(nèi)外引起了廣泛重視。間隙式活性污泥法的主要反應(yīng)器是一個曝氣池，可以同時完成曝氣和沉淀等功能。在應(yīng)用曝氣池時往往需要大量的氧氣促使污水中的有機(jī)物與污泥進(jìn)行結(jié)合，促使其發(fā)生生化反應(yīng)，隨后進(jìn)入沉淀，沉淀結(jié)束之后，盡快將上清液從曝氣池內(nèi)排出，從而實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)進(jìn)行凈化的目的。該種技術(shù)具有簡單、適應(yīng)力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時曝氣和沉淀在同一池內(nèi)周期性間歇運(yùn)行，基質(zhì)和生物體隨時間的變化梯度大，在一定程度上加強(qiáng)了生化反應(yīng)的推動力，提高了處理效率[4]。其次，生物除磷脫氨技術(shù)主要是利用微生物的作用來去除污水中的氮和磷，常用于湖水污染的治理當(dāng)中。該項(xiàng)技術(shù)當(dāng)中的脫氮原理主要是通過厭氧和好氧兩個階段的微生物反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。在厭氧階段，厭氧微生物能夠?qū)⑽鬯?dāng)中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分解產(chǎn)生氨氮，然后在好氧階段，氨氮能夠被氧化成亞硝酸鹽，再進(jìn)一步氧化成硝酸鹽。這個過程中，在厭氧微生物和好氧微生物共同參與下，共同完成了氮的去除。同時，除磷的原理是利用好氧條件下的磷酸鹽的生物吸附和沉淀而實(shí)現(xiàn)的。在好氧階段，微生物能夠?qū)⒘姿猁}吸附在細(xì)菌的表面，形成顆粒狀的生物胞體。然后，這些顆粒會隨著污水一起進(jìn)入沉淀池，在沉淀池中沉淀下來，從而實(shí)現(xiàn)磷的去除。在對環(huán)境污水進(jìn)行處理時，生物除磷脫氮技術(shù)具有操作簡單、效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。

2.3 微生物絮凝技術(shù)在環(huán)境污水處理中的應(yīng)用

通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，有一些具有絮凝功能的高分子有機(jī)物會隨著微生物的生長以及代謝而產(chǎn)生，比如蛋白、功能性多糖等，這些物質(zhì)能夠?qū)ξ勰噙M(jìn)行良好的處理。當(dāng)前有一些微生物本身就屬于良好的絮凝劑，微生物絮凝技術(shù)已經(jīng)得到了該領(lǐng)域工作人員的關(guān)注，并且在對農(nóng)業(yè)污水進(jìn)行處理時得到了廣泛的應(yīng)用。通過對農(nóng)業(yè)污水進(jìn)行檢測，可以發(fā)現(xiàn)其中通常會含有大量的COD（化學(xué)需氧量，Chemical OxygenDemand），在一定程度上增加了對其進(jìn)行處理的難度[5]。在對其進(jìn)行處理的過程中，如果采用常規(guī)技術(shù)治理，一般沒有辦法取得較好的效果。有研究表明，在對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中，應(yīng)用微生物絮凝技術(shù)可以有效地去除TOC 和TN 等物質(zhì)，并且去除率分別達(dá)到75%和45%，這對提高污水處理效果具有十分積極的作用。同時，從以往對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中可以發(fā)現(xiàn)，對廢水進(jìn)行脫色處理一直是個較難解決的問題，而通過應(yīng)用恰當(dāng)?shù)男跄齽┠軌驅(qū)⑽鬯?dāng)中存在的多種色素進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為絮凝沉淀，從而達(dá)到對污水進(jìn)行脫色的效果。總體上看，微生物絮凝技術(shù)具有操作方便，安全可行的特點(diǎn)，并且在對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中，凈化效果顯著。

2.4 固定化微生物技術(shù)在環(huán)境污水處理當(dāng)中的應(yīng)用

對于固定化微生物技術(shù)來說，其剛開始主要在工業(yè)發(fā)酵中得到了人們廣泛的應(yīng)用。但自1970 年以來，由于嚴(yán)重的水污染，迫切需要一種能夠?qū)ξ鬯M(jìn)行快速、高效和連續(xù)處理的技術(shù)，開始在污水處理中應(yīng)用微生物固定化技術(shù)，并且現(xiàn)已形成了較為完整的理論和方法[6]。在對環(huán)境污水處理時應(yīng)用微生物固定化技術(shù)，主要是將廢水中活性高的游離微生物固定在某一類載體上，從而使污染區(qū)域的微生物濃度大大增加，以及微生物的活性顯著提高?；诖耍谥車稚⒌挠袡C(jī)污染物能夠被這類具有較高活躍性的微生物群進(jìn)行迅速、高效和安全地吸附，達(dá)到良好的污水處理效果。目前，固定化微生物技術(shù)最常見的兩種技術(shù)分別為固定化細(xì)菌技術(shù)和固定化酶技術(shù)。在應(yīng)用固定化微生物技術(shù)對環(huán)境污水進(jìn)行處理時所應(yīng)用的設(shè)備比較簡單，也不需要投入較多的經(jīng)濟(jì)成本，以及在使用過程中其不會產(chǎn)生較多的污泥，具有很高的清潔效率。同時，該種技術(shù)還具有定制的功能，在對污水進(jìn)行處理時，可以根據(jù)污水的性質(zhì)以及成分來合理地劃定固定化微生物處理區(qū)域。此外，在通過該項(xiàng)技術(shù)對環(huán)境污水進(jìn)行處理之后，微生物還能夠在較長一段時間內(nèi)保持良好的活性，這對確保水凈化的效果具有重要作用，有利于減少污水處理成本以及不會破壞自然環(huán)境，應(yīng)用前景廣闊。

2.5 生物膜法技術(shù)在環(huán)境污水處理中的應(yīng)用

生物膜法主要通過讓微生物在某些惰性濾料上進(jìn)行附著，形成膜狀生物污泥后，對污水產(chǎn)生凈化的一種方法。通常情況下，生物膜法是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、真菌、兼性菌、藻類以及原生動物等組成的生態(tài)系統(tǒng)。在廢水處理中，生物膜首先吸附附著水層中的有機(jī)物，然后好氧層中的好氧細(xì)菌分解它們，隨后進(jìn)入?yún)捬鯇舆M(jìn)行厭氧分解，此時老化的生物膜會在流水層中被沖刷掉并形成新的生物膜，從而實(shí)現(xiàn)將污水凈化的目的。在對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中，生物膜法技術(shù)具有管理方便、價格低廉等多種優(yōu)勢，并且與活性污泥法進(jìn)行比較，該種技術(shù)工藝在對小規(guī)模分散型污水處理時具有顯著的優(yōu)勢。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，主要是因?yàn)樵趹?yīng)用生物膜工藝時，有多種多樣的微生物會參與到凈化反應(yīng)中，并且在每個運(yùn)行的階段都能夠形成具有一定優(yōu)勢的菌種。同時，生物膜技術(shù)很少會受到水質(zhì)以及水量的影響，其具有良好的適應(yīng)性，以及具有良好的污泥沉降性，能夠?qū)Φ蜐舛鹊奈鬯M(jìn)行良好的處理。生物膜具有多種處理結(jié)構(gòu)，如生物流化床、生物濾池、生物接觸氧化和生物轉(zhuǎn)盤等。只是在應(yīng)用生物膜技術(shù)對環(huán)境污水進(jìn)行處理時，對其設(shè)計(jì)以及運(yùn)行的條件均要求比較嚴(yán)格，因?yàn)槿绻霈F(xiàn)問題可能會導(dǎo)致濾料的破損或者堵塞，造成污水的處理效果大大降低。因此，在應(yīng)用該種技術(shù)方法時，應(yīng)該嚴(yán)格按照相應(yīng)的要求規(guī)范進(jìn)行。

3 結(jié)語

在對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中，微生物技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用價值，但是同時也存在技術(shù)難題和應(yīng)用限制。首先，微生物技術(shù)對污水的凈化能力比較有限。在對環(huán)境污水進(jìn)行處理的過程中，所應(yīng)用的微生物制劑大多是直接從大自然中獲得或者是經(jīng)過人工進(jìn)行培育得來的，受到這種因素的影響，在對污水進(jìn)行處理時，所得到的效果會依靠于微生物本身的活性，具有較強(qiáng)的局限性[7]。其次，在對微生物制劑進(jìn)行篩選時，周期十分漫長，以及培育起來具有比較大的難度，容易受到外界的干擾，這在一定程度上會對其實(shí)際應(yīng)用的穩(wěn)定性產(chǎn)生消極影響，進(jìn)而會降低微生物的污水處理效率。此外，微生物制劑的種類比較單一，雖然目前研發(fā)了多種微生物制劑來對不同類型的環(huán)境污水進(jìn)行處理，但是對于成分比較復(fù)雜的污水處理效果仍然不理想。在未來的應(yīng)用過程中，有待相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和對相關(guān)領(lǐng)域的深入研究，通過技術(shù)革新將其中存在的難題進(jìn)行攻克，提高微生物技術(shù)處理環(huán)境污水的有效性，從而更好地對環(huán)境污水進(jìn)行有效治理。