復(fù)合菌劑處理黑臭水體研究進(jìn)展

楊 純，趙麗紅

(遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121000)

1 黑臭水體概述

《城市黑臭水體整治工作指南》對黑臭水體作出了解釋，“呈現(xiàn)令人不悅的顏色(或)散發(fā)出令人不適氣味的水體”被稱為黑臭水體[1]，從主觀上判斷，水體的黑臭程度代表了其污染程度。

1.1 黑臭水體的現(xiàn)狀

我國黑臭水體存量大，分布廣，治理較為困難。國務(wù)院在2015年4月頒布的《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)中明確規(guī)定，到2020年，地級及以上城市建成區(qū)，黑臭水體控制在10%以內(nèi)；到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總量得到消除的控制目標(biāo)[2]。截至2017年6月，我國認(rèn)定的黑臭水體個數(shù)為2100個。經(jīng)過治理，到2018年底，我國黑臭水體完成治理的有1745個，正在治理的有264個，正在制定治理方案的有91個[3]。黑臭水體的治理雖取得一定成果，但仍存在諸多問題，如黑臭水體底泥上翻致使黑臭水體反復(fù)出現(xiàn)，仍值得科研人員高度重視。

1.2 黑臭水體的成因

水體黑臭是一個復(fù)雜的物理、生物及化學(xué)過程，成因復(fù)雜。城市黑臭水體由于“發(fā)黑”“發(fā)臭”的特征，嚴(yán)重干擾了周圍居民的日常生活。黑臭水體受到污染，且超過水體的自凈能力，水體環(huán)境發(fā)生改變[4]。由于污染的來源不同，黑臭水體也可以分為外源性污染物和內(nèi)源性污染物[5]，兩種污染物中都含有大量的有機(jī)污染物。外源污染物是黑臭水體形成的主要因素，當(dāng)含有大量有機(jī)污染物的生活污水和工業(yè)廢水未經(jīng)有效處理直接流入自然水體時，在其分解過程中消耗大量水中的溶解氧(DO)致使水體環(huán)境發(fā)生改變，由好氧環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬醐h(huán)境。有機(jī)污染物在厭氧環(huán)境中分解，會產(chǎn)生H2S、NH3等有臭味的氣體化合物[6-7]，其中H2S是臭味產(chǎn)生的主要因素。H2S從甲基芳香族化合物中獲得一個甲基，生成甲基硫醇(MTL)和二甲基硫化物(DMS)[8]。硫化氫、硫醇、硫醚等揮發(fā)性有機(jī)硫化物都屬于惡臭污染物[9]。水中的鐵、錳的金屬離子在厭氧環(huán)境中發(fā)生還原反應(yīng)，溶解在水體中的S2-與水體中的Fe2+、Mn2+、Cu2+等金屬離子結(jié)合，生成金屬硫化物[10]。根據(jù)前人的研究，S2-是黑臭水體產(chǎn)生的關(guān)鍵，故將黑臭水體中的S2-氧化為SO42-即可解決水體“發(fā)黑”和“發(fā)臭”現(xiàn)象。

1.3 黑臭水體的治理方法

黑臭水體的治理從原理上區(qū)分，可分為三個方面，分別是物理法、化學(xué)法和生物法。物理法中包括控源截污、清淤疏治等?？卦唇匚蹌t是將黑臭水體中的底泥挖出，切斷了內(nèi)源污染物對水體的污染，但由于此方法會產(chǎn)生大量的污泥，后續(xù)處理困難，容易造成二次污染?；瘜W(xué)法則是向水體中投加氧化劑和沉淀劑，使水體內(nèi)污染物成為不溶性固體，在重力的作用下，將污染物控制在底泥中。此方法國外應(yīng)用廣泛，但由于化學(xué)藥劑對腐植生物存在負(fù)面影響，在藥劑選擇上應(yīng)選對水體環(huán)境影響較小的化學(xué)藥劑。生物法包括植被修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)，主要包括人工濕地和生態(tài)浮游等方式[11-12]。微生物修復(fù)是向水中投加微生物菌劑，通過微生物的新陳代謝功能，降解水中的污染物。在實際應(yīng)用中，人們在選擇微生物菌劑時更傾向于復(fù)合菌劑。復(fù)合菌劑中組成菌存在相互協(xié)同的作用，彼此相互提供生長所需的條件且提高降解污染物的能力[13]。

2 復(fù)合菌劑概述

微生物廣泛存在于自然界中，其種類繁多，功能各異，各自有著自己獨特的生活環(huán)境，如大氣、土壤、水體中都有他們的身影。人類利用微生物已有近千年的歷史，涉及諸多領(lǐng)域，如食品、污泥堆肥、污水處理等。

2.1 復(fù)合菌劑的來源

復(fù)合菌劑是將兩種或兩種以上的微生物以適當(dāng)?shù)谋壤餐囵B(yǎng)，充分發(fā)揮群體的聯(lián)合作用，以取得最佳應(yīng)用效果的一種微生物菌劑[14]。最早人們對于復(fù)合菌這個概念并不是很了解，并且對于微生物菌劑及其提取物并沒有科學(xué)的認(rèn)知。到了20世紀(jì)70、80年代，微生物菌劑的研究與應(yīng)用逐漸廣泛，后來，美日歐國家相繼研制出了復(fù)合菌劑，有些菌劑應(yīng)用廣泛并形成了系列產(chǎn)品。這些復(fù)合菌劑所發(fā)揮的功能不盡相同，處理效果也各異：有的復(fù)合菌劑能夠提高處理廢水的速度，有的對于廢水中的BOD和大部分的有機(jī)物的降低效果明顯，有的對于油脂類以及紙漿廢水處理效果顯著。隨著科技的進(jìn)步。日本學(xué)者研發(fā)了一種EM菌，它是一種以光合細(xì)菌等10多個屬80多種的微生物形成的一種復(fù)合菌劑，后來被廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域，處理效果明顯，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的雙贏。

2.2 制備復(fù)合菌劑常用的微生物菌劑

微生物復(fù)合菌劑對廢水的處理相較于單一微生物處理效果顯著，而且不同類型的微生物復(fù)合菌劑對廢水中的有害物質(zhì)處理效果也不相同。目前較為廣泛的微生物菌劑大致可以分為以下幾種：

1)芽孢桿菌。芽孢桿菌是好氧型細(xì)菌，生產(chǎn)較為容易，易于保存，較為普遍。它分泌出蛋白酶等活性較強(qiáng)的胞外酶，對廢水以及泥底中的脂肪等有機(jī)物進(jìn)行分解吸收，從而有效的降低水體的富營養(yǎng)化，能夠?qū)δ嗟走M(jìn)行清除。與此同時，它也能消滅病原體或是減少病原體的存在進(jìn)而達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。

2)光合細(xì)菌。光合細(xì)菌對污水中的硫化物、有機(jī)物等能進(jìn)行降解，它是在厭氧光照的條件下進(jìn)行的降解。在這種條件下，它分泌出胞外蛋白酶，能夠?qū)⑽鬯械挠袡C(jī)物氮分解為小分子的氨基酸，在脫氮基的作用下，生成氨氮，并與污水中的氨氮一起同時作為氮源為光合細(xì)菌的生長繁殖提供能源，并且成為菌體的一部分。有些具有反硝化作用的光合細(xì)菌將污水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽作為最終的電子受體，再利用外界像氨基酸等較為簡單的有機(jī)物為供氫體進(jìn)行反硝化作用。相反，在有氧的條件下，并沒有這種情況，這時光合細(xì)菌進(jìn)行脫氮就會受到限制，它會直接利用污水中的有機(jī)物為己所用，直接將有機(jī)物作為吸收基質(zhì)，在這一過程中便會消耗氨氮，由此合成細(xì)胞原生質(zhì)，因此達(dá)到降低污水中氨氮的含量。

3)硝化細(xì)菌。它是一種自養(yǎng)型的細(xì)菌。亞硝酸菌屬以及硝酸菌屬，它們都是專性好氧菌。但這兩種菌群屬于完全不同的菌群，在好氧件下，兩者都將氧作為最終電子受體，其中大多數(shù)為專性化，能合成自養(yǎng)型，有些少數(shù)可以在一些有機(jī)物培養(yǎng)基上生長，這樣的為兼性自養(yǎng)型，維氏硝化桿菌的一些品系就是這類的。

4)酵母菌。人們最早利用酵母菌是因為它的發(fā)酵功能，可以進(jìn)行釀酒。在1978年Yoshizawa將酵母菌應(yīng)用于廢水處理，并且產(chǎn)生了獨特的污水處理作用。就這樣，酵母菌在廢水處理中的獨特價值逐漸被人們發(fā)現(xiàn)利用。為什么能有這種獨特效果，是因為它能夠產(chǎn)生不同的特殊的酵母：首先一些大分子的有機(jī)物通過水解酶、糖酶解的作用下會分解為小分子，進(jìn)而再轉(zhuǎn)化為丙酮酸；當(dāng)處于缺氧條件下，酵母菌對丙酮酸進(jìn)行發(fā)酵，再通過三羧酸循環(huán)，最終徹底分解為二氧化碳和水，同時也會產(chǎn)生大量的ATP。這些能量被酵母菌用來同化有機(jī)物，最后再合成細(xì)胞物質(zhì)，因此達(dá)到增長繁殖。

3 生物法在水體修復(fù)中的應(yīng)用

生物法，顧名思義就是用特定的方法進(jìn)行污水處理，常用生物吸收、轉(zhuǎn)化等方法對水體進(jìn)行修復(fù)。相對于其他方法有對環(huán)境產(chǎn)生的影響小，以及成本較低的優(yōu)勢。人工濕地、投加功能菌為常見的方法，而且需要用到多種生物修復(fù)方法對水體進(jìn)行修復(fù)，以便達(dá)到單一修復(fù)方法達(dá)不到的效果。

3.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)通過綠色植物對水體進(jìn)行修復(fù)，通過植物的吸收等將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，在修復(fù)過程中較為常見。有些水生植物吸收水體中的N、P等營養(yǎng)鹽非常高效，它能夠進(jìn)行光合作用，釋放氧氣進(jìn)而提高水體自凈能力。并不是所有植物都能很快適應(yīng)這種環(huán)境，需要找到合適的植物來進(jìn)行水體修復(fù)，而這個過程無疑是較為漫長的。

3.2 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)是利用微生物進(jìn)行水體的修復(fù)，生物膜技術(shù)、投加生物菌種等是常見的修復(fù)方法。毛濤[15]用固定化枯草芽孢桿菌對池塘的水體進(jìn)行凈化，實驗表明，COD降低效果佳，氨氮的含量明顯降低，pH趨于穩(wěn)定，對弧菌的抑制作用顯著；劉雙江[16]用光合細(xì)菌抑制亞硝酸鹽，數(shù)據(jù)證明，該菌劑使池塘中的亞硝酸鹽濃度下降明顯，下降了50%～80%。

3.3 復(fù)合菌劑在水體修復(fù)中的應(yīng)用

復(fù)合菌劑通過幾種不同的微生物進(jìn)行合作進(jìn)而達(dá)到污水處理的效果，在各個領(lǐng)域的水體修復(fù)中達(dá)到了較好的效果。

施安輝[17]對水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)進(jìn)行了改善與凈化，他從優(yōu)良水質(zhì)中把光合細(xì)菌、枯草芽孢桿菌以及乳酸鏈球菌制成了復(fù)合菌劑，從而有效降低了水體的COD、氨氮，使水質(zhì)得到了明顯改善。

衛(wèi)明[18]對長寧區(qū)某黑臭河段進(jìn)行修復(fù)時，在無法進(jìn)行截污的條件下實現(xiàn)了高效復(fù)合菌劑在治理黑臭水體時的有效應(yīng)用。

周志勤[19]通過模擬富營養(yǎng)化水體，用好氧反硝化菌生物膜來進(jìn)行實驗，其中有害物質(zhì)得到了明顯改善：COD平均去除率為76%、硝氮為100%、氨氮為70%、TN為73%。

吳霞[20]將本源微生物菌劑投放到黑臭水體中，在投加時水體溶解氧提升到 2.0 mg/L 之上，COD的去除率維持在40%、總磷為30%、氨氮的去除率在40%以上。

楊文娟[23]對于處理黑臭水體則是采用了反硝化細(xì)菌和光合細(xì)菌進(jìn)行修復(fù)，結(jié)果顯示，反硝化細(xì)菌去除氮和磷的效果明顯，而泥地和水體中的CODcr，光合細(xì)菌對其的降解作用不佳。但這兩種菌劑的復(fù)合去除水體中的有害物質(zhì)效果增加，能夠相互作用，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，對水體的修復(fù)作用有較好的效果，相反，單一的菌劑呈現(xiàn)的修復(fù)效果不太理想。

復(fù)合菌在修復(fù)水體中能夠起到較好的效果，具有可行性和高效性，而且用復(fù)合菌修復(fù)更具有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的合理性，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的統(tǒng)一。

4 結(jié)語

隨著社會的不斷發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，對于污水處理的需求也是越發(fā)強(qiáng)烈，而使用微生物修復(fù)技術(shù)尤其是復(fù)合菌進(jìn)行黑臭水體修復(fù)也是愈發(fā)廣泛，這種修復(fù)技術(shù)不僅能夠有效對污水進(jìn)行修復(fù)，而且在技術(shù)上具有較好的可行性。