微生物技術(shù)在污水處理的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景

王加領(lǐng)，鄧宏寶

南通大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226001

1 微生物應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 在微生物菌劑中,微生物菌種的多樣性存在明顯的缺失

當(dāng)前，市場(chǎng)上的微生物菌劑僅有1～2 種,這些菌劑的處理效果受污染物種類和特征的限制, 無(wú)法滿足當(dāng)前城市生活污水和工業(yè)生產(chǎn)廢水的綜合處理需求。因此,其在未來(lái)的發(fā)展?jié)摿薮?可以為污染物的有效治理提供更多的選擇。如果我們能夠更加豐富多樣地使用菌劑, 那么就可以大幅提升微生物在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用水平。

1.2 溫度對(duì)于用微生物處理污水有顯著的影響

“活性”的存在使得微生物的繁殖和代謝受到溫度的限制。不同種類的微生物對(duì)溫度的需求不盡相同。如果溫度過(guò)低，就會(huì)導(dǎo)致微生物的活性下降,污水處理效果變差，甚至導(dǎo)致微生物大面積死亡,從而影響污水的最終排放標(biāo)準(zhǔn)?？刂茰囟鹊倪^(guò)程不僅會(huì)極大地提升污水處理廠的運(yùn)營(yíng)效率，還會(huì)使污水處理技術(shù)變得更加復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致微生物在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。

2 微生物在污水處理領(lǐng)域現(xiàn)有的應(yīng)用方法

2.1 活性污泥法

采用活性污泥法來(lái)處理廢水是一種有效的技術(shù),其關(guān)鍵在于建立一個(gè)有效的曝氣池,使污水和活性污泥有效混合, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有害物質(zhì)的有效捕獲和轉(zhuǎn)化, 使污水得到有效凈化并滿足國(guó)家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),使廢水得到有效處理。采用活性污泥技術(shù)進(jìn)行污水處理不僅需要投入大量的微生物菌劑, 而且需要耗費(fèi)大量的電力,這就需要采用多種模式,如完全混合式和延遲式,以精確掌握曝氣量,從而實(shí)現(xiàn)更高的凈化率和更好的凈化效果。

2.2 生物膜法

通過(guò)生物膜工藝可以將多種有機(jī)物分子結(jié)合在一起,形成具有良好吸附性能的薄層,以有效地捕獲、分離、轉(zhuǎn)化、處理和凈化污水,達(dá)到凈化環(huán)境的目的。生物膜科技的使用范圍越來(lái)越廣。這得益于它的優(yōu)勢(shì):菌膠團(tuán)、藻類、固著型纖維和游離型纖維等微生物都可以作為生物膜的基本單元, 有助于有效地捕獲和吸收有機(jī)物, 以減小其對(duì)環(huán)境的影響并有效降解BOD5。由此可見(jiàn)，生物膜科技的使用比傳統(tǒng)的活性污泥工藝更加有效,更加節(jié)約資源以及更加環(huán)保。與傳統(tǒng)的活性污泥法相比, 使用生物膜技術(shù)可以有效減少淤泥的數(shù)量,節(jié)省后期的處置費(fèi)用,從而提升整體經(jīng)濟(jì)效益[1]。

2.3 厭氧微生物法

采用厭氧微生物法不僅可以有效去除污泥中的有害物質(zhì)、節(jié)約資源，由此生成的甲烷和其他氣體還可以被轉(zhuǎn)化為清潔的天然能源, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的循環(huán)使用。此外,通過(guò)這種方法,還可以顯著地減少污泥中的細(xì)菌,使廢水的排放變得更加安全。厭氧微生物和好氧微生物都是常用的污水處理技術(shù), 它們可以被用來(lái)改善污泥的性能, 也可以被用來(lái)減少高濃度有機(jī)物的排放,從而大大提升污水處理效率。

3 生物制劑在污水處理中的應(yīng)用

自20 世紀(jì)70年代以來(lái)，為了更好地控制和減少工業(yè)廢水的排放，科學(xué)家和學(xué)術(shù)團(tuán)體開(kāi)發(fā)了多種生物菌種，其中包括硫酸鹽還原菌、酚類、氰和腈類、硝基苯類、高效的脫色菌、多種農(nóng)藥和氯代芳烴類、有機(jī)磷和樂(lè)果類、非硫細(xì)菌、焦化廢水和硫氰酸鈉類。這些菌種的發(fā)現(xiàn)和使用為改善環(huán)境質(zhì)量提供了重要的科學(xué)依據(jù)和可靠的保障。通過(guò)對(duì)TNT -DNN 和TNT - RDX 有機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，我們已經(jīng)成功解決了多種污染問(wèn)題，包括電鍍、農(nóng)藥、印染、有機(jī)酚及其他各種有害物質(zhì)的排放，并取得了顯著成績(jī)。王之暉、馮昊等的研究表明，當(dāng)多種酵素混合物被應(yīng)用于改善制漿廠的廢水處理系統(tǒng)時(shí)[2]，其運(yùn)行效果能夠得到顯著改善。研究發(fā)現(xiàn)，在工藝運(yùn)行參數(shù)保持不變的情況下，添加多種酵素混合物可以顯著改善該系統(tǒng)的生物活性，有助于提升CODCSS 和色度去除率。

4 微生物技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

根據(jù)微生物處理的方式，可以將其分為好氧處理、厭氧處理及混合處理，用于滿足特定的環(huán)境需求。

好氧微生物處理技術(shù)可以利用細(xì)菌的有氧循環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄物的高效去除。其中常見(jiàn)的技術(shù)包括：①利用氧化塘，即利用自然環(huán)境中的池塘、湖泊等，模擬其本質(zhì)，形成一個(gè)靜止的污水池，其內(nèi)部的細(xì)菌可以通過(guò)光合作用及其周圍的大量空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄物的高效去除。②采用活性污泥法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)較為嚴(yán)重或較小規(guī)模的污水的凈化，其特征是處理效率極佳，可以實(shí)現(xiàn)較為清潔、穩(wěn)定和可持續(xù)的出水。其中，曝氣池是通過(guò)將廢水與回流的活性污泥結(jié)合在一起來(lái)達(dá)到凈化效果的，并將其作為最終產(chǎn)物排放到環(huán)境中。曝氣池可以被視作一個(gè)高效的生化反應(yīng)裝置，它可以將大量的氧從污染源中排放出來(lái)，并將其與污染源的污染物進(jìn)行反應(yīng)，形成一個(gè)懸浮的污染體系，從而發(fā)揮污染源中的污染物和其他污染源之間的最大反應(yīng)效果。接著，混合液將被引導(dǎo)至沉淀池，其中的懸浮顆粒會(huì)被細(xì)微地捕獲并與水完美地分離，最終形成一種潔凈的水。③通過(guò)生物膜技術(shù)，我們能夠從廢水中分離出大量的溶解性有機(jī)物。這種技術(shù)通常包括滴濾池法、轉(zhuǎn)盤法、接觸氧化法及流化床法[3]。

微生物處理是一種利用微生物進(jìn)行物質(zhì)降解的技術(shù)。這種技術(shù)能夠使微生物利用氧氣進(jìn)行代謝，并將其中的物質(zhì)進(jìn)行氧化，以產(chǎn)生新的物質(zhì)。常見(jiàn)的微生物處理方法包括：①微生物消化池。它可以將微生物降解成有用的物質(zhì)，但是對(duì)生活垃圾和工業(yè)排放物的凈化效果較差。②通過(guò)厭氧接觸法，我們能夠更好地利用厭氧濾器中的固體填充和增加生物膜來(lái)改善污染。這種技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于處理具有難以降解的可溶態(tài)化學(xué)成分的工業(yè)廢水。在處理過(guò)程中，兼氧菌的存在可以顯著提高處理效果；當(dāng)好氧和厭氧菌共存時(shí)，這種處理方式的效果會(huì)更加顯著。

5 微生物技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)的物理或化學(xué)凈化方式，微生物凈化技術(shù)有著許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。①它的吸附能力極佳，沉淀性和降解能力也極其出色，無(wú)須對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格的限制，只需通過(guò)酶的作用就能快速、徹底地凈化廢水，不僅凈化的水量更多，而且凈化所耗費(fèi)的總價(jià)格只是傳統(tǒng)物理或化學(xué)凈化的30%～50%。②微生物種群多樣，數(shù)量龐大，擁有多種不同的代謝機(jī)制，并且能夠輕松地分解和改造自然界中的物質(zhì)。其容易培育，繁衍迅速，擁有良好的環(huán)境適應(yīng)性并易于產(chǎn)生變異。經(jīng)過(guò)精心的培育和馴化，這些微生物不僅能更好地適應(yīng)多樣化的、有害的工業(yè)廢水和生活污水，而且具備廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)對(duì)微生物的精心篩查、培育和馴化，使大多數(shù)有害物質(zhì)得到了良好的生物降解，滿足了不同的污水處理需求。③通過(guò)采用微生物技術(shù)，我們不僅可以消滅各種有害的有機(jī)物、細(xì)菌和其他有害物質(zhì)，還能消除異味、改善水的清澈程度、減少顏色，從而達(dá)到優(yōu)異的凈水效果。通過(guò)選擇和培養(yǎng)恰當(dāng)?shù)奈⑸?，可以將各種污染物進(jìn)行分離和凈化[4]。

6 生物膜技術(shù)中超濾技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展空間分析

20 世紀(jì)70年代超濾技術(shù)得到發(fā)展，目前已成為一種重要的污染物凈化方法。它能夠利用壓力差的作用對(duì)溶液中的污染物進(jìn)行有效的去除，達(dá)到凈化污染物的目的，在這一領(lǐng)域取得了顯著的成果。通俗地講，超濾技術(shù)可以被視作一種基于膜的物理濾波器，它利用膜的雙向壓力來(lái)有效地去除水、溶解氧、微粒和細(xì)菌，以達(dá)到去除有害物質(zhì)、提高溶質(zhì)純度的目的。這一過(guò)濾系統(tǒng)可以有效地去除溶質(zhì)、細(xì)菌和微粒，使溶質(zhì)得到有效的提純。近年來(lái)，超濾技術(shù)的發(fā)展主要集中在新型超濾膜的R&D 上，其穩(wěn)定性和pH 適用范圍更加廣泛。因此，這一技術(shù)在處理含油廢水方面取得了顯著的成果。當(dāng)前，超濾技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和發(fā)展可以劃分為以下幾個(gè)領(lǐng)域。①使用熒光塑料膜可以更有效地處理乳化金屬軋制廢水。使用30 L/（m3·h）的超濾膜，用50 ℃的熱水，以4 m/s～5 m/s 的水流速度對(duì)濾液中的雜質(zhì)進(jìn)行清除。此外，使用氯化氫水溶液來(lái)沖洗超濾膜可以更好地消除濾膜表面的污染物，防止超濾膜氧化導(dǎo)致的膜孔阻塞。②除聚醚-聚酮膜外，還可以采用聚醚-PSU 膜進(jìn)行超濾，它們可以有效地將微粒級(jí)別的污染物與大氣中的污染物隔絕開(kāi)來(lái)，并且它們的化學(xué)特性也十分穩(wěn)定，可以承受較大的熱環(huán)境。③通過(guò)使用PVC-PAN 超濾膜，我們能夠有效地將含有乳化油的污水進(jìn)行油水分離。使用這種方法可以將污水按照正常的方式排放到下水道，且過(guò)濾出的油還可以用來(lái)燃燒。④多孔陶瓷超濾膜是一種高效率的混合膜，其特殊的表面特征是含有多種不同的聚合物，能夠通過(guò)對(duì)水質(zhì)的分析來(lái)發(fā)現(xiàn)其特征，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其特征的精準(zhǔn)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超濾膜的優(yōu)化?；诖?，未來(lái)超濾技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該著重于提升其耐久性、抗污染性和減少能耗，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)計(jì)和管理，以解決超濾膜在廢水處理中面臨的一系列挑戰(zhàn)。

7 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著世界各地環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng)和環(huán)境規(guī)定的日益嚴(yán)格，環(huán)境微生物學(xué)科學(xué)技術(shù)得到了極大的發(fā)展。在我國(guó)，這一領(lǐng)域的研究正在快速興起，為國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供了極大的福祉。隨著時(shí)代的變遷，人們對(duì)于更先進(jìn)的微生物技術(shù)的關(guān)注日益增加。因此，政府、企業(yè)、學(xué)者等各界人士積極參與其中，共同努力，加強(qiáng)對(duì)微生物技術(shù)的研究，深入探索其在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用，以促進(jìn)全球環(huán)保事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，從而為全球的環(huán)境保護(hù)事業(yè)注入新的活力。