微生物強化技術(shù)在黑臭水體生態(tài)修復中研究進展

張可

摘?要：目前城市中出現(xiàn)了大量黑臭水體，嚴重影響到了人民的身體健康和城市的形象。據(jù)此，主要簡述了黑臭水體的形成原因以及微生物強化技術(shù)在黑臭水體中對有機物、重金屬、氮、磷等營養(yǎng)元素去除的應(yīng)用現(xiàn)狀。為我國今后黑臭水體生態(tài)修復技術(shù)的發(fā)展提供強而有力的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：黑臭水體;微生物強化技術(shù);生態(tài)修復

中圖分類號：TB?文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.03.099

我國城市化進程的加速帶來了愈加嚴重的環(huán)境污染問題，尤其是一些城鎮(zhèn)水體污染嚴重甚至出現(xiàn)了黑臭現(xiàn)象。究其原因主要是我國部分城市環(huán)境基礎(chǔ)配套設(shè)施不完善尤其是廣大的農(nóng)村地區(qū)基本上不存在完整的截污設(shè)施和處理設(shè)備且管理效果較差造成設(shè)施停運或損壞。2017年5月31日中國環(huán)境保護部發(fā)布的《2016年中國環(huán)境狀況公報》指出我國已經(jīng)開始對1285個黑臭水體展開了重點整治項目，由此可見政府愈加重視黑臭水體的治理。生物技術(shù)具有廉價、無二次污染等優(yōu)點，尤其是微生物強化技術(shù)還能夠高效去除目標污染物，所以在國內(nèi)黑臭水體修復中應(yīng)用十分廣泛，但是常常忽略復合技術(shù)的應(yīng)用做不到因地制宜、標本兼治。

1?黑臭水體的成因

黑臭水體是水污染的一種極端現(xiàn)象，黑臭是人們自身對水體污染的外在感官描述。城市水體惡化的主要原因是由城市生活污水和工業(yè)污水未經(jīng)過處理或處理不達標過量排放與水體中的藻類、細菌等新陳代謝所引起的。由于水體中有機污染物含量較高，此時水體中自然復氧速率遠遠低于好氧微生物的耗氧速率，水體中氧氣的含量在較短的時間內(nèi)便會消耗殆盡。此時厭氧微生物開始占據(jù)主導地位，代謝消耗有機污染物產(chǎn)生H2S、NH3、CH4等氣體致使水體發(fā)臭。

黑臭水體成因復雜，污染物或者水體中可能包含鐵、錳等金屬離子與水體中的硫元素發(fā)生反應(yīng)最終形成FeS、MnS等黑色沉積物質(zhì)與水體中的懸浮顆粒共同作用使得水體出現(xiàn)黑化現(xiàn)象。研究還發(fā)現(xiàn)腐殖酸、富里酸等有色物質(zhì)吸附于水體中懸浮顆粒與水體的發(fā)黑有直接聯(lián)系。

2?微生物強化技術(shù)原理

由于進入水體中污染物數(shù)量多、種類雜對水體中原著微生物可能存在抑制或毒害作用，或者水體中還存在某種復雜的污染物不能夠被水體中原有的微生物所代謝消耗。此時候就需要向污染水體中投加人工改造后具有特定功能的微生物或者改變水體條件使其適應(yīng)某種特定微生物的生長來達到降解特定污染物和提高污染物降解速率的目的。目前有兩種微生物強化技術(shù)應(yīng)用較為廣泛：一種是固定化微生物強化技術(shù);另一種是投加高效降解微生物或共代謝機制強化技術(shù)。

3?微生物強化技術(shù)在水體處理中的應(yīng)用

3.1?難降解有機物的去除

傳統(tǒng)單一水處理技術(shù)對于水體中難降解污染物處理效果欠佳，可通過微生物強化技術(shù)與傳統(tǒng)水處理技術(shù)組合工藝來提高污染物降解速率從而改善水體環(huán)境。段云霞等為研究微生物強化技術(shù)組合工藝對高含鹽難降解印染廢水的處理效果，利用強化微生物+接觸氧化—碳濾池處理該印染廢水發(fā)現(xiàn)COD的去除效率達到89.7%，出水效果COD穩(wěn)定在40mg/L。申運栓等為研究強化生物濾池處理硝基苯和苯胺等難降解有機廢水的效果，利用自制載體FPU和菌群BCP35進行微生物固定化發(fā)現(xiàn)苯胺降解速率高達99.9%，硝基苯在厭氧生物濾池中的降解速率達到99.8%。可見微生物強化技術(shù)能夠去除或提高污染物的去除效率，不同于投加強化微生物菌劑固定化技術(shù)能夠長時間保持較高的生物濃度有利于提高污染物的去除效率，但是生物固定化技術(shù)需要污水流入特定的污水處理構(gòu)筑物運營成本較高較難應(yīng)用于河道與湖泊的污染修復。未來可將固定化生物填料放于黑臭河道并輔以曝氣裝置模擬工廠運行，黑臭河道營養(yǎng)物質(zhì)豐富微生物種類繁多利于微生物的生長，該種技術(shù)目前研究的人數(shù)不多不失為一個好的研究方向。

3.2?水體中營養(yǎng)物質(zhì)的去除

水體中的氮、磷等物質(zhì)容易在水體中富集，但是較難通過微生物的代謝消耗轉(zhuǎn)換形態(tài)排除水體。李明慧等通過向南護城河目標水域噴灑復合微生物凈水制劑Bio—HE發(fā)現(xiàn)該目標水域總氮與總磷的綜合去除率達到30%—40%。廖濤等研究微生物菌劑復合蕹菜浮床系統(tǒng)對不同氮、磷濃度富營養(yǎng)化水體的處理效果發(fā)現(xiàn)復合系統(tǒng)對總磷的去除效率為43.9%—73.4%，總氮和氨氮的去除效率分別達到26.8%—51.2%、11.3%—23.3%，從所得的數(shù)據(jù)來看遠遠高于單一浮床系統(tǒng)的去除效率。尹莉等采用固定化微生物工藝+液態(tài)菌組合技術(shù)處理黑臭水體發(fā)現(xiàn)對水體中氨氮和總磷的去除率分別可以達到100%和50.41%，同樣遠遠高于單一系統(tǒng)的處理效率。

人工強化后的微生物能夠利用代謝較高效率的去除氮或磷，菌劑的直接投加在水體中很難高濃度長時間的保持導致處理效果很難維持較長時間只能治標不能治本，以后對于強化微生物的改造可以加強微生物的繁育與對環(huán)境的適應(yīng)能力，延長微生物在水體中的生存時間，以后還有較長的發(fā)展道路。

4?微生物強化技術(shù)對底泥的修復作用

4.1?對底泥中有機物的修復

大量有機污染物進入水體后經(jīng)過自然的沉積作用最終富集在底泥之中致使底泥中有機污染物濃度高污染嚴重。如果底泥中高濃度的有機污染物得不到有效的治理修復，由于底泥和水體的相互物理作用會導致水體污染出現(xiàn)反復的情況。傳統(tǒng)的底泥修復技術(shù)對河道底泥的修復效果有限，目前微生物強化技術(shù)在底泥的生物修復生已經(jīng)有一定的應(yīng)用。

吳光前等為了了解固定化微生物技術(shù)對底泥的修復效果，通過實驗發(fā)現(xiàn)加入“科利爾”生物帶的實驗組底泥厚度由原來的0.1m最終降至0.02m且COD的去除率相較于空白組高出22個百分點達到93%。曹陽等采用華電公司環(huán)境工程部提供CHE—1菌種處理磁湖底泥，底泥中有機污染物含量由原來的23.3mg/L下降至12.3mg/L去除率達到51%降解速率提高了0.5倍。

可見微生物強化技術(shù)對底泥具有一定的處理效果，但是該方法目前只處于實驗室階段應(yīng)用于實際工程還需要很長的一段發(fā)展時間。目前常用的手段一般是物理或化學方法如底泥疏浚和直接投加化學藥劑成本較高且可能對生態(tài)造成影響。類似于水體中有機物的去除強化微生物對底泥有機物具有較高的去除效率且對生態(tài)的影響較小，底泥屬于水體污染物的內(nèi)源輸出與水體的富營養(yǎng)化息息相關(guān)一次處理達標后即可無需考慮長時間的處理效率。

4.2?對于底泥中重金屬的修復

水體中的重金屬一般沉積于底泥中具有長期性、積累性、潛伏性等特點嚴重影響到水體中動植物的生存同時還可能通過食物鏈的富集影響人類的健康發(fā)展。底泥處于水體的底部氧氣含量較低厭氧微生物占據(jù)主導地位代謝消耗有機物的同時會產(chǎn)生酸類物質(zhì)降低環(huán)境中的pH致使大部分金屬鹽不能夠穩(wěn)定的存在，因此對于底泥中重金屬的修復是不可或缺的一個環(huán)節(jié)。目前國內(nèi)微生物對于重金屬的修復技術(shù)主要是利用微生物吸附和微生物淋濾等方式，生物淋濾是通過氧化硫硫桿菌代謝單質(zhì)硫降低污泥pH使得重金屬從固相溶出，再通過污泥脫水來達到去除重金屬的目的，無法應(yīng)用于河道的原位修復。

徐蓮等利用從制革廢水中分離的兩株鉻（Ⅵ）去除菌Chr-9與Chr-43除去鉻發(fā)現(xiàn)Chr-9在35℃時去除鉻的效率最可以高達到92%，Chr-43在40℃時去除鉻的效率最高可以達到80%?？梢钥闯鰪娀⑸锬軌蛱岣咛囟ㄖ亟饘俚娜コ实切枰囟ǖ臈l件例如溫度、有機物濃度。

由于底泥中重金屬長期潛伏的特點就需要強化微生物具有較高的濃度保持較長的時間，由于直接噴灑菌劑無論是濃度還是時間都滿足不了該要求就必須使用固定化技術(shù)。但是該技術(shù)對于河道底泥重金屬處理目前停留于實驗室階段且就算技術(shù)成熟由于需要固定填料也難以應(yīng)用于江河湖海的底泥處理，可以將填料實際應(yīng)用于河道技術(shù)作為一個研究方向。

5?結(jié)語

黑臭水體的修復事關(guān)人類的生存環(huán)境，但是黑臭水體的成因與成分都較為復雜，傳統(tǒng)的水處理修復技術(shù)對黑臭水體的修復效果有限。目前微生物強化技術(shù)在黑臭水體的生態(tài)修復中有一定的應(yīng)用，但是多數(shù)的成功案例僅僅停留在實驗室階段而且在水體中直接投加外源微生物對本地的生態(tài)可能具有不可預測的影響。與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)相比，微生物強化技術(shù)對污水的處理效果較好，但是高效菌株存活時間較短的缺點，可能會造成水體污染出現(xiàn)反復的情況，所以強化菌株的濃度的保持與停留時間的延長是一個不錯的研究方向。

對于黑臭水體的修復我們應(yīng)該采取“一河一策”手段因地制宜，對于特定的污染情況采取相應(yīng)的處理措施不能以偏概全。傳統(tǒng)的單一水處理技術(shù)處理效果有限應(yīng)大力發(fā)展組合工藝，取長補短可以利用微生物強化技術(shù)與其他處理技術(shù)相互結(jié)合的方法來強化水體的修復效率同時保證水體長治久清、避免反復。

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