生物技術在水污染治理中的運用分析

鄧運全，張 珊，莊云飛

（1.山東省濟寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 濟寧 272000；2.山東省環(huán)境保護科學研究設計院有限公司，山東 濟南 250013）

城市化進程的推進使得我國城市污水排放量有了爆發(fā)式增長，未經(jīng)處理的污水隨意排放對城市及水環(huán)境造成污染的同時，對國民生活安全及國民身體健康造成了一定危害，制約了城市各方面的發(fā)展速度。因此，水污染控制成為全人類面臨的共同話題。污水處理技術中，生物處理法是現(xiàn)階段世界控制水污染的核心手段，同時是現(xiàn)代生物技術成為水污染控制領域重點開發(fā)與應用的技術手段。

1 生物技術基本特點及技術特征

1.1 生物技術簡要概述

生物技術是使用微生物或動植物的生理活性來加工、處理和修飾被污染的物質(zhì)，產(chǎn)生對環(huán)境有益的物質(zhì)，從而達到控制污染的目的。近年來，與其它技術不同的是，該技術應用廣泛，技術日趨成熟。同時，由于生物技術在水污染控制方面的優(yōu)越性，人們不斷地進行研究，在實踐中，不斷地提出新的思想和方法，并逐步加以應用[1]。該方法能有效處理工業(yè)、生活和農(nóng)業(yè)的水污染，利用自身的降解吸附能力，以較低的成本達到最佳的處理效果。

1.2 技術特點

嚴格意義上來說，生物技術在處理水污染方面具有悠久的歷史，但現(xiàn)代生物技術以及工程技術相結(jié)合的環(huán)節(jié)生物技術源于20世紀歐美國家，主要依托生物生理活動，對污染環(huán)境以及污染物實施有效凈化，進而轉(zhuǎn)化為資源的人工技術系統(tǒng)。隨著我國生物環(huán)境技術的高速發(fā)展，研究領域得到了全面擴大，生物方法處理污染物的最終轉(zhuǎn)化產(chǎn)物大多為無害、穩(wěn)定物質(zhì)，如二氧化碳、水、氮氣以及甲烷等，規(guī)避污染物多次轉(zhuǎn)移。因此，生物技術又是一種消除污染安全全面徹底的技術手段。生物過程以酶促反應為基礎的催化劑，酶是一種活性蛋白質(zhì)，因此導致在多數(shù)場合下，其反應過程是在常溫、常壓以及接近中性條件下進行的，與需要高溫、高壓的化工過程相比，反應條件得到了一定的簡化效益。

2 水污染治理可選生物技術

2.1 生物反應器技術

生物反應器技術在水污染治理中的應用取得了良好的效果。為了保證微生物的生長，縮短微生物群落的遷移時間，提高水污染控制效果，有必要在化學反應器中安裝大型生物膜反應器[2]。其應用的實質(zhì)是根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點，縮短污染物與微生物的接觸時間，從而更準確地完成水中污染物的處理，保證微生物的分解代謝能力達到最低水平。就目前的技術應用而言，雖然生物反應器的引進速度很快，但由于人工操作的限制，實際的處理效果往往達不到預期的效果。生物反應器的快速發(fā)展由于其成本低而存在一定的局限性。

2.2 生物強化處理技術

①基因轉(zhuǎn)染。微生物具有獨特的代謝基因和代謝特性，可用于污染物篩選。采用生物強化技術，加快了天然基因的交換和微生物的構(gòu)建，使微生物降解能力下降，污染物降解效率提高。

②共同代謝。一些污染物無法被微生物完全氧化。但當水中存在其它底物時，應將一些微生物插入水中，并根據(jù)微生物的協(xié)同作用改變污染物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其氧化。水體污染某些普通營養(yǎng)素和微生物的代謝物可被注入到水中，如乙烷、二氯苯、苯酚和氨等舊底物，從而獲得它們在棲息地所需要的能量。菌體氧化后產(chǎn)生水解酶，改變結(jié)構(gòu)被降解。

③常規(guī)利用。經(jīng)過篩選、誘變，獲得了具有較強代謝能力的微生物，并對其進行了復制降解。這種方法很傳統(tǒng)，工作人員將碳源和可降解的微生物放入水中，這些微生物主要漂浮在水中，以附著或分離的方式分解污染物。

2.3 固定化微生物技術

固態(tài)微生物技術是一種先進且成熟的水污染治理方法。這是目前已知植物及廢水處理技術的重要研究方向，通常采用吸附、包埋、交聯(lián)等方法。附著是微生物通過物理附著或離子鍵作用于載體或表面而形成的一種附著特性，它為微生物的繁殖創(chuàng)造了條件。利用固定化的載體與微生物細胞交聯(lián)，構(gòu)成了一種剛性微生物網(wǎng)絡系統(tǒng)[3]；包埋是以液體的作用將微生物導入載體。這種方法很常規(guī)，也很精確，可增加微生物依賴性和抗毒能力，避免載體對微生物的隨機損傷，保證菌株的活力，提高生存率，防止微生物死亡。該方法不僅能精確減少動物在水中的食量，而且能縮短細菌在水中的降解時間和停留時間，降低水環(huán)境污染治理的效率。

2.4 生物修復技術

可以作為水污染原生動物、微生物以及小型浮游生物生長的基本條件，并且其能夠有效結(jié)合生物膜技術與水生植物的特性，達到更高效的處理效率。待空氣與水分充分接觸時，微生物可以在氣態(tài)、液態(tài)以及固態(tài)三個狀態(tài)中轉(zhuǎn)換，使得微生物呈現(xiàn)出更多形式，增加了生態(tài)系統(tǒng)自身的復雜性。而有機物和有毒物質(zhì)在城市生活污水中大量存在。生物轉(zhuǎn)化和降解會加劇水污染，即便在受重金屬污染的水體中，生物修復技術也可以有效地降低水體毒性和污染危害。這種方法和常規(guī)的物化處理方法相比，可在一定程度上降低應用成本。在水污染控制領域，現(xiàn)代生物技術表現(xiàn)出獨特的魅力和應用前景，但是，要使現(xiàn)代生物技術更精確地應用于水污染控制，相關技術和研究還有待進一步深入。

3 水污染的生物治理技術

3.1 生物膜法

采用生物膜作為凈化主體的生物處理工藝由于其具有較高的生物濃度和較低的電能消耗、水質(zhì)較好的特點。所以，與活性污泥法相比，它更容易得到應用。以旋轉(zhuǎn)接觸式生物膜反應器為代表，有毒有機物質(zhì)，難降解有機物質(zhì)的凈化效果明顯，如圖1所示。

圖1 生物膜法處理工藝流程

3.2 厭氧處理法

在缺氧條件下，利用厭氧菌(包括兼性微生物)分解廢水中的有機物。該工藝可以通過改進細菌和生物處理主工藝來提高污染物的去除率。我國從九十年代開始研制開發(fā)新型混合膨脹床顆粒狀活性炭反應器[4]。與普通顆?；钚蕴糠磻飨啾?，該反應器在處理含抑制性生物降解性有機廢水時，具有更高的生物去除率。此外，還有氧化塘，土壤改良，酶法等生物處理技術。

圖2 厭氧處理法工藝流程

3.3 好氧活性污泥法

好氧法是利用含有大量好氧菌的活性污泥在強通風條件下對污水進行凈化的生物技術。常規(guī)好氧活性污泥法的不足之處在于污染物濃度的變化，尤其是某些抑菌污染物對細菌活性的影響?；钚晕勰嗯囵B(yǎng)物能抵抗高濃度污染物的抑制，如培養(yǎng)混合菌降解有毒有機氯化物。

3.4 準好氧處理

準好氧處理填埋場的設計和運行思路是：使?jié)B濾液收集溝水位低于滲濾液收集干管底標高，使大氣進入收集干管上部空間，排入管道，使填埋場具備一定的好氧條件。準好氧處理是利用垃圾分解過程中發(fā)酵熱引起的內(nèi)外溫差，使填埋場空氣自然流動，促進垃圾分解過程的穩(wěn)定性。準好氧填埋法具有以下優(yōu)點：無需強制通風，節(jié)約能源；滲濾液產(chǎn)生后迅速收集，減少了對地下水的污染；與厭氧填埋法相比，垃圾可產(chǎn)生甲醛等有害氣體，減少了對地下水的污染。

4 結(jié)論

綜上所述，生物技術較其他水污染治理方法具有明顯優(yōu)勢，有利于保護生態(tài)環(huán)境、提高污染治理效率與效果。為進一步提高水污染治理效果，要充分且高效應用微生物檢測技術，并全面提高生物技術的應用能力，從而為污水治理奠定堅實基礎，為生態(tài)環(huán)境保護，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟、資源協(xié)調(diào)發(fā)展提供保障。