生物強(qiáng)化技術(shù)及其在水污染治理中的運(yùn)用

邰旭萍

摘? 要：自“水十條”施行以來，國家將水污染治理提升至新的高度，各種新型污水處理技術(shù)也相繼涌現(xiàn)，在保護(hù)水資源安全方面發(fā)揮了重要作用。生物強(qiáng)化技術(shù)是通過培養(yǎng)特定的微生物菌群，達(dá)到降解污水中有害成分、凈化水質(zhì)的效果，在實(shí)際應(yīng)用中有效率高、成本低，不易發(fā)生二次污染等特點(diǎn)。本文首先介紹了水污染治理中常用的生物技術(shù)，隨后重點(diǎn)對生物強(qiáng)化技術(shù)的作用、菌群的選用，以及在不同廢水中的具體運(yùn)用展開了分析，最后總結(jié)了污水治理效果，為生物強(qiáng)化技術(shù)的推廣使用提供了一定的幫助。

關(guān)鍵詞：生物反應(yīng)器? 共同代謝? 基因工程? 水污染治理

中圖分類號：X52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2021）05（b）-0079-03

Bioaugmentation Technology and Its Application in Water Pollution Control

TAI Xuping

（Jiangsu Jiading Ecological Environment Technology Co.， Ltd.， Changzhou， Jiangsu Province，

213000? China）

Abstract： Since the implementation of the "ten water regulations"， the state has raised water pollution control to a new level， and various new sewage treatment technologies have emerged one after another， which play an important role in the protection of water resources security. Bioaugmentation technology is to achieve the effect of degrading harmful components in sewage and purifying water quality by cultivating specific microbial flora. It has the characteristics of high efficiency， low cost and less secondary pollution in practical application. This paper first introduces the commonly used biotechnology in water pollution treatment， then focuses on the role of bioaugmentation technology， the selection of bacteria， and the specific application in different wastewater， and finally summarizes the sewage treatment effect， which provides some help for the popularization and use of bioaugmentation technology.

Key Words： Bioreactor; Co-metabolism; Genetic engineering; Water pollution control

傳統(tǒng)的水污染治理是選擇特定的化學(xué)藥劑，通過化學(xué)反應(yīng)、物理沉淀或蒸發(fā)等形式，取出廢水中的雜質(zhì)，達(dá)到凈化水體的效果。這種處理方式通常具有成本高、流程復(fù)雜、產(chǎn)生二次污染等弊端。相比之下，生物技術(shù)在水污染治理方面的運(yùn)用，則克服了上述缺陷，但是卻因?yàn)樘幚硇实?，而未能得到大范圍推廣 。在基因工程的支持下，通過基因重組、改造培育特定的菌種，顯著提升了對廢水中污染物的降解速率，這種生物強(qiáng)化技術(shù)讓水污染治理的綜合成效得到明顯提升，應(yīng)用前景廣闊。

1? 生物技術(shù)分析

1.1 生物反應(yīng)器技術(shù)

生物反應(yīng)器是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接種至液相或固相的反應(yīng)系統(tǒng)。目前應(yīng)用較廣的是基于生物膜的反應(yīng)器，微濾、納濾生物膜不僅能起到過濾污水中懸浮顆粒和污染物雜質(zhì)的作用，還能夠?yàn)樗w中的細(xì)菌、微生物提供附著環(huán)境，隨著時(shí)間推移形成穩(wěn)定的菌群，在水污染治理中發(fā)揮穩(wěn)定效果。

1.2 生物修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)是借助于某些微生物對于不同品類的污染物開展降解，讓其最終的降解變成為水等沒有任何危害性的物資。其優(yōu)勢在于對設(shè)備依賴性低，污水治理的經(jīng)濟(jì)效益明顯，還有就是不會產(chǎn)生二次污染。

1.3 生物強(qiáng)化處理技術(shù)

該技術(shù)的原理為可以通過對相應(yīng)具有特殊功能菌種的配置，在這些特殊的菌種中，具備被強(qiáng)化的新陳代謝的能力，在投放于水源當(dāng)中，可以運(yùn)用微生物本身新陳代謝的能力，對污水中污染分子進(jìn)行分解，同時(shí)對于具有污染性質(zhì)的有機(jī)物來說，可以轉(zhuǎn)化為無污染的無機(jī)物從而可以實(shí)現(xiàn)污水的凈化[1]。

2? 生物強(qiáng)化技術(shù)的作用

根據(jù)污水治理原理的不同，將生物強(qiáng)化技術(shù)的作用劃分為以下兩種類型。第一，高效降解作用。利用細(xì)菌、微生物自身的分解作用，將污水中含有的大分子有機(jī)物進(jìn)行降解，得到對水質(zhì)無害的無機(jī)物，從而達(dá)到水污染治理的效果，保證最終排放的水質(zhì)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如一些脂類、醇類有機(jī)物，經(jīng)過生物強(qiáng)化技術(shù)處理后，最終產(chǎn)物能夠直接排放。第二，共同代謝作用。利用細(xì)菌、微生物的新陳代謝功能，將原來有害的污染物轉(zhuǎn)化為無害的成分。例如污水中含有很多游離態(tài)的重金屬離子，某些細(xì)菌或微生物在新陳代謝過程中，將重金屬離子轉(zhuǎn)化為化合物，并且以固態(tài)排泄物的形式重新釋放到水中。以化合物形式存在的重金屬元素，不會對水造成污染，從而達(dá)到治理污水的目的[2]。

3? 生物強(qiáng)化技術(shù)的來源

3.1 自然界中獲取菌種

在自然界中，河流、濕地、土壤等具有自凈功能，這是因?yàn)樵谒w、土體中存在具有降解功能的微生物。在污染物濃度不高的情況下，能夠?qū)⑽廴疚镞M(jìn)行降解、轉(zhuǎn)化，從而使遭受輕微污染的水體、土體重新恢復(fù)潔凈。從自然界中篩選、提取這些具有降解功能的微生物，然后在營養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，可以得到相應(yīng)的菌種。這種方法雖然成本較低，但是存在諸多缺陷，首先是自然界中可降解污水的微生物數(shù)量較少，分布零散，難以尋找和提取;其次是微生物的降解速率、凈化能力難以得到保障。綜合來看，其難以滿足生物強(qiáng)化技術(shù)的實(shí)用要求[3]。

3.2 構(gòu)建基因工程菌

基因工程是利用生物技術(shù)手段，例如基因重組、基因改造或者是基粒轉(zhuǎn)移等先進(jìn)技術(shù)，將多種微生物的優(yōu)良性狀進(jìn)行組合，培養(yǎng)出降解速率高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、繁殖速度快的超強(qiáng)工程菌種，其構(gòu)造流程如圖1所示。由于采取的是定向培養(yǎng)，能夠基于水污染治理的實(shí)際需求，例如污水中主要成分，污染物降解標(biāo)準(zhǔn)等，來選擇特定形狀的工程菌，保證其使用效果。從目前已經(jīng)培育并投入應(yīng)用的幾種基因工程菌的應(yīng)用效果來看，在不同的pH、溫度等環(huán)境下，能夠維持穩(wěn)定且高效的污染物降解效果。

3.3 挑選商業(yè)菌劑

生物強(qiáng)化技術(shù)的日益成熟，越來越多的行業(yè)開始引進(jìn)這一技術(shù)進(jìn)行污水處理，由此增加了對菌種的需求量。為了解決菌種供不應(yīng)求的現(xiàn)象，一些生物企業(yè)開始制造專用的商業(yè)菌劑[4]。通常是以自然界的某種具有降解功能的細(xì)菌或微生物，經(jīng)過批量化培養(yǎng)后制作成為液體菌劑，然后進(jìn)行銷售。企業(yè)還會根據(jù)不同行業(yè)的個(gè)性化需求，制定特定類型的商業(yè)菌劑，例如有專門分解重金屬的菌劑，以及專門降解大分子有機(jī)物的菌劑?？蛻艨梢愿鶕?jù)自己的需要靈活選購，而不需要專門培養(yǎng)，這也為生物強(qiáng)化技術(shù)的推廣提供了便利與支持。

4? 生物強(qiáng)化技術(shù)在水污染治理中的具體運(yùn)用

4.1 在焦化廢水治理中的運(yùn)用

此類廢水的特點(diǎn)是成分極其復(fù)雜，有機(jī)和無機(jī)污染物同時(shí)存在，采用化學(xué)方法處理具有較高難度?；谏飶?qiáng)化技術(shù)，在焦化廢水中首先投入適量的高效菌，將廢水中大分子有機(jī)物進(jìn)行降解;同時(shí)一些游離態(tài)的金屬離子也能夠以化合物的形式固定下來。之后再配合使用生物膜過濾的方式，將這些沉淀物或懸浮物濾除，實(shí)現(xiàn)焦化廢水的快速凈化。另外，選擇投放特定的微生物，焦化廢水中被分解的大分子有機(jī)物，還能夠?yàn)榫禾峁┥L、繁殖的必要營養(yǎng)，對促使菌群快速繁殖有幫助作用，進(jìn)而提高了廢水治理效率。

4.2 在印染廢水治理中的運(yùn)用

印染廢水的成分相對單一，以有機(jī)染料為主，但是廢水中污染物濃度極高，且色度不均勻，有毒有害性強(qiáng)。在印染行業(yè)處理廢水，常用的是好氧生物膜法，但是由于廢水中蛋白纖維、合成纖維較多，微濾膜經(jīng)常會出現(xiàn)堵塞的問題，需要頻繁更換導(dǎo)致廢水治理成本升高。在應(yīng)用生物強(qiáng)化技術(shù)后，選擇高效脫氧鉻菌能夠?qū)τ∪緩U水中的各類纖維進(jìn)行分解，這樣就可以使其順利通過生物膜，既達(dá)到了污水凈化的效果，同時(shí)又延長了生物膜的使用壽命，對降低印染廢水治理成本有積極作用。

4.3 在制藥廢水治理中的運(yùn)用

對于中成藥生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水，多以木質(zhì)素、生物堿、鞣質(zhì)體等為主，采用發(fā)酵過濾的方式即可去除，降低廢水危害。但是對于合成藥物生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水，或者是生產(chǎn)抗菌素產(chǎn)生的工 業(yè)廢水，則具有成分多樣、COD濃度大等特點(diǎn)，簡單的發(fā)酵過濾無法保證廢水治理效果?；谏飶?qiáng)化技術(shù)，選擇混合微生物菌群投放到制藥廢水中，在較短時(shí)間內(nèi)即可完成對有機(jī)污染物的分解。

5? 生物強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用效果分析

5.1 提高水污染治理效率

經(jīng)過多年的技術(shù)積累，現(xiàn)階段國內(nèi)關(guān)于水污染治理的技術(shù)體系已經(jīng)趨于完善，形成了化學(xué)、物理、生物3種主要治理類型，每一種類型下又可以分成若干技術(shù)手段。例如化學(xué)治理中藥劑氧化法、電化學(xué)法，物理治理中的膜過濾法、蒸發(fā)結(jié)晶法。從實(shí)踐效果來看，這些方法既有各自的應(yīng)用優(yōu)勢，同時(shí)也存在諸多的缺陷，例如化學(xué)法治理污水雖然見效快，但是也容易造成二次污染;而物理法雖然解決了二次污染的問題，但是也存在效率低、處理不夠徹底的缺陷。相比之下，生物強(qiáng)化技術(shù)則集合了上述兩種方法的優(yōu)勢，并且很好地避免了各自的缺陷，具有污水治理效率高、污染物降解徹底、不產(chǎn)生其他污染物等特點(diǎn)[5]。

5.2 改善污泥污染物特性

以往的水污染治理，往往側(cè)重對與污水中含有的大分子有機(jī)物或懸浮膠體、重金屬離子等進(jìn)行處理，而很少關(guān)注污泥的無害化治理。多數(shù)情況下，采用沉淀、過濾實(shí)現(xiàn)固液分離后，將底層污泥直接排放或填埋。這種情況下，污泥中含有的大量有害物質(zhì)會造成土壤、地下水的污染。運(yùn)用生物強(qiáng)化技術(shù)后，不僅對上層污水進(jìn)行了無害化治理，而且污泥本身也相當(dāng)于為細(xì)菌、微生物提供了生長、繁殖的良好環(huán)境。存在于污泥中的細(xì)菌、微生物，會通過新陳代謝、生物降解等方式改善污泥特性，保證了污泥的無害化[6]。

5.3 增強(qiáng)了水污染治理系統(tǒng)的穩(wěn)定性

在現(xiàn)有的生物法治理污水技術(shù)體系中，像生物反應(yīng)器技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)等，雖然也具有治理效率高、環(huán)保效益好等應(yīng)用優(yōu)勢，但是如果污水中有害物質(zhì)的濃度太高，會超出生物系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)載，不僅降低了污水治理效率，而且還會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定，投放的細(xì)菌、微生物大量死亡。生物強(qiáng)化技術(shù)的運(yùn)用，對提高水污染治理系統(tǒng)的穩(wěn)定性有明顯作用，即便是污水濃度較大，有害物質(zhì)含量較高，也能夠始終保持良好的治理效率，并且維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，對提高水污染治理的經(jīng)濟(jì)效益也有積極幫助。

6? 結(jié)語

生物強(qiáng)化技術(shù)運(yùn)用生物的手段投菌、配菌，然后制成相對應(yīng)的強(qiáng)化菌類，通過微生物，對污水中的富營養(yǎng)化物質(zhì)進(jìn)行消耗，從而可以對受到污染的水體進(jìn)行凈化。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用表現(xiàn)出了污水降解速度快、最終產(chǎn)物凈化徹底、不會產(chǎn)生二次污染等一系列優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，下一步應(yīng)重點(diǎn)從高效菌種培養(yǎng)方面入手，推廣使用更多環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、污染物降解效率高的細(xì)菌、微生物，支持生物強(qiáng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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