微生物在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

王思懿，楊璐吉，祿芳，甘金萍，許定達(dá)

（內(nèi)江師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100）

水是人類賴以生存的重要能源之一，對(duì)人類的生命活動(dòng)起著十分重要的作用。未經(jīng)有效處理過的污水如果直接排入自然水體，將會(huì)對(duì)水體造成難以預(yù)估的污染，進(jìn)而影響到人類自身?，F(xiàn)如今，國(guó)家經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)規(guī)模不斷發(fā)展壯大，工業(yè)化進(jìn)程也不斷加快，人類活動(dòng)導(dǎo)致污水的排放量越來(lái)越大，使得生態(tài)環(huán)境不斷惡化。因此，如何處理污水已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)和研究的重點(diǎn)。目前，污水處理主要有物理處理、化學(xué)處理和生物處理三種方式。其中，生物處理法具有污染小、效率高、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在污水處理中。

1 污水處理技術(shù)

1.1 物理處理技術(shù)

物理處理技術(shù)是指利用物理作用及過程將污水中的污染物進(jìn)行分離、降解、轉(zhuǎn)移和去除[1]。物理處理技術(shù)包括簡(jiǎn)單的格柵法、篩網(wǎng)法、氣浮法、沉淀過濾法、離心分離法，以及更為精密的磁分離、電絮凝、光降解、電轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化、聲波處理等[2]處理技術(shù)。物理處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、可少加甚至不加生物化學(xué)藥劑，是可避免二次污染的清潔水處理技術(shù)。但使用物理技術(shù)處理水體中的污染物時(shí)，不會(huì)改變污染物自身的化學(xué)性質(zhì)，因此物理處理技術(shù)不能去除水體中有毒有害的污染物，處理效果不夠理想，通常應(yīng)用在污水處理的預(yù)處理與一級(jí)處理中。

1.2 化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理技術(shù)是指針對(duì)不同類型的水體污染物特性，向污、廢水中按需投放一定比例的化學(xué)藥劑，利用化學(xué)反應(yīng)使污染物進(jìn)行沉淀、絡(luò)合、氧化-還原、絮凝等反應(yīng)[3]，以達(dá)到去除污染物的目的?；瘜W(xué)處理技術(shù)包括簡(jiǎn)單的吸附法、中和法、化學(xué)沉淀法、以及氧化還原技術(shù)、電化學(xué)處理技術(shù)、離子交換技術(shù)等。與其他污水處理技術(shù)相比化學(xué)處理技術(shù)在污水處理中使用方便、效果理想，是廣泛應(yīng)用的污水處理技術(shù)，但投入的成本相對(duì)較高，且有的化學(xué)藥品自身性質(zhì)具有一定的毒性，容易造成二次污染。

1.3 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)是指微生物將污水中的有機(jī)污染物作為自身的營(yíng)養(yǎng)源，利用自身的代謝過程將污水中的污染物進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化，將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無(wú)毒性或低毒性的無(wú)機(jī)物[4]。傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)主要有活性污泥法及SBR 法、氧化溝法、A2/O(AA/O)法、AB 法等衍生技術(shù)[5]，能將物理、化學(xué)處理技術(shù)所不能處理的污染物轉(zhuǎn)化完全，從而達(dá)到所需要的凈化度，具有轉(zhuǎn)化效率高、凈化效果好等特點(diǎn)。但傳統(tǒng)生物處理技術(shù)仍存在占地面積大、運(yùn)行成本高、維護(hù)難度大、限制條件多等缺點(diǎn)。因此，探索和發(fā)展更為先進(jìn)的生物處理技術(shù)十分必要。

2 微生物作用機(jī)理

2.1 代謝作用

微生物具有生長(zhǎng)繁殖速度快、代謝作用旺盛的特點(diǎn)。在污水處理的過程中，微生物正常的生長(zhǎng)繁殖和穩(wěn)定的代謝過程均需要消耗大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而污水中所含大量的有機(jī)物恰好可以為微生物的生長(zhǎng)代謝提供能量來(lái)源，微生物則可利用這些能源進(jìn)行自身代謝，并產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，使得污水中的污染物被快速降解，轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)[6]。利用不同種類微生物的代謝作用可作用于降解不同類型的污水，例如在處理含大量油脂的城市餐廳生活污水時(shí)，可培養(yǎng)放線菌、大腸桿菌等多種微生物，直接代謝轉(zhuǎn)化污水中的多余脂肪[7]。

2.2 降解作用

當(dāng)污水中的天然或合成有機(jī)物被污水生態(tài)系統(tǒng)中的微生物破壞或礦化，從而轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物質(zhì)的過程被稱為微生物降解作用[8]。微生物降解有機(jī)污染物主要包括礦化作用和共代謝作用，前者是由于某些微生物具有合成并降解有機(jī)污染物的酶系；后者則是當(dāng)微生物不能完全降解某種有機(jī)污染物時(shí)，如果可向其提供碳源等能源的基質(zhì)存在，有機(jī)物可被部分降解[9]。當(dāng)有機(jī)污染物被微生物降解后，轉(zhuǎn)化形成的無(wú)機(jī)物質(zhì)又可參與到物質(zhì)循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)自然生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)平衡。例如氨類細(xì)菌在污水處理中對(duì)復(fù)雜再生有機(jī)物進(jìn)行一系列的氨化、硝化、反硝化過程，大幅降低了污水中復(fù)雜有機(jī)物的含量。但在污水處理過程中，需要細(xì)菌、真菌的有效參與，因此根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的微生物，是保證處理效果的關(guān)鍵。

2.3 去毒作用

毒性是污水處理過程中需要關(guān)注的重要特征之一，污水能否達(dá)標(biāo)排放，毒性指標(biāo)占有重要地位。污水中一般含有大量的氮、磷元素，氮、磷超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而影響水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡。其中，磷類污染物通常難以降解，且會(huì)導(dǎo)致污水具有一定的毒性，總磷指數(shù)越高，污水毒性越強(qiáng)[10]。微生物的去毒作用就是利用微生物技術(shù)將磷類污染物或其他污染物通過代謝降解作用進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到凈化水體、降低污水毒性的目的，使污水達(dá)標(biāo)排放，降低污水對(duì)水環(huán)境的危害。

3 污水處理中微生物的應(yīng)用

3.1 微生物吸附技術(shù)

陳躍輝[8]等對(duì)微生物吸附重金屬離子的對(duì)比研究出UY-1 酵母細(xì)胞、FT 菌、藍(lán)細(xì)菌、啤酒酵母菌對(duì)U6+的吸附效果較好。而閆瀟[9]等對(duì)鉻污染的微生物吸附技術(shù)研究則表明，鉻的賦存形態(tài)及濃度、營(yíng)養(yǎng)類型及培養(yǎng)條件、接種量和胞外聚合物等因素均會(huì)影響微生物的處理效率。同時(shí)，大多數(shù)的微生物還表現(xiàn)出雙相反應(yīng)，在低濃度重金屬污水中生長(zhǎng)緩慢，又在超過耐受度的高濃度重金屬污水中被抑制生長(zhǎng)[11]。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需注意選擇合適的微生物種類、營(yíng)養(yǎng)類型，保持適宜的溫度、pH 和溶解氧等條件，在微生物代謝活躍度上平衡底物濃度和吸附時(shí)長(zhǎng)，同時(shí)注意共存離子的影響，保證微生物吸附處理高質(zhì)高效，避免資源浪費(fèi)或過度處理。

3.2 微生物絮凝技術(shù)

利用傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理方式效果偏低，且使用的化學(xué)絮凝劑往往會(huì)造成二次污染，利用微生物絮凝劑則可以很好地避免傳統(tǒng)物理化學(xué)處理技術(shù)的缺點(diǎn)，有效降低污水中BOD、TOC 和TN 指數(shù)，達(dá)到高效清潔的處理效果。微生物絮凝技術(shù)常用作處理屠宰廢水和印染廢水的脫色處理，宋永慶等[11]從污泥樣品中篩選出一株名為M-3 的絮凝劑產(chǎn)生菌，在最佳培養(yǎng)條件下培養(yǎng)該菌后用作處理屠宰場(chǎng)廢水，絮凝率可達(dá)78.0%，COD 去除率達(dá)34.6%。在一般的養(yǎng)殖業(yè)廢水中，使用微生物絮凝劑處理后TOC 去除率可達(dá)75%，TN 去除率可達(dá)45%。印染廢水成分復(fù)雜，含大量有機(jī)污染物和可溶性色素，且污水中COD 含量高。微生物絮凝劑可對(duì)印染廢水進(jìn)行有效脫色，并使污水中大量有機(jī)物顆粒絮凝沉淀。早在2001年鄧述波等[12]就研究發(fā)現(xiàn)了用寄生黃曲霉分泌物制作的微生物絮凝劑對(duì)酸性黃和活性藍(lán)的去除效果較好；2021年劉素婷等[13]又報(bào)道ZHT4-13 細(xì)菌產(chǎn)生的絮凝劑對(duì)紫色和藍(lán)色有較強(qiáng)的去除效果。

3.3 固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)具有占地面積小、處理成本低、處理效果好和后續(xù)處理簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。固定化載體的種類大致可分為無(wú)機(jī)載體、天然高分子載體、有機(jī)高分子凝膠載體和復(fù)合載體，其性能會(huì)直接影響固定化微生物技術(shù)處理污水的效率，通過黃徐[14]等人對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)高分子凝膠載體的傳質(zhì)性能較其他三種較差；天然高分子載體相對(duì)于其他三種材料的機(jī)械強(qiáng)度較差、且成本較高；而無(wú)機(jī)載體和天然高分子載體結(jié)合微生物的強(qiáng)度較弱。固定化微生物技術(shù)通常分為吸附法、交聯(lián)法、包埋法和復(fù)合法四類，其中吸附法操作簡(jiǎn)單、微生物活性高[15]，被許多學(xué)者應(yīng)用；復(fù)合法穩(wěn)定性高，結(jié)合強(qiáng)度高，兼具多種方法的優(yōu)點(diǎn)。采用固定化微生物技術(shù)處理要注意微生物濃度、環(huán)境溫度、降解時(shí)間等，遲冉[16-20]通過研究表明，在微生物濃度為5%、環(huán)境溫度為25 ℃、降解時(shí)間在24 h 左右時(shí)，為最適宜降解環(huán)境。從整體來(lái)看，固定化微生物技術(shù)適用范圍較廣，目前也已廣泛應(yīng)用在污水處理的各大領(lǐng)域。

4 結(jié)論及展望

污水處理中微生物的應(yīng)用因其操作難度低、處理效果好、綠色安全、無(wú)二次污染等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但我國(guó)工農(nóng)業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程速度加快，污水處理工作形式依然嚴(yán)峻。因此相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)更加深入地對(duì)微生物處理技術(shù)展開研究，不斷提升微生物處理技術(shù)對(duì)水體的凈化能力、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性、對(duì)水體的抗沖擊能力，增加微生物制劑的種類并嚴(yán)格控制微生物生長(zhǎng)代謝過程中可能導(dǎo)致的環(huán)境危害，讓微生物處理技術(shù)更好地服務(wù)于污水處理過程，在污水處理的過程中發(fā)揮出更大的作用。

在現(xiàn)代環(huán)境污水處理中，微生物技術(shù)發(fā)占據(jù)了重要地位，發(fā)展前景較好。近年來(lái)，固態(tài)微生物系統(tǒng)、CASS、膜分離法等技術(shù)和處理方法不斷發(fā)展壯大，使得微生物在污水處理中的技術(shù)愈加成熟。城市快速發(fā)展的進(jìn)程中，應(yīng)當(dāng)積極地對(duì)微生物處理法做出相關(guān)的研究，讓污水處理中微生物處理技術(shù)能更適應(yīng)污水處理的需求，提高其在復(fù)雜水體中的處理效率，進(jìn)而能夠更快更高效地改善水生態(tài)環(huán)境。