淺談生物處理方法在城市水污染控制中的應用

胡悅

摘 要：隨著我國工業的發展，以及城市化發展的加快，城市內的水污染更加嚴重，而水是人們生存的基礎，對人們的生活有重要影響。當下，人們已經認識到水污染給社會帶來的不良影響，故開始著手研發水污染控制技術，以控制污染程度的加深，而所有處理方法中，生物處理法應用較廣，是有效控制水污染的方式之一。

關鍵詞：生物技術；固定化微生物技術；微生物處理技術

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0003-02

隨著水污染情況的嚴重，不僅會影響人的生命安全，也會破壞城市的生態環境，給經濟發展設置障礙，故水污染問題是當下人們必須解決的問題，生物處理方法在污染控制中應用，可以取得良好的效果，是人們重點開發的技術。

1 生物技術的特點

生物技術是把現代生命科學作為前提，再融合其他基礎學科的知識，運用先進的技術手段，生產出經過改造的生物體，或者是加工所需的原材料，滿足社會生產某方面的需求。而隨著生物科技的發展，生物技術也呈現出穩步發展的特點，從研究階段轉向應用階段。其包括以下特點：

首先，注重實際應用，只有把生產出來的生物體實際應用，才可以讓技術人員根據實際應用的效果，明確未來的發展方向，把關注點與精力放在新技術的研發上，創造出新技術；其次，操作更加先進，生物技術曾經以酶與發酵工程為代表，從中得到蛋白或微生物，比如青霉素等，但現下技術的發展方向是基因工程、細胞工程，從微觀的角度研發出新技術；最后，有多項理論基礎，現在如果想要學習并掌握生物技術，除了了解基本的內容，比如微生物學、動物學，也需要了解生化、分子等內容，作為生物技術的理論基礎[1]。

2 生物技術在水污染控制中的應用

城市污水類型多為人們生活、生產產生的廢水，如果廢水中有害物質沒有及時處理，直接排出，將給環境帶來不良影響。用生物技術處理廢水，是利用生物的生命活性，吸收或轉化廢水中的有害物質，從而優化廢水的處理，加快廢水的處理速度。

2.1 固定化微生物技術的應用

污水內的有毒物質包括氰化物、重金屬、有機磷等，這些物質進入人體后，會破壞人的身體機能。其用固定化微生物技術處理時，是用微生物自身的活力，吸收污水中的有毒物質，消除有毒物質自身的危害，把污水中的有毒物質變為有益物質，凈化污水。固定化微生物技術中，固定化酶、固定化細胞技術是經常使用的兩種技術，前者又被稱作是水不溶性酶，放入污水后，經過物理吸附、化學鍵合，與污水中的固態污染物粘合，而雖然酶不可以溶于水，但依然會使用催化酶的衍生物，后者是天然酶的反應器，可以用固定化酶的生產方式，生產出固定化的微生物細胞，引發固定化細胞的催化反應。如圖1所示。

這兩種物質在污水中應用，能夠快速吸除有機污染物，以及無機的金屬毒物，這在我國有很多成功應用的例子。

2.2 微生物處理技術的應用

用微生物處理技術處理污水時，可根據微生物對O2需求的多少，選擇不同的處理方式，包括好氧、厭氧與缺氧[2]。

2.2.1 好氧

城市污水中排入的生活污水有大量有機物，分別是碳水化合物、脂肪、蛋白質等，這些有機物是由多個元素組成，根據元素含量多少排列，依次是C、H、O、N、S。好氧的處理過程是：水中有大量的溶解氧，在好氧和微生物的共同作用下，處理污水，處理的中途，很多有機物都可以被分解。其過程分為兩個階段，第一階段是有機物轉化成CO2、H2O、NH3等，第二個階段是，從NH3轉化為NO2-與NO3-。

其中，有機物的氧化降解是：需氧生物處理有機物時，可在微生物酶的作用下，被氧分解，整個過程分為三個階段，首先，體積相對較大的有機分子被降解，出現獨立的構成單元，包括單糖、甘油，其次，單糖、甘油的部分再次被氧化，分解成多個物質，主要以二氧化碳、水為主，最后，除了二氧化碳與水以外的其他物質，再次被氧化，全部變成二氧化碳、水。它們在各個階段降解的過程中，都會釋放一定的能量。而有機物降解的同時，微生物的原生質也會互相合成，主要出現在第一個階段，把水、蛋白質等合成為細胞原生質，并從過程中得到合成能量。

2.2.2 厭氧

厭氧多用于污水沉淀、污泥的處理，被稱為污泥消化，同時，也可以用于污染濃度較高的廢水的處理。該方法是在細菌的作用下，讓污泥快速分解，最后變成甲烷、二氧化碳等氣體，這些氣體具有很高的經濟價值，是生產、生活經常使用的能源，我國沼氣池的建設，采用的就是這一方法。經過消解的污泥更容易清除包含的水分，破壞了病菌滋生的環境，臭味變弱，形成的肥力具有速效的特點，便于處理。它的處理過程分為三個階段，主要介紹第一與第二個階段：第一個階段，污泥固態化合物在細胞酶的分解下，快速溶解，并從細胞壁進入細胞內，進行代謝反應，過程中，多糖類會變成單糖類，蛋白質被分解成兩部分，一是縮氨酸，二是氨基酸，脂肪也被分解成甘油與脂肪酸；第二個階段是，受到產酸菌的影響，進一步降解第一個階段的物質，讓其變成可以揮發的有機酸，包括乙酸、丙酸等，與此同時，也會出現二氧化碳，形成新細胞[3]。

厭氧消化的過程中為讓消化過程順利進行，泥土的溫度、pH值以及氧化還原的電勢，都必須控制在合理的范圍內，以為甲烷菌提供適合的活動空間，把第二個階段降解后的酸變成甲烷。

用于厭氧消化的微生物有兩種，分別是中溫消化酶、高溫消化酶，中溫的控制范圍是17℃到43℃之間，有最佳反應的溫度范圍是32℃到35℃之間，高溫的溫度范圍在50℃到55℃之間。

2.2.3 缺氧

在缺氧環境中用微生物降解有機物，是用反硝化去除法，而不是用酶降解。即它多用于很難降解的有機物，而這些有機物多是化工生產而成，如果用酶降解，可能因為有機物的活性與酶的活性不一致，降解效果較差，另外酶的專一性是根據其所在的環境決定。endprint

反硝化去除法降解的機理是，硝酸鹽與亞硝酸鹽降解后，把氮作為轉化的能量，隨著代謝的過程產生電子受體，并讓O2作為受氫體，使很難降解的物質在氧化中保持穩定，最終把降解中途形成的硝態氮還原，變成氮氣。缺氧、好氧、厭氧三種處理方式中，電子受體有明顯的差異，基質代謝的途徑也各不相同，所以厭氧的處理方式，有別于其他兩種方式[4]。

缺氧降解的過程中會很多因素影響：碳氮比，適合的碳氮比必須滿足兩個條件，一是有機物必須全部降解，二是過程中亞硝酸鹽并未沉積，如果碳氮比或高或過低，都會影響最終降解的效果；pH值，有機物降解的過程中，如果用水解處理，將形成揮發酸，降低反應器內的pH值，而反硝化的處理中會增加堿的濃度，使pH值上升，但經過多次實驗，發現反應器的pH值為中性或是微堿性時，才會得到最佳的效果；停留時間，如果很難降解的有機物是按照間歇式的方式進入反應器，如何維護微生物群就成為了需要解決的難題。反應器內只有一部分微生物具有降解的作用，如果需要降解的有機物不再進入反應器，微生物的環境隨即被破壞，導致微生物流失，縮短了停留的時間，影響降解效果。

2.3 生物修復技術的應用

生物修復技術在污水中應用的特點是，用微生物處理通過水的滲透在土壤或地下水中的污染，把它們分解，讓其從原有結構轉化為二氧化碳或者是水，確保其不會對環境造成破壞。現在，該技術多在地下水與廢水的處理中使用，去除水中的污染物。有些廢水中有很多金屬污染物，雖然微生物無法把它完全降解，但可以在某種程度上削弱其含有的毒性，避免給環境帶來較大的破壞。其具有的特點是：有很高的經濟性，它使用的成本只有物化法使用成本的30%到50%；對環境的影響很小，經過處理后的水中雖然有微生物，但不會再次影響環境；降低了污染物的濃度；只需要很短的時間即可修復完成，便于操作。

生物修復需要解決能的問題是修復的有效性和安全性，故為提高有效性，可在污水處理中加入微生物的分離、鑒別技術，吸收有毒的化學物，而為保證修復的安全，需加強分子生物技術的研究，應用后決定微生物是否在環境中保留。

2.4 高效生物技術的應用

高效生物技術主要用于污水中纖維素、淀粉的處理，并優化病原菌、無機鹽類的處理效果，使污水在厭氧微生物的影響下，增加水體的自凈能力。即治理時，會選擇高效微生物的菌種，放入廢水前，需先把菌群放到生物載體上，然后放到已經固定好的網具中，位置是網具的三分之一處，接著把網具放到污水中。此外，用高效生物技術治理的同時，也可以用生態浮床輔助，這一情況多用于河流污水的處理。

3 生物處理方法的發展趨勢

基于上述內容的分析，可以總結出生物處理方法在水污染控制中已經取得良好的效果，可有效減少水的污染濃度，減少它給環境帶來的不利影響，但我國城市水污染情況仍較為嚴重，所以，我們需要研發出更加高效、節能的處理方式，并提高污水處理的自動化水平。同時，從經濟的角度分析，當下生物處理方法需要用大量的設備處理廢水，且設備的運行成本較高，這會成為企業提高污水處理能力的限制，所以，我們必須保證處理效果不變的前提下，找到廢水處理的節能方式，特別是對于我國來說很重要，為經濟發展提供助力，實現環境的可持續發展。

4 結語

綜上所處，生物處理方法在城市水污染控制中的應用，需了解生物技術的特點，使用相應的技術，包括固定化微生物技術、微生物處理技術、生物修復技術、高效生物技術，這四種技術分別針對污水中不同的污染物，從而可以得到良好的處理效果，控制城市的水污染，保護環境，而其未來需向節能、高效、自動化的方向發展，以進一步提高污水的處理效率，突破瓶頸，實現環境可持續發展。

參考文獻

[1]張亞群，陶偉，王成元.微生物固定化技術與水污染控制[J].甘肅科技，2012，05：46-48+31.

[2]黃雅靜.有機廢水處理中的環境生物技術及其進展[J].科技視界，2014，12：249+300.

[3]李培昌.淺談高濃度有機廢水處理技術的研究進展[J].科技與企業，2013，24：356.

[4]霍鵬，陳亞鵬，何曉云，許新芳.城市污泥資源化及污泥活性炭綜合利用[J].河北化工，2012，08：71-72.endprint