微生物強化技術在黑臭水體生態修復中研究進展

張可

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

關鍵詞：黑臭水體;微生物強化技術;生態修復

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境污染問題，尤其是一些城鎮水體污染嚴重甚至出現了黑臭現象。究其原因主要是我國部分城市環境基礎配套設施不完善尤其是廣大的農村地區基本上不存在完整的截污設施和處理設備且管理效果較差造成設施停運或損壞。2017年5月31日中國環境保護部發布的《2016年中國環境狀況公報》指出我國已經開始對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。生物技術具有廉價、無二次污染等優點，尤其是微生物強化技術還能夠高效去除目標污染物，所以在國內黑臭水體修復中應用十分廣泛，但是常常忽略復合技術的應用做不到因地制宜、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污水未經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便會消耗殆盡。此時厭氧微生物開始占據主導地位，代謝消耗有機污染物產生H2S、NH3、CH4等氣體致使水體發臭。

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生反應最終形成FeS、MnS等黑色沉積物質與水體中的懸浮顆粒共同作用使得水體出現黑化現象。研究還發現腐殖酸、富里酸等有色物質吸附于水體中懸浮顆粒與水體的發黑有直接聯系。

2?微生物強化技術原理

由于進入水體中污染物數量多、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應用較為廣泛：一種是固定化微生物強化技術;另一種是投加高效降解微生物或共代謝機制強化技術。

3?微生物強化技術在水體處理中的應用

3.1?難降解有機物的去除

傳統單一水處理技術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與傳統水處理技術組合工藝來提高污染物降解速率從而改善水體環境。段云霞等為研究微生物強化技術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現COD的去除效率達到89.7%，出水效果COD穩定在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現苯胺降解速率高達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需要污水流入特定的污水處理構筑物運營成本較高較難應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，黑臭河道營養物質豐富微生物種類繁多利于微生物的生長，該種技術目前研究的人數不多不失為一個好的研究方向。

3.2?水體中營養物質的去除

水體中的氮、磷等物質容易在水體中富集，但是較難通過微生物的代謝消耗轉換形態排除水體。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發現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對不同氮、磷濃度富營養化水體的處理效果發現復合系統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%，從所得的數據來看遠遠高于單一浮床系統的去除效率。尹莉等采用固定化微生物工藝+液態菌組合技術處理黑臭水體發現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境的適應能力，延長微生物在水體中的生存時間，以后還有較長的發展道路。

4?微生物強化技術對底泥的修復作用

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反復的情況。傳統的底泥修復技術對河道底泥的修復效果有限，目前微生物強化技術在底泥的生物修復生已經有一定的應用。

吳光前等為了了解固定化微生物技術對底泥的修復效果，通過實驗發現加入“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用于實際工程還需要很長的一段發展時間。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的影響較小，底泥屬于水體污染物的內源輸出與水體的富營養化息息相關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展。底泥處于水體的底部氧氣含量較低厭氧微生物占據主導地位代謝消耗有機物的同時會產生酸類物質降低環境中的pH致使大部分金屬鹽不能夠穩定的存在，因此對于底泥中重金屬的修復是不可或缺的一個環節。目前國內微生物對于重金屬的修復技術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除去鉻發現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。但是該技術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成熟由于需要固定填料也難以應用于江河湖海的底泥處理，可以將填料實際應用于河道技術作為一個研究方向。

5?結語

黑臭水體的修復事關人類的生存環境，但是黑臭水體的成因與成分都較為復雜，傳統的水處理修復技術對黑臭水體的修復效果有限。目前微生物強化技術在黑臭水體的生態修復中有一定的應用，但是多數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可能具有不可預測的影響。與傳統生物處理技術相比，微生物強化技術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的處理措施不能以偏概全。傳統的單一水處理技術處理效果有限應大力發展組合工藝，取長補短可以利用微生物強化技術與其他處理技術相互結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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