生物強化技術(shù)在水污染治理中的運用分析

朱文博

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300092）

在過去一段時間內(nèi)，為了能夠追求經(jīng)濟(jì)的快速增長，不惜以破壞環(huán)境為代價，在工業(yè)化水平逐漸提高的同時，工業(yè)生產(chǎn)所排放的大量污水并沒有得到及時和的有效地處理，因而導(dǎo)致水污染問題越來越嚴(yán)重。由于人們?nèi)狈λY源保護(hù)意識，從而使得環(huán)境愈加惡劣，給人們的生命安全帶來極大地威脅，同時也不利于淡水資源的保護(hù)以及利用。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，人們逐漸開始培養(yǎng)環(huán)境保護(hù)意識，無論是政府部門還是工業(yè)企業(yè)都非常重視水資源的保護(hù)工作，加大對水體污染防治的力度，通過采取生物強化技術(shù)，能夠更好地保護(hù)水資源，從而緩解了水污染問題。

1 生物強化技術(shù)的概念

生物強化技術(shù)主要發(fā)生在20世紀(jì)70年代，盡管研發(fā)出生物強化技術(shù)，但是人們并沒有正確認(rèn)識到生物強化技術(shù)對于水資源保護(hù)的重要性，到90年代人們開始逐漸認(rèn)識到生物強化技術(shù)對于水污染問題治理的作用，加大對生物強化技術(shù)的運用以及宣傳，生物強化技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸的廣闊。生物強化技術(shù)主要是將擁有特定功能的微生物通過借助一定的途徑將其引入到傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)當(dāng)中，從而發(fā)揮微生物的作用，提高微生物的濃度。當(dāng)發(fā)生效果之后，便可以讓生物處理系統(tǒng)當(dāng)中比較難以降解的微生物得到良好的降解，因此能夠發(fā)揮快速降解微生物的作用，采取生物強化技術(shù)操作比較簡單并且比較方便，具有強大的靈活性以及針對性的特點。由于生物強化技術(shù)的所擁有的特點，生物強化技術(shù)得到了廣大的推廣以及運用[1]。

2 生物強化菌劑的來源

在使用生物強化技術(shù)進(jìn)行水污染問題治理的時候，需要擁有生物強化菌劑，生物強化菌劑不僅可以從特定的環(huán)境當(dāng)中分離以及篩選，并經(jīng)過精心培養(yǎng)之后獲得，同時也能夠是經(jīng)過基因工程所構(gòu)建的菌株，通過熱風(fēng)干燥和冷卻干燥或者添加抑制劑將菌株得以保存。按照生物強化菌機(jī)的使用目的能夠?qū)⒍喾N菌株組合完成，之后再加入到生物處理系統(tǒng)當(dāng)中。生物強化菌劑主要分為液體以及粉劑兩種類型，下面便具體講述生物強化菌劑的主要來源[2]。

2.1 在自然界中選取菌種

在選取生物強化菌劑的時候，可以在自然界當(dāng)中篩選菌種，通過篩選水或土壤等環(huán)境因素，并且將菌種在水和土壤中進(jìn)行分離篩選，從而獲取水或土壤當(dāng)中比較特殊降解性的菌株，選出具有高效率的菌株，在接受突變劑之后進(jìn)行下一步的挑選，當(dāng)挑選完成之后再發(fā)酵培養(yǎng)單一的菌種。在自然界當(dāng)中篩選菌種是最為常用的獲取高效菌種的方式，并且該種方法獲取菌種能夠更好地保存和培養(yǎng)菌種，操作性比較強[3]。

2.2 構(gòu)建基因工程菌

基于工程菌的構(gòu)建主要是采取生物工程技術(shù)，將微生物細(xì)胞當(dāng)中參與富集以及降解過程中主導(dǎo)性基因?qū)氲椒敝衬芰Ρ容^強，并且適應(yīng)性能比較好的受體菌株內(nèi)的過程，通過構(gòu)建基因工程菌對受體菌株的基因進(jìn)行改進(jìn)，從而大大的提高菌體對金屬以及難降解污染物的適應(yīng)性以及處理的能力。在構(gòu)建基因工程菌的時候需要借助以下步驟。對于廢水處理系統(tǒng)而言，當(dāng)前的基因工程菌主要是通過質(zhì)粒介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移或者原生質(zhì)體融合所獲得的。質(zhì)粒介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移是指將具有某些特定功能的質(zhì)粒導(dǎo)入到受體細(xì)胞當(dāng)中，從而使得所受體細(xì)胞獲取相應(yīng)的降解能力的基因工程技術(shù)。質(zhì)粒是染色體外一類能夠自主復(fù)制的比較小的DNA分子，在一定條件的影響下，質(zhì)粒能夠帶給宿主細(xì)胞在相應(yīng)藥物、化學(xué)毒物的環(huán)境當(dāng)中生存的能力。原生質(zhì)體融合主要是指借助人工方法將遺傳性質(zhì)不太相同的兩個細(xì)胞的原生質(zhì)體進(jìn)行相互的融合，通過進(jìn)行融合能夠讓兩個細(xì)胞獲得兼有雙親遺傳性狀的穩(wěn)定重組子的過程[4]。原生質(zhì)體融合的技術(shù)能夠打破微生物的種界界限，從而能夠滿足遠(yuǎn)緣菌株基因重組的目的。采取該技術(shù)能夠讓遺傳物質(zhì)傳遞的更加完整，從而為受體細(xì)胞獲得更多基因重組的機(jī)會。在構(gòu)建基因工程菌的時候，所構(gòu)建的菌種并非自然界當(dāng)中本身存活的物種，因此當(dāng)基因工程菌釋放到外界環(huán)境當(dāng)中，人們無法對菌種釋放后的安全性進(jìn)行詳細(xì)的評估，在廢水處理當(dāng)中應(yīng)用該技術(shù)僅僅是停留在實驗室水平[5]。

2.3 直接購買商業(yè)菌劑

生物強化技術(shù)中所使用的生物強化商業(yè)菌劑主要是從自然界當(dāng)中進(jìn)行篩選出來的，通過將具有特定降解功能的細(xì)菌按照一定的技術(shù)手法將具有特定降解能力的細(xì)菌制作成菌液制劑或者干粉制劑能夠有效的提升降解功能，所使用的生物強化商業(yè)菌劑的組成非常豐富，不僅包括自養(yǎng)異養(yǎng)，同時也包括堿性菌。商業(yè)菌劑主要是多種菌株的混合復(fù)配，商業(yè)菌劑與其他的菌劑相比具有極其多的優(yōu)點，首先是使用起來比較安全方便，通過使用生物強化商業(yè)菌劑能夠?qū)嵤┯行У奶幚砀鞣N污染問題。第二，便是能夠加快系統(tǒng)啟動的速度。通過使用強化商業(yè)菌劑，加快系統(tǒng)的啟動，能夠有效縮短微生物培養(yǎng)馴化的時間，提高系統(tǒng)當(dāng)中有效微生物的濃度。

為了能夠更好的發(fā)揮生物強化商業(yè)菌劑的作用，便需要重視生物強化菌劑在使用過程當(dāng)中的各種問題，避免受到各種因素的影響，無法發(fā)揮商業(yè)強化商業(yè)菌劑的正常作用，在使用生物強化商業(yè)菌劑的時候需要注意以下因素。首先，由于在比較低或者比較高溫的條件下，商業(yè)菌劑中的微生物的生長能力比較差，因此微生物需要在適宜的生長溫度下進(jìn)行生長，從而讓微生物更好地完成新陳代謝的任務(wù)，對污染物進(jìn)行有效的降解。第二是提高抵抗高濃度污染物的能力，當(dāng)菌劑加到生物處理系統(tǒng)當(dāng)中，能夠發(fā)揮抗污染沖擊負(fù)荷的能力，從而該能力的發(fā)揮能夠提高高濃度污染物的處理效果。第三，抗重金屬的能力，由于在進(jìn)行水污染問題治理的時候所使用的金屬有些會對污染物產(chǎn)生一定的毒害作用，從而讓微生物的作用無法正常的發(fā)揮，導(dǎo)致微生物的失活。第四，微生物要在比較寬泛的環(huán)境以及介質(zhì)中進(jìn)行生存，有些菌劑在實驗室中實驗的效果比較好，但是在擴(kuò)大的實驗室進(jìn)行實驗的時候，應(yīng)用的效果并不理想，因此在從實驗室進(jìn)行實驗到擴(kuò)大的試驗應(yīng)用的過程當(dāng)中，需要實時的考慮到菌株實際的生存能力，保證菌株的正常生產(chǎn)[6]。最后產(chǎn)生生物表面活性劑，方便與污染物進(jìn)行有效的接觸。如果微生物在進(jìn)行新陳代謝的時候分泌出糖脂、多糖脂等代謝產(chǎn)物。在微生物代謝過程的時候能夠增強僧水性化合物的親水性和生物可利用性，從而更好地對污染物進(jìn)行有效的降解，提高降解的效率以及水平。

3 生物強化技術(shù)在水污染治理中的具體應(yīng)用

生物強化技術(shù)在水污染治理當(dāng)中能夠發(fā)揮積極有效的作用，能夠加快水污染問題處理的效率，因此，生物強化技術(shù)便可以在水污染問題治理過程當(dāng)中的應(yīng)用范圍愈加廣泛，下面便具體講述生物強化技術(shù)在水污染治理當(dāng)中的具體應(yīng)用。

3.1 生物強化技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于生物強化技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)污染物進(jìn)行高效的去除，并且能夠有效改善污泥的性能，讓系統(tǒng)啟動的速度得到加快，提高系統(tǒng)抗負(fù)荷沖擊的能力以及穩(wěn)定性，通過讓生物強化技術(shù)與其他的生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行充分的結(jié)合，能夠提高運轉(zhuǎn)的效率，因此生物強化技術(shù)便可以得到廣泛的應(yīng)用。在水污染治理當(dāng)中運用生物強化技術(shù)能夠發(fā)揮有效的作用，生物強化技術(shù)能夠在治理高濃度有機(jī)廢水以及難降解的有毒有害污染物的治理等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，并能夠緩解環(huán)境污染問題，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 生物強化技術(shù)在水污染治理中的作用

3.2.1 提高對目標(biāo)污染物的去除效果

與其他的廢水生物治理方法相比，生物強化技術(shù)能夠發(fā)揮更加有效的作用，采取生物強化技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)污染物更好地進(jìn)行去除，具有針對性，效果更強。通過將篩選到的苯酚高效降解菌投放到序批式活性污泥反應(yīng)器當(dāng)中，并且該苯酚高效降解菌在44 d內(nèi)對苯酚的降解率始終維持在一定的范圍之內(nèi)，但是沒有接種該苯酚高效降解菌的反應(yīng)器苯酚的去除率由原本的百分之百快速的降到40%。在運用生物強化技術(shù)的時候可以與生物接觸氧化技術(shù)進(jìn)行有效地結(jié)合，通過采取該工藝技術(shù)的組合方式對苯，甲苯和二甲苯混合液進(jìn)行處理，可以發(fā)現(xiàn)通過在反應(yīng)器當(dāng)中投入降解BTX的混合優(yōu)勢菌，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定之后，控制水力能夠停留在11.6 h，便可以有效的去除80%的苯和96.8%的甲苯，12.7%的二甲苯，投菌之后降解速率能夠比原系統(tǒng)提高212.5%。因此，生物強化技術(shù)的使用能夠有效提升對于目標(biāo)污染物的去除效果。

3.2.2 改善污泥的性能，提高污泥的活性

利用生物強化技術(shù)能夠有效地去除污泥的膨脹，并且改善污泥沉降的性能，從而有效地減少污泥的總量，采取生物強化技術(shù)進(jìn)行水污染治理，讓污泥的容積降低到17%到30%。比如通過在序批式活性污泥反應(yīng)器當(dāng)中投加降解苯酚的混合濕菌體作為實驗組，從而進(jìn)行生物強化訓(xùn)練，并且設(shè)置為未加入濕菌體的反應(yīng)器進(jìn)行對比，在整體運行過程當(dāng)中可以發(fā)現(xiàn)實驗組的MLSS平均值會比對照組高的17.7%，并且實驗組的MLSS下降的速度以及幅度都會比對照組要大，沉降性能比較差的活性污泥能夠快速的洗出，提高整體活性污泥的沉降性能。在采用生物強化技術(shù)之后能夠有效改善活性污泥絮凝沉降的性能，通過進(jìn)行鏡檢可以發(fā)現(xiàn)污泥的絮凝體能夠變得邊緣清晰、規(guī)則，并且逐漸的形成圓形以及橢圓形和粒徑比較均勻的顆粒狀污泥。

3.2.3 提高系統(tǒng)的抗負(fù)荷沖擊能力以及穩(wěn)定性

在活性污泥系統(tǒng)當(dāng)中加入苯酚降解菌株能夠讓活性污泥系統(tǒng)獲得苯酚降解的能力，并且在實驗發(fā)生之后的20 min內(nèi)一直保持比較高的降解性能，當(dāng)活性的污泥系統(tǒng)經(jīng)過一定的馴化之后也能夠獲取一定的苯酚降解性能，但是在實驗之后的20 min，降解性能僅僅能夠達(dá)到40%左右，與生物強化系統(tǒng)的降解性能大約要低60%。通過對比接種SW34混合高效苯酚分解濕菌體的強化系統(tǒng)與非強化系統(tǒng)受到本分沖擊時的降解速率能夠發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水苯酚質(zhì)量濃度增加的時候，實驗組能夠保持快速降解苯酚的能力，但是對照組的苯酚降解能力比較差，快速的下降到42.7%左右。

3.2.4 加快系統(tǒng)的啟動速度

利用EM菌劑培養(yǎng)生物膜以及活性污泥處理垃圾滲濾液，并且與沒有投加該菌劑的系統(tǒng)進(jìn)行對比實驗，可以發(fā)現(xiàn)加入EM菌劑的生物膜以及活性污泥處理垃圾滲濾液能夠有效地縮短系統(tǒng)啟動的時間。活動污泥組與對照組進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)啟動時間能夠縮短0.5個月時間，生物膜系統(tǒng)能夠縮短6～8 d，同時當(dāng)生物膜脫落之后EM處理組能夠重新掛膜，重新掛膜的速度比較快。

4 結(jié)論

生物強化技術(shù)已經(jīng)在水污染治理工作當(dāng)中得到極其廣泛的運用，并且發(fā)揮重要的作用，具有非常廣闊的發(fā)展前景，但是對于生物強化技術(shù)的研究僅僅局限在實驗室對降解物的目標(biāo)評價方面，為了能夠讓生物強化技術(shù)的到規(guī)模化的應(yīng)用，讓該技術(shù)具有可持續(xù)發(fā)展的意義，因此需要加大對生物強化技術(shù)的研究，不僅需要培育出新的特效物種，提高應(yīng)用的效率，降低應(yīng)用的成本，并且也需要加強基因工程菌的遺傳性，保障使用的安全性。發(fā)揮生物強化技術(shù)的作用能夠更好的處理水污染問題，改善當(dāng)前的生活環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。