固定化微生物在水環境治理中的應用

煙臺市環保工程咨詢設計院有限公司 梁麗紅

重工業時期形成的工業文明是人類文明史的重要組成部分，在此期間，城市化發展迅速，經濟水平迅速提高。然而，這一時期大規模的工業生產給水資源和生態環境帶來了嚴重的問題。普通河網的污染和生態系統的破壞是不平衡的。

許多干凈的河流和溪流被工業生產排干。殘渣污染往往撲朔迷離，旱季往往導致河流干涸，對一般的水生環境構成嚴重威脅，限制了該地區的社會和經濟發展，且無法解決，水環境的恢復和保護迫在眉睫。

植物修復技術作為綠色環保新技術之一，對促進經濟發展和控制水污染具有非常重要的社會意義。

一、固定化微生物生物修復技術的概念

固定化微生物生物修復技術作為現代化水處理技術，技術涵蓋內容廣泛，包括水生植物修復技術、土地處理技術、微生物修復技術、生物膜法處理技術以及水生動物修復技術等。其中，生物修復技術也體現在利用微生物自身的機理性能吸收污染物質，起到凈化水環境的作用，實現生態平衡，滿足我國資源節約型和環境友好型的生態建設環境。生物修復技術起源于二十世紀八十年代，在水環境污染快速治理的同時，獲得高效治理成果，且具備資金投入小、方便、安全，實用性強等優勢，備受各國推薦應用。隨著研究深入，逐漸發展出多種以大型水生植物為主體的水處理和水體修復的生態工程技術。根據植物生活習性差異，可分為漂浮植物系統、挺水植物系統和沉水植物系統。

二、城市水環境治理生物修復技術應用現狀

（一）打撈藻類成本過高

河道水體中產生污染的原因在于過于集中的富營養物質形成了藻類，能夠在河道底部或者河道水體表面形成一層有機污染物，減少水中生物存活的可能性。因此對于大面積的藻類常用的治理方法是打撈外移，將水體內部的污染物進行打撈，并在此基礎上進行河道底部的疏通工作。受打撈工程的規模影響，所產生的工作量只能在局部進行，在清理過程中并不能將全部的污染物做到一次性清除，產生的效果和成本不成正比。雖然在操作上較為便利，但在治理效果上無法從根源上達到修復的作用，一般在清除河道底部淤泥時連同藻類導出過程，會將底部的淤泥進行上翻和攜帶，使底部生物的生存環境發生變化。在水體表面進行打撈工作時，通常采用人力打撈或者機器打撈，但對雇傭的人員基本上沒有進行相關技術培訓，基本上是以工作年限為選擇標準，沒有治理的高標準選擇。即使現階段打撈技術和河道疏通技術已經逐漸成熟，被廣泛應用在國內外的河道治理中，但耗資巨大的人力和物力的弊端依舊沒有被解決。

（二）對底泥生物修復不夠重視

如今城市水環境治理中，根據底泥性質可反映出多項污染數據。首先底泥通常是黏土、泥沙、有機質及各種礦物的混合物，經過長時間物理、化學及生物等作用及水體流動而沉積于水體底部。底泥中含有大量的污染物質，不斷向水體中釋放污染物，因此必須重視分析底泥指標數據。由于水環境具備流動性、開放性特征，底泥處理對控制黑臭水體具有重要意義，可見處理底泥沉積污染物，是水環境治理生物修復技術選用前的重要任務。

（三）河道水環境治理完成后，對后期的維護不夠重視

在《防止和控制水污染及河流和湖泊長度管理行動計劃》的推動下，各地進行了強有力的洪水管理，但重點放在短期管理上，消除黑臭，甚至實現了第三類水的目標。如果在建設期間只注重河流水環境管理，忽視后續開發的管理，河流水環境會逐漸朝著混亂的方向發展，這樣就出現了反復治理的局面。

三、水環境污染現狀

根據有關資料，由于人類的生產活動，全世界每年產生4000多億噸廢水，其中絕大多數直接排入河流和湖泊，污染了我們生存所需的淡水資源，污染的淡水直接排入河流、湖泊。世界每天還產生大量廢物，其中許多廢物直接排入河流或湖泊。根據現有的調查，流經亞洲城市的河流大部分受到污染。從全球水污染分布來看，絕大多數區域的污染程度與該區域的人口密度有關，甚至與廢水處理系統的先進水平有關。在這方面，如果不及時采取措施解決城市水污染問題，城市居民的飲用水供應安全也將受到嚴重威脅。對城市的水污染問題進行控制，城市居民的飲水安全也將受到極大的威脅。

四、固定化微生物在水環境治理中的應用

（一）在脫氮除磷方面運用生物修復技術

氮、磷元素作為城市水環境中污染物的重要衡量指標，由于N或P在水中含量過高造成水體富營養化，導致藻類迅速生長繁殖引發“赤潮”或“水華”。而藻類大量生長，首先會大量消耗水中氧氣，使魚類等其他水生物缺氧死亡；其次在赤潮消失時，大量赤潮生物的死亡和分解，分解物附帶產生大量有害氣體，惡臭難聞，嚴重影響城市水環境，并通過生物鏈威脅人類健康。由此對城市水環境中的氮、磷含量的控制是非常必要、迫切的。對城市富營養污水進行針對性處理時，應當將去除污水中的氮、磷物質作為前提。而氮、磷元素作為植物生長的關鍵因素，運用植物修復技術能有效幫助水環境治理。水生植物作為水生態系統的生產者，通過根系和葉面的光合作用和同化作用，可以吸收富集氮、磷營養物質，最終通過收割過盛的植物并移除水體，從而實現對水體的脫氮、除磷。

（二）利用水生觀賞植物處理城市污水的效益

相關實驗研究證實，城市污水中的營養物質含量高于正常的重金屬含量，未經有效處理而進入河流和湖泊會增加污染程度。城市污水處理的主要問題是水體中重金屬穩定性高、分解難度大，對低濃度重金屬污染的處理不充分。國內外科學家對濕地植物的研究通常涉及蘆葦、香蒲等多種植物?；诔鞘谢枰蓮V泛利用水生觀賞植物回收城市污水，不僅能達到理想的污水處理效果，還能產生一定的經濟效益。

（三）培養短期食藻生物

在城市化進程不斷加快的情況下，大多數工廠為了提高經濟效益排放大量的廢氣污水，導致水體中氮和磷的化學物質數量急劇上升，為藻類物質的形成提供了豐富的營養元素，造成其大面積集聚生長現象。在所有藻類中生長繁殖最快的以藍藻為主，使河道的水體生態系統遭受破壞，水環境自身凈化的能力得不到有效釋放，甚至在雨水過少的季節沒有自凈能力。大量研究發現，含氮量越高水體藻類的生長速度越快，而受到污染的水體在失去自凈能力后會產生更多的氮元素，進行反復循環。因此提出培養短期食藻生物的措施，其中效果最好的是一種大型蚤蟲，藻類和腐屑是其生長的主要營養來源，常規條件下普通的一只食藻蟲僅在一天之內，就可以吞食超過其自身的體重上十倍的藻類。作為自然界中早已經存在的物種，在高科技手段的不斷改良下食藻能力越來越強，在其短暫的生命周期內能夠通過自身的捕食特性，為河道水體生態環境改善發揮有效作用，且在修復過程中不會產生任何的負面影響。

（四）生物修復技術在降解有機污染物方面的運用

隨著社會發展，生物修復技術在污水治理環節的應用越來越廣泛。當前，生物修復技術作為常見的治理方法，采取在污水中注入高效菌來進行控制，可提升污水處理的效率，其所展現的有效性和適應性與單一的治理措施形成了鮮明對比，能極大提升治理工作的效率。專家學者進一步研究生物強化技術的應用時，發現通過在活性污泥中投入些許高效菌種，可大幅清除污水中的揮發酚物質，達到污水排放各項指標。其次，此模式結合未加入高效菌種的污水處理系統后，清除污染物的工作質量提升明顯，提高了生物修復技術的去除率。伴隨科技日益進步，如今在治理工作中均廣泛采用生物修復技術，應用現代化的治理技術，相比老舊單一的治理技術，生物修復技術具有快速有效的優點，及時獲得治理成果，同時具備資金投入小、技術操作方便、安全，實用性強等優勢，可有效促進水環境治理工作，減少城市化發展對水環境的危害，達到節約減排的效果，助力水環境的治理水平進一步提高。

（五）利用水生植物進行水環境生態修復的效益

水生植物由于根系強壯發達，種植后與水體接觸面積大，可形成許多致密的過濾層。例如，香蒲可以形成根莖相交的根莖網絡，當地表水緩慢流動時，重金屬和顆粒物被阻塞并留下。當水生植物的根部與水體接觸時，不溶性膠體被吸收并沉淀在根部，沉淀為水體中的有機物和新代謝物，能被洗滌并吸收周圍的水體。江河湖泊緩沖區兩側農作物的吸收、沉淀、過濾、分解、護坡等，能消耗和分解水體中的苯酚、鉿、氰化物、鋅等有機物[7]。在水生生態系統中，水生植物是維持水體生態平衡的主要生態因子。當水生植物與多種植物配合使用時，水體效果較單株施藥的效果有明顯提升，這是因為不同的水生植物在凈水方面的作用不同，所以在同一植物的生長時期，不同植物的生長速度和代謝功能存在著顯著差異。植物群落的生長發育與植物微生物群落直接相關，微生物群落的變化也與水體凈化有關。因此，不同類型的植物不僅有不同的生長期，而且還能保持物種的多樣性，并在環境和水生生態系統之間保持恒定的平衡。

五、水環境治理的措施

（一）轉變人們的生態文明建設觀念

公眾是水和環境治理的主要利益攸關方，城市文明建設離不開公眾的參與。最有效的方法是加強對生態文明建設的認識，并參與生態文明項目的治理、監督和管理。

（二）建立城市水和環境綜合管理系統

相關部委需要建立一個更強有力的綜合治理系統，以滿足城市水環境治理的實際需要，并確定治理人員、相關企業、居民等以外的管理系統。有必要根據城市水環境的實際分布情況改革和創新相關治理措施，并更有針對性地管理水和河流、湖泊等環境。在實踐中，城市水環境治理必須明確治理目標，劃分治理的各個階段，加強不同部門之間的合作，建立最佳的互助關系。當然，除了上述體制標準之外，還需要強調城市廢水管理，采用更合理的城市廢水凈化和處置措施，并加強對廢水生產單位的控制，以支持和協助治理污染。

（三）截留廢水并監測其流入河流的情況

“黑色的氣味在水里，根在岸邊，心在管網里，鑰匙在排氣口里?！边@是目前公認的觀點。對于沿水道直接排入水中的工業廢水和生活廢水等排水系統，廢水由管道收集和處理，然后再排放。對于沒有建設管網的地區，敦促政府盡快改善下水道系統的建設，綜合規劃永久污水處理廠的建設，而不是采取臨時綜合凈水設備等治理措施。

（四）增加企業廢水處理費用，完善廢水處理制度

為了進一步限制污水排放企業在生產過程中的行為，目前全國所有城市都向污水排放企業收取一定的污水處理費用，但這種污水處理費用標準是統一的。事實上，不同城市的經濟發展水平有很大差異，在制定環衛費用標準時應考慮到城市之間的經濟差異，從而使相關標準更加合理。此外，目前城市水環境管理方面的挑戰是在形成污染之前對其進行預防處理，這顯然不利于水環境的可持續發展，因此需要在水環境管理理念方面進行創新，一方面，清潔生產應通過優化生產流程，減少生產過程中對水資源的使用；另一方面，企業還應改進自己的生產技術，盡可能利用廢棄資源作為生產材料，實現材料的第二次利用；最后，必須加強不同行業之間的聯系，促進各行業的資源回收。

六、展望和思考

采用生物修復技術是城市水環境治理的大趨勢，也是城市水環境的治理的制高點。生物修復技術作為最綠色、環保、自然的技術是城市水環境恢復自然水生態環境的必然之路。在遠離人類活動的森林、草原中的水環境是那么的自然美好，水體清澈見底，而人類活動密集的城市各類污染導致水環境破壞，水體出現黑臭現象。在不斷研究水生態環境及自然規律中，日后將更好地總結利用自然生物的力量，通過利用生物修復技術重組水生態系統，恢復城市水生態系統的自然生物凈化能力，達到水生態系統動態平衡，城市水環境將持續好轉，河道水體恢復干凈、清澈。

七、結束語

總之，與其他控制能量和水環境的方法相比，水生植物在生長和代謝過程中吸收氮和磷的特性可以控制當前的水污染問題。它消耗的資源較少，投資成本相對較低。因此，全面研究和分析水生植物在水生環境管理中的重要作用及其實際應用，不僅可以促進該方法的應用，而且有助于降低污水處理成本，提高社會經濟水平。