復合菌劑處理黑臭水體研究進展

楊 純，趙麗紅

(遼寧工業大學 土木建筑工程學院，遼寧 錦州 121000)

1 黑臭水體概述

《城市黑臭水體整治工作指南》對黑臭水體作出了解釋，“呈現令人不悅的顏色(或)散發出令人不適氣味的水體”被稱為黑臭水體[1]，從主觀上判斷，水體的黑臭程度代表了其污染程度。

1.1 黑臭水體的現狀

我國黑臭水體存量大，分布廣，治理較為困難。國務院在2015年4月頒布的《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)中明確規定，到2020年，地級及以上城市建成區，黑臭水體控制在10%以內；到2030年，城市建成區黑臭水體總量得到消除的控制目標[2]。截至2017年6月，我國認定的黑臭水體個數為2100個。經過治理，到2018年底，我國黑臭水體完成治理的有1745個，正在治理的有264個，正在制定治理方案的有91個[3]。黑臭水體的治理雖取得一定成果，但仍存在諸多問題，如黑臭水體底泥上翻致使黑臭水體反復出現，仍值得科研人員高度重視。

1.2 黑臭水體的成因

水體黑臭是一個復雜的物理、生物及化學過程，成因復雜。城市黑臭水體由于“發黑”“發臭”的特征，嚴重干擾了周圍居民的日常生活。黑臭水體受到污染，且超過水體的自凈能力，水體環境發生改變[4]。由于污染的來源不同，黑臭水體也可以分為外源性污染物和內源性污染物[5]，兩種污染物中都含有大量的有機污染物。外源污染物是黑臭水體形成的主要因素，當含有大量有機污染物的生活污水和工業廢水未經有效處理直接流入自然水體時，在其分解過程中消耗大量水中的溶解氧(DO)致使水體環境發生改變，由好氧環境轉變為厭氧環境。有機污染物在厭氧環境中分解，會產生H2S、NH3等有臭味的氣體化合物[6-7]，其中H2S是臭味產生的主要因素。H2S從甲基芳香族化合物中獲得一個甲基，生成甲基硫醇(MTL)和二甲基硫化物(DMS)[8]。硫化氫、硫醇、硫醚等揮發性有機硫化物都屬于惡臭污染物[9]。水中的鐵、錳的金屬離子在厭氧環境中發生還原反應，溶解在水體中的S2-與水體中的Fe2+、Mn2+、Cu2+等金屬離子結合，生成金屬硫化物[10]。根據前人的研究，S2-是黑臭水體產生的關鍵，故將黑臭水體中的S2-氧化為SO42-即可解決水體“發黑”和“發臭”現象。

1.3 黑臭水體的治理方法

黑臭水體的治理從原理上區分，可分為三個方面，分別是物理法、化學法和生物法。物理法中包括控源截污、清淤疏治等?？卦唇匚蹌t是將黑臭水體中的底泥挖出，切斷了內源污染物對水體的污染，但由于此方法會產生大量的污泥，后續處理困難，容易造成二次污染?；瘜W法則是向水體中投加氧化劑和沉淀劑，使水體內污染物成為不溶性固體，在重力的作用下，將污染物控制在底泥中。此方法國外應用廣泛，但由于化學藥劑對腐植生物存在負面影響，在藥劑選擇上應選對水體環境影響較小的化學藥劑。生物法包括植被修復技術和微生物修復，主要包括人工濕地和生態浮游等方式[11-12]。微生物修復是向水中投加微生物菌劑，通過微生物的新陳代謝功能，降解水中的污染物。在實際應用中，人們在選擇微生物菌劑時更傾向于復合菌劑。復合菌劑中組成菌存在相互協同的作用，彼此相互提供生長所需的條件且提高降解污染物的能力[13]。

2 復合菌劑概述

微生物廣泛存在于自然界中，其種類繁多，功能各異，各自有著自己獨特的生活環境，如大氣、土壤、水體中都有他們的身影。人類利用微生物已有近千年的歷史，涉及諸多領域，如食品、污泥堆肥、污水處理等。

2.1 復合菌劑的來源

復合菌劑是將兩種或兩種以上的微生物以適當的比例共同培養，充分發揮群體的聯合作用，以取得最佳應用效果的一種微生物菌劑[14]。最早人們對于復合菌這個概念并不是很了解，并且對于微生物菌劑及其提取物并沒有科學的認知。到了20世紀70、80年代，微生物菌劑的研究與應用逐漸廣泛，后來，美日歐國家相繼研制出了復合菌劑，有些菌劑應用廣泛并形成了系列產品。這些復合菌劑所發揮的功能不盡相同，處理效果也各異：有的復合菌劑能夠提高處理廢水的速度，有的對于廢水中的BOD和大部分的有機物的降低效果明顯，有的對于油脂類以及紙漿廢水處理效果顯著。隨著科技的進步。日本學者研發了一種EM菌，它是一種以光合細菌等10多個屬80多種的微生物形成的一種復合菌劑，后來被廣泛的應用在各個領域，處理效果明顯，實現了經濟效益與生態效益的雙贏。

2.2 制備復合菌劑常用的微生物菌劑

微生物復合菌劑對廢水的處理相較于單一微生物處理效果顯著，而且不同類型的微生物復合菌劑對廢水中的有害物質處理效果也不相同。目前較為廣泛的微生物菌劑大致可以分為以下幾種：

1)芽孢桿菌。芽孢桿菌是好氧型細菌，生產較為容易，易于保存，較為普遍。它分泌出蛋白酶等活性較強的胞外酶，對廢水以及泥底中的脂肪等有機物進行分解吸收，從而有效的降低水體的富營養化，能夠對泥底進行清除。與此同時，它也能消滅病原體或是減少病原體的存在進而達到凈化水質的作用。

2)光合細菌。光合細菌對污水中的硫化物、有機物等能進行降解，它是在厭氧光照的條件下進行的降解。在這種條件下，它分泌出胞外蛋白酶，能夠將污水中的有機物氮分解為小分子的氨基酸，在脫氮基的作用下，生成氨氮，并與污水中的氨氮一起同時作為氮源為光合細菌的生長繁殖提供能源，并且成為菌體的一部分。有些具有反硝化作用的光合細菌將污水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽作為最終的電子受體，再利用外界像氨基酸等較為簡單的有機物為供氫體進行反硝化作用。相反，在有氧的條件下，并沒有這種情況，這時光合細菌進行脫氮就會受到限制，它會直接利用污水中的有機物為己所用，直接將有機物作為吸收基質，在這一過程中便會消耗氨氮，由此合成細胞原生質，因此達到降低污水中氨氮的含量。

3)硝化細菌。它是一種自養型的細菌。亞硝酸菌屬以及硝酸菌屬，它們都是專性好氧菌。但這兩種菌群屬于完全不同的菌群，在好氧件下，兩者都將氧作為最終電子受體，其中大多數為專性化，能合成自養型，有些少數可以在一些有機物培養基上生長，這樣的為兼性自養型，維氏硝化桿菌的一些品系就是這類的。

4)酵母菌。人們最早利用酵母菌是因為它的發酵功能，可以進行釀酒。在1978年Yoshizawa將酵母菌應用于廢水處理，并且產生了獨特的污水處理作用。就這樣，酵母菌在廢水處理中的獨特價值逐漸被人們發現利用。為什么能有這種獨特效果，是因為它能夠產生不同的特殊的酵母：首先一些大分子的有機物通過水解酶、糖酶解的作用下會分解為小分子，進而再轉化為丙酮酸；當處于缺氧條件下，酵母菌對丙酮酸進行發酵，再通過三羧酸循環，最終徹底分解為二氧化碳和水，同時也會產生大量的ATP。這些能量被酵母菌用來同化有機物，最后再合成細胞物質，因此達到增長繁殖。

3 生物法在水體修復中的應用

生物法，顧名思義就是用特定的方法進行污水處理，常用生物吸收、轉化等方法對水體進行修復。相對于其他方法有對環境產生的影響小，以及成本較低的優勢。人工濕地、投加功能菌為常見的方法，而且需要用到多種生物修復方法對水體進行修復，以便達到單一修復方法達不到的效果。

3.1 植物修復技術

植物修復技術通過綠色植物對水體進行修復，通過植物的吸收等將有害物質轉化為無害物質，在修復過程中較為常見。有些水生植物吸收水體中的N、P等營養鹽非常高效，它能夠進行光合作用，釋放氧氣進而提高水體自凈能力。并不是所有植物都能很快適應這種環境，需要找到合適的植物來進行水體修復，而這個過程無疑是較為漫長的。

3.2 微生物修復技術

微生物修復是利用微生物進行水體的修復，生物膜技術、投加生物菌種等是常見的修復方法。毛濤[15]用固定化枯草芽孢桿菌對池塘的水體進行凈化，實驗表明，COD降低效果佳，氨氮的含量明顯降低，pH趨于穩定，對弧菌的抑制作用顯著；劉雙江[16]用光合細菌抑制亞硝酸鹽，數據證明，該菌劑使池塘中的亞硝酸鹽濃度下降明顯，下降了50%～80%。

3.3 復合菌劑在水體修復中的應用

復合菌劑通過幾種不同的微生物進行合作進而達到污水處理的效果，在各個領域的水體修復中達到了較好的效果。

施安輝[17]對水產養殖的水質進行了改善與凈化，他從優良水質中把光合細菌、枯草芽孢桿菌以及乳酸鏈球菌制成了復合菌劑，從而有效降低了水體的COD、氨氮，使水質得到了明顯改善。

衛明[18]對長寧區某黑臭河段進行修復時，在無法進行截污的條件下實現了高效復合菌劑在治理黑臭水體時的有效應用。

周志勤[19]通過模擬富營養化水體，用好氧反硝化菌生物膜來進行實驗，其中有害物質得到了明顯改善：COD平均去除率為76%、硝氮為100%、氨氮為70%、TN為73%。

吳霞[20]將本源微生物菌劑投放到黑臭水體中，在投加時水體溶解氧提升到 2.0 mg/L 之上，COD的去除率維持在40%、總磷為30%、氨氮的去除率在40%以上。

楊文娟[23]對于處理黑臭水體則是采用了反硝化細菌和光合細菌進行修復，結果顯示，反硝化細菌去除氮和磷的效果明顯，而泥地和水體中的CODcr，光合細菌對其的降解作用不佳。但這兩種菌劑的復合去除水體中的有害物質效果增加，能夠相互作用，實現優勢互補，對水體的修復作用有較好的效果，相反，單一的菌劑呈現的修復效果不太理想。

復合菌在修復水體中能夠起到較好的效果，具有可行性和高效性，而且用復合菌修復更具有經濟和技術上的合理性，能夠實現經濟效益和生態效益的統一。

4 結語

隨著社會的不斷發展，人們對居住環境的要求越來越高，對于污水處理的需求也是越發強烈，而使用微生物修復技術尤其是復合菌進行黑臭水體修復也是愈發廣泛，這種修復技術不僅能夠有效對污水進行修復，而且在技術上具有較好的可行性。