微生物技術(shù)在污水處理的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景

王加領(lǐng)，鄧宏寶

南通大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226001

1 微生物應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 在微生物菌劑中,微生物菌種的多樣性存在明顯的缺失

當(dāng)前，市場上的微生物菌劑僅有1～2 種,這些菌劑的處理效果受污染物種類和特征的限制, 無法滿足當(dāng)前城市生活污水和工業(yè)生產(chǎn)廢水的綜合處理需求。因此,其在未來的發(fā)展?jié)摿薮?可以為污染物的有效治理提供更多的選擇。如果我們能夠更加豐富多樣地使用菌劑, 那么就可以大幅提升微生物在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用水平。

1.2 溫度對于用微生物處理污水有顯著的影響

“活性”的存在使得微生物的繁殖和代謝受到溫度的限制。不同種類的微生物對溫度的需求不盡相同。如果溫度過低，就會導(dǎo)致微生物的活性下降,污水處理效果變差，甚至導(dǎo)致微生物大面積死亡,從而影響污水的最終排放標(biāo)準(zhǔn)。控制溫度的過程不僅會極大地提升污水處理廠的運營效率，還會使污水處理技術(shù)變得更加復(fù)雜，進而導(dǎo)致微生物在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。

2 微生物在污水處理領(lǐng)域現(xiàn)有的應(yīng)用方法

2.1 活性污泥法

采用活性污泥法來處理廢水是一種有效的技術(shù),其關(guān)鍵在于建立一個有效的曝氣池,使污水和活性污泥有效混合, 從而實現(xiàn)對有害物質(zhì)的有效捕獲和轉(zhuǎn)化, 使污水得到有效凈化并滿足國家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),使廢水得到有效處理。采用活性污泥技術(shù)進行污水處理不僅需要投入大量的微生物菌劑, 而且需要耗費大量的電力,這就需要采用多種模式,如完全混合式和延遲式,以精確掌握曝氣量,從而實現(xiàn)更高的凈化率和更好的凈化效果。

2.2 生物膜法

通過生物膜工藝可以將多種有機物分子結(jié)合在一起,形成具有良好吸附性能的薄層,以有效地捕獲、分離、轉(zhuǎn)化、處理和凈化污水,達(dá)到凈化環(huán)境的目的。生物膜科技的使用范圍越來越廣。這得益于它的優(yōu)勢:菌膠團、藻類、固著型纖維和游離型纖維等微生物都可以作為生物膜的基本單元, 有助于有效地捕獲和吸收有機物, 以減小其對環(huán)境的影響并有效降解BOD5。由此可見，生物膜科技的使用比傳統(tǒng)的活性污泥工藝更加有效,更加節(jié)約資源以及更加環(huán)保。與傳統(tǒng)的活性污泥法相比, 使用生物膜技術(shù)可以有效減少淤泥的數(shù)量,節(jié)省后期的處置費用,從而提升整體經(jīng)濟效益[1]。

2.3 厭氧微生物法

采用厭氧微生物法不僅可以有效去除污泥中的有害物質(zhì)、節(jié)約資源，由此生成的甲烷和其他氣體還可以被轉(zhuǎn)化為清潔的天然能源, 從而實現(xiàn)對廢水的循環(huán)使用。此外,通過這種方法,還可以顯著地減少污泥中的細(xì)菌,使廢水的排放變得更加安全。厭氧微生物和好氧微生物都是常用的污水處理技術(shù), 它們可以被用來改善污泥的性能, 也可以被用來減少高濃度有機物的排放,從而大大提升污水處理效率。

3 生物制劑在污水處理中的應(yīng)用

自20 世紀(jì)70年代以來，為了更好地控制和減少工業(yè)廢水的排放，科學(xué)家和學(xué)術(shù)團體開發(fā)了多種生物菌種，其中包括硫酸鹽還原菌、酚類、氰和腈類、硝基苯類、高效的脫色菌、多種農(nóng)藥和氯代芳烴類、有機磷和樂果類、非硫細(xì)菌、焦化廢水和硫氰酸鈉類。這些菌種的發(fā)現(xiàn)和使用為改善環(huán)境質(zhì)量提供了重要的科學(xué)依據(jù)和可靠的保障。通過對TNT -DNN 和TNT - RDX 有機結(jié)構(gòu)進行處理，我們已經(jīng)成功解決了多種污染問題，包括電鍍、農(nóng)藥、印染、有機酚及其他各種有害物質(zhì)的排放，并取得了顯著成績。王之暉、馮昊等的研究表明，當(dāng)多種酵素混合物被應(yīng)用于改善制漿廠的廢水處理系統(tǒng)時[2]，其運行效果能夠得到顯著改善。研究發(fā)現(xiàn)，在工藝運行參數(shù)保持不變的情況下，添加多種酵素混合物可以顯著改善該系統(tǒng)的生物活性，有助于提升CODCSS 和色度去除率。

4 微生物技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

根據(jù)微生物處理的方式，可以將其分為好氧處理、厭氧處理及混合處理，用于滿足特定的環(huán)境需求。

好氧微生物處理技術(shù)可以利用細(xì)菌的有氧循環(huán)實現(xiàn)對廢棄物的高效去除。其中常見的技術(shù)包括：①利用氧化塘，即利用自然環(huán)境中的池塘、湖泊等，模擬其本質(zhì)，形成一個靜止的污水池，其內(nèi)部的細(xì)菌可以通過光合作用及其周圍的大量空氣來實現(xiàn)對廢棄物的高效去除。②采用活性污泥法可以實現(xiàn)對較為嚴(yán)重或較小規(guī)模的污水的凈化，其特征是處理效率極佳，可以實現(xiàn)較為清潔、穩(wěn)定和可持續(xù)的出水。其中，曝氣池是通過將廢水與回流的活性污泥結(jié)合在一起來達(dá)到凈化效果的，并將其作為最終產(chǎn)物排放到環(huán)境中。曝氣池可以被視作一個高效的生化反應(yīng)裝置，它可以將大量的氧從污染源中排放出來，并將其與污染源的污染物進行反應(yīng)，形成一個懸浮的污染體系，從而發(fā)揮污染源中的污染物和其他污染源之間的最大反應(yīng)效果。接著，混合液將被引導(dǎo)至沉淀池，其中的懸浮顆粒會被細(xì)微地捕獲并與水完美地分離，最終形成一種潔凈的水。③通過生物膜技術(shù)，我們能夠從廢水中分離出大量的溶解性有機物。這種技術(shù)通常包括滴濾池法、轉(zhuǎn)盤法、接觸氧化法及流化床法[3]。

微生物處理是一種利用微生物進行物質(zhì)降解的技術(shù)。這種技術(shù)能夠使微生物利用氧氣進行代謝，并將其中的物質(zhì)進行氧化，以產(chǎn)生新的物質(zhì)。常見的微生物處理方法包括：①微生物消化池。它可以將微生物降解成有用的物質(zhì)，但是對生活垃圾和工業(yè)排放物的凈化效果較差。②通過厭氧接觸法，我們能夠更好地利用厭氧濾器中的固體填充和增加生物膜來改善污染。這種技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于處理具有難以降解的可溶態(tài)化學(xué)成分的工業(yè)廢水。在處理過程中，兼氧菌的存在可以顯著提高處理效果；當(dāng)好氧和厭氧菌共存時，這種處理方式的效果會更加顯著。

5 微生物技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)的物理或化學(xué)凈化方式，微生物凈化技術(shù)有著許多獨特的優(yōu)勢。①它的吸附能力極佳，沉淀性和降解能力也極其出色，無須對使用環(huán)境進行嚴(yán)格的限制，只需通過酶的作用就能快速、徹底地凈化廢水，不僅凈化的水量更多，而且凈化所耗費的總價格只是傳統(tǒng)物理或化學(xué)凈化的30%～50%。②微生物種群多樣，數(shù)量龐大，擁有多種不同的代謝機制，并且能夠輕松地分解和改造自然界中的物質(zhì)。其容易培育，繁衍迅速，擁有良好的環(huán)境適應(yīng)性并易于產(chǎn)生變異。經(jīng)過精心的培育和馴化，這些微生物不僅能更好地適應(yīng)多樣化的、有害的工業(yè)廢水和生活污水，而且具備廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過對微生物的精心篩查、培育和馴化，使大多數(shù)有害物質(zhì)得到了良好的生物降解，滿足了不同的污水處理需求。③通過采用微生物技術(shù)，我們不僅可以消滅各種有害的有機物、細(xì)菌和其他有害物質(zhì)，還能消除異味、改善水的清澈程度、減少顏色，從而達(dá)到優(yōu)異的凈水效果。通過選擇和培養(yǎng)恰當(dāng)?shù)奈⑸铮梢詫⒏鞣N污染物進行分離和凈化[4]。

6 生物膜技術(shù)中超濾技術(shù)的優(yōu)勢和發(fā)展空間分析

20 世紀(jì)70年代超濾技術(shù)得到發(fā)展，目前已成為一種重要的污染物凈化方法。它能夠利用壓力差的作用對溶液中的污染物進行有效的去除，達(dá)到凈化污染物的目的，在這一領(lǐng)域取得了顯著的成果。通俗地講，超濾技術(shù)可以被視作一種基于膜的物理濾波器，它利用膜的雙向壓力來有效地去除水、溶解氧、微粒和細(xì)菌，以達(dá)到去除有害物質(zhì)、提高溶質(zhì)純度的目的。這一過濾系統(tǒng)可以有效地去除溶質(zhì)、細(xì)菌和微粒，使溶質(zhì)得到有效的提純。近年來，超濾技術(shù)的發(fā)展主要集中在新型超濾膜的R&D 上，其穩(wěn)定性和pH 適用范圍更加廣泛。因此，這一技術(shù)在處理含油廢水方面取得了顯著的成果。當(dāng)前，超濾技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和發(fā)展可以劃分為以下幾個領(lǐng)域。①使用熒光塑料膜可以更有效地處理乳化金屬軋制廢水。使用30 L/（m3·h）的超濾膜，用50 ℃的熱水，以4 m/s～5 m/s 的水流速度對濾液中的雜質(zhì)進行清除。此外，使用氯化氫水溶液來沖洗超濾膜可以更好地消除濾膜表面的污染物，防止超濾膜氧化導(dǎo)致的膜孔阻塞。②除聚醚-聚酮膜外，還可以采用聚醚-PSU 膜進行超濾，它們可以有效地將微粒級別的污染物與大氣中的污染物隔絕開來，并且它們的化學(xué)特性也十分穩(wěn)定，可以承受較大的熱環(huán)境。③通過使用PVC-PAN 超濾膜，我們能夠有效地將含有乳化油的污水進行油水分離。使用這種方法可以將污水按照正常的方式排放到下水道，且過濾出的油還可以用來燃燒。④多孔陶瓷超濾膜是一種高效率的混合膜，其特殊的表面特征是含有多種不同的聚合物，能夠通過對水質(zhì)的分析來發(fā)現(xiàn)其特征，并實現(xiàn)對其特征的精準(zhǔn)控制，從而實現(xiàn)對超濾膜的優(yōu)化。基于此，未來超濾技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該著重于提升其耐久性、抗污染性和減少能耗，同時加強設(shè)計和管理，以解決超濾膜在廢水處理中面臨的一系列挑戰(zhàn)。

7 結(jié)語

近年來，隨著世界各地環(huán)境保護意識的日益增強和環(huán)境規(guī)定的日益嚴(yán)格，環(huán)境微生物學(xué)科學(xué)技術(shù)得到了極大的發(fā)展。在我國，這一領(lǐng)域的研究正在快速興起，為國內(nèi)經(jīng)濟社會的發(fā)展提供了極大的福祉。隨著時代的變遷，人們對于更先進的微生物技術(shù)的關(guān)注日益增加。因此，政府、企業(yè)、學(xué)者等各界人士積極參與其中，共同努力，加強對微生物技術(shù)的研究，深入探索其在環(huán)境保護方面的應(yīng)用，以促進全球環(huán)保事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，從而為全球的環(huán)境保護事業(yè)注入新的活力。