微生物及其在印染廢水處理中的應用

樊 宇，李 政

（天津工業(yè)大學，天津30016）

1 引言

我國是紡織品生產(chǎn)和出口大國，同時印染廢水的排放量也是驚人的，據(jù)2003年統(tǒng)計，紡織行業(yè)的年廢水排放總量為14.13億t，其中印染廢水約為11.3億t。印染廢水色度深、組成復雜，難降解的有機化合物含量高，每排放1t印染廢水就會污染20t水體，不僅直接危害人類健康，還嚴重破壞水體、土壤及生態(tài)環(huán)境，造成難以想象的后果［1，2］。

由于印染廢水是水體的重要污染物，近年來人們對印染廢水處理與回用做了很多研究工作，有些已付諸實踐應用，印染廢水常用的處理技術有氧化法、吸附法、反滲透法、電解法、絮凝沉淀法、生化法、混凝－生化法等［3～6］。由于微生物廣泛存在于自然界的各個角落，通過研究和訓化，許多有益微生物為人類所利用，本文對微生物在印染廢水處理中的應用進行了綜述。

2 微生物的概念

微生物是個體微小、結構簡單的一類低等生物，是肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱。微生物在自然界是一個十分龐雜的生物類群。到目前為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并認識的微生物種類大約有20萬種。其中絕大多數(shù)為較容易觀察和培養(yǎng)的真菌、藻類和原生動物等大型微生物［7］。

微生物繁殖速度驚人，易受外界環(huán)境條件的影響而發(fā)生變異，特定工業(yè)廢水的生物法處理都是利用微生的優(yōu)良變異株進行的，依靠微生物產(chǎn)生的適酶來完成的，這種變異性也使得它們適用于處理各類污染物。微生物可以說是無處不在，與其說我們生活在空氣中，更確切地應該說我們生活在空氣與微生物中。有些微生物對人類的生產(chǎn)生活有利，而有些則危害人類身體健康的致病菌、病毒等［8］。微生物的種類及形狀繁多，圖1為幾種微生物的形狀或結構。

3 微生物應用領域

微生物具有廣闊的應用領域，包括：在食品加工領域，我們餐桌上的面包、酸奶、饅頭、醬油、醬、酒類等，這些食品的制作都需要微生物的參與；在生態(tài)環(huán)境方面，自然界中的植物或動物沒有生命后需要微生物的作用使其從世界上“消失”，維持自然界的生態(tài)平衡有微生物的貢獻；在醫(yī)藥衛(wèi)生領域，疫苗的研究與開發(fā)，致病微生物的研究與防治等；還有許多應用領域如海洋、水生、地質、農業(yè)、土壤、森林、生物修復、生物技術等等，都與微生物有著密切關系［9］。

圖1 幾種微生物的形狀或結構

4 微生物在印染廢水處理中的應用

由于微生物本身可以生物降解，不會產(chǎn)生二次污染的問題，尤其是其在印染廢水處理后不需要進一步處理即可回用的特點，應用微生物處理印染廢水成為人們研究與開發(fā)的熱點，并有許多研究成果的報道［10～12］。

4.1 微生物處理印染廢水的主要技術

4.1.1 好氧處理技術

好氧生物處理是一種在提供游離氧的前提下，以好氧微生物為主，使有機物降解、穩(wěn)定的處理方法。廢水中存在的各種有機物主要以膠體狀或溶解性為主，以此作為微生物的營養(yǎng)源，這些高能位的有機物質經(jīng)過一系列的生化反應，逐級釋放能量，最終以低能位的無機物質穩(wěn)定下來達到無害化。

4.1.2 厭氧生物處理技術

有機物的厭氧分解含酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵兩階段。酸性發(fā)酵階段，有機物在產(chǎn)酸細菌作用下分解成較簡單的有機物；堿性發(fā)酵階段因NH3對有機酸的中和作用，pH值逐漸上升，甲烷菌開始活動，并把第一階段分解產(chǎn)物有機酸和醇類分解成CH4和CO2。

4.1.3 活性污泥法

活性污泥法是將待處理的廢水引入系統(tǒng)中的曝氣池，與池內原先的液體進行充分混合，使池內空間各點水質基本均勻，以最大限度地承受進水水質的變化，在這種完全混合狀態(tài)下，微生物處于它的生長曲線對數(shù)生長期的后期，比較適合于印染廢水的有機物濃度高的特征，處理效果比較理想。

4.1.4 好氧－厭氧處理技術

好氧處理前先進行厭氧處理，在兼性微生物的作用下使印染廢水中大分子有機物分解成小分子，非溶解性有機物成溶解性物質，難生物降解物質轉化為生物降解物質［13～15］。

4.2 印染廢水處理用主要菌株

中科院的鮮海軍［16］等從印染、毛紡等廢水處理場的生物膜和活性污泥中分離出400株對5種染料具有脫色能力的細菌，其中45株對活性染料、陽離子染料、酸性媒介染料、直接染料等有較強的脫色能力，進而選出13株對染料脫色品種多、速度快的優(yōu)良菌株，這13株脫色菌分屬于6個屬：轉化單胞菌屬（A lteromonas）（D32，D33，D4）、克雷伯氏菌屬（Klebsiella）（D8，D14）、假單胞菌屬（Psuedomonas）（D11，D12，D16）、腸細菌屬（Enterobaeter）（D17，D29）、棒狀桿菌屬（Corynobaeteri）（D19）和產(chǎn)堿桿菌屬（Alcaligenes）（D27）。

楊清香等研究了酵母菌在廢水處理中的應用［17，18］。酵母菌是一類單細胞真菌，具有生長代謝速度快、耐高鹽、能產(chǎn)生多種酶類等優(yōu)點，酵母菌廢水處理技術已應用于多種高濃度有機廢水的處理。楊清香等對酵母菌染料降解機制和產(chǎn)酶方面做了大量研究，獲得了幾株能產(chǎn)生錳依賴的過氧化物酶、能對多種活性染料脫色的酵母菌純菌種、以酵母菌為主要優(yōu)勢菌群的高效脫色混合菌群。

范榮亮［19］等以本源微生物菌（印染廢水污泥中分離得到的菌）為母菌接種于印染廢水中，向改造后工藝復合生化池、接觸氧化池中投加培養(yǎng)馴化后的復合微生物菌和生物鐵填料，研究了生物量、水力停留時間、溶解氧、pH值、溫度等因子對系統(tǒng)處理效果的影響，確定了在最佳處理條件，并使排水口最終出水達標。

5 現(xiàn)代生物技術在印染廢水處理中主要研究方向

現(xiàn)代生物技術用于印染廢水處理主要集中在以下幾個方面［20～22］。

5.1 篩選分離高效菌技術

印染廢水具有較強的特異性，單純利用常規(guī)的微生物很難實現(xiàn)對印染廢水中污染成分的降解和脫色處理。篩選具有特異性能的高效菌將是處理印染廢水常用的現(xiàn)代生物技術之一。

5.2 基因工程技術

由于印染廢水中有機物質結構非常穩(wěn)定，單純利用自然界中的微生物很難對其進行降解處理。所以，設計并構建具有高效專一的降解功能的基因工程菌，可以有效地對印染廢水進行處理。

5.3 細胞工程技術

細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的理論和方法，按照人們的設計藍圖，進行在細胞水平上的遺傳操作及進行大規(guī)模的細胞和組織培養(yǎng)。

5.4 生物發(fā)酵技術

該技術是最早涉及環(huán)境污染治理領域的工程技術。發(fā)酵工程主要是利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體或其代謝產(chǎn)物的過程。

5.5 酶工程技術

酶是生物催化劑，專一性強、效率高。單一的酶針對特定的污染物具有極高的凈化效果。活性污泥中的原生動物對污水的凈化作用與各自的酶活性有關。

此外，還有生物絮凝技術和固定化微生物技術。

6 結語

由于水資源的嚴重匱乏及環(huán)境問題的嚴峻現(xiàn)實，印染廢水的處理與回用越來越顯得重要。隨著現(xiàn)代生物技術的發(fā)展，及其微生物處理技術的生態(tài)環(huán)保性，微生物在印染廢水處理與回用方面有巨大潛力，印染廢水的處理與回用將得到長足發(fā)展。

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