生物技術在水污染治理中的運用分析

鐘立通

（河源市清潔生產中心，廣東 河源 517000）

為實現社會經濟與自然環保之間的協調發展，近年來，我國對于環保方面的投入不斷增加，旨在從最大程度上解決生產對生態環境產生的威脅。其中，水污染治理為環保急需解決的關鍵問題之一，在工業廢水與生活污水總量持續增加的情況下，人們必須在原有基礎上對治理技術手段進行更新，開創新的治理模式。而生物技術作為現在應用優勢比較明顯的重要手段，對自然環境的影響比較小，可保證較高的治理效果，成為現在應用研究的要點。

1 生物技術特點

生物技術即通過微生物、動植物的生理活動來對被污染的物質進行加工、處理以及修飾，并且會生產出益于環境的物質，達到污染治理的效果。其有別于其他技術，近年來得到了廣泛應用，技術更為成熟，取得更多成果。同時，基于生物技術在水污染治理中所具有的優勢，人們對其的研究不斷深入。有更多新型理念與方法被提出，逐漸被應用到實際處理中，該技術可以高效地治理工業、生活以及農業等方面的水污染，利用其自身的降解與吸附能力，以較低成本來達到最為高效的處理效果[1]。但是從整體上來看，現在我國生物技術在水污染治理中的應用還處于初級階段，雖然獲得一定成果，但是并不能很好地控制生物在外界因素影響下的凈化效率，還需要在現有基礎上做更進一步的研究與優化。

2 水污染治理可選生物技術

2.1 生物反應器技術

生物反應器技術在水污染治理中起到了良好的應用效果，應用新型生物膜反應器，需要在內部設置較大載體，為微生物的生長提供保障，延長微生物群落更換的時間期限，提高水污染處理效率。對于不同結構來講，應用的本質就是增加污染物與微生物之間的接觸時間，使其可以更高效地完成水中所含污染物的處理，確保微生物保持最高分解代謝能力[2]。就技術應用現狀來看，雖然生物反應器不斷推陳出新，但是因為操作方面的限制，其實際處理并不能完全達到預期的效果。同時，生物反應器制作成本較高，也會在較大程度上限制該技術的快速發展。

2.2 生物強化技術

生物技術在水污染治理中的作用已經獲得了人們的認同，但是想要完全通過此方法來實現所有的水污染治理并不現實，僅僅向污水內添加自然中的優勢菌種并不能完全達到治理目的。基于此，現在已經不斷將菌落分解能力的強化技術作為研究要點，即對微生物進行篩選培養，獲得最為符合的微生物種類。例如，現在比較常見的活性污泥法，可以對微生物進行培養，提高污水處理效率。將生物強化技術應用到污水治理中，能夠進一步提高治理效果，并且不會對環境產生任何影響，實際應用優勢明顯。

2.3 固定化微生物技術

固定化微生物技術為一種先進且成熟的水污染治理方法，對于已知菌群群體有著非常明顯的效果，對處理工廠廢水起到了至關重要的作用。固定化微生物技術的基本原理即將污染物質從廢水中分離出來，達到良好的環保效果，工藝簡單且成本較低。基于生物技術特點，技術人員可以基于水污染實際情況，對特定菌落進行人工培育與改造，總結得到菌落特性，然后將其多次、長時間地應用到水污染治理中，所需投入的成本更少，并能節省大量的菌落研究資源，使得菌落利用率大幅度提高[3]。在實際應用中，可將生物菌落固定到污水下淤泥內，不僅可保證較高的治理效果，且后期回收效率高，達到最佳處理效果。

2.4 生物柵修復技術

生物膜的應用可以作為水污染原生動物、微生物以及小型浮游生物生長的基本條件，并且其能夠有效結合生物膜技術與水生植物的特性，達到更高效的處理效率。待空氣與水分充分接觸時，微生物可以在氣態、液態以及固態三個狀態中轉換，使得微生物呈現出更多形式，增加了生態系統自身的復雜性。然后，被污染的水經過此生態系統，存在的根系便可以成功阻攔污水內存在的懸浮物，再利用生物膜自身的同化作用、異化作用以及吸附功能，有效清除水體內的有機質，提高污水治理效率。

3 活性污泥法在水污染治理中應用要點

3.1 活性污泥特性

活性污泥即為絨絮狀的小泥粒，粒徑在0.02～0.20 mm范圍內，主要由有機與無機膠體、微型生物群、懸浮物等組成，根據水質表現出黃褐色、灰褐色、深灰色以及灰白色等，無臭味或略有腥味，含水率可以達到99%。對其進行靜置處理時，活性污泥將會凝結出較大的絨粒沉降[4]。其pH呈酸性，具有較強的緩沖能力。

3.2 活性污泥組成

3.2.1 細菌

細菌為活性污泥的重要組成部分，同時也是決定活性污泥凈化能力的關鍵因素，數量大約在108～109個/mL。最為常見的細菌種類包括產堿桿菌屬、假單胞菌屬、動膠菌屬、無色桿菌屬、棒狀桿菌屬、黃桿菌屬、球衣菌屬、微球菌屬以及螺菌屬等，且大部分為革蘭氏陰性菌。活性污泥形成初期階段，細菌多表現為游離狀態，待活性污泥不斷成熟后，細菌也多包埋在菌膠團內生成菌分泌蛋白質以及多糖等胞外聚合物內，可形成菌膠團，最后則會發展成活性污泥絮狀體。在遇到不同水質條件的情況下，菌膠團絮狀體可以表現為蘑菇、球形、分枝、橢圓和片狀等多種形式[5]。

3.2.2 原生動物

活性污泥的原生動物主要為纖毛蟲，基于其新陳代謝活動需氧性的特點，其主要集中在活性污泥的表面，以游離細菌、有機物作為生長繁殖的養分。比較常見的游泳型纖毛蟲有腎形蟲、草履蟲、半眉蟲和裂口蟲等；匍匐型纖毛蟲則有尖毛蟲、彈跳蟲和游仆蟲等；固著型纖毛蟲有累枝蟲、獨縮蟲和蓋纖蟲等[6]。

3.2.3 其他

活性污泥中還存在其他微生物，如青霉屬、有毛霉屬、木霉屬和地霉屬等絲狀真菌以及線蟲、輪蟲等。基于活性污泥特性分析，其所包含的微生物群穩定性比較高，但是如果環境溫度、營養和pH值等發生變化時，也將會造成菌種產生變化。例如，污水內如果含有蛋白質，以產堿桿菌屬與芽孢桿菌屬為主，而含糖廢水中則以假單胞菌屬為主。

3.3 活性污泥凈水原理

3.3.1 生物吸附

活性污泥表面積可以達到2 000～10 000 m2/m3（混合液），自身吸附能力非常強，因此能夠對廢水中含有的有機物進行有效吸附。將活性污泥應用到廢水中，持續1～30 min便可將有機質吸附到活性污泥上，同時其還可以對部分金屬離子進行吸附，最終形成化合物后去除，達到凈化污水的目的。

3.3.2 氧化分解

污水內含有的溶解性有機物能夠直接被細菌吸收，然后在體內將其氧化分解，進行無機化處理。而對于大分子有機物，其在細菌所分泌胞外酶作用下被分解成小分子化合物，并經過細菌細胞壁、細胞膜被攝入到細菌內部，經過胞內酶作用，一部分被同化成細胞物質，而另一部分則會繼續被分解成H2O、CO2、NH3等簡單有機物，還會伴隨能量釋出，如圖1所示。在進行有機分解的整個過程中，細菌可以從分解后的有機物內獲取營養和能量，然后促進自身細胞的合成，分解后可獲得高穩定性的簡單無機物。

圖1 有機分解示意圖

3.3.3 其他微生物吸收

對于原生動物來講，大部分均為動物性營養，這樣就可以通過吞食有機顆粒、游離細菌以及其他微生物的方法來實現水質改善的目的。在應用活性污泥法治理污水的過程中，細菌數量遠遠超過原生動物，因此即便是原生動物存在吞食動作，也不會對細菌凈化效果產生多大影響。同時，大量游離細菌被吞食，還會降低污水內懸浮物、含菌量、BOD（生化需氧量）濃度以及有機氮含量，使得處理后的水質清晰度增加。另外，原生動物所分泌出的黏液物能夠提升絮凝作用，改善活性污泥的沉降性能。原生動物對游離細菌進行吞食，還能夠在一定程度上提高細菌絮凝效果。

3.4 活性污泥培養馴化

在治理水污染的過程中，假如應用的是與本廠水質不同的污水處理廠提供的活性污泥菌種，則應選擇間歇式培養方法處理。向曝氣池內引入稀釋后的低濃度廢水，使其與菌種混合，曝氣23 h后沉淀1 h，將上清液排出，然后向內加入相同濃度的新鮮廢水后繼續曝氣。持續3～7 d后鏡檢活性污泥生長量增加情況，然后結合檢測結果對廢水濃度進行調整，重復上述步驟，直至達到原廢水濃度后停止。馴化完成后的活性污泥則可以選擇連續曝氣培養，并采取鏡檢與化學檢測配方完成水質檢測，控制培養進程。待污泥內含有大量菌膠團和固著型原生物時，其已經進入成熟期，具有良好的降解和沉降性能。

4 結語

在水污染治理中，相比其他技術手段，生物技術具有明顯的優勢，不僅可以降低對生態環境的破壞，還可以保持較高的處理效率。現在可選擇的生物技術較多，人們要基于實際條件來擇優選擇，保證所選方法的高適應性與高效率性，基于技術特點與原理，控制好每個細節，達到最佳治理效果。