生物促生劑在水和土壤治理中的應用分析

□□ 錢 犇，紀春景

(山東農業大學 園藝科學與工程學院，山東 泰安 271018)

引言

隨著我國經濟的快速發展和城市化建設的不斷推進，城市生活污水排放量也在逐年增長。同時，在我國農村或者很多偏遠地區，由于經濟的落后或是高新技術手段的缺乏，導致很多地區的污水處理(如生活污水和工業廢水等)存在較大問題，很多污水未能經過合理地處理便被排放到河流湖泊當中，這對水域乃至其周圍的居民身心健康和土壤環境造成嚴重的影響和破壞，如何利用目前現有的技術手段能夠低成本、快速、高效地解決此類問題，已成為當前業界研究和探討的重點和熱點。

1 生物促生劑

生物促生是修復生態的重要手段之一，其以促生技術(如利用有機酸攜帶的營養物質，通過生物和非生物的過程除去受污染環境的毒性并降解污染物的一類技術，20世紀70年代首次應用于農業領域)為基礎，再結合微碳技術(承擔營養物質載體與高效輸送任務，主要是運用小分子有機酸片段作為載體，使得營養物質吸收轉化效率達到常規產品的 7～11倍)將微生物生長所需要的各種營養成分與高效載體相結合，在污水環境中讓微生物對污染源進行快速吸收和利用，從而提高系統對污染物的降解能力和抗沖擊能力。

生物促生劑由有機酸、氮、緩沖液、酶、營養物質和能量等組合而成，能刺激污水處理系統中的好氧菌對廢水中有機物進行分解，通過促進微生物的繁殖和能量代謝，提高微生物對污染物的氧化分解能力，并且能夠屏蔽化學殘留物對微生物的毒性，從而修復受污染的河道，進而提高污水處理系統的抗沖擊性能和運行穩定性。同時，生物促生劑的使用還能增加物種的多樣性，豐富群落結構，使多種微生物協同作用，更有效地降解污染物[1]。

1.1 主要成分

生物促生劑(Bio-energizer，下文簡稱“BE”)是一種集有機酸、緩沖劑、酶、營養物質和能量等于一體藥劑，其富含微生物所必需的細胞分裂素、維生素和微量元素。基本成分是從美國愛達荷州西南部的“風化褐煤”中提取的[2]。試驗所使用的生物促生劑為實驗室自主配置，根據試驗的具體需求添加相應的組分和微量元素。如童偉軍等[3]進行不同生物促生劑添加量對垂直流人工濕地水源凈化的研究中，所使用的生物促生劑的成分為：酵母浸膏、天冬氨酸、色氨酸、維生素H、NaCl、6-芐基嘌呤以及其他微量元素。

1.2 作用機理

在受污染的水源中加入少量的BE，便能促進污染源中微生物的新陳代謝，使微生物在較差環境中快速、大量的生長繁殖，形成良好的菌膠團[4-5]。菌膠團是細菌及其分泌的膠狀物質所組成的細小顆粒物，是活性污泥的重要組成，在水生物處理中具有很強的吸附和氧化有機物的能力。菌膠團能夠提高微生物降解有機污染物的效率，進而達到廢水處理的效果。同時，BE還能增加微生物物種多樣性，通過延長食物鏈和提高食物鏈循環效率，使多種多樣的微生物有效地協同發揮作用，徹底地降解污染物，從而提高系統耐負荷和抗沖擊的能力。

1.3 應用特點

現階段BE的應用特點如下：

(1)技術先進。集多項尖端生物技術、生態原理于一體，為微生物治污技術的前沿。

(2)經濟節約。操作簡單，無需動力消耗，投入小，經濟成本低。

(3)管理方便。無需復雜的輔助設備，無需專門的人員配備。

(4)安全可靠。利用并強化污染物物質降解的自然規律，不增加其他污染，不會對環境造成不利影響。

(5)結合現有的試劑和技術手段，與某些試劑和方法相結合往往效果比單獨使用生物促生劑效果更佳。

2 生物促生劑的應用分析

目前，生物促生劑主要應用于治理污水，如造紙廢水處理系統、天然水體的治理，也對油脂含量較高的水體或土壤有所改善。

2.1 造紙廢水處理

近年來，隨著環境問題日趨嚴重，提高造紙廢水處理的技術和降低其污染成分是實現造紙行業綠色發展的關鍵。目前對于造紙廢水處理工藝種類比較多[6-7]，包括物理處理法、化學處理法以及生物法等，但是實踐證明采取生物法(生物促生劑)能夠大大提高造紙廢水的處理效率。

經過和空白試驗進行對比，用生物促生劑處理造紙廢水，各組分最佳用量為：漆酶用量10 mg/L，微量營養元素用量2 mg/L，赤霉素用量0.1 mg/L，黃腐酸用量1 mg/L，氮鹽用量1 mg/L，磷鹽用量0.5 mg/L；同時保持30 ℃的反應溫度，曝氣12 h效果更佳。若單獨使用生物促生劑，不利于修復COD以及氮磷的污染，韓大巍等[8]通過坡曝氣和生物促生劑結合的研究得出，兩者結合改善了處理效果，同時促進了微生物的繁衍。促生劑的添加達到了造紙廢水水質改善、出水可生化性提高、深度處理成本降低等效果，并最終促使造紙廢水處理效率提高。

2.2 天然水體治理

在有泥底的天然水體中，通過聯合投加BE和控制水體流速，可以有效激發水體中原有微生物的生理活性，通過微生物的同化、異化作用來吸附、降解有機物以及氮、磷等營養物質，從而快速有效地促進受污染的天然水體向良性生態系統轉變。生物促生劑適合用于污染嚴重的天然水體，在自然可調節范圍內，則不需要人為干預。

2.3 油脂含量較高的水體或土壤改善

2.3.1 含油城市生活污水

隨著城市居民生活水平不斷提高，城市污水也不斷增加，而在城市污水中以油脂危害最大。國家對城市含油生活污水處理排放一直高度重視。傳統的處理技術像隔油、氣浮、混凝沉淀等物理方法已經相對成熟，但是沒有真正意義上將油和有毒成分完全去除，只是從一種介質引入到另一種介質當中。

通過向水體和底泥中加入生物促生劑(BE)，激活污染水體中的微生物，提高微生物降解有機物的能力。同時添加生物解毒劑，對不健康的水體條件進行調整,對水體中的毒性物質進行解毒和屏蔽,降低水中化學和含油污染從而提高水體中微生物的整體抵抗能力。通過以上措施，使得微生物群落種類豐富，生長良好，承受含油廢水沖擊的能力增強。周丹妮等[9]通過試驗研究發現，生物促生劑和生物解毒劑的聯合使用，不僅不會引入任何有毒難降解的物質，而且能將污染水體中難降解的物質分解，從根源上促進微生物的生長代謝，如果水體含油量較大時，可以結合物理手段和BE達到更為徹底的去油效果。

2.3.2 含油污染土壤

隨著石油產品的需求量不斷增加，石油及其制品通過多種渠道進入環境當中，對土壤造成嚴重的污染，并威脅著人類的健康。生物修復技術是一種綠色、無二次污染、高效、可徹底降解污染物的含油土壤修復方法，該技術關鍵在于利用具有相關功能微生物降解多種油的烴組分[10]。雖然在治理含油水體方面BE已經有所應用，但是，污染土壤的含油組成十分復雜，單一的細菌或者真菌只能降解少數特定的烴類或是降解到某一個階段，如何利用生物促生劑提高混合菌種的降解能力需要進一步研究，也可以結合生長在含油土壤上植物的修復能力，來實現對含油土壤的治理。

3 結語

生物促生劑具有其發展前景，其主要作用機理是通過增加或改良土壤或者水體中的有益微生物的活性和種類，進而使微生物更有效地發揮協同作用，提高水體或土壤的抗性，降解污染物。但是生物促生劑對土中微生物的選擇性是否存在差異，是否可以針對性的提高有益微生物的活性、數量和種類，以及如何更好地協調混合微生物的作用，仍需要進一步的研究和發展。

從污染嚴重的土壤或者水體中提取高抗性微生物或者混合微生物進行培養和研究，進而提高生物促生劑的利用率，使得有益微生物對環境的凈化作用達到最佳，也可以通過試驗培養更具有抗性和凈化能力的微生物，讓其回歸污染源，代替生物促生劑。

生物促生劑是生物修復環境問題的有效實例，其主要是利用微生物解決水源污染問題，在原有的治污方法上有了較大的改良和進步，提高了治理的效率，節省了成本，對環境也無污染。另外，生物促生劑的作用還是有限的，在和適當的藥劑和其他手段相結合后，可以更大程度地發揮其功效。