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微生物菌剂在水环境治理的应用

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摘要:高效微生物技术属于生物法处理污水的一种,因具有机物去除率高、无二次污染且费用相对较低的特点,正越来越多地应用于城市生活污水、景观水体及工业废水处理中。然而,高效微生物技术在实际应用过程中也有其局限性,如对于含有重金属的水体处理效果不太理想,流速较大的景观水体处理效果不太稳定等。系统分析了高效微生物技术的优劣,为该技术更好地应用于实际提供一定的借鉴意义。

关键词:高效微生物技术;生物法;水环境治理

在自然界的各类水体及土壤中,存在很多能够降解污染物质的微生物,这也是水体和土壤具有一定自净能力的主要原因[1-2]。高效微生物技术就是基于此类微生物的易繁殖及强降解特性,筛选自然界中的各种优势微生物菌群,通过技术措施进行分离、驯化、提纯及扩大培养,并根据待处理水体的污染物种类及含量合理选用相应的菌种应用于工程实际[3-4]。技术应用过程中,强势菌群在生物酶及微量元素的刺激下,可在较差的水环境中迅速增殖,利用水中的COD,N,P等作为自身生长、繁殖的营养物质,快速降解水中有机污染物。除水中污染物之外,底泥也是造成水体污染难以根治的重要原因之一。底泥首先是水中污染物的蓄积库,水体中大量的污染物会富集在底泥中,提高水体对污染物的容纳量。但当污染物饱和后,底泥会向水中释放污染物,反向污染水体[5-6]。底泥疏浚虽然可快速消解一部分底泥,但疏浚后的底泥中仍然存在高浓度的污染物。大量研究表明[7-9],对有机污染的底泥,理想办法不是清淤,而是依靠微生物在原地直接分解污染物,将污泥中的有机物转化为水和二氧化碳,达到消减底泥的目的,从而降低清淤频率,减少清淤量,避免疏浚时底泥再悬浮、运输时底泥流失等过程引起的二次污染问题,不需要额外的场地对疏浚底泥进行堆放或处理,也无需对处置设施(如填埋场)进行长期监测,所需费用低,易于。

1研发现状

自20世纪70年代以来,欧美各国的环保从业者及相关领域学者开始致力于生物处理技术的研究,而生物处理的本质则是通过筛选、驯化得到适应环境快、降解能力强的优势菌来分解污染物,并已规模化生产,但成本较高,且由于污染环境与污染物的地域差异,处理效果也无法保证[10-11]。国内环保用微生物菌剂的研究和应用主要集中在高等院校、科研院所和部分企业,虽起步较晚,但依然取得了较好成果。中科院成都生物研究所筛选出了300多株高效降解功能菌株,并形成了8个系列的微生物菌剂,主要应用于工业废水处理及污染河流或湖泊修复,并对菌剂产品及其应用进行了安全性评价,其综合性能优于国外同类产品[12-13]。天津江河弘元环境技术研究有限公司在有效控制污染源的情况下,首先利用微生物对污染环境的强适应性及高效代谢性,快速减少水体中污染物含量;然后利用微生物与生物酶的有机结合,可原位降解底泥中的污染物,使底泥重新回到非饱和状态,不但能解决底泥反渗的问题,还能增加水体对污染物的容纳量;最后构建合理的微生物—植物—动物生态系统,恢复水体良性循环和自净能力。

2应用现状

将多种具有不同降解功能的微生物与活性生物酶及微生物营养盐相结合,培育生产出活菌制剂用于环境修复的产品称为微生物菌剂[10,14]。微生物菌剂具有特异性强、成活率高、适应环境快、无二次污染及成本较低等优点,现已广泛应用于农业、石化、印染、食品加工业、医药和环保等领域,尤其是在水污染治理、大气污染治理、土壤修复及固废资源化方面发挥着重要作用。庄景等[15]采用梅花式接种法,在无彻底截污和清淤的情况下,将土著微生物扩大培养后直接投加到主要受生活污水污染的黑臭河道中,对无锡市浒溪河进行污染防治。研究表明:投加微生物菌剂一段时间后,河道水体DO含量提升至2mg/L以上,NH3-N,TP,COD的去除率分别为58%、56%和43%,初步消除河道黑臭。李海明[16]将固定化微生物技术应用于苏州古城区污染河道中,并研究其对污染河水的净化效果及规律,结果表明微生物对NH+4-N,TN,TP均有较好的去除效果。樊佳[17]汇总分析了ANAMMOX菌、喹啉降解菌及苯酚降解菌应用于焦化废水深度处理的实际降解效果,认为采用微生物技术处理焦化废水经济有效、易操作,具有较大潜力。徐伟超等[18]将实验分离出的1株喹啉降解菌应用于好氧池焦化废水环境中,结果表明该降解菌对于难降解喹啉具有一定的降解效果,并能相应提高COD去除率。

3优势与局限性

高效微生物技术无需将水体抽出治理,可对地表水体进行原址修复,短期内即可恢复水体的自净能力,一次治理后,在控源截污或污水流入量不超过水体纳污能力的情况下,可长期保持水体清洁。该技术可直接作用于地表水体底泥,降解底泥中有机污染物,压缩底泥体积,阻止底泥反向污染水体,同时还可消除因氮、磷等营养物质过剩造成的水体藻类大量繁殖的现象,提升水体溶解氧含量,间接提高水生动物的免疫力,且操作简单,可搭配生态浮岛、生物膜等设施使用,适应多种地表水情况。但由于缺乏市场监管及相关行业和国家标准的不健全,目前国内环保用微生物菌剂使用情况较为混乱,菌种来源、组分特点、处理效果等差异较大。一些菌剂生产厂家以次充好,以化学药剂或仅含有少量微生物的产品充当微生物菌剂,扰乱市场秩序;由于生产水平参差不齐,不同厂家生产的菌剂在菌种活性、有效微生物含量等指标上差异较大,导致处理效果稳定性不高。除此之外,微生物菌剂在实际应用过程中尚存在着一定的局限性,还有较多问题有待解决。微生物受温度、pH值、溶解氧等外界环境影响较大,尤其是温度,低温或高温都会影响微生物活性,在实际应用过程中常会受季节因素限制。研究表明[19-20],微生物对于以有机污染为主的水体处理效果较好,而对于含有重金属水体的应用仍处于试验研究阶段,要实现废水处理的工业化、规模化仍需加快研究进度。微生物菌剂是技术含量较高的精细化产品,虽然产品在增多,性能并未有大的提升,同质化在加剧,深层次的研究进展缓慢。

4结论与建议

从目前国内外治理水体污染的发展状况看,微生物技术依然具有相当可观的市场需求。随着基因工程尤其是分子生物学技术的不断发展,一些特异性菌株被选育出来,微生物菌剂正在由单一菌种单一功能向复合微生物菌群多功能性方向发展,功能也越来越强大。但仍有一些问题急需解决,本文给出如下建议:(1)对污染物质越来越复杂、越来越难以降解的现状,挖掘、筛选、拓展新的功能性菌种,选育具有针对性、适应性的优良菌种,实现应用效果的稳定。(2)低温严寒、高温、含放射性物质等极端环境下发生的污染,重视选育含有良好抗逆性(如耐干燥、耐酸碱、耐盐分、耐低温、耐高温)的菌种,加强菌种资源多功能性研究与高含量菌剂的开发。(3)我国微生物技术研究缺乏深度及市场混乱的情况,一方面要深入进行理论研究和指导,加强应用生态学方面的探索,加快研发成果的应用及;另一方面要健全生产规范和使用规范,完善市场监管体制,加强行业自律。

作者:钱丹 于淼 武轶 胡聖蓉 张力 单位:天津江河弘元环境技术研究有限公司

微生物菌剂在水环境治理的应用责任编辑:张雨    阅读:人次

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