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关于微生物污水处理技术的应用分析

陈映良
摘 要：随着科学技术和生物工程的发展，微生物作为污水的"清道夫"开始进入人们的视线。微生物通过吞食和分解污染物来将其转化为无害物质，并且能够快速繁殖，实现高效处理。本文立足于我国的污水治理的现状和存在的问题，从微生物污水处理技术的原理出发，深入探讨了微生物在污水处理与净化中的作用，分析了微生物技术的适用性和应用现状。
关键词：微生物技术、污水处理、污染、净化、应用
随着全球经济的发展，污水处理成为社会广泛关注的问题，尤其是近几年来，河流及饮用水污染事件层出不穷。目前我国在处理污水问题上普遍采用物理化学法，相对于微生物处理技术来说，这种方法见效慢、有残留，并且可能造成二次污染，处理效果不佳。而微生物作为一种有机生物，能够通过自身的新陈代谢彻底分解污染物，不对水质造成伤害，这也是微生物污水处理技术在近几年中快速发展的根本原因。
在具体的应用上，由于微生物种类繁多，处理方法和技术的选择必须要根据污水的性质、污染程度等多个因素制定，从而保证污水处理的高效性。
一、我国污水处理现状
我国的污水主要可以分为生活污水和工业污水两大类，但近些年来，随着我国工业化进程的不断推进以及排水管网的泄漏等问题，这两类污水开始出现融合的趋势，因此我国的污水处理是一个综合的过程。我国住房和城乡建设部的统计数据显示，截止2014年初，全国城市建成的污水处理厂共计1736座，污水处理率达89.34%；县城污水处理厂共计1504座，污水处理率仅有76.25%。从整体上说，污水处理厂覆盖的区域在污水处理方面取得了一定的成效，但是对我国的国土面积而言，这些处理厂难以实现全面治理。
此外，污水处理技术的落后以及资金短缺等问题也在一定程度上制约着我国污水处理事业的进程，尤其在微生物污水处理这种新型的技术层面，相关的应用仍未达到因地制宜的效果。
二、微生物污水处理机制与净化原理
针对不同的污染物，微生物的净化方式也有所差异，主要包括以下三种：（1）降解有机物，部分细菌、真菌、藻类可通过吞食将污水中一些复杂的有机物转化为简单的无机物分子，从而实现各种生命元素在的自然循环，维持生态平衡。这种方式可有效处理尿素、氨基酸、蛋白质等含氮有机物，从而净化城市生活污水。（2）代谢作用，污水中存在大量不能被微生物食用的有机污染物，其中有些可以作为代谢能源来维持微生物的生命活动。例如，一些放线菌和杆菌在从广泛存在于餐厅污水的脂肪中获取新陈代谢所需能量的过程实际上也起到了污水净化的作用。（3）去毒素作用，微生物主要通过改变污染物的分子结构减弱其毒性。如对于洗衣粉中的有毒磷元素，微生物可以通过将无机磷酸盐拆分为无毒性的有机酸和二氧化碳来去除。但是由于污水成分和微生物分解过程都较为复杂，这种处理方式可能产生有毒的中间物质，造成二次污染，因此在应用过程中必须要进行严格的监视。
三、微生物污水处理技术的应用
1.微生物吸附技术
微生物吸附技术是利用某些微生物的化学结构特性，将自身或者其分泌物与污水中的悬浮物质（如金属离子）结合在一起，形成一种活性生物吸附剂，再人为地进行固液分离。这种技术较为新颖，并且价格低廉，目前多应用于大面积重金属污水的处理。
微生物吸附技术在应用过程中受到很多因素的影响：（1）温度和pH值，这两个因素会严重影响污水中重金属离子的化学状态和微生物的活性，从而影响氧化还原过程和沉淀反应等；（2）吸附时间，研究表明，微生物吸附重金属的过程仅需几个小时（酵母菌吸附镉离子、锌离子的时间约为3小时），一般而言，适当延长吸附时间可以提高吸附效率，因此在应用中要在保持细胞活性的前提下适当平衡吸附时间；（3）共存离子，污水的成分往往较为复杂，净化水质的一个关键在于保留原有的无害物质，如钙离子、钠离子、钾离子等轻金属离子，这就需要对污水成分和微生物的吸附性做一个全面的了解，防止过渡净化。
2.微生物絮凝技术
微生物在生长和代谢过程中会产生一些功能性多糖和糖蛋白等具有絮凝功能的高分子有机物，可用于污水污泥的处理，有些微生物本身也是高效的絮凝剂，上世纪八十年代从红平红球菌得到的NOC-1使其研究最详尽、效果最好的生物絮凝剂。
絮凝技术主要可以应用于：（1）农业污水处理，农业废水中BOD含量较多，因而处理难度较高，传统处理技术难以奏效，而微生物絮凝剂对TN和TOC的去除率达到45%和75%，在一定程度上提高了处理效果；（2）废水脱色处理，可溶性色素的去除一直是废水处理的难点，絮凝剂通过对色素的絮凝沉淀来实现污水脱色，处理后的水质澄澈透明，方法也相对安全高效。
微生物絮凝剂作为无毒环保的污水处理用剂，应用前景广阔，但是其成本相对较高，技术上也面临更高的难度，因此这种方式目前仍未实现普遍应用。
3.固定化酶和固定化细菌技术
固定化酶和固定化细菌技术统称为固定化微生物技术，它指的是在保持生物活性的前提下，通过将游离的微生物固定于限定的载体来提高微生物浓度并反复利用的方法。固定方式包括包埋法交联法、自固定化法、符合固定化法等，這种技术的优点在于微生物密度高、设备小型化、产物易分离，成本较低，目前被广泛应用于包括水污染、大气污染、土壤污染在内的环境污染问题。总体来说，固定化技术应用的限制较少，但是在一些复杂的污水处理问题中，为了保证治理效率和循环利用，微生物和载体都必须具备高度的环境适应能力，因此针对不同的水质，要合理选择微生物和载体。
4.高效降解菌技术
高效降解菌技术实际上是对以上三种技术的延伸，高效降解菌指的是利用生物工程的培养技术，对具有降解能力的细菌进行一段时间的人工培育和多代选择，最终得到强化的菌群。相比于原始的降解菌来说，经过培育和筛选的菌群具备更强的适应能力和繁殖能力，污水处理的效率也大大增强。
除了同种菌类的培育，不同细菌的共同培养也是当前生物技术研究的一个重要领域，它旨在将不同细菌的特性结合在一起形成一种更为高效和全面的污水处理技术。但是这种技术可能会引发一些未知的生物风险，在相关研究不够深入的前提下绝不可贸然应用于实践当中。
5.电极生物膜法
这种技术的原理是，将微生物固定在电极表面，由于微生物有吸附生长的特性，其表面会生成一层生物膜。在接通电流后，污水中的杂质由于受到生物膜的吸附而接触到电流，从而被降解为其他物质。研究结果表明，这种方式对氮、磷等污染物有较好的去除效果，成本低廉，目前在城乡生活污水处理领用的应用比较广泛。除了脱氮效果理想以外，电极生物膜法还能实现杂质的反硝化，为解决当前城市污水因反硝化和释磷作用引发的恶性竞争有机物问题提供了思路。
电极生物膜法的缺点在于对设备和技术的要求较高，电流的强弱会影响微生物的活性，从而弱化其对污染物的吸附效果，在广泛应用之前应该进行适量的试验，寻求最佳方案。
结语
总体来说，相对于传统污水处理技术而言，微生物技术的处理效果理想，安全性较强，不易形成二次污染，而且有效避免了水资源浪费的现象。因此，其在污水处理事业中的应用已经成为不可逆转的趋势。当然，目前微生物污水处理技术仍然存在一些技术上的难关和条件的限制，这有待于生物工程科学的发展和相关领域的深入研究。对社会而言，积极提倡应用微生物来治理污水有利于促进微生物技术的完善，有利于推进我国污水治理的进程，最终实现可持续发展的目标。
参考文献：
[1]吴昊.关于微生物在污水处理中的应用[J].生物技术世界，2015.06
[2]曾珠.现代微生物技术在城市污水处理中的应用探究[J].科技创新与应用，2016.12
[3]任秀娟.讨论微生物污水处理技术的应用 [J].环境与生活，2014.14

-全文完-