張可

摘?要：目前城市中出現(xiàn)了大量黑臭水體，嚴(yán)重影響到了人民的身體健康和城市的形象。據(jù)此，主要簡(jiǎn)述了黑臭水體的形成原因以及微生物強(qiáng)化技術(shù)在黑臭水體中對(duì)有機(jī)物、重金屬、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素去除的應(yīng)用現(xiàn)狀。為我國(guó)今后黑臭水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的發(fā)展提供強(qiáng)而有力的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：黑臭水體;微生物強(qiáng)化技術(shù);生態(tài)修復(fù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.03.099

我國(guó)城市化進(jìn)程的加速帶來(lái)了愈加嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，尤其是一些城鎮(zhèn)水體污染嚴(yán)重甚至出現(xiàn)了黑臭現(xiàn)象。究其原因主要是我國(guó)部分城市環(huán)境基礎(chǔ)配套設(shè)施不完善尤其是廣大的農(nóng)村地區(qū)基本上不存在完整的截污設(shè)施和處理設(shè)備且管理效果較差造成設(shè)施停運(yùn)或損壞。2017年5月31日中國(guó)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《2016年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》指出我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)1285個(gè)黑臭水體展開(kāi)了重點(diǎn)整治項(xiàng)目，由此可見(jiàn)政府愈加重視黑臭水體的治理。生物技術(shù)具有廉價(jià)、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，尤其是微生物強(qiáng)化技術(shù)還能夠高效去除目標(biāo)污染物，所以在國(guó)內(nèi)黑臭水體修復(fù)中應(yīng)用十分廣泛，但是常常忽略復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用做不到因地制宜、標(biāo)本兼治。

1?黑臭水體的成因

黑臭水體是水污染的一種極端現(xiàn)象，黑臭是人們自身對(duì)水體污染的外在感官描述。城市水體惡化的主要原因是由城市生活污水和工業(yè)污水未經(jīng)過(guò)處理或處理不達(dá)標(biāo)過(guò)量排放與水體中的藻類(lèi)、細(xì)菌等新陳代謝所引起的。由于水體中有機(jī)污染物含量較高，此時(shí)水體中自然復(fù)氧速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于好氧微生物的耗氧速率，水體中氧氣的含量在較短的時(shí)間內(nèi)便會(huì)消耗殆盡。此時(shí)厭氧微生物開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地位，代謝消耗有機(jī)污染物產(chǎn)生H2S、NH3、CH4等氣體致使水體發(fā)臭。

黑臭水體成因復(fù)雜，污染物或者水體中可能包含鐵、錳等金屬離子與水體中的硫元素發(fā)生反應(yīng)最終形成FeS、MnS等黑色沉積物質(zhì)與水體中的懸浮顆粒共同作用使得水體出現(xiàn)黑化現(xiàn)象。研究還發(fā)現(xiàn)腐殖酸、富里酸等有色物質(zhì)吸附于水體中懸浮顆粒與水體的發(fā)黑有直接聯(lián)系。

2?微生物強(qiáng)化技術(shù)原理

由于進(jìn)入水體中污染物數(shù)量多、種類(lèi)雜對(duì)水體中原著微生物可能存在抑制或毒害作用，或者水體中還存在某種復(fù)雜的污染物不能夠被水體中原有的微生物所代謝消耗。此時(shí)候就需要向污染水體中投加人工改造后具有特定功能的微生物或者改變水體條件使其適應(yīng)某種特定微生物的生長(zhǎng)來(lái)達(dá)到降解特定污染物和提高污染物降解速率的目的。目前有兩種微生物強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用較為廣泛：一種是固定化微生物強(qiáng)化技術(shù);另一種是投加高效降解微生物或共代謝機(jī)制強(qiáng)化技術(shù)。

3?微生物強(qiáng)化技術(shù)在水體處理中的應(yīng)用

3.1?難降解有機(jī)物的去除

傳統(tǒng)單一水處理技術(shù)對(duì)于水體中難降解污染物處理效果欠佳，可通過(guò)微生物強(qiáng)化技術(shù)與傳統(tǒng)水處理技術(shù)組合工藝來(lái)提高污染物降解速率從而改善水體環(huán)境。段云霞等為研究微生物強(qiáng)化技術(shù)組合工藝對(duì)高含鹽難降解印染廢水的處理效果，利用強(qiáng)化微生物+接觸氧化—碳濾池處理該印染廢水發(fā)現(xiàn)COD的去除效率達(dá)到89.7%，出水效果COD穩(wěn)定在40mg/L。申運(yùn)栓等為研究強(qiáng)化生物濾池處理硝基苯和苯胺等難降解有機(jī)廢水的效果，利用自制載體FPU和菌群BCP35進(jìn)行微生物固定化發(fā)現(xiàn)苯胺降解速率高達(dá)99.9%，硝基苯在厭氧生物濾池中的降解速率達(dá)到99.8%。可見(jiàn)微生物強(qiáng)化技術(shù)能夠去除或提高污染物的去除效率，不同于投加強(qiáng)化微生物菌劑固定化技術(shù)能夠長(zhǎng)時(shí)間保持較高的生物濃度有利于提高污染物的去除效率，但是生物固定化技術(shù)需要污水流入特定的污水處理構(gòu)筑物運(yùn)營(yíng)成本較高較難應(yīng)用于河道與湖泊的污染修復(fù)。未來(lái)可將固定化生物填料放于黑臭河道并輔以曝氣裝置模擬工廠運(yùn)行，黑臭河道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富微生物種類(lèi)繁多利于微生物的生長(zhǎng)，該種技術(shù)目前研究的人數(shù)不多不失為一個(gè)好的研究方向。

3.2?水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除

水體中的氮、磷等物質(zhì)容易在水體中富集，但是較難通過(guò)微生物的代謝消耗轉(zhuǎn)換形態(tài)排除水體。李明慧等通過(guò)向南護(hù)城河目標(biāo)水域噴灑復(fù)合微生物凈水制劑Bio—HE發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)水域總氮與總磷的綜合去除率達(dá)到30%—40%。廖濤等研究微生物菌劑復(fù)合蕹菜浮床系統(tǒng)對(duì)不同氮、磷濃度富營(yíng)養(yǎng)化水體的處理效果發(fā)現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)對(duì)總磷的去除效率為43.9%—73.4%，總氮和氨氮的去除效率分別達(dá)到26.8%—51.2%、11.3%—23.3%，從所得的數(shù)據(jù)來(lái)看遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單一浮床系統(tǒng)的去除效率。尹莉等采用固定化微生物工藝+液態(tài)菌組合技術(shù)處理黑臭水體發(fā)現(xiàn)對(duì)水體中氨氮和總磷的去除率分別可以達(dá)到100%和50.41%，同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單一系統(tǒng)的處理效率。

人工強(qiáng)化后的微生物能夠利用代謝較高效率的去除氮或磷，菌劑的直接投加在水體中很難高濃度長(zhǎng)時(shí)間的保持導(dǎo)致處理效果很難維持較長(zhǎng)時(shí)間只能治標(biāo)不能治本，以后對(duì)于強(qiáng)化微生物的改造可以加強(qiáng)微生物的繁育與對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，延長(zhǎng)微生物在水體中的生存時(shí)間，以后還有較長(zhǎng)的發(fā)展道路。

4?微生物強(qiáng)化技術(shù)對(duì)底泥的修復(fù)作用

4.1?對(duì)底泥中有機(jī)物的修復(fù)

大量有機(jī)污染物進(jìn)入水體后經(jīng)過(guò)自然的沉積作用最終富集在底泥之中致使底泥中有機(jī)污染物濃度高污染嚴(yán)重。如果底泥中高濃度的有機(jī)污染物得不到有效的治理修復(fù)，由于底泥和水體的相互物理作用會(huì)導(dǎo)致水體污染出現(xiàn)反復(fù)的情況。傳統(tǒng)的底泥修復(fù)技術(shù)對(duì)河道底泥的修復(fù)效果有限，目前微生物強(qiáng)化技術(shù)在底泥的生物修復(fù)生已經(jīng)有一定的應(yīng)用。

吳光前等為了了解固定化微生物技術(shù)對(duì)底泥的修復(fù)效果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加入“科利爾”生物帶的實(shí)驗(yàn)組底泥厚度由原來(lái)的0.1m最終降至0.02m且COD的去除率相較于空白組高出22個(gè)百分點(diǎn)達(dá)到93%。曹陽(yáng)等采用華電公司環(huán)境工程部提供CHE—1菌種處理磁湖底泥，底泥中有機(jī)污染物含量由原來(lái)的23.3mg/L下降至12.3mg/L去除率達(dá)到51%降解速率提高了0.5倍。

可見(jiàn)微生物強(qiáng)化技術(shù)對(duì)底泥具有一定的處理效果，但是該方法目前只處于實(shí)驗(yàn)室階段應(yīng)用于實(shí)際工程還需要很長(zhǎng)的一段發(fā)展時(shí)間。目前常用的手段一般是物理或化學(xué)方法如底泥疏浚和直接投加化學(xué)藥劑成本較高且可能對(duì)生態(tài)造成影響。類(lèi)似于水體中有機(jī)物的去除強(qiáng)化微生物對(duì)底泥有機(jī)物具有較高的去除效率且對(duì)生態(tài)的影響較小，底泥屬于水體污染物的內(nèi)源輸出與水體的富營(yíng)養(yǎng)化息息相關(guān)一次處理達(dá)標(biāo)后即可無(wú)需考慮長(zhǎng)時(shí)間的處理效率。

4.2?對(duì)于底泥中重金屬的修復(fù)

水體中的重金屬一般沉積于底泥中具有長(zhǎng)期性、積累性、潛伏性等特點(diǎn)嚴(yán)重影響到水體中動(dòng)植物的生存同時(shí)還可能通過(guò)食物鏈的富集影響人類(lèi)的健康發(fā)展。底泥處于水體的底部氧氣含量較低厭氧微生物占據(jù)主導(dǎo)地位代謝消耗有機(jī)物的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生酸類(lèi)物質(zhì)降低環(huán)境中的pH致使大部分金屬鹽不能夠穩(wěn)定的存在，因此對(duì)于底泥中重金屬的修復(fù)是不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前國(guó)內(nèi)微生物對(duì)于重金屬的修復(fù)技術(shù)主要是利用微生物吸附和微生物淋濾等方式，生物淋濾是通過(guò)氧化硫硫桿菌代謝單質(zhì)硫降低污泥pH使得重金屬?gòu)墓滔嗳艹觯偻ㄟ^(guò)污泥脫水來(lái)達(dá)到去除重金屬的目的，無(wú)法應(yīng)用于河道的原位修復(fù)。

徐蓮等利用從制革廢水中分離的兩株鉻（Ⅵ）去除菌Chr-9與Chr-43除去鉻發(fā)現(xiàn)Chr-9在35℃時(shí)去除鉻的效率最可以高達(dá)到92%，Chr-43在40℃時(shí)去除鉻的效率最高可以達(dá)到80%?？梢钥闯鰪?qiáng)化微生物能夠提高特定重金屬的去除效率但是需要特定的條件例如溫度、有機(jī)物濃度。

由于底泥中重金屬長(zhǎng)期潛伏的特點(diǎn)就需要強(qiáng)化微生物具有較高的濃度保持較長(zhǎng)的時(shí)間，由于直接噴灑菌劑無(wú)論是濃度還是時(shí)間都滿足不了該要求就必須使用固定化技術(shù)。但是該技術(shù)對(duì)于河道底泥重金屬處理目前停留于實(shí)驗(yàn)室階段且就算技術(shù)成熟由于需要固定填料也難以應(yīng)用于江河湖海的底泥處理，可以將填料實(shí)際應(yīng)用于河道技術(shù)作為一個(gè)研究方向。

5?結(jié)語(yǔ)

黑臭水體的修復(fù)事關(guān)人類(lèi)的生存環(huán)境，但是黑臭水體的成因與成分都較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的水處理修復(fù)技術(shù)對(duì)黑臭水體的修復(fù)效果有限。目前微生物強(qiáng)化技術(shù)在黑臭水體的生態(tài)修復(fù)中有一定的應(yīng)用，但是多數(shù)的成功案例僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段而且在水體中直接投加外源微生物對(duì)本地的生態(tài)可能具有不可預(yù)測(cè)的影響。與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)相比，微生物強(qiáng)化技術(shù)對(duì)污水的處理效果較好，但是高效菌株存活時(shí)間較短的缺點(diǎn)，可能會(huì)造成水體污染出現(xiàn)反復(fù)的情況，所以強(qiáng)化菌株的濃度的保持與停留時(shí)間的延長(zhǎng)是一個(gè)不錯(cuò)的研究方向。

對(duì)于黑臭水體的修復(fù)我們應(yīng)該采取“一河一策”手段因地制宜，對(duì)于特定的污染情況采取相應(yīng)的處理措施不能以偏概全。傳統(tǒng)的單一水處理技術(shù)處理效果有限應(yīng)大力發(fā)展組合工藝，取長(zhǎng)補(bǔ)短可以利用微生物強(qiáng)化技術(shù)與其他處理技術(shù)相互結(jié)合的方法來(lái)強(qiáng)化水體的修復(fù)效率同時(shí)保證水體長(zhǎng)治久清、避免反復(fù)。

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