鄧運(yùn)全，張 珊，莊云飛

（1.山東省濟(jì)寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 濟(jì)寧 272000；2.山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

城市化進(jìn)程的推進(jìn)使得我國(guó)城市污水排放量有了爆發(fā)式增長(zhǎng)，未經(jīng)處理的污水隨意排放對(duì)城市及水環(huán)境造成污染的同時(shí)，對(duì)國(guó)民生活安全及國(guó)民身體健康造成了一定危害，制約了城市各方面的發(fā)展速度。因此，水污染控制成為全人類(lèi)面臨的共同話題。污水處理技術(shù)中，生物處理法是現(xiàn)階段世界控制水污染的核心手段，同時(shí)是現(xiàn)代生物技術(shù)成為水污染控制領(lǐng)域重點(diǎn)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的技術(shù)手段。

1 生物技術(shù)基本特點(diǎn)及技術(shù)特征

1.1 生物技術(shù)簡(jiǎn)要概述

生物技術(shù)是使用微生物或動(dòng)植物的生理活性來(lái)加工、處理和修飾被污染的物質(zhì)，產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有益的物質(zhì)，從而達(dá)到控制污染的目的。近年來(lái)，與其它技術(shù)不同的是，該技術(shù)應(yīng)用廣泛，技術(shù)日趨成熟。同時(shí)，由于生物技術(shù)在水污染控制方面的優(yōu)越性，人們不斷地進(jìn)行研究，在實(shí)踐中，不斷地提出新的思想和方法，并逐步加以應(yīng)用[1]。該方法能有效處理工業(yè)、生活和農(nóng)業(yè)的水污染，利用自身的降解吸附能力，以較低的成本達(dá)到最佳的處理效果。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，生物技術(shù)在處理水污染方面具有悠久的歷史，但現(xiàn)代生物技術(shù)以及工程技術(shù)相結(jié)合的環(huán)節(jié)生物技術(shù)源于20世紀(jì)歐美國(guó)家，主要依托生物生理活動(dòng)，對(duì)污染環(huán)境以及污染物實(shí)施有效凈化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為資源的人工技術(shù)系統(tǒng)。隨著我國(guó)生物環(huán)境技術(shù)的高速發(fā)展，研究領(lǐng)域得到了全面擴(kuò)大，生物方法處理污染物的最終轉(zhuǎn)化產(chǎn)物大多為無(wú)害、穩(wěn)定物質(zhì)，如二氧化碳、水、氮?dú)庖约凹淄榈龋?guī)避污染物多次轉(zhuǎn)移。因此，生物技術(shù)又是一種消除污染安全全面徹底的技術(shù)手段。生物過(guò)程以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)的催化劑，酶是一種活性蛋白質(zhì)，因此導(dǎo)致在多數(shù)場(chǎng)合下，其反應(yīng)過(guò)程是在常溫、常壓以及接近中性條件下進(jìn)行的，與需要高溫、高壓的化工過(guò)程相比，反應(yīng)條件得到了一定的簡(jiǎn)化效益。

2 水污染治理可選生物技術(shù)

2.1 生物反應(yīng)器技術(shù)

生物反應(yīng)器技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用取得了良好的效果。為了保證微生物的生長(zhǎng)，縮短微生物群落的遷移時(shí)間，提高水污染控制效果，有必要在化學(xué)反應(yīng)器中安裝大型生物膜反應(yīng)器[2]。其應(yīng)用的實(shí)質(zhì)是根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，縮短污染物與微生物的接觸時(shí)間，從而更準(zhǔn)確地完成水中污染物的處理，保證微生物的分解代謝能力達(dá)到最低水平。就目前的技術(shù)應(yīng)用而言，雖然生物反應(yīng)器的引進(jìn)速度很快，但由于人工操作的限制，實(shí)際的處理效果往往達(dá)不到預(yù)期的效果。生物反應(yīng)器的快速發(fā)展由于其成本低而存在一定的局限性。

2.2 生物強(qiáng)化處理技術(shù)

①基因轉(zhuǎn)染。微生物具有獨(dú)特的代謝基因和代謝特性，可用于污染物篩選。采用生物強(qiáng)化技術(shù)，加快了天然基因的交換和微生物的構(gòu)建，使微生物降解能力下降，污染物降解效率提高。

②共同代謝。一些污染物無(wú)法被微生物完全氧化。但當(dāng)水中存在其它底物時(shí)，應(yīng)將一些微生物插入水中，并根據(jù)微生物的協(xié)同作用改變污染物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其氧化。水體污染某些普通營(yíng)養(yǎng)素和微生物的代謝物可被注入到水中，如乙烷、二氯苯、苯酚和氨等舊底物，從而獲得它們?cè)跅⒌厮枰哪芰?。菌體氧化后產(chǎn)生水解酶，改變結(jié)構(gòu)被降解。

③常規(guī)利用。經(jīng)過(guò)篩選、誘變，獲得了具有較強(qiáng)代謝能力的微生物，并對(duì)其進(jìn)行了復(fù)制降解。這種方法很傳統(tǒng)，工作人員將碳源和可降解的微生物放入水中，這些微生物主要漂浮在水中，以附著或分離的方式分解污染物。

2.3 固定化微生物技術(shù)

固態(tài)微生物技術(shù)是一種先進(jìn)且成熟的水污染治理方法。這是目前已知植物及廢水處理技術(shù)的重要研究方向，通常采用吸附、包埋、交聯(lián)等方法。附著是微生物通過(guò)物理附著或離子鍵作用于載體或表面而形成的一種附著特性，它為微生物的繁殖創(chuàng)造了條件。利用固定化的載體與微生物細(xì)胞交聯(lián)，構(gòu)成了一種剛性微生物網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[3]；包埋是以液體的作用將微生物導(dǎo)入載體。這種方法很常規(guī)，也很精確，可增加微生物依賴(lài)性和抗毒能力，避免載體對(duì)微生物的隨機(jī)損傷，保證菌株的活力，提高生存率，防止微生物死亡。該方法不僅能精確減少動(dòng)物在水中的食量，而且能縮短細(xì)菌在水中的降解時(shí)間和停留時(shí)間，降低水環(huán)境污染治理的效率。

2.4 生物修復(fù)技術(shù)

可以作為水污染原生動(dòng)物、微生物以及小型浮游生物生長(zhǎng)的基本條件，并且其能夠有效結(jié)合生物膜技術(shù)與水生植物的特性，達(dá)到更高效的處理效率。待空氣與水分充分接觸時(shí)，微生物可以在氣態(tài)、液態(tài)以及固態(tài)三個(gè)狀態(tài)中轉(zhuǎn)換，使得微生物呈現(xiàn)出更多形式，增加了生態(tài)系統(tǒng)自身的復(fù)雜性。而有機(jī)物和有毒物質(zhì)在城市生活污水中大量存在。生物轉(zhuǎn)化和降解會(huì)加劇水污染，即便在受重金屬污染的水體中，生物修復(fù)技術(shù)也可以有效地降低水體毒性和污染危害。這種方法和常規(guī)的物化處理方法相比，可在一定程度上降低應(yīng)用成本。在水污染控制領(lǐng)域，現(xiàn)代生物技術(shù)表現(xiàn)出獨(dú)特的魅力和應(yīng)用前景，但是，要使現(xiàn)代生物技術(shù)更精確地應(yīng)用于水污染控制，相關(guān)技術(shù)和研究還有待進(jìn)一步深入。

3 水污染的生物治理技術(shù)

3.1 生物膜法

采用生物膜作為凈化主體的生物處理工藝由于其具有較高的生物濃度和較低的電能消耗、水質(zhì)較好的特點(diǎn)。所以，與活性污泥法相比，它更容易得到應(yīng)用。以旋轉(zhuǎn)接觸式生物膜反應(yīng)器為代表，有毒有機(jī)物質(zhì)，難降解有機(jī)物質(zhì)的凈化效果明顯，如圖1所示。

圖1 生物膜法處理工藝流程

3.2 厭氧處理法

在缺氧條件下，利用厭氧菌(包括兼性微生物)分解廢水中的有機(jī)物。該工藝可以通過(guò)改進(jìn)細(xì)菌和生物處理主工藝來(lái)提高污染物的去除率。我國(guó)從九十年代開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)新型混合膨脹床顆粒狀活性炭反應(yīng)器[4]。與普通顆粒活性炭反應(yīng)器相比，該反應(yīng)器在處理含抑制性生物降解性有機(jī)廢水時(shí)，具有更高的生物去除率。此外，還有氧化塘，土壤改良，酶法等生物處理技術(shù)。

圖2 厭氧處理法工藝流程

3.3 好氧活性污泥法

好氧法是利用含有大量好氧菌的活性污泥在強(qiáng)通風(fēng)條件下對(duì)污水進(jìn)行凈化的生物技術(shù)。常規(guī)好氧活性污泥法的不足之處在于污染物濃度的變化，尤其是某些抑菌污染物對(duì)細(xì)菌活性的影響?；钚晕勰嗯囵B(yǎng)物能抵抗高濃度污染物的抑制，如培養(yǎng)混合菌降解有毒有機(jī)氯化物。

3.4 準(zhǔn)好氧處理

準(zhǔn)好氧處理填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行思路是：使?jié)B濾液收集溝水位低于滲濾液收集干管底標(biāo)高，使大氣進(jìn)入收集干管上部空間，排入管道，使填埋場(chǎng)具備一定的好氧條件。準(zhǔn)好氧處理是利用垃圾分解過(guò)程中發(fā)酵熱引起的內(nèi)外溫差，使填埋場(chǎng)空氣自然流動(dòng)，促進(jìn)垃圾分解過(guò)程的穩(wěn)定性。準(zhǔn)好氧填埋法具有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需強(qiáng)制通風(fēng)，節(jié)約能源；滲濾液產(chǎn)生后迅速收集，減少了對(duì)地下水的污染；與厭氧填埋法相比，垃圾可產(chǎn)生甲醛等有害氣體，減少了對(duì)地下水的污染。

4 結(jié)論

綜上所述，生物技術(shù)較其他水污染治理方法具有明顯優(yōu)勢(shì)，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高污染治理效率與效果。為進(jìn)一步提高水污染治理效果，要充分且高效應(yīng)用微生物檢測(cè)技術(shù)，并全面提高生物技術(shù)的應(yīng)用能力，從而為污水治理奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)、資源協(xié)調(diào)發(fā)展提供保障。