生物强化技术及其在水污染治理中的运用

邰旭萍

摘  要：自“水十条”施行以来，国家将水污染治理提升至新的高度，各种新型污水处理技术也相继涌现，在保护水资源安全方面发挥了重要作用。生物强化技术是通过培养特定的微生物菌群，达到降解污水中有害成分、净化水质的效果，在实际应用中有效率高、成本低，不易发生二次污染等特点。本文首先介绍了水污染治理中常用的生物技术，随后重点对生物强化技术的作用、菌群的选用，以及在不同废水中的具体运用展开了分析，最后总结了污水治理效果，为生物强化技术的推广使用提供了一定的帮助。

关键词：生物反应器  共同代谢  基因工程  水污染治理

中图分类号：X52                             文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）05（b）-0079-03

Bioaugmentation Technology and Its Application in Water Pollution Control

TAI Xuping

（Jiangsu Jiading Ecological Environment Technology Co.， Ltd.， Changzhou， Jiangsu Province，

213000  China）

Abstract： Since the implementation of the "ten water regulations"， the state has raised water pollution control to a new level， and various new sewage treatment technologies have emerged one after another， which play an important role in the protection of water resources security. Bioaugmentation technology is to achieve the effect of degrading harmful components in sewage and purifying water quality by cultivating specific microbial flora. It has the characteristics of high efficiency， low cost and less secondary pollution in practical application. This paper first introduces the commonly used biotechnology in water pollution treatment， then focuses on the role of bioaugmentation technology， the selection of bacteria， and the specific application in different wastewater， and finally summarizes the sewage treatment effect， which provides some help for the popularization and use of bioaugmentation technology.

Key Words： Bioreactor; Co-metabolism; Genetic engineering; Water pollution control

傳统的水污染治理是选择特定的化学药剂，通过化学反应、物理沉淀或蒸发等形式，取出废水中的杂质，达到净化水体的效果。这种处理方式通常具有成本高、流程复杂、产生二次污染等弊端。相比之下，生物技术在水污染治理方面的运用，则克服了上述缺陷，但是却因为处理效率低，而未能得到大范围推广 。在基因工程的支持下，通过基因重组、改造培育特定的菌种，显著提升了对废水中污染物的降解速率，这种生物强化技术让水污染治理的综合成效得到明显提升，应用前景广阔。

1  生物技术分析

1.1 生物反应器技术

生物反应器是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。目前应用较广的是基于生物膜的反应器，微滤、纳滤生物膜不仅能起到过滤污水中悬浮颗粒和污染物杂质的作用，还能够为水体中的细菌、微生物提供附着环境，随着时间推移形成稳定的菌群，在水污染治理中发挥稳定效果。

1.2 生物修复技术

该技术是借助于某些微生物对于不同品类的污染物开展降解，让其最终的降解变成为水等没有任何危害性的物资。其优势在于对设备依赖性低，污水治理的经济效益明显，还有就是不会产生二次污染。

1.3 生物强化处理技术

该技术的原理为可以通过对相应具有特殊功能菌种的配置，在这些特殊的菌种中，具备被强化的新陈代谢的能力，在投放于水源当中，可以运用微生物本身新陈代谢的能力，对污水中污染分子进行分解，同时对于具有污染性质的有机物来说，可以转化为无污染的无机物从而可以实现污水的净化[1]。

2  生物强化技术的作用

根据污水治理原理的不同，将生物强化技术的作用划分为以下两种类型。第一，高效降解作用。利用细菌、微生物自身的分解作用，将污水中含有的大分子有机物进行降解，得到对水质无害的无机物，从而达到水污染治理的效果，保证最终排放的水质达到相关标准。例如一些脂类、醇类有机物，经过生物强化技术处理后，最终产物能够直接排放。第二，共同代谢作用。利用细菌、微生物的新陈代谢功能，将原来有害的污染物转化为无害的成分。例如污水中含有很多游离态的重金属离子，某些细菌或微生物在新陈代谢过程中，将重金属离子转化为化合物，并且以固态排泄物的形式重新释放到水中。以化合物形式存在的重金属元素，不会对水造成污染，从而达到治理污水的目的[2]。

3  生物强化技术的来源

3.1 自然界中获取菌种

在自然界中，河流、湿地、土壤等具有自净功能，这是因为在水体、土体中存在具有降解功能的微生物。在污染物浓度不高的情况下，能够将污染物进行降解、转化，从而使遭受轻微污染的水体、土体重新恢复洁净。从自然界中筛选、提取这些具有降解功能的微生物，然后在营养基上进行培养，可以得到相应的菌种。这种方法虽然成本较低，但是存在诸多缺陷，首先是自然界中可降解污水的微生物数量较少，分布零散，难以寻找和提取;其次是微生物的降解速率、净化能力难以得到保障。综合来看，其难以满足生物强化技术的实用要求[3]。

3.2 构建基因工程菌

基因工程是利用生物技术手段，例如基因重组、基因改造或者是基粒转移等先进技术，将多种微生物的优良性状进行组合，培养出降解速率高、环境适应性强、繁殖速度快的超强工程菌种，其构造流程如图1所示。由于采取的是定向培养，能够基于水污染治理的实际需求，例如污水中主要成分，污染物降解标准等，来选择特定形状的工程菌，保证其使用效果。从目前已经培育并投入应用的几种基因工程菌的应用效果来看，在不同的pH、温度等环境下，能够维持稳定且高效的污染物降解效果。

3.3 挑选商业菌剂

生物强化技术的日益成熟，越来越多的行业开始引进这一技术进行污水处理，由此增加了对菌种的需求量。为了解决菌种供不应求的现象，一些生物企业开始制造专用的商业菌剂[4]。通常是以自然界的某种具有降解功能的细菌或微生物，经过批量化培养后制作成为液体菌剂，然后进行销售。企业还会根据不同行业的个性化需求，制定特定类型的商业菌剂，例如有专门分解重金属的菌剂，以及专门降解大分子有机物的菌剂。客户可以根据自己的需要灵活选购，而不需要专门培养，这也为生物强化技术的推广提供了便利与支持。

4  生物强化技术在水污染治理中的具体运用

4.1 在焦化废水治理中的运用

此类废水的特点是成分极其复杂，有机和无机污染物同时存在，采用化学方法处理具有较高难度。基于生物强化技术，在焦化废水中首先投入适量的高效菌，将废水中大分子有机物进行降解;同时一些游离态的金属离子也能够以化合物的形式固定下来。之后再配合使用生物膜过滤的方式，将这些沉淀物或悬浮物滤除，实现焦化废水的快速净化。另外，选择投放特定的微生物，焦化废水中被分解的大分子有机物，还能够为菌群提供生长、繁殖的必要营养，对促使菌群快速繁殖有帮助作用，进而提高了废水治理效率。

4.2 在印染废水治理中的运用

印染废水的成分相对单一，以有机染料为主，但是废水中污染物浓度极高，且色度不均匀，有毒有害性强。在印染行业处理废水，常用的是好氧生物膜法，但是由于废水中蛋白纤维、合成纤维较多，微滤膜经常会出现堵塞的问题，需要频繁更换导致废水治理成本升高。在应用生物强化技术后，选择高效脱氧铬菌能够对印染废水中的各类纤维进行分解，这样就可以使其顺利通过生物膜，既达到了污水净化的效果，同时又延长了生物膜的使用寿命，对降低印染废水治理成本有积极作用。

4.3 在制药废水治理中的运用

对于中成药生产中产生的废水，多以木质素、生物碱、鞣质体等为主，采用发酵过滤的方式即可去除，降低废水危害。但是对于合成药物生产中产生的废水，或者是生产抗菌素产生的工 业废水，则具有成分多样、COD浓度大等特点，简单的发酵过滤无法保证废水治理效果。基于生物强化技术，选择混合微生物菌群投放到制药废水中，在较短时间内即可完成对有机污染物的分解。

5  生物强化技术的应用效果分析

5.1 提高水污染治理效率

经过多年的技术积累，现阶段国内关于水污染治理的技术体系已经趋于完善，形成了化学、物理、生物3种主要治理类型，每一种类型下又可以分成若干技术手段。例如化学治理中药剂氧化法、电化学法，物理治理中的膜过滤法、蒸发结晶法。从实践效果来看，这些方法既有各自的应用优势，同时也存在诸多的缺陷，例如化学法治理污水虽然见效快，但是也容易造成二次污染;而物理法虽然解决了二次污染的问题，但是也存在效率低、处理不够彻底的缺陷。相比之下，生物强化技术则集合了上述两种方法的优势，并且很好地避免了各自的缺陷，具有污水治理效率高、污染物降解彻底、不产生其他污染物等特点[5]。

5.2 改善污泥污染物特性

以往的水污染治理，往往侧重对与污水中含有的大分子有机物或悬浮胶体、重金属离子等进行处理，而很少关注污泥的无害化治理。多数情况下，采用沉淀、过滤实现固液分离后，将底层污泥直接排放或填埋。这种情况下，污泥中含有的大量有害物质会造成土壤、地下水的污染。运用生物强化技术后，不仅对上层污水进行了无害化治理，而且污泥本身也相当于为细菌、微生物提供了生长、繁殖的良好環境。存在于污泥中的细菌、微生物，会通过新陈代谢、生物降解等方式改善污泥特性，保证了污泥的无害化[6]。

5.3 增强了水污染治理系统的稳定性

在现有的生物法治理污水技术体系中，像生物反应器技术、生物修复技术等，虽然也具有治理效率高、环保效益好等应用优势，但是如果污水中有害物质的浓度太高，会超出生物系统的运行负载，不仅降低了污水治理效率，而且还会导致生态系统不稳定，投放的细菌、微生物大量死亡。生物强化技术的运用，对提高水污染治理系统的稳定性有明显作用，即便是污水浓度较大，有害物质含量较高，也能够始终保持良好的治理效率，并且维持系统稳定运行，对提高水污染治理的经济效益也有积极帮助。

6  结语

生物强化技术运用生物的手段投菌、配菌，然后制成相对应的强化菌类，通过微生物，对污水中的富营养化物质进行消耗，从而可以对受到污染的水体进行净化。该技术在实际应用表现出了污水降解速度快、最终产物净化彻底、不会产生二次污染等一系列优点，具有广阔的应用前景，下一步应重点从高效菌种培养方面入手，推广使用更多环境适应性强、污染物降解效率高的细菌、微生物，支持生物强化技术的进一步发展。

参考文献

[1] 廖芸.生物强化技术及其在水污染治理中的运用分析[J].低碳世界，2020（2）：18-19.

[2] 袁信，连晓雯，邓莎.生物强化技术及其在水污染治理中的应用分析[J].北方环境，2019（2）：79-81.

[3] 陈小艺.我国跨区域水污染治理的法律对策研究[D].石家庄：河北经贸大学，2020.

[4] 朱晓明.生物强化技术及其在水污染治理中的应用[J].北方环境，2020，32（4）：119-121.

[5] 刘易平.浅谈生物强化技术及其在水污染治理中的应用[J].资源节约与环保，2019（4）：164.

[6] 张峰菁.水污染治理工程绩效评估研究[D].重庆：重庆大学，2019.