微生物在污水处理中的应用现状分析

王思懿，杨璐吉，禄芳，甘金萍，许定达

（内江师范学院 化学化工学院，四川 内江 641100）

水是人类赖以生存的重要能源之一，对人类的生命活动起着十分重要的作用。未经有效处理过的污水如果直接排入自然水体，将会对水体造成难以预估的污染，进而影响到人类自身。现如今，国家经济飞速发展，农业规模不断发展壮大，工业化进程也不断加快，人类活动导致污水的排放量越来越大，使得生态环境不断恶化。因此，如何处理污水已成为人们关注的热点和研究的重点。目前，污水处理主要有物理处理、化学处理和生物处理三种方式。其中，生物处理法具有污染小、效率高、无二次污染等特点，被广泛应用在污水处理中。

1 污水处理技术

1.1 物理处理技术

物理处理技术是指利用物理作用及过程将污水中的污染物进行分离、降解、转移和去除[1]。物理处理技术包括简单的格栅法、筛网法、气浮法、沉淀过滤法、离心分离法，以及更为精密的磁分离、电絮凝、光降解、电转移转化、声波处理等[2]处理技术。物理处理技术的优势在于工艺简单、成本低廉、可少加甚至不加生物化学药剂，是可避免二次污染的清洁水处理技术。但使用物理技术处理水体中的污染物时，不会改变污染物自身的化学性质，因此物理处理技术不能去除水体中有毒有害的污染物，处理效果不够理想，通常应用在污水处理的预处理与一级处理中。

1.2 化学处理技术

化学处理技术是指针对不同类型的水体污染物特性，向污、废水中按需投放一定比例的化学药剂，利用化学反应使污染物进行沉淀、络合、氧化-还原、絮凝等反应[3]，以达到去除污染物的目的。化学处理技术包括简单的吸附法、中和法、化学沉淀法、以及氧化还原技术、电化学处理技术、离子交换技术等。与其他污水处理技术相比化学处理技术在污水处理中使用方便、效果理想，是广泛应用的污水处理技术，但投入的成本相对较高，且有的化学药品自身性质具有一定的毒性，容易造成二次污染。

1.3 生物处理技术

生物处理技术是指微生物将污水中的有机污染物作为自身的营养源，利用自身的代谢过程将污水中的污染物进行分解、转化，将有机污染物转化为结构稳定、无毒性或低毒性的无机物[4]。传统的生物处理技术主要有活性污泥法及SBR 法、氧化沟法、A2/O(AA/O)法、AB 法等衍生技术[5]，能将物理、化学处理技术所不能处理的污染物转化完全，从而达到所需要的净化度，具有转化效率高、净化效果好等特点。但传统生物处理技术仍存在占地面积大、运行成本高、维护难度大、限制条件多等缺点。因此，探索和发展更为先进的生物处理技术十分必要。

2 微生物作用机理

2.1 代谢作用

微生物具有生长繁殖速度快、代谢作用旺盛的特点。在污水处理的过程中，微生物正常的生长繁殖和稳定的代谢过程均需要消耗大量的营养物质，而污水中所含大量的有机物恰好可以为微生物的生长代谢提供能量来源，微生物则可利用这些能源进行自身代谢，并产生一系列化学反应，使得污水中的污染物被快速降解，转化为无毒无害的物质[6]。利用不同种类微生物的代谢作用可作用于降解不同类型的污水，例如在处理含大量油脂的城市餐厅生活污水时，可培养放线菌、大肠杆菌等多种微生物，直接代谢转化污水中的多余脂肪[7]。

2.2 降解作用

当污水中的天然或合成有机物被污水生态系统中的微生物破坏或矿化，从而转化为无机物质的过程被称为微生物降解作用[8]。微生物降解有机污染物主要包括矿化作用和共代谢作用，前者是由于某些微生物具有合成并降解有机污染物的酶系；后者则是当微生物不能完全降解某种有机污染物时，如果可向其提供碳源等能源的基质存在，有机物可被部分降解[9]。当有机污染物被微生物降解后，转化形成的无机物质又可参与到物质循环中，实现自然生态系统中的物质平衡。例如氨类细菌在污水处理中对复杂再生有机物进行一系列的氨化、硝化、反硝化过程，大幅降低了污水中复杂有机物的含量。但在污水处理过程中，需要细菌、真菌的有效参与，因此根据实际情况选择合适的微生物，是保证处理效果的关键。

2.3 去毒作用

毒性是污水处理过程中需要关注的重要特征之一，污水能否达标排放，毒性指标占有重要地位。污水中一般含有大量的氮、磷元素，氮、磷超标会导致水体富营养化，进而影响水生生态系统的平衡。其中，磷类污染物通常难以降解，且会导致污水具有一定的毒性，总磷指数越高，污水毒性越强[10]。微生物的去毒作用就是利用微生物技术将磷类污染物或其他污染物通过代谢降解作用进行吸收转化，从而达到净化水体、降低污水毒性的目的，使污水达标排放，降低污水对水环境的危害。

3 污水处理中微生物的应用

3.1 微生物吸附技术

陈跃辉[8]等对微生物吸附重金属离子的对比研究出UY-1 酵母细胞、FT 菌、蓝细菌、啤酒酵母菌对U6+的吸附效果较好。而闫潇[9]等对铬污染的微生物吸附技术研究则表明，铬的赋存形态及浓度、营养类型及培养条件、接种量和胞外聚合物等因素均会影响微生物的处理效率。同时，大多数的微生物还表现出双相反应，在低浓度重金属污水中生长缓慢，又在超过耐受度的高浓度重金属污水中被抑制生长[11]。因此在实际应用时需注意选择合适的微生物种类、营养类型，保持适宜的温度、pH 和溶解氧等条件，在微生物代谢活跃度上平衡底物浓度和吸附时长，同时注意共存离子的影响，保证微生物吸附处理高质高效，避免资源浪费或过度处理。

3.2 微生物絮凝技术

利用传统的物理化学处理方式效果偏低，且使用的化学絮凝剂往往会造成二次污染，利用微生物絮凝剂则可以很好地避免传统物理化学处理技术的缺点，有效降低污水中BOD、TOC 和TN 指数，达到高效清洁的处理效果。微生物絮凝技术常用作处理屠宰废水和印染废水的脱色处理，宋永庆等[11]从污泥样品中筛选出一株名为M-3 的絮凝剂产生菌，在最佳培养条件下培养该菌后用作处理屠宰场废水，絮凝率可达78.0%，COD 去除率达34.6%。在一般的养殖业废水中，使用微生物絮凝剂处理后TOC 去除率可达75%，TN 去除率可达45%。印染废水成分复杂，含大量有机污染物和可溶性色素，且污水中COD 含量高。微生物絮凝剂可对印染废水进行有效脱色，并使污水中大量有机物颗粒絮凝沉淀。早在2001年邓述波等[12]就研究发现了用寄生黄曲霉分泌物制作的微生物絮凝剂对酸性黄和活性蓝的去除效果较好；2021年刘素婷等[13]又报道ZHT4-13 细菌产生的絮凝剂对紫色和蓝色有较强的去除效果。

3.3 固定化微生物技术

固定化微生物技术具有占地面积小、处理成本低、处理效果好和后续处理简单的特点。固定化载体的种类大致可分为无机载体、天然高分子载体、有机高分子凝胶载体和复合载体，其性能会直接影响固定化微生物技术处理污水的效率，通过黄徐[14]等人对比研究发现，有机高分子凝胶载体的传质性能较其他三种较差；天然高分子载体相对于其他三种材料的机械强度较差、且成本较高；而无机载体和天然高分子载体结合微生物的强度较弱。固定化微生物技术通常分为吸附法、交联法、包埋法和复合法四类，其中吸附法操作简单、微生物活性高[15]，被许多学者应用；复合法稳定性高，结合强度高，兼具多种方法的优点。采用固定化微生物技术处理要注意微生物浓度、环境温度、降解时间等，迟冉[16-20]通过研究表明，在微生物浓度为5%、环境温度为25 ℃、降解时间在24 h 左右时，为最适宜降解环境。从整体来看，固定化微生物技术适用范围较广，目前也已广泛应用在污水处理的各大领域。

4 结论及展望

污水处理中微生物的应用因其操作难度低、处理效果好、绿色安全、无二次污染等特点被广泛应用。但我国工农业发展和城市化进程速度加快，污水处理工作形式依然严峻。因此相关技术人员还应更加深入地对微生物处理技术展开研究，不断提升微生物处理技术对水体的净化能力、对环境的适应性、对水体的抗冲击能力，增加微生物制剂的种类并严格控制微生物生长代谢过程中可能导致的环境危害，让微生物处理技术更好地服务于污水处理过程，在污水处理的过程中发挥出更大的作用。

在现代环境污水处理中，微生物技术发占据了重要地位，发展前景较好。近年来，固态微生物系统、CASS、膜分离法等技术和处理方法不断发展壮大，使得微生物在污水处理中的技术愈加成熟。城市快速发展的进程中，应当积极地对微生物处理法做出相关的研究，让污水处理中微生物处理技术能更适应污水处理的需求，提高其在复杂水体中的处理效率，进而能够更快更高效地改善水生态环境。