固定化微生物在水环境治理中的应用

2022-12-27烟台市环保工程咨询设计院有限公司梁丽红

区域治理 2022年4期

关键词：藻类环境治理水体

烟台市环保工程咨询设计院有限公司梁丽红

重工业时期形成的工业文明是人类文明史的重要组成部分，在此期间，城市化发展迅速，经济水平迅速提高。然而，这一时期大规模的工业生产给水资源和生态环境带来了严重的问题。普通河网的污染和生态系统的破坏是不平衡的。

许多干净的河流和溪流被工业生产排干。残渣污染往往扑朔迷离，旱季往往导致河流干涸，对一般的水生环境构成严重威胁，限制了该地区的社会和经济发展，且无法解决，水环境的恢复和保护迫在眉睫。

植物修复技术作为绿色环保新技术之一，对促进经济发展和控制水污染具有非常重要的社会意义。

一、固定化微生物生物修复技术的概念

固定化微生物生物修复技术作为现代化水处理技术，技术涵盖内容广泛，包括水生植物修复技术、土地处理技术、微生物修复技术、生物膜法处理技术以及水生动物修复技术等。其中，生物修复技术也体现在利用微生物自身的机理性能吸收污染物质，起到净化水环境的作用，实现生态平衡，满足我国资源节约型和环境友好型的生态建设环境。生物修复技术起源于二十世纪八十年代，在水环境污染快速治理的同时，获得高效治理成果，且具备资金投入小、方便、安全，实用性强等优势，备受各国推荐应用。随着研究深入，逐渐发展出多种以大型水生植物为主体的水处理和水体修复的生态工程技术。根据植物生活习性差异，可分为漂浮植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统。

二、城市水环境治理生物修复技术应用现状

（一）打捞藻类成本过高

河道水体中产生污染的原因在于过于集中的富营养物质形成了藻类，能够在河道底部或者河道水体表面形成一层有机污染物，减少水中生物存活的可能性。因此对于大面积的藻类常用的治理方法是打捞外移，将水体内部的污染物进行打捞，并在此基础上进行河道底部的疏通工作。受打捞工程的规模影响，所产生的工作量只能在局部进行，在清理过程中并不能将全部的污染物做到一次性清除，产生的效果和成本不成正比。虽然在操作上较为便利，但在治理效果上无法从根源上达到修复的作用，一般在清除河道底部淤泥时连同藻类导出过程，会将底部的淤泥进行上翻和携带，使底部生物的生存环境发生变化。在水体表面进行打捞工作时，通常采用人力打捞或者机器打捞，但对雇佣的人员基本上没有进行相关技术培训，基本上是以工作年限为选择标准，没有治理的高标准选择。即使现阶段打捞技术和河道疏通技术已经逐渐成熟，被广泛应用在国内外的河道治理中，但耗资巨大的人力和物力的弊端依旧没有被解决。

（二）对底泥生物修复不够重视

如今城市水环境治理中，根据底泥性质可反映出多项污染数据。首先底泥通常是黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物，经过长时间物理、化学及生物等作用及水体流动而沉积于水体底部。底泥中含有大量的污染物质，不断向水体中释放污染物，因此必须重视分析底泥指标数据。由于水环境具备流动性、开放性特征，底泥处理对控制黑臭水体具有重要意义，可见处理底泥沉积污染物，是水环境治理生物修复技术选用前的重要任务。

（三）河道水环境治理完成后，对后期的维护不够重视

在《防止和控制水污染及河流和湖泊长度管理行动计划》的推动下，各地进行了强有力的洪水管理，但重点放在短期管理上，消除黑臭，甚至实现了第三类水的目标。如果在建设期间只注重河流水环境管理，忽视后续开发的管理，河流水环境会逐渐朝着混乱的方向发展，这样就出现了反复治理的局面。

三、水环境污染现状

根据有关资料，由于人类的生产活动，全世界每年产生4000多亿吨废水，其中绝大多数直接排入河流和湖泊，污染了我们生存所需的淡水资源，污染的淡水直接排入河流、湖泊。世界每天还产生大量废物，其中许多废物直接排入河流或湖泊。根据现有的调查，流经亚洲城市的河流大部分受到污染。从全球水污染分布来看，绝大多数区域的污染程度与该区域的人口密度有关，甚至与废水处理系统的先进水平有关。在这方面，如果不及时采取措施解决城市水污染问题，城市居民的饮用水供应安全也将受到严重威胁。对城市的水污染问题进行控制，城市居民的饮水安全也将受到极大的威胁。

四、固定化微生物在水环境治理中的应用

（一）在脱氮除磷方面运用生物修复技术

氮、磷元素作为城市水环境中污染物的重要衡量指标，由于N或P在水中含量过高造成水体富营养化，导致藻类迅速生长繁殖引发“赤潮”或“水华”。而藻类大量生长，首先会大量消耗水中氧气，使鱼类等其他水生物缺氧死亡；其次在赤潮消失时，大量赤潮生物的死亡和分解，分解物附带产生大量有害气体，恶臭难闻，严重影响城市水环境，并通过生物链威胁人类健康。由此对城市水环境中的氮、磷含量的控制是非常必要、迫切的。对城市富营养污水进行针对性处理时，应当将去除污水中的氮、磷物质作为前提。而氮、磷元素作为植物生长的关键因素，运用植物修复技术能有效帮助水环境治理。水生植物作为水生态系统的生产者，通过根系和叶面的光合作用和同化作用，可以吸收富集氮、磷营养物质，最终通过收割过盛的植物并移除水体，从而实现对水体的脱氮、除磷。

（二）利用水生观赏植物处理城市污水的效益

相关实验研究证实，城市污水中的营养物质含量高于正常的重金属含量，未经有效处理而进入河流和湖泊会增加污染程度。城市污水处理的主要问题是水体中重金属稳定性高、分解难度大，对低浓度重金属污染的处理不充分。国内外科学家对湿地植物的研究通常涉及芦苇、香蒲等多种植物。基于城市化需要，可广泛利用水生观赏植物回收城市污水，不仅能达到理想的污水处理效果，还能产生一定的经济效益。

（三）培养短期食藻生物

在城市化进程不断加快的情况下，大多数工厂为了提高经济效益排放大量的废气污水，导致水体中氮和磷的化学物质数量急剧上升，为藻类物质的形成提供了丰富的营养元素，造成其大面积集聚生长现象。在所有藻类中生长繁殖最快的以蓝藻为主，使河道的水体生态系统遭受破坏，水环境自身净化的能力得不到有效释放，甚至在雨水过少的季节没有自净能力。大量研究发现，含氮量越高水体藻类的生长速度越快，而受到污染的水体在失去自净能力后会产生更多的氮元素，进行反复循环。因此提出培养短期食藻生物的措施，其中效果最好的是一种大型蚤虫，藻类和腐屑是其生长的主要营养来源，常规条件下普通的一只食藻虫仅在一天之内，就可以吞食超过其自身的体重上十倍的藻类。作为自然界中早已经存在的物种，在高科技手段的不断改良下食藻能力越来越强，在其短暂的生命周期内能够通过自身的捕食特性，为河道水体生态环境改善发挥有效作用，且在修复过程中不会产生任何的负面影响。

（四）生物修复技术在降解有机污染物方面的运用

随着社会发展，生物修复技术在污水治理环节的应用越来越广泛。当前，生物修复技术作为常见的治理方法，采取在污水中注入高效菌来进行控制，可提升污水处理的效率，其所展现的有效性和适应性与单一的治理措施形成了鲜明对比，能极大提升治理工作的效率。专家学者进一步研究生物强化技术的应用时，发现通过在活性污泥中投入些许高效菌种，可大幅清除污水中的挥发酚物质，达到污水排放各项指标。其次，此模式结合未加入高效菌种的污水处理系统后，清除污染物的工作质量提升明显，提高了生物修复技术的去除率。伴随科技日益进步，如今在治理工作中均广泛采用生物修复技术，应用现代化的治理技术，相比老旧单一的治理技术，生物修复技术具有快速有效的优点，及时获得治理成果，同时具备资金投入小、技术操作方便、安全，实用性强等优势，可有效促进水环境治理工作，减少城市化发展对水环境的危害，达到节约减排的效果，助力水环境的治理水平进一步提高。

（五）利用水生植物进行水环境生态修复的效益

水生植物由于根系强壮发达，种植后与水体接触面积大，可形成许多致密的过滤层。例如，香蒲可以形成根茎相交的根茎网络，当地表水缓慢流动时，重金属和颗粒物被阻塞并留下。当水生植物的根部与水体接触时，不溶性胶体被吸收并沉淀在根部，沉淀为水体中的有机物和新代谢物，能被洗涤并吸收周围的水体。江河湖泊缓冲区两侧农作物的吸收、沉淀、过滤、分解、护坡等，能消耗和分解水体中的苯酚、铪、氰化物、锌等有机物[7]。在水生生态系统中，水生植物是维持水体生态平衡的主要生态因子。当水生植物与多种植物配合使用时，水体效果较单株施药的效果有明显提升，这是因为不同的水生植物在净水方面的作用不同，所以在同一植物的生长时期，不同植物的生长速度和代谢功能存在着显著差异。植物群落的生长发育与植物微生物群落直接相关，微生物群落的变化也与水体净化有关。因此，不同类型的植物不仅有不同的生长期，而且还能保持物种的多样性，并在环境和水生生态系统之间保持恒定的平衡。

五、水环境治理的措施

（一）转变人们的生态文明建设观念

公众是水和环境治理的主要利益攸关方，城市文明建设离不开公众的参与。最有效的方法是加强对生态文明建设的认识，并参与生态文明项目的治理、监督和管理。

（二）建立城市水和环境综合管理系统

相关部委需要建立一个更强有力的综合治理系统，以满足城市水环境治理的实际需要，并确定治理人员、相关企业、居民等以外的管理系统。有必要根据城市水环境的实际分布情况改革和创新相关治理措施，并更有针对性地管理水和河流、湖泊等环境。在实践中，城市水环境治理必须明确治理目标，划分治理的各个阶段，加强不同部门之间的合作，建立最佳的互助关系。当然，除了上述体制标准之外，还需要强调城市废水管理，采用更合理的城市废水净化和处置措施，并加强对废水生产单位的控制，以支持和协助治理污染。

（三）截留废水并监测其流入河流的情况

“黑色的气味在水里，根在岸边，心在管网里，钥匙在排气口里。”这是目前公认的观点。对于沿水道直接排入水中的工业废水和生活废水等排水系统，废水由管道收集和处理，然后再排放。对于没有建设管网的地区，敦促政府尽快改善下水道系统的建设，综合规划永久污水处理厂的建设，而不是采取临时综合净水设备等治理措施。

（四）增加企业废水处理费用，完善废水处理制度

为了进一步限制污水排放企业在生产过程中的行为，目前全国所有城市都向污水排放企业收取一定的污水处理费用，但这种污水处理费用标准是统一的。事实上，不同城市的经济发展水平有很大差异，在制定环卫费用标准时应考虑到城市之间的经济差异，从而使相关标准更加合理。此外，目前城市水环境管理方面的挑战是在形成污染之前对其进行预防处理，这显然不利于水环境的可持续发展，因此需要在水环境管理理念方面进行创新，一方面，清洁生产应通过优化生产流程，减少生产过程中对水资源的使用；另一方面，企业还应改进自己的生产技术，尽可能利用废弃资源作为生产材料，实现材料的第二次利用；最后，必须加强不同行业之间的联系，促进各行业的资源回收。

六、展望和思考

采用生物修复技术是城市水环境治理的大趋势，也是城市水环境的治理的制高点。生物修复技术作为最绿色、环保、自然的技术是城市水环境恢复自然水生态环境的必然之路。在远离人类活动的森林、草原中的水环境是那么的自然美好，水体清澈见底，而人类活动密集的城市各类污染导致水环境破坏，水体出现黑臭现象。在不断研究水生态环境及自然规律中，日后将更好地总结利用自然生物的力量，通过利用生物修复技术重组水生态系统，恢复城市水生态系统的自然生物净化能力，达到水生态系统动态平衡，城市水环境将持续好转，河道水体恢复干净、清澈。