微生物技术在污水处理的应用现状和前景

王加领，邓宏宝

南通大学教育科学学院，江苏 南通 226001

1 微生物应用现状

1.1 在微生物菌剂中,微生物菌种的多样性存在明显的缺失

当前，市场上的微生物菌剂仅有1～2 种,这些菌剂的处理效果受污染物种类和特征的限制, 无法满足当前城市生活污水和工业生产废水的综合处理需求。因此,其在未来的发展潜力巨大,可以为污染物的有效治理提供更多的选择。如果我们能够更加丰富多样地使用菌剂, 那么就可以大幅提升微生物在污水处理领域的应用水平。

1.2 温度对于用微生物处理污水有显著的影响

“活性”的存在使得微生物的繁殖和代谢受到温度的限制。不同种类的微生物对温度的需求不尽相同。如果温度过低，就会导致微生物的活性下降,污水处理效果变差，甚至导致微生物大面积死亡,从而影响污水的最终排放标准。控制温度的过程不仅会极大地提升污水处理厂的运营效率，还会使污水处理技术变得更加复杂，进而导致微生物在污水处理领域的应用受到限制。

2 微生物在污水处理领域现有的应用方法

2.1 活性污泥法

采用活性污泥法来处理废水是一种有效的技术,其关键在于建立一个有效的曝气池,使污水和活性污泥有效混合, 从而实现对有害物质的有效捕获和转化, 使污水得到有效净化并满足国家的环保标准,使废水得到有效处理。采用活性污泥技术进行污水处理不仅需要投入大量的微生物菌剂, 而且需要耗费大量的电力,这就需要采用多种模式,如完全混合式和延迟式,以精确掌握曝气量,从而实现更高的净化率和更好的净化效果。

2.2 生物膜法

通过生物膜工艺可以将多种有机物分子结合在一起,形成具有良好吸附性能的薄层,以有效地捕获、分离、转化、处理和净化污水,达到净化环境的目的。生物膜科技的使用范围越来越广。这得益于它的优势:菌胶团、藻类、固着型纤维和游离型纤维等微生物都可以作为生物膜的基本单元, 有助于有效地捕获和吸收有机物, 以减小其对环境的影响并有效降解BOD5。由此可见，生物膜科技的使用比传统的活性污泥工艺更加有效,更加节约资源以及更加环保。与传统的活性污泥法相比, 使用生物膜技术可以有效减少淤泥的数量,节省后期的处置费用,从而提升整体经济效益[1]。

2.3 厌氧微生物法

采用厌氧微生物法不仅可以有效去除污泥中的有害物质、节约资源，由此生成的甲烷和其他气体还可以被转化为清洁的天然能源, 从而实现对废水的循环使用。此外,通过这种方法,还可以显著地减少污泥中的细菌,使废水的排放变得更加安全。厌氧微生物和好氧微生物都是常用的污水处理技术, 它们可以被用来改善污泥的性能, 也可以被用来减少高浓度有机物的排放,从而大大提升污水处理效率。

3 生物制剂在污水处理中的应用

自20 世纪70年代以来，为了更好地控制和减少工业废水的排放，科学家和学术团体开发了多种生物菌种，其中包括硫酸盐还原菌、酚类、氰和腈类、硝基苯类、高效的脱色菌、多种农药和氯代芳烃类、有机磷和乐果类、非硫细菌、焦化废水和硫氰酸钠类。这些菌种的发现和使用为改善环境质量提供了重要的科学依据和可靠的保障。通过对TNT -DNN 和TNT - RDX 有机结构进行处理，我们已经成功解决了多种污染问题，包括电镀、农药、印染、有机酚及其他各种有害物质的排放，并取得了显著成绩。王之晖、冯昊等的研究表明，当多种酵素混合物被应用于改善制浆厂的废水处理系统时[2]，其运行效果能够得到显著改善。研究发现，在工艺运行参数保持不变的情况下，添加多种酵素混合物可以显著改善该系统的生物活性，有助于提升CODCSS 和色度去除率。

4 微生物技术在污水处理中的应用

根据微生物处理的方式，可以将其分为好氧处理、厌氧处理及混合处理，用于满足特定的环境需求。

好氧微生物处理技术可以利用细菌的有氧循环实现对废弃物的高效去除。其中常见的技术包括：①利用氧化塘，即利用自然环境中的池塘、湖泊等，模拟其本质，形成一个静止的污水池，其内部的细菌可以通过光合作用及其周围的大量空气来实现对废弃物的高效去除。②采用活性污泥法可以实现对较为严重或较小规模的污水的净化，其特征是处理效率极佳，可以实现较为清洁、稳定和可持续的出水。其中，曝气池是通过将废水与回流的活性污泥结合在一起来达到净化效果的，并将其作为最终产物排放到环境中。曝气池可以被视作一个高效的生化反应装置，它可以将大量的氧从污染源中排放出来，并将其与污染源的污染物进行反应，形成一个悬浮的污染体系，从而发挥污染源中的污染物和其他污染源之间的最大反应效果。接着，混合液将被引导至沉淀池，其中的悬浮颗粒会被细微地捕获并与水完美地分离，最终形成一种洁净的水。③通过生物膜技术，我们能够从废水中分离出大量的溶解性有机物。这种技术通常包括滴滤池法、转盘法、接触氧化法及流化床法[3]。

微生物处理是一种利用微生物进行物质降解的技术。这种技术能够使微生物利用氧气进行代谢，并将其中的物质进行氧化，以产生新的物质。常见的微生物处理方法包括：①微生物消化池。它可以将微生物降解成有用的物质，但是对生活垃圾和工业排放物的净化效果较差。②通过厌氧接触法，我们能够更好地利用厌氧滤器中的固体填充和增加生物膜来改善污染。这种技术已被广泛应用于处理具有难以降解的可溶态化学成分的工业废水。在处理过程中，兼氧菌的存在可以显著提高处理效果；当好氧和厌氧菌共存时，这种处理方式的效果会更加显著。

5 微生物技术相较于传统技术的优势

相较于传统的物理或化学净化方式，微生物净化技术有着许多独特的优势。①它的吸附能力极佳，沉淀性和降解能力也极其出色，无须对使用环境进行严格的限制，只需通过酶的作用就能快速、彻底地净化废水，不仅净化的水量更多，而且净化所耗费的总价格只是传统物理或化学净化的30%～50%。②微生物种群多样，数量庞大，拥有多种不同的代谢机制，并且能够轻松地分解和改造自然界中的物质。其容易培育，繁衍迅速，拥有良好的环境适应性并易于产生变异。经过精心的培育和驯化，这些微生物不仅能更好地适应多样化的、有害的工业废水和生活污水，而且具备广阔的应用前景。经过对微生物的精心筛查、培育和驯化，使大多数有害物质得到了良好的生物降解，满足了不同的污水处理需求。③通过采用微生物技术，我们不仅可以消灭各种有害的有机物、细菌和其他有害物质，还能消除异味、改善水的清澈程度、减少颜色，从而达到优异的净水效果。通过选择和培养恰当的微生物，可以将各种污染物进行分离和净化[4]。

6 生物膜技术中超滤技术的优势和发展空间分析

20 世纪70年代超滤技术得到发展，目前已成为一种重要的污染物净化方法。它能够利用压力差的作用对溶液中的污染物进行有效的去除，达到净化污染物的目的，在这一领域取得了显著的成果。通俗地讲，超滤技术可以被视作一种基于膜的物理滤波器，它利用膜的双向压力来有效地去除水、溶解氧、微粒和细菌，以达到去除有害物质、提高溶质纯度的目的。这一过滤系统可以有效地去除溶质、细菌和微粒，使溶质得到有效的提纯。近年来，超滤技术的发展主要集中在新型超滤膜的R&D 上，其稳定性和pH 适用范围更加广泛。因此，这一技术在处理含油废水方面取得了显著的成果。当前，超滤技术在工业生产中的应用和发展可以划分为以下几个领域。①使用荧光塑料膜可以更有效地处理乳化金属轧制废水。使用30 L/（m3·h）的超滤膜，用50 ℃的热水，以4 m/s～5 m/s 的水流速度对滤液中的杂质进行清除。此外，使用氯化氢水溶液来冲洗超滤膜可以更好地消除滤膜表面的污染物，防止超滤膜氧化导致的膜孔阻塞。②除聚醚-聚酮膜外，还可以采用聚醚-PSU 膜进行超滤，它们可以有效地将微粒级别的污染物与大气中的污染物隔绝开来，并且它们的化学特性也十分稳定，可以承受较大的热环境。③通过使用PVC-PAN 超滤膜，我们能够有效地将含有乳化油的污水进行油水分离。使用这种方法可以将污水按照正常的方式排放到下水道，且过滤出的油还可以用来燃烧。④多孔陶瓷超滤膜是一种高效率的混合膜，其特殊的表面特征是含有多种不同的聚合物，能够通过对水质的分析来发现其特征，并实现对其特征的精准控制，从而实现对超滤膜的优化。基于此，未来超滤技术的发展应该着重于提升其耐久性、抗污染性和减少能耗，同时加强设计和管理，以解决超滤膜在废水处理中面临的一系列挑战。

7 结语

近年来，随着世界各地环境保护意识的日益增强和环境规定的日益严格，环境微生物学科学技术得到了极大的发展。在我国，这一领域的研究正在快速兴起，为国内经济社会的发展提供了极大的福祉。随着时代的变迁，人们对于更先进的微生物技术的关注日益增加。因此，政府、企业、学者等各界人士积极参与其中，共同努力，加强对微生物技术的研究，深入探索其在环境保护方面的应用，以促进全球环保事业的可持续发展，从而为全球的环境保护事业注入新的活力。