微生物与水体污染

微生物与水体污染

缪家顺

摘要：20世纪70年代后，随着全球工业生产的发展和社会经济的繁荣，大量的工业废水和城市生活废水排入水体，水体污染日益严重。现在主要的污水处理方法有活性污泥法、生物膜法以及投放微生物制剂等。其中，微生物制剂的投放又分为原位直投和异位投放。活性污泥是指由细菌、微型动物为主的微生物与胶体物质、悬浮物质等混杂在一起形成的，具有很强吸附分解有机物的能力和良好沉降性能的绒絮状颗粒。通常被污染的水体中存在大量的重金属离子，这些物质对生物的毒害作用十分巨大，目前，发现酵母菌属的一些微生物借助自身表面特性可以吸附或交换重金属离子，从而去除水体内的重金属离子，但是在水体中的微生物一旦死亡分解可能又会产生次生污染，使得重金属离子又重回水体。还有微生物对氮、磷、钾等元素的固定方式可能也会不彻底，同样会随微生物自身的降解而又重回水体。而另一种方法——生物膜法的一个较大的缺陷就是一旦微生物繁衍速度较快就有可能堵塞滤池，使净化速率减缓。参考了一些文献，发现微生物对于水体中氮磷钾等元素的固定或称清除能力相当强大，王峰慧等人发现使用微生物制剂进行原位直投对微污染水源水进行修复到实验的的32天时，水体中氨氮的去除率达100%，硝态氮的去除率达76。2%，总氮达80.9%，总磷90%。可见，微生物用于水体污染治理的前景还是美好的，但还有较多问题需克服。关键词：水体污染；微生物制剂；活性污泥法；生物膜法；

中国已成为全球水源短缺和水源污染问题最为严重的国家之一，由于水资源短缺与过度开发及水污染问题加剧，目前城镇供水安全保障面临严峻挑战。中国的水资源非常有限，根本无法满足十三亿人口，目前人均水资源只有二千二百立方公尺，只是世界人均水资源的四分之一。由于水资源分布极端不均，主要集中在云南、西藏、青海等西部地方，而七大河川中的五大河流都严重受污染，存在先天不足而又后天残缺问题。城市化进程又需要消耗大量水资源，这给水资源带来更大的压力。目前中国六百多个城市的污水处理率已达百分之四十五点七，但还有近三百个城市没有污水处理厂，绝大多数的镇没有污水处理厂，地下水污染严重。因而对水体污染的治理迫在眉睫，首先对水体污染的成因进行探究是必须的，只有对原因了解了才能采取有效的对策。

水体污染从污染的性质划分，可分为物理性污染、化学性污染和生物性污染。物理性污染是指水的浑浊度、温度和水的颜色发生改变，水面的漂浮油膜、泡沫以及水中含有的放射性物质增加等；化学性污染包括有机化合物和无机化合物的污染，如水中溶解氧减少，溶解盐类增加，水的硬度变大，酸碱度发生变化或水中含有某种有毒化学物质等；生物性污染是指水体中进入了细菌等污水微生物等。

微生物在水体污染处理中运用主要有活性污泥法，生物膜法以及微生物制剂原位和异位直投法。这三种方法各有各的适用范围以及优劣。

1.活性污泥法

活性污泥是指由细菌、微型动物为主的微生物与胶体物质、悬浮物质等混杂在一起形成的，具有很强吸附分解有机物的能力和良好沉降性能的绒絮状颗粒。活性污泥中生存着各种微生物，构成了复杂的微生物群落。其中主要的微生物是细菌（以好氧性异养菌为主）和原生动物，此外尚有酵母菌、丝状霉菌、单胞藻类、轮虫线虫等。

活性污泥中细菌的数量约为108～109个/mL，最常出现的优势种群是：产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、假单孢菌属、动胶菌属，其次有无色杆菌、诺卡氏菌、蛭弧菌、分枝蒜苗、硝化细菌、大肠埃希氏菌等。它们全部是化能异养菌，多数为革兰氏阴性菌，可以有效地分解废水中的有机污染物。

在活性污泥形成初期，细菌多以游离态存在，随着活性污泥的成熟，菌胶团细菌分泌胞外聚合物（蛋白质、核酸、多粮等）形成细纤维状的胞间物质，然后通过它们相互纠缠作用而形成菌胶团絮状物，随后丝状细菌、霉菌、原生动物等交织附着其上，形成活性污泥绒絮状颗粒，这个过程称为生物絮凝作用。因此，菌胶团是活性污泥的结构和功能中心，由于其巨大的表面积和粘性，使活性污泥具有吸附和分解有机物的能力，同时菌体包埋在絮状体中，可避免原生动物的吞噬；絮状体的形成，又为固着生长的微生物提供了附着和栖息的场所，这就为水处理微生物的自下而上和发展提供了方便；更重要的是，絮凝使活性污泥具有了良好的沉降性能，利于二沉池中泥水分离。

活性污泥中的丝状细菌，如球衣细菌、贝氏硫菌、线硫菌，它们附着于污泥或与菌胶团交织而构成活性污泥的骨架。但若污水中含有大量碳水化合物，低氧和有机物浓度过高低时，都会引起丝状细菌大量繁殖而造成污泥结构极度松散，污泥因浮力增加而上浮，产生污泥膨胀现象，降低处理效果。

活性污泥中原生动物在数量和种类上仅次于细菌，常见的优势种是纤毛类。它们主要附聚在污泥表面。其作用在于。（1）有些原生动物（如变形虫）能吞噬水中有机颗粒，对污

水有直接净化作用；（2）某些原生动物（如纤毛虫）能分泌粮类物质，可促进生物絮凝作用；（3）吞食游离细菌，有利于改善出水水质；（4）可作为污水净化的指生物。

2.生物膜法

当污水通过滤料时，在滤料表面逐渐形成一层粘膜，粘膜中生长着各种微生物，这层粘膜就是生物膜。生物膜有巨大的表面积，能吸附污水中呈各种状态的有机物，具有非常强的氧化能力。

生物膜中常见的微生物：主要组成菌有好氧的芽孢杆菌、不动杆菌、专性厌氧的脱硫弧菌以及假单孢菌、产碱杆菌、黄杆菌、无色杆菌、微球菌和动胶菌等兼性菌，这些细菌互相粘连构成菌胶团，担负着主要的氧化分解有机物的任务，生物膜上的丝状细菌有球衣细菌、贝氏硫菌等，它们降解有机物的能力极强，在生长的菌丝体交织粘附形成层层的网状结构，对水具有过滤作用，被处理水中的悬浮物被丝状菌网吸附截留，出水变得澄清，同时菌丝的交织作用又可使膜块的机械强度增加，不易脱落更新，但丝状细菌过速生长会堵塞滤池，影响净化过程的正常进行；生物膜中出现较多的真菌是镰刀霉、曲霉、地霉、枝孢霉、青霉及酵母菌、霉菌可形成类似丝状细菌的网状结构；藻类仅生长在生物膜表面见光处，主要有小球藻、席藻、丝藻等过度生长，会覆盖滤池表面，影响水流畅通；原生动物主要是钟虫、累枝虫、盖纤虫和草履虫等纤毛虫，它们能提高生物滤池的净化程度和效率；此外尚有轮虫、线虫、沙蚕等后生动物去除池内污泥，能防止污泥积聚、抑制生物膜过速生长，保持生物膜的好氧状态，对废水净化有良好作用。

生物膜上微生物的生态演替主要受溶解氧和营养的制约。从膜面到膜内，微生物按好氧化发发→兼性→厌氧的顺序出现；从滤池的上层到下层，有机物浓度逐渐降低，优势种以菌胶团细菌→丝状细菌、鞭毛虫、游泳型纤毛虫→固着型纤毛虫、轮虫的序列出现。因此，通过观察各区段微生物种类的演替情况，有可能判断出废水浓度的变化或污泥负荷的变化。

3.微生物制剂的投放法

微生物制剂所含的微生物对水体中的氮磷元素具有较强的吸收能力，而且对于清除分解水体中的有机物作用也较大。一般对于轻度污染的水体可以选择原位直投，或者也可以选择异位直投，异位直投相比原位直投更利于微生物的降解清除水体中的污染物。国内外都有使用微生物制剂对水体污染的治理的实践，但可能受限于成本问题，没有广泛使用。在一些经济生产上使用微生物制剂对水质进行清理，如水产养殖中会用到一些微生物制剂，而且这些微生物制剂不光能清理水质，更能使水产品保持健康。

虽然，微生物制剂具有相当好的使用效果，但事实上，当水质或是鱼虾的健康状况恶化

时，使用微生物制剂往往适得其反。尤其是大量使用类似活菌酵素或是以糊精、米糠麸、黄豆粕和黄豆粉为载体的微生物制剂，会因为投放的载体分解，造成水体负担，加速水质恶化。

4.总结

首先，必须肯定的是微生物在水体污染处理方面的功效，但是微生物治理水体污染存在一个较大问题，即一旦水体再度发生污染，微生物死亡降解，那么微生物之前固定的重金属离子可能又重回水体加剧污染。对于活性污泥和生物膜法，可以通过定期回收更新解决上述问题，但是微生态制剂可能无法解决。但一般情况下，投放微生物制剂主要也是解决水体富营养化，通过固定氮磷元素来抑制藻类生长。虽然不存在重金属离子的回复，但是同样的问题，一旦水质恶化加剧超出微生物耐受范围，氮磷元素是否又会谁微生物降解重回水体再次导致加剧水体富营养化？寻找一种长久的稳定的不回复的重金属离子及无机元素的固定方法是微生物治理水体污染下一步要解决的问题。

参考文献：

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2.王慧峰.微生态菌剂直投技术原位修复微污染水源水的试验研究[J].积水排水,2011,

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