浅谈生物处理方法在城市水污染控制中的应用

摘 要：随着我国工业的发展，以及城市化发展的加快，城市内的水污染更加严重，而水是人们生存的基础，对人们的生活有重要影响。当下，人们已经认识到水污染给社会带来的不良影响，故开始着手研发水污染控制技术，以控制污染程度的加深，而所有处理方法中，生物处理法应用较广，是有效控制水污染的方式之一。

关键词：生物技术；固定化微生物技术；微生物处理技术

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0003-02

随着水污染情况的严重，不仅会影响人的生命安全，也会破坏城市的生态环境，给经济发展设置障碍，故水污染问题是当下人们必须解决的问题，生物处理方法在污染控制中应用，可以取得良好的效果，是人们重点开发的技术。

1 生物技术的特点

生物技术是把现代生命科学作为前提，再融合其他基础学科的知识，运用先进的技术手段，生产出经过改造的生物体，或者是加工所需的原材料，满足社会生产某方面的需求。而随着生物科技的发展，生物技术也呈现出稳步发展的特点，从研究阶段转向应用阶段。其包括以下特点：

首先，注重实际应用，只有把生产出来的生物体实际应用，才可以让技术人员根据实际应用的效果，明确未来的发展方向，把关注点与精力放在新技术的研发上，创造出新技术；其次，操作更加先进，生物技术曾经以酶与发酵工程为代表，从中得到蛋白或微生物，比如青霉素等，但现下技术的发展方向是基因工程、细胞工程，从微观的角度研发出新技术；最后，有多项理论基础，现在如果想要学习并掌握生物技术，除了了解基本的内容，比如微生物学、动物学，也需要了解生化、分子等内容，作为生物技术的理论基础[1]。

2 生物技术在水污染控制中的应用

城市污水类型多为人们生活、生产产生的废水，如果废水中有害物质没有及时处理，直接排出，将给环境带来不良影响。用生物技术处理废水，是利用生物的生命活性，吸收或转化废水中的有害物质，从而优化废水的处理，加快废水的处理速度。

2.1 固定化微生物技术的应用

污水内的有毒物质包括氰化物、重金属、有机磷等，这些物质进入人体后，会破坏人的身体机能。其用固定化微生物技术处理时，是用微生物自身的活力，吸收污水中的有毒物质，消除有毒物质自身的危害，把污水中的有毒物质变为有益物质，净化污水。固定化微生物技术中，固定化酶、固定化细胞技术是经常使用的两种技术，前者又被称作是水不溶性酶，放入污水后，经过物理吸附、化学键合，与污水中的固态污染物粘合，而虽然酶不可以溶于水，但依然会使用催化酶的衍生物，后者是天然酶的反应器，可以用固定化酶的生产方式，生产出固定化的微生物细胞，引发固定化细胞的催化反应。如图1所示。

这两种物质在污水中应用，能够快速吸除有机污染物，以及无机的金属毒物，这在我国有很多成功应用的例子。

2.2 微生物处理技术的应用

用微生物处理技术处理污水时，可根据微生物对O2需求的多少，选择不同的处理方式，包括好氧、厌氧与缺氧[2]。

2.2.1 好氧

城市污水中排入的生活污水有大量有机物，分别是碳水化合物、脂肪、蛋白质等，这些有机物是由多个元素组成，根据元素含量多少排列，依次是C、H、O、N、S。好氧的处理过程是：水中有大量的溶解氧，在好氧和微生物的共同作用下，处理污水，处理的中途，很多有机物都可以被分解。其过程分为两个阶段，第一阶段是有机物转化成CO2、H2O、NH3等，第二个阶段是，从NH3转化为NO2-与NO3-。

其中，有机物的氧化降解是：需氧生物處理有机物时，可在微生物酶的作用下，被氧分解，整个过程分为三个阶段，首先，体积相对较大的有机分子被降解，出现独立的构成单元，包括单糖、甘油，其次，单糖、甘油的部分再次被氧化，分解成多个物质，主要以二氧化碳、水为主，最后，除了二氧化碳与水以外的其他物质，再次被氧化，全部变成二氧化碳、水。它们在各个阶段降解的过程中，都会释放一定的能量。而有机物降解的同时，微生物的原生质也会互相合成，主要出现在第一个阶段，把水、蛋白质等合成为细胞原生质，并从过程中得到合成能量。

2.2.2 厌氧

厌氧多用于污水沉淀、污泥的处理，被称为污泥消化，同时，也可以用于污染浓度较高的废水的处理。该方法是在细菌的作用下，让污泥快速分解，最后变成甲烷、二氧化碳等气体，这些气体具有很高的经济价值，是生产、生活经常使用的能源，我国沼气池的建设，采用的就是这一方法。经过消解的污泥更容易清除包含的水分，破坏了病菌滋生的环境，臭味变弱，形成的肥力具有速效的特点，便于处理。它的处理过程分为三个阶段，主要介绍第一与第二个阶段：第一个阶段，污泥固态化合物在细胞酶的分解下，快速溶解，并从细胞壁进入细胞内，进行代谢反应，过程中，多糖类会变成单糖类，蛋白质被分解成两部分，一是缩氨酸，二是氨基酸，脂肪也被分解成甘油与脂肪酸；第二个阶段是，受到产酸菌的影响，进一步降解第一个阶段的物质，让其变成可以挥发的有机酸，包括乙酸、丙酸等，与此同时，也会出现二氧化碳，形成新细胞[3]。

厌氧消化的过程中为让消化过程顺利进行，泥土的温度、pH值以及氧化还原的电势，都必须控制在合理的范围内，以为甲烷菌提供适合的活动空间，把第二个阶段降解后的酸变成甲烷。

用于厌氧消化的微生物有两种，分别是中温消化酶、高温消化酶，中温的控制范围是17℃到43℃之间，有最佳反应的温度范围是32℃到35℃之间，高温的温度范围在50℃到55℃之间。

2.2.3 缺氧

在缺氧环境中用微生物降解有机物，是用反硝化去除法，而不是用酶降解。即它多用于很难降解的有机物，而这些有机物多是化工生产而成，如果用酶降解，可能因为有机物的活性与酶的活性不一致，降解效果较差，另外酶的专一性是根据其所在的环境决定。

反硝化去除法降解的机理是，硝酸盐与亚硝酸盐降解后，把氮作为转化的能量，随着代谢的过程产生电子受体，并让O2作为受氢体，使很难降解的物质在氧化中保持稳定，最终把降解中途形成的硝态氮还原，变成氮气。缺氧、好氧、厌氧三种处理方式中，电子受体有明显的差异，基质代谢的途径也各不相同，所以厌氧的处理方式，有别于其他两种方式[4]。

缺氧降解的过程中会很多因素影响：碳氮比，适合的碳氮比必须满足两个条件，一是有机物必须全部降解，二是过程中亚硝酸盐并未沉积，如果碳氮比或高或过低，都会影响最终降解的效果；pH值，有机物降解的过程中，如果用水解处理，将形成挥发酸，降低反应器内的pH值，而反硝化的处理中会增加碱的浓度，使pH值上升，但经过多次实验，发现反应器的pH值为中性或是微碱性时，才会得到最佳的效果；停留时间，如果很难降解的有机物是按照间歇式的方式进入反应器，如何维护微生物群就成为了需要解决的难题。反应器内只有一部分微生物具有降解的作用，如果需要降解的有机物不再进入反应器，微生物的环境随即被破坏，导致微生物流失，缩短了停留的时間，影响降解效果。

2.3 生物修复技术的应用

生物修复技术在污水中应用的特点是，用微生物处理通过水的渗透在土壤或地下水中的污染，把它们分解，让其从原有结构转化为二氧化碳或者是水，确保其不会对环境造成破坏。现在，该技术多在地下水与废水的处理中使用，去除水中的污染物。有些废水中有很多金属污染物，虽然微生物无法把它完全降解，但可以在某种程度上削弱其含有的毒性，避免给环境带来较大的破坏。其具有的特点是：有很高的经济性，它使用的成本只有物化法使用成本的30%到50%；对环境的影响很小，经过处理后的水中虽然有微生物，但不会再次影响环境；降低了污染物的浓度；只需要很短的时间即可修复完成，便于操作。

生物修复需要解决能的问题是修复的有效性和安全性，故为提高有效性，可在污水处理中加入微生物的分离、鉴别技术，吸收有毒的化学物，而为保证修复的安全，需加强分子生物技术的研究，应用后决定微生物是否在环境中保留。

2.4 高效生物技术的应用

高效生物技术主要用于污水中纤维素、淀粉的处理，并优化病原菌、无机盐类的处理效果，使污水在厌氧微生物的影响下，增加水体的自净能力。即治理时，会选择高效微生物的菌种，放入废水前，需先把菌群放到生物载体上，然后放到已经固定好的网具中，位置是网具的三分之一处，接着把网具放到污水中。此外，用高效生物技术治理的同时，也可以用生态浮床辅助，这一情况多用于河流污水的处理。

3 生物处理方法的发展趋势

基于上述内容的分析，可以总结出生物处理方法在水污染控制中已经取得良好的效果，可有效减少水的污染浓度，减少它给环境带来的不利影响，但我国城市水污染情况仍较为严重，所以，我们需要研发出更加高效、节能的处理方式，并提高污水处理的自动化水平。同时，从经济的角度分析，当下生物处理方法需要用大量的设备处理废水，且设备的运行成本较高，这会成为企业提高污水处理能力的限制，所以，我们必须保证处理效果不变的前提下，找到废水处理的节能方式，特别是对于我国来说很重要，为经济发展提供助力，实现环境的可持续发展。

4 结语

综上所处，生物处理方法在城市水污染控制中的应用，需了解生物技术的特点，使用相应的技术，包括固定化微生物技术、微生物处理技术、生物修复技术、高效生物技术，这四种技术分别针对污水中不同的污染物，从而可以得到良好的处理效果，控制城市的水污染，保护环境，而其未来需向节能、高效、自动化的方向发展，以进一步提高污水的处理效率，突破瓶颈，实现环境可持续发展。

参考文献

[1]张亚群，陶伟，王成元.微生物固定化技术与水污染控制[J].甘肃科技，2012，05：46-48+31.

[2]黄雅静.有机废水处理中的环境生物技术及其进展[J].科技视界，2014，12：249+300.

[3]李培昌.浅谈高浓度有机废水处理技术的研究进展[J].科技与企业，2013，24：356.

[4]霍鹏，陈亚鹏，何晓云，许新芳.城市污泥资源化及污泥活性炭综合利用[J].河北化工，2012，08：71-72.