微生物在水处理中的应用 3页

化学工程师ChemicalEngineer2010年第3期：文章编号：1002—1124(2010103一oo45～03囊：：．：：微生物在水处理中的应用王丽阳一，蔡柏岩，一，齐麟(1．黑龙江省化工研究院，黑龙江哈尔滨150078；2．黑龙江大学生命科学学院微生物学重点实验室．黑龙江哈尔滨150086；3．黑龙江东方学院。黑龙江哈尔滨150086)摘要：污水的微生物处理是利用微生物的代谢反应进行的一种水处理方法。由于微生物具有多样性，能够分解多种污染物，所以其在水处理领域发挥重要作用。目前，微生物与水处理工程的研究方向就是充分利用微生物控制、消除水体的有机物、营养盐类、重金属污染物及利用微生物进行水处理使水资源再生。本文旨在介绍微生物在污水处理方面的主要用途以及作用机理。关键词：微生物；水处理；污染物中图分类号：X7o3．1文献标识码：AApplicationofmicroorganisminwatertreatmentWANGLi—yang．一，CAIBo—yah一，0lLin(1．HeilongiiangInstituteofChemicalEngineering,Harbin150078，China；2．KeyLaboratoryofMicroorganism，HeilongjiangUniversity，Harbin150086，China；3．HeilongjiangEastCollege，Harbin150086，China)Abstract：Themicrobialtreatmentofpolutedwaterisawatertreatmentmethodwhichusingmetabolicreac—tionofmicrobe．Becauseofthediversityofthemicrobeandhavingabilitytodecomposevarietykindsofpollutants，itplaysanimportantroleinwatertreatment．Theresearchdirectionsofthemicrobeandwatertreatmentismakingfulluseofmicrobetocontrolandclearuptheorganicmatter．nutrientsaltsandheavymetalpollutants．There—searchdirectionsalsoinvolvetheusingofmicrobetotreatthewaterandregeneratethewaterresources．ThisPaDeraimstointroducethemainapplicationandmechanismofthemicrobialtreatmentofpollutedwater．‘Keywords：microbe；watertreatment；pollutant研究污水的微生物处理就是研究微生物对废早在二十世纪60年代，Shapiro和Levin等人就水中的有机物、营养盐类及重金属等物质去处的微观察到了污水中微生物的除磷作用。经过进一步研生物学原理及其规律，并加以实际应用的一门科学l】1。究，认为污水生物除磷是通过微生物对磷的过量摄目前，常用于污水治理的方法可归纳为物理法、化学取作用完成的，这是一种完全的生物摄取过程。其法、生物法。物理法常作为一种预处理的手段应用于反应原理是，除磷菌在厌氧条件下能分解细胞内的废水处理；化学处理法是指向废水中加入化学药剂聚磷酸盐同时产生ATP，并利用ATP将废水中的脂如明矾等，使其与污染物发生化学反应而生成无害肪酸等有机物摄入细胞，以PHB(聚一B一羟基丁酸物的过程，这种方法也常常作为预处理方法使用；而盐)及糖原等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时生物处理法则作为末端处理装置广泛应用于各行还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排除胞外；这时细业的废水处理中。与物理法、化学法相比，微生物处理胞内还会诱导产生相当量的聚磷酸盐激酶。聚磷酸法具有经济、高效的优点，并可实现无害化、资源盐分解后的无机磷盐释放至积磷菌体外，此即观察化，所以长期以来始终占重要位置。到的积磷细菌厌氧放磷现象。一旦进入好氧环境，这类除磷菌又可利用聚～B一羟基丁酸盐氧化分解1微生物法除磷所释放的能量来摄取污水中的磷，并把所摄取的磷合成聚磷酸盐而贮存于细胞内。一般来说，微生物增殖过程中，在耗氧环境下所摄取的磷比在厌氧环收稿日期：2009211-19作者简介：王丽阳(1982一)，女，2005年毕业于黑龙江大学，现从事无境中所释放的磷多，污水生物除磷正是利用了微生氯漂白剂研发工作，同时于黑龙江大学生命科学学院攻物的这一过程。读硕士研究生。应用于污水处理厂的除磷细菌主要有：不动杆通讯作者：蔡柏岩(1968一)，男，黑龙江通河县人，副教授，博士后，从事菌属、气单胞菌属、假单胞菌属和肠杆菌属、枯草芽生态学研究。\n王丽阳等：微生物在水处理中的应用2010年第3期胞杆菌等等。吸收法。生物过滤法的原理是臭气从反应器的底部进人，通过附着在填料上的微生物，将0，中的污染2微生物法除氮物氧化分解为CO、H0、NO和sO：，达到0净化的目的。生物吸收法(也可称为生物洗涤法)多采用由于氮化合物是营养物质，因而它的存在会引活性污泥的方法，先将恶臭成分转移到水中，然后，起藻类的过度增殖，造成水体的富营养化现象；大量再将受污染的水进行微生物处理。按气液接触方式藻类死亡时会耗去水中的氧，造成鱼类的死亡，而一分为两种形式：曝气式和洗涤式。生物除臭技术可些藻类的蛋白类毒素可能富集在水产生物体内，并以应用于很多方面：污水处理、畜禽粪便的处理、城通过食物链使人中毒，因此，除去水中的氮在污水市生活垃圾的处理等方面【5】。处理过程中尤为重要。’生物脱氮是污水中的含氮有机物(如蛋白质、氨4微生物法去除重金属基酸、尿素、脂类、硝基化合物等)，在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮；然后由对于重金属的去除，物理、化学和微生物学原自养型硝化细菌将其转化为NO；最后再由反硝化理的新型废水处理工艺不断涌现，其中微生物处理技术的应用尤为广泛。近年来，随着研究不断深人，细菌将NO还原转化为N，，从而达到脱氮的目的。由海藻、真菌和细菌等微生物组成的生物吸附剂由生物脱氮过程见图1：于具有原料来源丰富、品种多、成本低，在低浓度下氨化菌亚硝酸细菌硝酸细菌反酸化菌处理效果好、吸附容量大、速度快、选择性强，吸附有机氮——一氨氮——+N——一N0=—No—N(异养)(自养)(自养)(异养)设备简单、易操作等优点成为去除工业废水中重金属元素有效的净化方法。无论是海藻、真菌或是细(厌氧或好氧需有机(好氧，不需有机物，(缺氧，需有机物，物，碱增加)氨化作用碱减少)硝化作用碱增加)反硝化作用菌去除重金属污染物的原理都是吸附原理，它们在图l生物脱氮过程示意图实际工作中各有其特点。藻类的吸附特点是：受细胞壁结构、细胞代谢3微生物法除臭及环境中的物理或化学因素的影响。具体来说，藻类生物吸附受pH值、温度、竞争离子、藻种及培养微生物除臭技术是二十世纪50年代发展起来时间、与金属离子的接触时间、离子浓度、培养基等的新兴除臭技术，是利用微生物的生理代谢活动降多种条件影响。解恶臭物质，将其氧化成无臭、无害的最终产物，达菌类生物也有其独特的吸附特点：细菌是地球到除臭的目的。目前，已知的恶臭气体种类有上万上最丰富的微生物，发酵工业产生的大量废菌体种，研究人员按气体的化学组分不同，将其分成5(如啤酒酵母、面包醉母、根霉属菌、枯草杆菌等)都类：(1)含S的化合物，如HS、SO、硫醇类、硫醚类；是良好的生物吸附剂。真菌类微生物菌丝体粗大且(2)含N的化合物，如胺类、酰胺、吲哚类；(3)卤素具有吸附后易于分离、吸附量大等特点也是良好的及衍生物，如氯气、卤代烃；(4)烃类，如烷烃、烯烃、生物吸附剂。菌类生物膜吸附重金属的特点是：受炔烃、芳香烃；(5)含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、较多因素的影响，包括pH值、温度、金属离子浓度、有机酸等。摇速、生物膜的培养条件、共存重金属等。实验表微生物除臭可分为5个阶段：第一阶段为初步明，自然水体生物膜对镉、钴、铅、镍和铜吸附时，金调整阶段，由于污染物中吸收与夹带了空气，在短属两两之间相互干扰，使生物膜对重金属的吸附量时间内污染物处于好氧分解阶段，随着分解过程的有所降低，所以菌类生物膜吸附时应针对一种金属推进，含氧量逐步下降；第二阶段为分解过程转移离子，并在其最佳条件下做吸附效果最佳。阶段，当内部空气耗尽，分解过程从好氧转入厌氧，此过程产生H2S、NH，、N等；第三阶段为酸性阶段，5微生物法处理含聚废水产生有机挥发酸、CO、H等；第四阶段为产甲烷阶●随着工业的发展，石油的开采量也逐年增加，段，产生cI-h、CO；第五阶段为稳定阶段。微生物除臭的主要方法有生物过滤法和生物然而由于石油采出液含水率高达60％以上，由此引\n2010年第3期王丽阳等：微生物在水处理中的应用47发了油田废水外排量的逐年上升，使得油田生态环类的愈加复杂，微生物在水环境保护方面的作用已境急剧恶化。为了平衡油田污水的供、注矛盾，保护经变得异常重要，这就更加要求这方面技术的不断油田的生态环境，必须对含聚合物(PAM)的污水进更新和发展。如今，研究微生物降解转化污染物的机行有效的处理。目前，对此类污水采用微生物处理理已经深入到基因DNA的分子水平，从基因DNA组法是行之有效的措施。成结构的变化追溯到相关的生理生化的变化及其在有氧的条件及适宜的环境中，含油污水中的代谢功能的变化已经成为研究的热点。在未来的研溶解性有机物透过细菌的细胞壁被细菌所吸收，固究中，如能将计算机相关软件、遥感技术、生物反应体和胶体等不溶性有机物先是附着在细菌体外，由器等各种技术更加完善的利用在微生物水处理工细菌所分泌的一种特殊酶分解成可溶性物质，再渗程方面，将会更有利地推动该学科的快速发展。入细胞体内，从而细菌通过自身的生命过程——氧化、还原、合成等把复杂的有机物降解成简单的无参考文献机物(H：0和CO等)，放出的能量作为自身生存与[1]李军，杨秀山微生物与水处理工程[M]．北京：化学工业出版社，2003．1-7．繁殖的生命之源【引。在适宜的条件(15～40℃)下微生[2]朱怀兰，徐亚同．SBR除磷系统中的积磷细菌[J]．上海环境科物便以有机物为营养，实现生命的新陈代谢，达到学。1994，13(4)：16—19．净化废水的目的，对环境没有二次污染。[3]汪志国，李国刚．水中氮类污染物的联系与区别[J]．干旱环境监用来处理含聚物废水的微生物有硫酸盐还原测，2003，17(1)：15一l7．菌、假单胞菌属中的产碱假单胞菌等。作为自然环[4]童金义，任绍娟．简析垃圾卫生填埋场恶臭治理[J]．环境卫生工程，2o07，15(3)：5O一51．境中常见的土著菌，产碱假单胞菌在简单的有机化[5]A．M．Jim6nez—Rodrfguez，M．M．Durd一Barrantes，Heavymet—合物为碳源和能源的培养基中即可生长，因此，在alsremovalfromacidminedrainagewaterusingbiogenichydrogen各种环境中均有很强的竞争力，可广泛应用于水处[J]．JoumalofHazardousMaterialssul；lhideandefluentfrom理工程。anaerobictreatment：EfectofpH，2008，251：7-14．[6]王岚，杜郢．生物吸附剂及其应用[J]．江苏工业学院学报，2006，186结语(3)：61—64．[7]胡厚堂，王海宁．生物吸附法处理水体中的重金属的现状与展望[J3．环境技术。2004，(1)：17—19本文简略的介绍了目前微生物在污水处理方[8]岳战林，蒋平安．石油类污染物的特性及环境行为[J]．石化技术面的主要用途以及简单原理。在工业化进程不断加与应用，2006，24(4)：308—312．快的今天，随着污水排放量的不断增加和污染物种(上接第34页)[8]MasahimOKIHASHI，YokoKITAGAWA，KasuhikoAKUTSU，Hi—的残留分析[J]．色谱，1992，10(6)：371—372．mtakaOBANAandYukioTANAKA．RapidMethodfortheDeter-[5]逯忠斌，刘伊玲，徐威．12％稀禾定机油乳油在甜菜上的残留动ruinationof180PesticideResiduesinFoodsbyGasChromatogra-态研究[J]．吉林农业大学学报，1993，15(4)：54—58．phy／MassSpectrometryandFlamePhotometricDetection[J]．J．Pes—16JM．Anastassiades，sJ．LehotayandnStajnbaher,Quick，Easy，Cheap。tic．Sci．，2005，3O(4)：368—377．Efective，Rugged，andSafe(QuEChERS)ApproachfortheDeter-[9、]董静，宫小明，张立，孙军，王洪涛．QuEChERS一高效液相色谱minationofPesticideResidues[M]．In”18thAnnualWasteTesting法同时检测动物组织中的克球酚、地克珠利和磺胺类药物残andQualityAssuranceSymposiumProceedings”，2002：231—241．留量[J]．中国卫生检验杂志，2008，18(1)：26—27．17JStevenJ．Lehotay，Quick，Easy，Cheap，Efective，Rugged。andSafeAp—[1O]胡西洲，程运斌，胡定金．农药多残留分析中QuEchERSproachforDeterminingPesticideResidue[M]．Lehotay．Methodsin方法介绍[J]．现代农药，2006，5(4)：24—29．Biotechnology。Totowa．NJ：HumanaPressInc．239—261．