水污染治理中生物强化技术的应用

水污染治理中生物强化技术的应用

肖俊

深水海纳水务集团股份有限公司

摘要：水污染已经成为全球性的环境问题，而传统的水污染治理措施存在一定的局限性。因此，生物强化技术作为一种新型的水污染治理技术应运而生，通过利用微生物、植物等生物体的作用，实现对水污染物的去除和治理。本文将重点介绍生物强化技术在水污染治理中的应用，包括其优势和具体应用措施。

关键词：水污染；治理；生物强化技术

引言：

水是人类生存和发展的重要资源，然而随着经济的发展和人口的增长，水污染问题日益严重。传统的水污染治理措施主要包括物理、化学和生物方法，其中生物方法是一种以微生物为主体的技术，但其治理效果不稳定、周期长，且受到环境因素的影响较大。因此，为了更加有效地治理水污染，需要采用一种新型的技术——生物强化技术。

一、传统水污染治理措施

传统的水污染治理措施主要包括物理、化学和生物方法。物理方法包括沉淀、过滤和吸附等，化学方法包括氧化、还原、沉淀和吸附等，而生物方法主要是利用微生物的作用，将污染物转化为无害物质[1]。这些方法都有其局限性，如物理和化学方法只能去除一部分污染物，且对于难以降解的有机物和重金属等污染物的处理效果较差，生物方法则存在效果不稳定、周期长等问题。

此外，传统的水污染治理措施还存在着许多其他的局限性和问题。首先，这些方法的治理效果受到许多因素的影响，如水质、水体环境、污染物种类和浓度等。这些因素的差异导致了不同污染物的治理难度不同，有些污染物很难被传统方法彻底去除[2]。其次，这些方法治理污染物时也会产生大量的污泥和废水，需要进行后续处理，处理成本较高，对环境造成了二次污染。最后，传统的水污染治理措施不具备可持续性，长期使用会对水生态环境和生物多样性产生负面影响，而且治理效果也不够长久，难以保持水体的长期健康。

因此，传统的水污染治理措施存在许多局限性和问题，需要寻找新的技术手段来解决。生物强化技术能够克服传统方法的许多不足之处，提高水污染的治理效率、环保性、经济性和适用性。

二、生物强化技术治理水污染的优势

生物强化技术是一种利用微生物、植物等生物体对水污染物进行降解和治理的技术。与传统的生物方法相比，生物强化技术具有以下优势：

（一）高效性

在水污染治理领域中，高效性是生物强化技术最突出的优势之一。相较于传统的物理化学方法，生物强化技术采用了生物学的原理，利用微生物和植物的代谢活动，对水污染物进行有效的降解和吸附[3]。这些微生物和植物具有高度的特异性和适应性，能够针对不同类型和浓度的污染物快速响应和处理。

此外，生物强化技术还能够在较短的时间内达到较高的降解率。研究表明，生物强化技术能够将水中有机物和重金属等污染物质量浓度迅速降低至国家相关标准以下，且对水质的影响比传统方法更为显著。生物强化技术在治理水污染方面也具有长效性和稳定性，能够长期维持水体的良好生态环境。

（二）环保性

生物强化技术采用天然微生物和植物等生物体进行水污染治理，与传统的化学物质治理方法相比，不会产生二次污染，也不会对水体中的生态环境造成损害。这一点对于生态环境保护至关重要。

此外，生物强化技术的环保性还表现在其对生态环境的影响较小。在生物强化技术治理水污染的过程中，微生物和植物等生物体所产生的代谢产物通常是水和二氧化碳等无害物质，不会对生态环境造成负面影响。相反，由于生物强化技术可以恢复和改善水生态环境，因此它具有更好的生态环境保护效果。

（三）经济性

相比于传统的物理化学方法，生物强化技术不需要额外的能源和物质投入，可以在生态系统内部进行，成本相对较低，因此在大规模应用中能够降低治理成本。

此外，生物强化技术的可持续性也是其经济性的体现。生物强化技术利用天然微生物和植物等生物体进行治理，不会破坏生态环境，且具有很强的可持续性。由于生物强化技术的可持续性，它在治理水污染方面能够长期保持治理效果，减少治理成本和周期[4]。

（四）适用性强

生物强化技术可以适用于不同类型的水体，包括工业废水、城市污水、农业污水等，且具有一定的去除能力，对不同种类的污染物也能够进行有效的去除[5]。这意味着，在实际应用中，生物强化技术可以根据不同的水体类型和污染物特征进行相应的调整和优化，以达到最佳的治理效果。

此外，生物强化技术的适用性还表现在其能够适应不同的水质特征和环境条件。在生物强化技术中，微生物和植物等生物体的种类和组合可以根据不同的水质特征和环境条件进行调整，以实现最佳的治理效果。这一优势使得生物强化技术能够在不同的水污染治理场景中进行应用，具有广泛的适用性和可操作性。

（五）支持多种技术形式

生物强化技术还具有支持多种技术形式的优势，这是指生物强化技术不仅可以采用单一生物体，也可以采用多种生物体组合的形式进行治理。在多种生物体组合的形式中，不同的微生物和植物可以相互促进、协同作用，形成一种互补性，从而提高了水污染治理的效果

[6]。例如，可以采用一些对重金属有较强耐受性的微生物来去除含有重金属的废水，或者利用一些植物对废水进行吸收和过滤。此外，生物强化技术还可以与其他技术形式如植物治理、生物膜等相结合使用，从而进一步提高水污染治理效果。

三、水污染治理中生物强化技术的应用措施

（一）微生物处理技术

微生物处理技术是目前应用最广泛的水污染治理技术之一，其优点在于处理效率高、运行成本低、操作简单等。微生物处理技术的关键在于选用适宜的微生物和调节处理条件，使其具有高效稳定的水污染治理效果。下面分别从厌氧处理、好氧处理和生物滤池三个方面详细分析微生物处理技术的应用措施。

1. 厌氧处理

厌氧处理是利用厌氧微生物对水污染物进行降解和转化的一种技术。厌氧微生物在缺氧环境下可以将有机物分解成有机酸、氢气和二氧化碳等物质，这些产物进一步被其他厌氧微生物降解为甲烷和二氧化碳等物质。因此，厌氧处理技术适用于处理含有大量有机物和重金属等污染物的水体。

厌氧处理技术的主要应用措施包括：(1) UASB（上升式厌氧污泥床）技术：采用上升式厌氧污泥床反应器，将废水和污泥通过内置的填料进行接触反应，使有机物得到分解和降解，污染物得到去除；(2) AnSBBR（厌氧浸没式生物反应器）技术：采用浸没式反应器，将废水和污泥通过填料进行接触反应，利用污泥中的厌氧微生物将有机物分解和降解；(3) IC技术：采用内循环厌氧反应器，将废水和污泥通过内置的填料进行接触反应，使有机物得到分解和降解，污染物得到去除。

2. 好氧处理

好氧处理是利用好氧微生物对水污染物进行降解和转化的一种技术。好氧微生物在充氧环境下可以将有机物和氮、磷等营养盐转化为无机物和微生物生物体等物质。好氧处理技术适用于处理含有高浓度有机物、氮和磷等污染物的水体。

好氧处理技术的主要应用措施包括：(1) SBR（顺序批处理反应器）技术：将废水在反应器中进行顺序处理，采用好氧微生物逐步降解有机物，使水体中的COD和BOD等有机污染物得到去除；(2) MBR（膜生物反应器）技术：通过膜分离技术将水体和微生物分离，有效地避免了传统好氧处理技术中微生物丢失的问题，同时还能够降低悬浮物和胶体物质的浓度，提高出水水质；(3) MBfR（微生物生物滤池）技术：将废水通过微生物滤料进行过滤和接触反应，同时利用滤料中的微生物对水污染物进行降解和转化，达到去除COD、BOD、氮、磷等污染物的效果。

3. 生物滤池

生物滤池是利用微生物对水污染物进行降解和转化的一种技术。生物滤池中的填料提供了大量的生物膜，而这些生物膜可以吸附和分解水中的有机物和营养盐等污染物。生物滤池技术适用于处理小流量高浓度污染物的水体。

生物滤池技术的主要应用措施包括：(1) 悬浮生物膜反应器（SBBR）技术：采用固定化微生物膜技术，将废水通过填料和微生物膜进行接触反应，使有机物和氮、磷等营养盐得到降解和转化；(2) 人工湿地技术：将废水通过湿地植物和湿地填料进行过滤和接触反应，使有机物和氮、磷等营养盐得到去除，同时提高水体的生态环境。

（二）植物治理技术

植物治理技术是一种利用植物对水污染物进行吸收、转化和降解的技术。植物治理技术可采用单一植物或多种植物组合的形式进行，例如采用芦苇、香蒲、菖蒲等水生植物可有效去除水中氮、磷等营养盐；而采用茅草、甜菜等陆生植物则适用于去除有机物和重金属等污染物。

植物治理技术的优点在于其简单易行、经济环保、操作方便，且可与其他治理技术相结合使用，形成多元化的治理模式。例如，可以将植物治理技术与微生物处理技术相结合，形成植物—微生物复合技术，使水污染物的去除效果更加显著。

植物治理技术的应用主要包括人工湿地、人工河道、河道岸线修复、城市绿地、景观水体等。其中，人工湿地是一种比较常见的植物治理技术，它可以模拟天然湿地的生态环境，通过植物吸收、微生物降解等多种作用，有效去除水中的营养盐、有机物等污染物。人工湿地广泛应用于城市污水处理、农业面源污染治理、工业废水处理等领域，具有较高的治理效果和经济效益。

除了人工湿地，植物治理技术还可以应用于城市绿地建设。城市绿地不仅可以美化城市环境，还可以发挥植物的吸附、转化和降解功能，起到净化空气、水、土壤等多种效果。例如，可以在城市绿地中种植植物吸收大气中的有害气体，如二氧化碳、一氧化碳等，同时也可以通过植物的根系吸收地下水中的有害物质，如铜、铅等重金属离子，从而达到治理城市环境的目的。

此外，植物治理技术还可以应用于景观水体的治理。景观水体包括公园、广场、湖泊等场所中的水体，通常需要对其进行美化和治理，以满足人们对美好生活环境的需求。植物治理技术可以通过选择适合景观水体环境的植物，实现水体的净化和美化。例如，在湖泊中种植荷花、睡莲等水生植物，不仅可以吸收水体中的营养盐、有机物等污染物，还可以为湖泊增添美丽的景观。

（三）生物膜技术

生物膜技术是一种利用微生物在固定的载体上生长形成生物膜，利用生物膜对水污染物进行降解和去除的技术。生物膜技术具有降解效率高、操作简单、设备体积小等优点，广泛应用于水处理、废水处理、污水处理等领域。例如，MBBR生物膜工艺是一种利用微生物在流动床填料上形成的生物膜，对有机物、氨氮等污染物具有高效的去除效果。

另外，固定化生物膜技术是生物膜技术的一种改进形式，它采用了固定化载体，如海绵体、多孔陶瓷、玻璃珠等，使微生物在载体上生长形成固定化生物膜。固定化生物膜技术具有固定化微生物的优点，可增强微生物的稳定性和抗冲击负荷能力，同时也避免了微生物进入出水中的问题，提高了处理水质的稳定性。

近年来，生物膜技术的应用领域也在不断拓展，例如在海水淡化、重金属废水处理、河流富营养化治理等方面都有广泛应用。生物膜技术的研究也在不断深入，研究人员正在探索更加高效、稳定和经济的生物膜技术，以应对不同污染源的治理需求。

（四）人工湿地技术

人工湿地技术是一种适用于中小型城市和乡村地区污水处理的有效技术，尤其是对于高浓度有机物和营养盐的去除效果更佳。在人工湿地中，植物起到了过滤、氧化、吸附和释放氧气等作用，而微生物则通过代谢作用降解有机物和去除氮、磷等污染物。人工湿地技术的具体应用形式包括自流式人工湿地、人工流态床湿地和人工浸没式湿地等。

自流式人工湿地是指污水自然流动通过填料和植物，达到去除和降解水中污染物的目的。自流式人工湿地具有构造简单、管理方便等优点，适用于中小型城市和乡村地区污水处理。自流式人工湿地通常建在自然地形较平缓的低洼地区，填料选用河砂、碎石等材料，植物则采用芦苇、香蒲等水生植物。

人工流态床湿地是指将污水通过人工建造的流态床过滤，并利用生物膜和植物根系将水中的污染物进行去除和降解。人工流态床湿地具有生态环境友好、治理效果好等优点，适用于城市污水处理、工业废水处理等领域。人工流态床湿地常常采用砾石、河砂等材料作为填料，植物则选用香蒲、菖蒲等水生植物或茅草等陆生植物。

人工浸没式湿地是指将污水流入人工建造的浸没式湿地，污水深度达到植物顶端或部分淹没植物，通过植物吸附和生物降解作用去除污染物。人工浸没式湿地具有具有美化环境、提高生态系统服务功能等优点，适用于城市景观水体、工业废水处理等领域。人工浸没式湿地中植物的选用与流态床湿地类似，填料则以纤维素、污泥等为主。

（五）微生物沉淀技术

微生物沉淀技术是一种利用微生物在水体中形成沉淀颗粒，对水污染物进行去除的技术。微生物沉淀技术主要通过添加适宜的源和控制操作条件，利用微生物生长形成沉淀颗粒，将水中的有机物、营养盐、重金属等污染物吸附、沉淀和去除。微生物沉淀技术具有处理效率高、操作简单等优点，在城市污水处理、工业废水处理等领域得到了广泛应用。

微生物沉淀技术可以分为自然沉淀和人工沉淀两种类型。自然沉淀是指利用水体内自然存在的微生物形成沉淀颗粒，去除水中污染物的过程，适用于处理水质较为简单的污染物。而人工沉淀是指在水体中加入特定的源，例如污泥、硅藻土等，通过控制操作条件和生物体系，利用微生物形成沉淀颗粒，对水污染物进行去除，适用于处理复杂污染物的水体。

微生物沉淀技术的主要优点是能够高效地去除水中的污染物，同时操作简单、设备成本低、生产成本低，且具有较好的环境适应性和容错性。此外，微生物沉淀技术可以通过选择不同的源、调节不同的操作条件，以及不同的微生物菌群，实现对不同类型污染物的高效去除。

在工业废水处理领域，微生物沉淀技术已经得到了广泛的应用。例如，在电镀废水处理过程中，采用污泥法进行处理，通过调节操作条件和加入适宜的源，可以使重金属离子和有机物得到高效去除。同时，在处理含铜废水时，采用硅藻土为载体，利用细菌的还原作用形成沉淀颗粒，可实现对铜离子的高效去除。

结语

生物强化技术作为一种新型的水污染治理技术，在处理水污染物中具有广泛的应用前景。本文通过对传统水污染治理措施和生物强化技术的优势进行比较，阐述了生物强化技术在水污染治理中的重要作用，并详细介绍了微生物处理技术、植物治理技术、生物膜技术、人工湿地技术和微生物沉淀技术在水污染治理中的应用措施。相信在未来的研究和实践中，生物强化技术将会在水污染治理中发挥越来越重要的作用，为建设美丽中国、打造生态文明贡献更多的力量。

参考文献：

[1]李志坤.水污染治理中生物强化技术的应用研究[J].清洗世界,2022,39(02):166-168.

[2]郑瑞欣.水污染治理中生物强化技术应用分析[J].皮革制作与环保科技,2022,3(17):25-27.

[3]朱文博.生物强化技术在水污染治理中的运用分析[J].皮革制作与环保科技,2021,2(07):101-103.

[4]逯英.水污染治理中生物强化技术应用的研究[J].皮革制作与环保科技,2021,2(11):11-12.

[5]寿欢欢.生物强化处理高浓度炼化废水技术的成功应用[J].当代化工研究,2022(23):99-101.

[6]常灵,乔方天.生物强化法在含盐有机废水处理中的应用[J].现代工业经济和信息化,2021,11(12):115-117.