以污染物為“食” 微生物帶來廢水處理新思路

生物前沿

2019年全國共產(chǎn)生近百億噸生活污水和工業(yè)廢水，高濃、高毒、高混雜以及低溫、低碳的“三高兩低”廢水處理已成為共性難題。

科技日報(bào)記者從近日舉行的2018年度重慶市科學(xué)技術(shù)獎勵(lì)大會上獲悉，經(jīng)過十幾年篩選培育，重慶理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院趙天濤團(tuán)隊(duì)得到多株全好氧微生物菌劑，成功研發(fā)了新型生物處理技術(shù)，讓“三高兩低”廢水有了更好的解決策略。

高濃高毒污水需更強(qiáng)生物處理法

生活污水、工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放關(guān)乎國計(jì)民生，是熱點(diǎn)也是難點(diǎn)。

“處理污水的方法很多，一般可歸納為三大類，即物理處理法、化學(xué)處理法和生物處理法。”趙天濤教授介紹，物理法是通過過濾、沉淀等方法實(shí)現(xiàn)污染物分離，化學(xué)法是通過氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)污染物去除，而生物法主要通過微生物代謝作用，使廢水中呈溶液、膠體以及微細(xì)懸浮狀態(tài)的有機(jī)污染物，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害的物質(zhì)。形象地說，就是讓微生物吃掉水里的污染物。

在生活污水和工業(yè)廢水處理中，都會用到微生物技術(shù)，這種綠色、天然的方法對于污水處理有效而環(huán)保。不過傳統(tǒng)生物處理技術(shù)存在耐受性、生物活性和降解效能不足等瓶頸，無法解決“三高二低”等廢水處理共性難題。

“如現(xiàn)在畜禽養(yǎng)殖行業(yè)在集約化、規(guī)模化、現(xiàn)代化方面快速發(fā)展，但是畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理卻是一大難題。”趙天濤說，養(yǎng)豬場廢水有機(jī)物濃度高、懸浮物多、色度深，因含有大量動物的糞尿而使廢水氨氮濃度很高，這些廢水氣味難聞污染環(huán)境。

為篩選菌種深入到垃圾填埋場、養(yǎng)豬場和青藏高原

在重慶理工大學(xué)“重慶市化工過程減排與污染控制工程技術(shù)研究中心”實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，模擬不同情境排出的生活污水、工業(yè)廢水注入各自裝有極端環(huán)境微生物菌劑的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器里，器皿里污濁的水泛起層層氣泡，經(jīng)過一系列反應(yīng)后排出較為清澈的水。

趙天濤小心翼翼地打開微生物培育箱，只見里面放置的培養(yǎng)皿排列有序，他說：“這是我們經(jīng)過十幾年辛苦篩選、培育出的極端環(huán)境微生物菌劑。”

為了找出能解決“三高兩低”廢水的極端環(huán)境微生物，趙天濤從2007年開始就帶著團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究。“篩選菌種是一個(gè)繁復(fù)而艱苦的過程，垃圾填埋場、養(yǎng)豬場是我們最常去的地方，甚至還去了青藏高原在極寒環(huán)境中進(jìn)行篩選工作。”趙天濤說，系統(tǒng)開展了原位富集、復(fù)合誘變、梯度馴化等工作后，他們終于在2013年得到了多種降解效率高、耐環(huán)境脅迫能力強(qiáng)的微生物菌株。

“根據(jù)作用微生物的不同，生物法分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩個(gè)階段，而我們在世界上首次提出全好氧菌劑的概念，推出了全好氧生物處理技術(shù)。”趙天濤介紹，簡單來說全好氧生物處理技術(shù)是指在單一構(gòu)筑物及好氧條件下，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等污染物同步高效去除的新型生物處理技術(shù)。

極端環(huán)境微生物具有普通微生物不可比擬的抗逆能力和多元脅迫條件的適應(yīng)機(jī)制，以及耐受性好、生物活性高、降解效能強(qiáng)等優(yōu)勢，他們篩選了高耐有機(jī)氯、苯酚、甲醇和氨氮共四大類強(qiáng)抗逆菌株，并研制了可定制復(fù)合菌劑，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢菌株高密度、高活性快速繁殖。

傳統(tǒng)的菌株投入污水中，很快就被污水中的土著生物同化、死亡，但是可定制復(fù)合菌劑具有更強(qiáng)的生存競爭能力，污染物耐受濃度提高2—3倍，成活率提高10倍，培養(yǎng)周期縮短50%。對含重金屬、高鹽、強(qiáng)堿、氯代有機(jī)物、硝基苯、苯胺等有毒、有害成分的廢水均有高效處理性能。

“復(fù)合菌劑+”工藝讓污水處理效率更高成本更低

“生物處理方式不僅環(huán)保，相比其他處理方法更加節(jié)約，還能夠?qū)崿F(xiàn)無衰減運(yùn)行。”趙天濤介紹，針對污水處理中擴(kuò)散速率限制和殘泥競爭抑制兩大關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，他們研發(fā)了“一步式”復(fù)合菌劑掛膜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了掛膜時(shí)間縮短50%，污泥產(chǎn)率降低95%，優(yōu)勢菌豐度提升40%。針對不同廢水達(dá)標(biāo)排放要求，開發(fā)了“復(fù)合菌劑+”生物強(qiáng)化集成工藝，解決菌劑流失、活性衰減和競爭抑制問題，處理效率提升40%，運(yùn)行成本降低1/2至2/3，無衰減穩(wěn)定運(yùn)行5年以上。

近三年，該成果在重慶及全國40余項(xiàng)生活污水和工業(yè)廢水處理項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，為企業(yè)新增產(chǎn)值10多億元，保護(hù)了超600萬人口民生健康，顯著改善了城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境。“我們將繼續(xù)擴(kuò)展全好氧生物處理技術(shù)的應(yīng)用范圍，重點(diǎn)解決垃圾填埋場滲濾液高氨氮、高鹽、處理難度高這一老大難問題。”趙天濤說。 【編輯:丁寶秀】

[責(zé)任編輯：楊凡、岳致呈]

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