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環境生物技術在水污染控制中的應用

文檔作者：周博遠文檔來源：天津大學化工學院		點擊數：	更新時間： 2025年05月11日
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Chenmical Intermediate
37 當代化工研究 技術應用與研究 2016·05
環境生物技術在水污染控制中的應用
Ｏ 周博遠
(天津大學化工學院 天津 300350)
摘要：環境生物技術應用于水污染控制中,主要是通過植物根尖微核技術進行檢測以及活性污泥法,生物膜法進行治理。本文介紹了植
物根尖微核技術以及通過生物膜法對含有氮,磷以及重金屬的廢水進行處理的方式,并預測了未來環境生物技術在污水處理領域的應用。
關鍵詞：環境生物技術;污水處理;植物根尖微核技術;生物膜法;分析評價
中圖分類號：X 文獻標識碼：A
The application of environmental biological technology in water pollution control
Zhou Boyuan
（Tianjin university institute of chemical industry, Tianjin, 300350）
Abstract：Using environmental biotechonology in sewage disposal is mainly through two aspects:MCN in detection of pollution and activated
sludge or biofilm in solution of it.This article illustrates what is MCN and biofilm process using in sewage disposal which is full of nitrogen,phosphor
together with heavy metal.On the other side,future application and development in this task are referred to the sewage disposal field.
Key words：enviromental biotechonology; sewage disposal; MCN; biofilm process;analysis and evaluation
一、環境生物技術與水污染。
環境生物技術，就是指通過生物的代謝反應過程以及利
用生物經該反應的合成產物來對環境進行監測，評估，整治
和修復的一系列現代化手段，簡而言之，環境生物技術就是
利用生物化學反應解決環境污染問題，它的產生和發展與環
境污染問題密切相關。早在上個世紀60年代，康奈爾大學
的亞歷山大教授團隊針對暢銷書《寂靜的春天》中所出現的
農田污染物殘留問題開展了這方面的研究。現在，針對我國
水污染問題，環境生物技術專家們進行了大量研究，得到了
許多卓有成效的成果。
70年代之后，環境生物技術治理廢水進入大發展時
期，針對特定高濃度有毒廢水已經培育出靶向，較高活性
菌種，進入90年代通過遺傳學改造，菌種更加適應廢水處
理要求。該技術應用于廢水處理中有如下優點：1.生物吸附
力強，沉降效果好。2.生物具有很強的降解能力，處理效率
高。3.處理量大且方法應用成熟。4.無二次污染。
二、水污染監測
水污染監測采用的環境生物技術是植物根尖微核
（MCN）技術。
植物細胞（例如蠶豆，洋蔥）中染色體的形態和數目
在一般情況下是確定的，但在某些非細胞內化學物質作用下
其數目和形態都會發生改變，從而使得細胞分裂過程異常，
這其中某些染色體后期行為落后或者斷裂。因此，在末期形
成子核時，這部分落后或斷裂下來的染色體片斷便會獨自
形成一個微核（MCN）而非正常的子核。統計微核千分率
（MCN‰）即1000個細胞中微核個數的高低作為遺傳毒理
學指標即可判斷水質被污染的程度。為了提高實驗處理的微
核頻率,可以采用延長處理時間的方法, 即將處理時間從一個
細胞周期范圍以內延長至兩個周期或者更長。作這種延長是
根據根尖分華組織細胞有絲分裂規律作出的。根尖分生組織
是一個增殖性的細胞群, 但并非所有細胞都同步分裂,它們在
細胞周期運行中,可能有四種情況:一種細胞經M期又開始第
二個周期,另一種可能停止在G2期,受某種刺激后無需DNA復
制可重新進入周期，第三種停止在G1期，但是受某種刺激
仍能進入下一周期,并且開始DNA合成和有絲分裂，第四種
細胞沒有生命活動跡象近于死亡。因此,如果延長處理時間,
那末在第一個細胞周期到來時開始分裂, 而在第一個周期處
于分裂狀態的細胞可能連續進入第二個分裂周期。這樣, 分
裂細胞的數量增加, 積累的微核數量也增加,從而提高了處理
的微核率。
一般情況下使用洋蔥及其細胞進行實驗，通過污染指數
（PI）來進行判斷，PI在1.5以上視為存在污染，3.5以上視
為污染嚴重。
三、水污染治理
在我國受污染水體中，經常以化學需氧量（COD）和
生化需氧量（BOD）為判斷標準（有時也用揮發酚量），
這說明我國水體污染主要是有機物污染。但是一方面大部分
有機污染物經環境生物技術處理后可轉化成一碳化工原料，
生物大分子等有用物質，另一方面如果所應用處理技術效率
提高，能節約大量資金，根據湖南大學李小明博士研究，如
處理效率提高10%，我國全年工業廢水中的有機物生化需
氧量BOD就可削減70萬噸，從而避免700億立方米的凈水受
到污染。因此，加強環境生物技術研究，開發新的高效靶向
菌種，以提高大部分為有機廢水的生物處理技術的效率極其
重要。
在廢水處理過程中，環境生物技術應用現在主要有三
類：固定化微生物處理，生物膜處理以及復合微生物處理。
其中不論是固定化還是復合的微生物處理都是以活性污泥法
為基礎的。下面以生物膜處理為例介紹環境生物技術在水污
染處理中的方法。
萬方數據
2016·05 技術應用與研究 Chenmical Intermediate 38
當代化工研究
生物膜法是與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處
理技術，是利用附著生長于某些固體表面的微生物（即生物
膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由吸附于載體上的
高度密的微生物群體，原生動物，藻類以及它們分泌的聚合
物所構成，這些微生物成分與相互作用復雜，共同組成了一
個類似于bio催化反應器的生態系統。與固定化微生物處理
不同，生物膜對廢水水質有很強的適應性，操作穩定性好，
不會發生污泥膨脹，管理比較方便。
生物膜法的原理是：首先，生物膜吸附著水層有機物，
由好氧層的好氧菌將這些有機物分解；然后，分解出的更小
分子有機物進入厭氣層進行厭氧分解；同時，流動水層將老
化的生物膜沖掉。最后，新的生物膜生長，如此往復達到處
理有機物，凈化污水的目的。其機理如圖一所示。
生物膜
附
著
水
層
流
動
水
層
空
氣
濾
料
厭氧好氧
圖1 生物膜凈化廢水機理
自90年代起，我國在生物膜法應用上已經取得長足的
進步，對于氮，磷廢水以及重金屬污染的治理已經接近世界
先進水平。隨著化肥、農藥等高含氮量有機化學品的廣泛應
用，使得廢水中氮的含量大量增加，進而導致水體富營養化
和水質惡化，藻類爆炸式生長。針對污水的總氮主要由高分
子有機物含氮和氨系分子含氮組成的事實，王海燕，楊帆等
采用厭氧—好氧（A－O）生物膜工藝進行廢水實驗，通過
對進水含氮量C0、厭氧出水量C出、好氧出水氨氮C氨和生
化需氧量（BOD）以及化學需氧量（COD）的檢測分析，
該系統能有效地降低廢水中的COD，生化反應轉化率超過
90%，氨氮的去除率至少大于80%。
由于農藥的使用，水體中磷和重金屬富集造成水體污
染，使得水質大量下降，飲用水匱乏。在曝氣池中使用生物
膜凈化含磷廢水其效率在30﹪以上，在加入特定無害化學
藥品以及含鋁絮凝劑之后，其效率可以提高到85﹪以上，
這說明配合沉降分離方法使用生物膜技術除磷是科學合理
的。對于重金屬而言，生物膜對重金屬離子有吸附作用，這
也是重金屬離子主要的去除方式。配合化學反應，PH調節
以及一些藻類的EPS分泌作用，可有效降低治理成本。圖二
所示為天津一實際處理重金屬污水的生物膜裝置。
進水管
出水管
連接管
缺氧區好氧區
微孔曝氣膜微孔曝氣膜
好氧區回流區沉淀區
空氣管空氣管
過濾網過濾網過濾網
圖2 某實際生物膜污水處理器
四、未來展望
環境生物技術是一項很有前途的交叉學科，尤其在水污
染治理方面，技術應用成熟，治理效果好，適合大規模工業
生產的應用。
就我個人認知而言，未來環境生物技術在水污染上的
實踐突破著重在兩方面。第一，在原有的技術基礎上開發靶
向更強，效率更高的菌種，同時尋找更有效的生化反應催化
劑，提高活性污泥技術與生物膜技術對污水的處理能力，以
期接近“零排放”。第二，尋找新的環境生物技術，以期能
從源頭上治理水污染，在工業生產中實現過程中治理，真正
阻斷廢水的產生途徑。
對于“三廢”中最直接影響人們健康與食品安全的廢
水，環境生物技術給出的成熟方法不是我們裹足不前的理
由。目前，對已經應用的環境生物技術的機理研究還不太成
熟，各科研機構的環境生物技術方向的研究員從活性菌種、
生化反應器、曝氣池等多方面進行研究工作。特別是著眼于
微生物與外界環境物質相互作用及新陳代謝的各種生化反應
機理、活性菌種的群落功能和其自身結構性質、曝氣池厭氧
池和高效膜反應器的改進及化工分離單元中濾餅材料的選擇
應用，這些都將直接影響環境生物技術對污水的處理凈化能
力以及應用這種技術的經濟性。因此，在物理化學和生物化
學反應研究的基礎上對環境生物技術優化以及再創造是非常
必要的，環境生物技術在廢水處理領域也必然會發揮越來越
重要的作用。
參考文獻
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【作者簡介】周博遠（1994~），男，天津大學化工學院，研究方向：化學工藝。

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