科技日報記者 趙漢斌

水是一種不可再生的資源，而且是社會持續發展中必不可少的重要資源。隨著城市化發展，工業化推進，越來越多不易去除的污染物質進入自然環境中，對環境造成破壞，最終影響人類健康。

經過長期的實踐證明，傳統的污水處理方法已經很難滿足現有污染物的去除需求，因此研究和開發新型有效的處理技術是當前的主要任務。

微生物固定化技術憑借其污染物治理效果好、優勢菌種富集率高、微生物活性高、抗環境干擾能力強、經濟成本低以及可重復利用等優勢得到了國內外眾多學者的關注。隨著技術的發展，能夠“吃污”的微生物，在污水處理領域得到廣泛應用。

貴州省威寧草海（2020年6月17日攝） 科技日報記者 趙漢斌 攝

污水治理，微生物“黑科技”眾望所歸

黑臭水體、工業污水、生活污水恣肆橫流……但只要在水體中投放不同的微生物，一潭死水很快“活”起來，重新形成一個平衡的生態系統。

從這時起，分解者生物、生產者生物，還有消費者生物開始分工協作；污水中的污染物，也成為“別人”的食物，一條條食物鏈也由此形成，架構起縱橫交錯的食物網生態系統。

在這個系統中，水中的有機污染物等，不僅被細菌和真菌降解凈化，其降解的最終產物，以太陽能為初始能源，參與食物網中的新陳代謝過程，最后轉變成水生作物、魚、蝦、蚌、鵝、鴨等生命體產物，通過循環保持水體的綜合生態平衡，污水變清……這不是美好的愿景，而是真實的場景。

水的污染，通常指人為原因造成的水質惡化，降低水的使用價值，主要污染物是固體廢棄物和需氧有機物、難降解有機物、重金屬、植物營養物質、酸、堿和石油類物質等化學物質。

目前，傳統污水處理技術，主要有通過重力沉降、混凝澄清、浮力浮上、離心力分離、磁力分離等物理法即不溶態污染物的分離技術，以及通過酸堿中和法、化學沉淀法、氧化還原法、化學物理消毒的污染物的化學轉化技術。此外，通過利用吸附法、離子交換法、膜分離法、蒸發法、冷凍法等進行的溶解態污染物物理化學分離技術，也有相應的應用。

但這些傳統方法中，物理方法通常占地面積大，基建費、運行費高，能耗大，管理復雜，易出現污泥膨脹現象，設備不能滿足高效低耗的要求，單獨使用效果不明顯；化學方法運行成本高，消耗大量的化學試劑，易產生二次污染。在大多數情況下，物理化學法結合使用，弊端明顯。

如何使城鄉污水處理工藝朝著低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理，以及實現磷回收和處理水回用等可持續的方向發展，且所采用的技術必須以低能耗和少資源損耗為前提，微生物技術滿足了以上的要求。

微生物包括細菌、病毒、真菌等?！拔⑸锛夹g，主要是利用微生物的代謝反應過程和生物合成產物，對污染環境進行監測、評價、整治以及修復的單一或綜合性的現代化人工技術系統?！遍L期從事生物工程和環境治理研究的包頭輕工職業技術學院教師王美霞介紹，它不僅包含了生物技術所有的特點，還融合了環境污染防治以及其他工程技術，目前已逐步發展成為一種經濟效益和環境效益俱佳、解決水污染等突出環境問題的有效手段。

根據污染水體底物不同，微生物固定化的優勢菌種也不同。主要包括去除多環芳烴類的銅綠假單胞菌、黃孢原毛平革菌、紅球菌等；去除氨氮的皺褶念珠菌、副球菌屬以及赤水黃桿菌等；去除苯酚的不動桿菌、短桿菌屬以及皮氏羅爾斯通氏菌等；去除重金屬的微生物主要有去除汞的蠟樣芽孢桿菌、去除砷的硫酸鹽還原細菌、去除鉻的黑曲霉和銅綠假單胞菌以及去除銅的黃孢原毛平革菌等。

經過治理，昆明大觀河近年水質明顯改善，大觀公園成為鷗鷺棲息、游人如織的景區。（2022年2月1日攝） 科技日報記者 趙漢斌 攝

小小微生物，“實戰”建奇功

虎年新春，貴州威寧草海雪后初晴，數百只黑頸鶴在湖面翩翩起舞，成群灰雁時而在低鳴翱翔、時而在水中游憩，白鷺在岸邊踱步捕食，引得路人駐足欣賞，紛紛拍照或錄個短視頻。

威寧草海是典型的高原淡水湖，也是貴州最大的天然淡水湖泊。過去幾十年間，隨著人口增多、人類活動頻繁，威寧草海一度瀕臨消失，水體富營養化突出。為此，“拯救草?！背蔀榻?0年來最重要的行動。

隨著綜合工程的推進，貴州大學副校長周少奇率領的團隊，突破國際上生物脫氮研究領域長期無法逾越的難題，妙用微生物脫氮技術，破解了水環境治理密碼，讓草海明珠重煥異彩。同時，周少奇團隊還把新技術與工程化應用推廣到城市污水、煉油廢水、垃圾滲濾液和農村污水等廣闊領域，效果顯著。

2016年，長沙高新區肖河、雷鋒河黑臭水體引人詬病。湖南三友環?？萍脊煞萦邢薰纠盟w微生物活化系統，在短短一個半月時間里，便消除了肖河的黑臭問題，讓微生物技術“名聲大噪”?！昂唵蔚卣f，就是通過有效激活水體微生物，使之不斷大量繁殖，以重組、完善和優化水體微生物生態系統，促使水體恢復自凈能力。”該公司的易境博士介紹說。

無獨有偶，在上海市楊浦區長海新村西湖園，從被大片藍藻覆蓋的濁綠水塘，變成魚兒暢游其間的清流，湖水水質也從劣五類變身為二、三類。創造這一奇跡的，是同濟大學環境新技術團隊新近研發的創新技術——水體微生物活化系統。這一技術也應用于云南滇池東岸30萬平方米的海東濕地生態修復凈化工程。

工業廢水、生活污水、化石燃燒等產生的污水中，重金屬是最醒目的“元兇”，當重金屬進入人體內會對人體造成嚴重的危害。微生物固定化技術去除水體中的重金屬離子，也是近年的研究熱點。

中國地質大學教授馮傳平團隊對“微生物－磷礦物－海藻酸鹽”固定化顆粒處理含鉻廢水的效果以及微生物群落特征進行分析，結果表明固相顆粒在不同操作條件下均表現出鉻還原效率高、抗鉻毒性好、磷余量低等優勢。此項研究，為含鉻廢水的治理提供新的視角和理論依據。

而在業界已廣泛采用的生物膜法，即利用在固體載體表面附著生長的微生物所形成的生物膜，去除廢水中溶解性有機污染物的一類方法。除了治理水體污染，微生物在重金屬、固體廢棄物、大氣污染等的治理過程中，均取得了顯著效果。

昆明滇池草海一角（2022年1月30日攝） 科技日報記者 趙漢斌 攝

微生物治理水環境前景廣闊

據住建部和中商產業研究院的數據表明，2016年我國污水年排放量480.30億立方米，2018年突破500億立方米，2020年增至571.36億立方米，2021年預計達589.64億立方米。

2021年底，工信部發布的《“十四五”工業綠色發展規劃》提出，要加強高耗水行業廢水、海水和再生水等非常規水高效利用；重點推廣工業廢水深度治理回用、高效提取分離、高效膜分離等工藝裝備技術。

微生物固定化技術因其處理效率高、應用范圍廣且無二次污染等優勢在污水治理領域得到了廣泛的應用，并已取得良好的處理效果，為生物法治理氮磷廢水、重金屬廢水、印染廢水和有機廢水等提供了廣闊的舞臺。

微生物治理污水技術的關鍵，就是合適的底物固定化方法、高效的優勢菌種和良好的固定化載體。

科技日報記者了解到，各種單獨的固定化方法，有利有弊，今后學界微生物治理污水方面，將聯合使用多種固定化方法，高效富集優勢菌種以去除污染物；在優勢菌種方面，尋找出更易培養、更高效的菌種，并提高菌種在復雜環境中的生存能力；在載體材料方面，可以對磁性納米材料、可生物降解多聚物材料、緩釋材料以及多種功能載體材料的復合使用進行更多的研究，從而提高載體的微生物固定性能和污染物去除效果。同時通過提高“載體－微生物”體系的穩定性與經濟性，促進規模化生產，加快推進微生物固定化技術的實際應用。

2021年我國推出了多項涉及污水處理政策，推進污水資源化利用，污水年處理量提升，工業污水處理投資增加。目前，隨著科技成果的轉化和國內一批生物環境治理企業興起，微生物污水處理被廣泛應用于建筑、農業、交通、能源、石化、環保、城市景觀、醫療餐飲等各個領域。

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