一、水体污染现状

近年来,随着经济的发展和我国人口的增加,工业废水、城市生活污水和农村农药化肥与畜禽养殖产生的废水将越来越多,对环境资源开发利用力度的也日益增加,过度开发造成的环境污染日益严重,我们为此付出了几百倍于西方国家的环境代价,其中以水环境的污染尤为突出,许多流域的水污染负荷已远远超过了水环境的容量。这些污染物涉及到有毒有机污染物、重金属以及导致水体富营养化的氮、磷元素营养物质,直接、间接影响到工业用水与居民饮水安全。

二、传统治理方法的不足

 传统的水污染治理方法主要为物理及化学方法,物化方法虽然具有一定的成效,但都存在着对环境干扰大、运行成本高、容易产生二次污染等缺点。利用微生物来修复污染水体可以最大程度地克服传统物化方法的缺点,并且微生物资源丰富、操作性强,效率高、成本低、无二次污染等特点日益成为水体污染修复的热点。 

三、什么是微生物修复?

 微生物修复技术是20世纪80年代以来出现和发展的治理环境污染的微生物工程技术。它以微生物的代谢活动为基础,通过对有毒有害物质进行降解和转化,修复受破坏的生态平衡以达到治理环境的目的。微生物修复的关键是能针对处理体系中的污染物找到相应的高效降解菌株。在水污染治理中,高效降解菌株既可以从长期污染的水体或废水生物装置中筛选、分离、富集培养得到,也可以通过诱变、原生质体融合、基因工程等技术来构建。

 四、纳琦水体修复治理方案

纳琦环保联合中科院微生物所在彭永臻院士的指导下,共同研究开发生产具有先进水平的多种环境微生物益生菌制剂。采用物理法、化学法、生物法、原位生态治理,四位一体的水污染综合治理方式,合理布局,综合治理,高效修复净化水体污染。

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物理法和化学法治理水体污染是比较常规的技术,这里不做详细的阐述,下面主要就生物法和原位生态治理法进行说明。

1、微纳米曝气生态修复技术

微纳米曝气生态修复技术是将生物膜技术与水生植物加以结合用以扩大生物附着表面积的一种新颖污染净化技术。在曝气的件下,微生物生存的基础环境由原来的气、液两相转变成气、液、固三相,这种转变为微生物创造了更丰富的存在形式,形成更为复杂复合式生态系统。污染水体流经时,悬浮物被填料和根系阻挡截留,有机质通过植物、生物膜的吸附及同化、异化作用而除去。


微纳米气泡的概念

微纳米气泡是指直径在五十微米(μm)和数十纳米(nm)之间的微小气泡。微纳米气泡具有常规气泡不具备的物理化学特性。含有微纳米气泡的水称为微纳米气泡机能水,通常外观表现为乳白色。



微纳米气泡的物理化学特性:

(1)上升速度慢

气泡直径越小,其在水中的上升速度越慢,在水中停留时间越长。

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(2)比表面积大

相对于微纳米气泡的体积,其比表面积非常大,具有超常的气体溶解能力,极大促进气液之间的反应速度。

(3)表面带电

微纳米气泡的表面带有负电荷,对水中微小粒子具有增强吸附的作用。

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(4)自身增压溶解

微纳米气泡内部的压力远远大于外界液体的压力,可以将更多的气泡内的气体溶解到水中,并伴随有自身溶解消失的现象。

(5)产生大量自由基

微纳米气泡破裂瞬间,由于气液界面消失的剧烈变化,界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来,此时可激发产生大量的羟基自由基。


微纳米气泡的优点:

(1)能高效地提升水体溶解氧,效率是同功率传统曝气的20多倍。     

(2)能建立水体强氧化环境,有利于污染水体发生相关的化学反应。

(3)能产生气浮作用,分离悬浮物及藻类,提高水体光合作用。  

(4)能增强水体生物活性,有效降解有机淤泥。

(5)促进微生物、水生动、植物繁殖生长,促进水生态修复。

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2、复合微生物修复生态净化技术

采用复合微生物菌剂,向污染水体原位投加,利用微生物的生长代谢能力去除水体污染物,并利用其生态调节能力加速水体生态系统的恢复。微生物组合方式灵活,修复兼容性强、结合性度高,施工简便;能够带污修复,实现底泥减量化;具有安全快速,短期内消除水体污染物,无二次污染的特点。

 

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(1)微生物修复有毒有机物污染水体

通常排放的工业废水中主要包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物在内的各种有毒有机物,这些污染物质的共同特点是毒性大、成份复杂、化学耗氧量高。尽管这类污染物属于难降解有机物,但已发现一些好氧及厌氧微生物能够通过不同代谢途径将其降解、矿化,这就为微生物修复有毒有机物污染的水环境提供了可能。

根据不同的水质,不同的微生物作用机理,形成了许多技术路线,包括共代谢技术、细胞固定化技术、好氧生物反应器技术、厌氧-膜生物反应器技术、厌氧水解酸化预处理技术等。每种技术路线都是针对如何最大限度提高有机废水的可生化性以及如何提高有效微生物对底物的适应性和降解活性而设计的,而且微生物在降解污染物的过程中不应产生比有机物母体毒性更大更不易分解的代谢物,具有生态友好性。

(2)微生物修复重金属污染水体

微生物技术修复重金属污染水体的生物资源也非常丰富,从细菌、放线菌到酵母菌、霉菌以及海藻类等都有涉及。

微生物对重金属产生的作用方式有三类:

A、吸附作用:微生物是一种特殊的离子交换剂,菌体细胞表面存在着各种离子基团,能够进行物理吸附和伴随生化反应的生物吸附。

B、絮凝作用:一些微生物能产生具有絮凝活性的代谢物,如一些多糖类、蛋白类的高分子物质。这些物质含有多种官能团,分泌到细胞外能使水中的胶体悬浮物互相凝聚沉淀。

C、产生生物化学反应:微生物通过产生氧化-还原,甲基化和去甲基化等生化反应将毒性重金属离子转化为无毒物质或沉淀。

(3)微生物制剂技术

微生物制剂技术适合封闭缓流水体,其过程以酶促反应为基础,通过生物体内产生的具有催化功能的特殊蛋白质作为催化剂,净化污水、分解淤泥、消除恶臭。微生物制剂技术主要优点是能迅速提高污染介质中的微生物浓度,并可望在短期内提高污染物的生物降解速率,另外生物反应通常条件温和,投资省、费用少、消耗低,而且效果好、过程稳定、操作简便。

 

3、高效流化床生物膜反应技术(MBBR)

是一种基于生物膜原理的接触氧化法技术,将微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状,通过与污水接触,生物膜上的微生物摄取污水中的有机物作为营养吸收并以同化。它充分利用了生物降解的高效性和膜分离的彻底性,可在同一个生物处理单元中将生物膜法与活性污泥法有机结合,提升反应池的处理能力和处理效果,并增强系统冲击力。主要工艺方法有生物廊道、生物滤池、物接触氧化池等。生物膜法对于受有机物及氨氮轻度污染水体有明显的效果。

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高效流化床生物膜反应技术能维持高浓度的微生物量,在硝化和反硝化过程的双重优势使得该工艺的脱氮能力很强;对水质水量的变化适应能力强,抗冲击负荷能力强,防止各种微生物菌群的流失,有利于生长速度缓慢的自养型微生物(硝化细菌等)的生长,使一些大分子难降解有机物的停留时间变长,有利于它们的分解,从而系统中各种代谢过程顺利进行,悬浮填料比重接近于水,比表面积大,可在污水中为生物膜提供最佳的生长环境,在保持流化的运动状态下,极大地增加了污染物,生物膜,氧气(好氧状态)的接触几率,提升了去除效率。

主要应用在城乡生活污水处理、工业废水处理、农村水污染处理等


4、高效复合绿色絮凝技术:

高效复合絮凝剂投入水体后,其表面电荷的正离子与水体中有机物表面的负离子相互作用,吸附、凝聚,沉淀后形成块状凝聚体,并靠自重沉淀于水体底部,水体透视度增加至60cm-150cm,从而达到快速消除水体黑臭的目的。

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   环境修复剂具有孔隙率高、亲水性好、微生物附着率高的特点,通过分解底泥中的有机污染物,从而达到消解底泥的作用,水体底部保留下来的是无机化的沙化物质,沙化物质在水中起到了载体作用,从而加快了水体自净能力的恢复。

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高效复合絮凝剂用于高浓度含有机质微纳米颗粒废水的处理,用于焦化废水深度处理,COD去除率可达50%以上;用于造纸废水深度处理,COD去除率可达70%以上;用于垃圾渗滤液黑臭水深度处理,COD去除率可达50%以上,而用于预处理浊度去除率可达97%,COD、氨氮降至600mg/L及50mg/L以下,用于选矿废水处理,SS可降至10mg/L以下。

5、生态治理方法:

生态治理技术也就是我们常说的人工湿地、生态浮岛,它包括微生物、水生植物、水生动物等组成的生态平衡系统。利用植物根系吸附并吸收水体中氮磷等营养盐,将其转化为自身生长所需要的营养物质,这样在其植物获得良好生长的同时,还有效的改善了水质,利用水生植物富集N、P 是治理、调节和抑制水环境富营养化的有效途径之一。

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生态浮岛因具有净化水质、创造生物的生息空间、改善景观、消波等综合性功能,在水位波动大的水库或因波浪的原因,难以恢复岸边水生植物带的湖沼或是在有景观要求的湖泊、河道等封闭性水域得到广泛的应用

生态浮岛作为一项多功能的实用技术,在水体净化中所起到的显著作用与生动和谐的环境景观效果,随着应用的普及也得到了越来越多的证明。

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