1.引言
1.1 微生物技术及特点
微生物技术是指生物化学、微生物学及工程技术相结合之整合性科学，主要目的是利用微生物、动物或植物应用于农业、环境、工业及健康照顾上，是一门由环境工程与现代生物技术相结合的学科。微生物技术在处理环境污染物方面具有无二次污染、成本低、速度快、消耗低、效率高、反应条件温和等优点。
目前微生物技术主要应用于环境保护中，主要是利用微生物，少部分利用植物作为环境污染控制的生物。在水污染控制、有毒有害物质的降解、废物资源化、大气污染治理、清洁可再生能源的开发、环境监测、污染环境的修复和污染严重的企业的清洁生产等环境保护的各个方面发挥着极其重要的作用。现代微生物技术的飞速发展，使生物处理具有更低的成本、更高的效率和更好的专一性，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的发展前景。
1.2 微污染源水
微污染源水一般是指水体受到有机物的污染，部分水质指标超过地表水环境质量标准的水体。随着源水体的富营养化现象逐渐加重，现有常规处理工艺已经不能有效去除微污染源水中的氨氮、有机物等污染物，直接威胁着人们的身体健康。微污染源水处理不断出现的新的问题。我们应该如何围绕源水水质不同的要求以及技术经济条件局限等特点，寻求微污染源水处理对策和适宜处理技术是目前研究和实践的重点。
1.3 我国微污染源水的现状
目前，随着城市化进程的加快、工业的发展及农业化学品数量和种类的增加，我国大部分饮用水源已受到不同程度的污染。据报道，我国七大水系中I到III类水体占45%，IV类和V类水体23%，劣V类水体占32%。饮用水水源中含有的有机污染物导致了“三致物”的潜在威胁加大，水源水的污染问题日益变得严重，饮用水的安全问题得到了人们广泛关注和重视[1]。
本文根据我国微污染源水的特点，结合近几年来微污染源水生物处理技术及工艺的研究和发展以及在微污染源水处理中的研究和实践，研究与讨论我国微污染源水生物处理对策和措施，同时对几种适宜的处理技术进行介绍和论述。
2.微生物技术在微污染源水中的应用
2.1 生物预处理
生物预处理是指在常规净水工艺前增设生物处理工艺，借助微生物群体的新陈代谢活动对水中有机污染物与亚硝酸盐、氨氮及重金属等无机污染物进行初步的净化，改善水的混凝性能，减轻常规处理的后续深度处理的污染负荷，增加过滤或活性炭吸附等物理化学处理工艺的工作周期，最大可能的发挥水处理工艺整体的作用，以此来降低处理费用、控制污染、保障良好的水质。源水中存在的以及在水处理过程中产生的有机污染物会对人体的健康构成一定的伤害，源水处理的研究重点已从去除细菌、去除悬浮颗粒物物转移到去除微量的有机物，特别是溶解性很强有机物质[2]。
污染源水生物预处理主要包括以下几种工艺：曝气生物滤池、生物沸石反应器、生物接触氧化法等。近些年来，生物预处理技术发展很快，分别讨论如下。
2.1.1 曝气生物滤池
曝气生物滤池简称BAF，是80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺。该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX的作用，对碳源污染物和氮源污染物都有良好的去除作用、占地面积小，处理流程简单、基建费用、运转费用节省及管理简单，自动化程度高等优点。曝气生物滤池相关设备可实现全部微机控制，运行数据和参数可在微机上显示，通过计算机程序，实现运转设备的自动化控制，可称作真正意义上的机电一体化污水处理设备，便于操作和管理[3]。
世界上首座BAF于1981年在法国投产，随后在美国、加拿大、日本等国得到广泛应用。BAF在我国作为一种新工艺，正处于推广阶段。大连市马栏河污水处理厂是我国第一个采用BAF工艺的城市污水处理厂。许多科研单位也对曝气生物滤池结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了详细的研究，取得了很多成果。
2.1.2 生物接触氧化法
生物接触氧化法是从生物膜法派生出来的一种废水生物处理法，是以附着在载体（俗称填料）上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺。具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。该工艺因具有高效节能、占地面积小、耐冲击负荷、运行管理方便等特点而被广泛应用于各行各业的污水处理系统[4]。
1998年根据工艺优化试验成果，深圳水库首先建立了世界最大的日处理400万立方米的生物接触氧化处理渠。东深源水生物处理工程处理规模达到400×104立方米每天，污染物的去除效果良好，NH3-N进水浓度为3.0 mg/L左右时去除率平均可以保持百分之七十以上。CODMn为百分之十到百分之三十，BOD的去除率最高可达百分之六十以上，源水的浊度、藻类、铁、锰等也有良好的去除效果[5-6]。
曝气氧化、生物降解和生物絮凝三个方面可以改善生物接触氧化处理池出水水质的,理想的预处理池在这三方面都是共同促进、相互联系的。
2.1.3 移动床生物膜反应器
移动床生物膜反应器简称MBBR，它是一种新型的生物膜反应器,它能使微生物附着在载体上,漂浮的载体在反应器内随着混合液的回旋翻转作用而自由移动,从而达到处理微污染源水的目的。它具有处理能力高、能耗低、不需要反冲洗、维护管理简单、出水水质稳定、耐冲击负荷能力强、结构紧凑、占地少、无需污泥回流等的工艺特点。
移动床生物膜反应器一般为长方形或圆柱形结构。长方体型的反应器池中是用板隔开的或不隔开。源水进入池中后呈推流态,在每个隔开的格子中由于曝气流化水体呈混合态。池子中填充着悬浮填料,在曝气的作用下使填料物在池中循环的流动。移动床生物膜反应器所使用的填料多为聚乙烯或聚丙烯塑料等填料物质,形状像小的圆柱体，圆柱体外侧沿不同的方向有很多的凸起使表面易于生物膜附着和生长,巧妙的结构设计使填料在使用时具有良好的过水性能、理想的空隙率,并具有良好的通气条件。
某市微污染源水采用穿孔管曝气方式和悬浮球填料处理的工艺，在水力停留时间为1.5小时、悬浮球填料填充率为百分之四十左右、气水比为(1～1.5)∶1的条件下，CODMn有一定的去除效果，去除率基本保持在百分之十左右；NH3-N的去除率稳定保持在百分之七十以上，出水NH4＋-N也能稳定在0.5mg/L以下；NO2-N的去除效果稳定在百分之九十六以上，出水NO2-N保持在0.01 mg/L以下。由于原水CODMn较高，因此预处理工艺对后续工艺CODMn去除效果以及出厂水CODMn达标也有很大帮助。浊度的去除率可达百分之三十；铁的平均去除率达到百分之三十以上，色度的去除率达百分之十以上[7]。
2.1.4 生物沸石反应器
生物沸石反应器处理微污染源水是一种新的尝试。生物沸石反应器是以通过特定处理的颗粒沸石作为生物载体的一种固定生物膜处理装置，由于固定生长技术能使大量的生物体聚集在载体表面,通过生物聚合体对水中营养基质的高效吸附和降解能力达到控制污染物的目的。与传统处理技术相比,生物膜法具有节省动力消耗,水力停留时间短等特点,尤其适应于低浓度条件下的水质净化通过对沸石在一定条件下的微生物培养,一般2～3周即可实现其生物膜功能沸石生物膜是一种催化生物膜,它可以改进沸石的水处理特性,使生物、沸石共同起作用用它与混凝沉淀相结合,能高效去除水中NH3-N、NO2--N、Mn、有机物、嗅和味,改善色度等[8]。
沸石是一种架状结构的多孔穴和通道的硅铝酸盐,有良好交换性能、良好的吸附性能,可以吸附有极性的分子和细菌等微生物,对细菌有富集作用,因此沸石是一种非常理想的生物载体。
2.2 生物强化过滤作用
生物强化过滤是针对微污染源水有机污染特征,对常规源水处理的过滤环节进行强化的净水处理工艺。生物强化过滤的主要工艺形式可以是原有的滤池,也可以是生物滤池。进水中的污染物与滤池滤料接触产生的物化和生化作用,可使水中的氨氮、亚硝酸盐氮和有机物得到有效去除。
生物强化过滤水处理工艺还处在不断完善和发展的过程中由于源水工艺条件、水质差异较大和运行操作的控制有一定的难度,大多数仍处于探索试验研究阶段。其研究内容主要包括：非生物颗粒对污染物降解可能产生的影响；微生物产物的形成条件；生物膜对难降解或慢性降解的痕量有机物的去除机理与条件；BOM的种类与数量对生物膜降解的影响；因素及其影响；生物滤池内微生物的生长因素研究等。
2.3 饮用水深度处理中的生物作用
目前所广泛采用的饮用水深度处理技术包括：臭氧-活性碳技术、膜分离技术、生物活性碳技术、吹脱技术。
臭氧具有强氧化性，随着水处理技术的发展，通过利用臭氧的强氧化能力，可以破坏有机物的分子结构以达到改变其物质成分的目的。膜分离技术常用的以压力为推动力的膜分离技术,有微滤、超滤、纳滤以及反渗透等工艺方法。膜分离技术能够提供稳定可靠的水质.其分离水中杂质的主要机理是机械筛滤作用,因而出水水质在很大程度上取决于滤膜孔径的大小。生物活性炭吸附技术是随着活性炭在饮用水处理中的大量使用而出现的。生物活性炭对有机物的作用机理,可以看作是物理吸附和生物降解的组合。吸附饱和的生物活性炭在不需要再生的情况下,可利用其生物降解能力,继续发挥控制污染物的作用,这一点正是其它方法所不具备的。吹脱技术是使水作为不连续相与空气接触,利用水中溶解化合物的实际浓度与平衡浓度之间的差异,将挥发性组分不断由液相扩散到气相中,达到去除挥发性有机物的目的。
2.4 固定化微生物的应用
固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。
3.微生物技术在微污染源水中的展望
目前源水的水质问题越来越受到人们的重视。随着经济高速的发展、社会的进步和人口的快速增长，源水受到污染的程度也越来越严重，另一方面源水水质标准随着社会的发展还在不断提高。水质的恶化必然导致严重的后果。微污染源水的生物处理还需要从微生物的生理特征和遗传性能加以探索研究，生物固氮及新型生物能源的开发和探索是微生物技术研究的重点。以下为微生物技术处理微污染源水的展望：
3.1 基因工程菌
基因工程菌就是通过基因工程手段改造过的细菌，就是把目的基因片段转入细菌，使其能表达你所需要的蛋白，或者改变该菌的一些生理特性。与降解能力有关的基因多在易遗失的线粒体，为此，利用遗传学原理采用原生质体融合、转化育种、细菌质粒育种等技术培养，定向的构建能高效降解的基因工程菌。
3.2 脱氮菌的优化
在微污染源水的处理中，在特定条件下各种含氮物质是可以相互转换的，化学水平下一般表现为协作互生关系，就是结合松散的微生物利用相互提供生长所需的生长因子来对环境进行平衡。利用它们的协作关系我们可以研究脱氮菌的工作原理和性能，比如研究硝化菌和反硝化菌单独的固定作用来实现硝化和反硝化的单级生物脱氮，但是基本上将固定化细胞制成颗粒状并在废水中投加比理论值更多量的碳源，增加了后续处理又造成资源浪费，所以我们必须对其进行优化。
要做到脱氮菌的优化我们可以完善以下几点：(1) 深入研究脱氮菌的生长机理、工作机理等理论并提供应相应的参数。(2) 筛选出适合的载体及大规模进行生产的高效固定化方法和生产新设备的开发。 (3)提供足够多的符合实地要求的脱氮菌。
3.3 生物修复
生物修复，指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。根据生物修复的污染物种类，它可分为有机污染生物修复和重金属污染的生物修复和放射性物质的生物修复等。
生物修复技术是80年代以来出现和发展的清除和治理环境污染的生物工程技术，其主要利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，去除污染环境如土壤中的污染物，达到清除环境污染的目的。在该技术的萌芽阶段。欧洲各国如德国、丹麦、荷兰对生物修复技术非常重视，全欧洲从事该项技术 的研究机构和商业公司大约有近百个，他们的研究证明，利用微生物分解有毒有害物质的生 物修复技术是治理大面积污染区域的一种有价值的方法。
3.4 微生物絮凝剂
微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的水处理剂。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。
4.结论
中国水资源总量位居世界前列，但由于人口众多，人均水资源量不足世界人均水资源量的 1/4。而可用于饮用的水就更少，如何合理开发利用和保护源水资源 ,关我国经济社会的可持续发展。这些都给微污染源水的常规给水处理工艺提出了新的挑战，也引起了科研工作人员对微污染源水污染问题的关注，在最近20年内，科研人员和科研机构针对微污染源水的处理技术和工艺开展了深入探索研究，提出了针对我国现阶段地表水源污染现状的处理对策。主要包括：预处理工艺联合常规处理工艺、强化常规处理工艺处理效果、常规处理工艺联合深度处理和新型微污染水源水处理技术等。新型微污染源水处理技术工艺具有其独特的优势和特点，但是由于新型技术应用还不成熟或者缺乏经济性，其推广和广泛应用仍需要一定的阶段和过程。
参考文献
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[3] 张林军, 刘晓玲，生物活性炭滤池处理微污染原水的效能，中国给水排水, 2005, 21(12): 39-40。
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