黃河水源水質修復研究
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本文作者：李健1孫泉2作者單位：1.中國石化集團勝利石油管理局供水公司2.山東勝邦塑膠有限公司
1微生物水質修復機理
1.1微生物對有機污染物的降解作用
當前已知的環(huán)境污染物達數(shù)十萬種，其中大部分是有機化合物，微生物能夠降解、轉化這些物質，降低其毒性或使其完全無害化。微生物降解有機物有兩種作用方式：第一，通過微生物分泌的胞外酶降解；第二，污染物被微生物吸收到微生物細胞內后，由胞內酶降解。
1.2微生物對重金屬污染物的修復機理
包括微生物對重金屬離子的轉化解毒作用和吸收累積作用。環(huán)境中重金屬離子的長期存在使自然界中形成了一些特殊微生物，它們對有毒重金屬離子具有抗性，可以使金屬離子發(fā)生轉化。對微生物而言，這是一種很好的解毒作用；對環(huán)境而言，則是一種很好的修復作用。另一方面，微生物吸附是微生物將重金屬離子吸附在微生物表面，而微生物吸收是指微生物活細胞吸收重金屬離子進入細胞內，并參與微生物新陳代謝過程，一般也稱為微生物累積。失活微生物只能產生吸附作用，而活體微生物同時產生吸附和吸收作用。吸附和吸收都是對重金屬離子的收集和濃縮，因此，利用微生物吸附、吸收重金屬，再經過一定的處理，使其具有一定的粒度、硬度及穩(wěn)定性后加以去除，可以達到去除水中重金屬污染的目的。
2微生物水質修復技術
微生物對水質的修復技術包括采用生態(tài)方法強化微生物自凈作用和生物化學技術兩類。所謂生物自凈作用的生態(tài)強化，是大力發(fā)展水生高等植物，尤其是沉水植物，構建良好的生態(tài)環(huán)境，增加微生物的附著面，以促進微生物的自然繁殖，增大微生物在水體自凈中的作用。生物化學技術有兩種，一種是向水體投加某些專性細菌的營養(yǎng)物質，促使細菌大量繁殖；另一種是直接向水體投加細菌，使水體微生物瞬間增大，并維持在一個較高的水平。
2.1投加微生物營養(yǎng)劑
盡管所有的微生物在生長繁殖過程中都需要有機質、無機營養(yǎng)鹽，以進行同化和異化作用，其間存在共性，但不同種類的微生物在營養(yǎng)結構上有各自的特點，它們在水質凈化中處理的污染物也不同。為了處理某些特定的污染物，需要培養(yǎng)針對這種污染物的專性微生物，可以向水體投加該專性微生物必須的專性營養(yǎng)物，使該微生物大量繁殖，稱為優(yōu)勢菌種，達到水質修復的目的。
2.2生物試劑添加技術，又稱為投菌法
該方法是向被污染的水體中投加人工培養(yǎng)的活性微生物，強化水體有機物的降解。以往的水處理理論認為細菌無處不在，在某特定環(huán)境中只要給予足夠的時間，就會自然產生僅適應這種環(huán)境的菌群，并稱為在這種環(huán)境下生存的強者。投菌法理論則認為，在某特定環(huán)境中自然生成的菌群雖能很好適應這種環(huán)境，但并不一定是這種環(huán)境中的最強者。因此，有必要投加經過篩選的具有特殊分解能力的菌種。通過對勝利油田地區(qū)原水生物資源和水質調查，展開通過向水體中投加微生物試劑，來提高水體的生物降解能力，從而有效緩解目前困擾水處理工藝的有機物降解問題。
3.1黃河下游微污染水源現(xiàn)狀
勝利油田地處黃河下游，以黃河水為水源。近年來,由于黃河水源污染加劇，致使油田的水源水庫普遍存在富營養(yǎng)化的問題。又由于油田平原水庫一般蓄水深度較淺，庫容面積大，蒸發(fā)量大，水庫內水的停留時間長，當?shù)厝照粘渥悖瑸樗畮靸仍孱惖纳L提供了極為有利的條件，并隨著季節(jié)的更替，藻類在水庫內生長、死亡、腐爛、沉積、釋放，使油田水庫有機污染與藻類含量水平居高不下，水庫水質部分指標超出《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838—2002）Ⅲ類水體的要求。2006年8月，我們對黃河取水口和油田11座大中型水庫原水進行了采樣分析，證實黃河取水口總磷、總氮超標，AOC（生物可同化有機碳）含量較高，Ames致突變試驗結果呈陽性，藍氏賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲有檢出；來水經沉沙蓄存后，CODMn一般處于5.5mg/L左右，最高可達8.6mg/L，藻類指標最高可達3.7億個/L。蓄存期間，TOC明顯上升，Ames致突變試驗為弱陽性，兩蟲均有檢出。為了解決這些問題，勝利油田供水公司開展了微生物修復試驗研究，研究微生物對水庫原水中藻類、氨氮及有機物的影響，對降低原水微污染水平、提高供水水質具有非常積極的意義。
3.2實驗方案及數(shù)據(jù)采集
2007年，勝利油田供水公司在孤島一庫進行了微生物制劑的投放試驗，本次實驗共分為5個批次進行，每25天投放藥劑一次，10月后不再投放，采樣頻次7天。微生物菌種的檢測采用常規(guī)細菌檢測方法，對細菌檢測的數(shù)據(jù)說明，菌群活性的增強與細菌總數(shù)有較密切的關系，盡管我們共計進行了五次投藥（其中后四次是補充投藥），細菌總數(shù)并未出現(xiàn)大幅度的增長，說明試驗水體已實現(xiàn)初步的生態(tài)平衡，投加菌劑過多有可能導致細菌總數(shù)大量繁殖的設想是不成立的。此次試驗菌種由北京三安集團提供。應用三安集團Tech-BIA即“生命信息調控技術”，是目前世界首創(chuàng)的活信息生命科學研究技術方法，具有速度快、準確性高和成本低等優(yōu)勢）技術生產的水體環(huán)境凈化菌種。孤島一庫在2006年供水體系運行調整中已作為備用水庫，封閉管理，水域內有野生魚類種群，數(shù)量較為稀少。
試驗結果表明：
（1）溫度對微生物活性有很大影響：通過對試驗數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)：微生物菌種活性受溫度的影響很大。當水溫在25攝氏度以上時，微生物活性較為明顯，對于氨氮、有機物、對藻類生長的抑制都明顯優(yōu)于低溫狀態(tài)下的活性。對細菌總數(shù)的檢測結果也驗證了上述結論。
（2）微生物菌劑對水體中的有機物去除效果：高錳酸鹽指數(shù)：該項指標反映水體中有機物質的多少。我們在檢測中采用的是高錳酸鹽指數(shù)法。通過分析發(fā)現(xiàn)：微生物菌劑對水體中的有機物有一定的去除作用。相對于2006年同期，化學需氧量（COD）指數(shù)大幅飆升的勢頭被遏制，試驗期間試驗水體中高錳酸鹽指數(shù)未發(fā)生超標現(xiàn)象。
（3）微生物菌群對藻類生長的抑制作用：通過對試驗數(shù)據(jù)分析表明，微生物菌群對藻類的生長有一定的抑制作用，但相對于藻類的龐大數(shù)量，抑制效果并不明顯。項目組分析認為，由于菌群的生長消耗大量營養(yǎng)物質（如氮、磷等），產生了與藻類相互競爭的關系，但由于菌群不能無限增長，因此對藻類生長的抑制并不太理想。具體見圖2-3。
（4）菌群對氨氮類指標的去除：投放微生物菌群的水域氨氮含量低于未投放水域，說明微生物菌群對氨氮的吸收是有效果的。部分采樣點內，氨氮的含量上升通過分析認為有以下幾個原因造成：其一是由于夏季水庫水體富營化程度加劇，氨氮總量超出微生物菌群的處理能力，是可能導致氨氮檢測上升的直接原因。其二是由于水體中的生物鏈并不完善，微生物菌群的硝化反應與水庫底泥的反硝化反應一直存在，當硝化反應后微生物菌群由于水體中缺乏足夠的食物鏈（氨氮→微生物→浮游生物→魚類，水體中魚類不足）也是導致氨氮監(jiān)測結果出現(xiàn)反復的主要原因。
4結語
試驗結果表明，向微污染水體中投加經過人工優(yōu)選的微生物菌種，對于水體中氨氮、有機物及藻類生長與有一定的抑制作用，但微生物菌種活性受溫度的影響很大，當水溫在25攝氏度以上時，微生物活性較為明顯，對于氨氮、有機物、對藻類生長的抑制都明顯優(yōu)于低溫狀態(tài)下的活性。另外，當污染物含量超出微生物菌群的處理能力時，可能會導致各項檢測指標上升。
