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
當前已知的環境污染物達數十萬種，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，可以使金屬離子發生轉化。對微生物而言，這是一種很好的解毒作用；對環境而言，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強化，是大力發展水生高等植物，尤其是沉水植物，構建良好的生態環境，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物，使該微生物大量繁殖，稱為優勢菌種，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，在某特定環境中只要給予足夠的時間，就會自然產生僅適應這種環境的菌群，并稱為在這種環境下生存的強者。投菌法理論則認為，在某特定環境中自然生成的菌群雖能很好適應這種環境，但并不一定是這種環境中的最強者。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，蒸發量大，水庫內水的停留時間長，當地日照充足，為水庫內藻類的生長提供了極為有利的條件，并隨著季節的更替，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實驗方案及數據采集
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細菌檢測方法，對細菌檢測的數據說明，菌群活性的增強與細菌總數有較密切的關系，盡管我們共計進行了五次投藥（其中后四次是補充投藥），細菌總數并未出現大幅度的增長，說明試驗水體已實現初步的生態平衡，投加菌劑過多有可能導致細菌總數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勢）技術生產的水體環境凈化菌種。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：通過對試驗數據的分析發現：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于低溫狀態下的活性。對細菌總數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：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法。通過分析發現：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未發生超標現象。
（3）微生物菌群對藻類生長的抑制作用：通過對試驗數據分析表明，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）也是導致氨氮監測結果出現反復的主要原因。
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于低溫狀態下的活性。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。
