以污染物为“食” 微生物带来废水处理新思路

生物前沿

2019年全国共产生近百亿吨生活污水和工业废水，高浓、高毒、高混杂以及低温、低碳的“三高两低”废水处理已成为共性难题。

科技日报记者从近日举行的2018年度重庆市科学技术奖励大会上获悉，经过十几年筛选培育，重庆理工大学化学化工学院赵天涛团队得到多株全好氧微生物菌剂，成功研发了新型生物处理技术，让“三高两低”废水有了更好的解决策略。

高浓高毒污水需更强生物处理法

生活污水、工业废水达标排放关乎国计民生，是热点也是难点。

“处理污水的方法很多，一般可归纳为三大类，即物理处理法、化学处理法和生物处理法。”赵天涛教授介绍，物理法是通过过滤、沉淀等方法实现污染物分离，化学法是通过氧化、还原等化学反应实现污染物去除，而生物法主要通过微生物代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质。形象地说，就是让微生物吃掉水里的污染物。

在生活污水和工业废水处理中，都会用到微生物技术，这种绿色、天然的方法对于污水处理有效而环保。不过传统生物处理技术存在耐受性、生物活性和降解效能不足等瓶颈，无法解决“三高二低”等废水处理共性难题。

“如现在畜禽养殖行业在集约化、规模化、现代化方面快速发展，但是畜禽养殖废弃物处理却是一大难题。”赵天涛说，养猪场废水有机物浓度高、悬浮物多、色度深，因含有大量动物的粪尿而使废水氨氮浓度很高，这些废水气味难闻污染环境。

为筛选菌种深入到垃圾填埋场、养猪场和青藏高原

在重庆理工大学“重庆市化工过程减排与污染控制工程技术研究中心”实验室内，模拟不同情境排出的生活污水、工业废水注入各自装有极端环境微生物菌剂的实验反应器里，器皿里污浊的水泛起层层气泡，经过一系列反应后排出较为清澈的水。

赵天涛小心翼翼地打开微生物培育箱，只见里面放置的培养皿排列有序，他说：“这是我们经过十几年辛苦筛选、培育出的极端环境微生物菌剂。”

为了找出能解决“三高两低”废水的极端环境微生物，赵天涛从2007年开始就带着团队进行研究。“筛选菌种是一个繁复而艰苦的过程，垃圾填埋场、养猪场是我们最常去的地方，甚至还去了青藏高原在极寒环境中进行筛选工作。”赵天涛说，系统开展了原位富集、复合诱变、梯度驯化等工作后，他们终于在2013年得到了多种降解效率高、耐环境胁迫能力强的微生物菌株。

“根据作用微生物的不同，生物法分为好氧生物处理和厌氧生物处理两个阶段，而我们在世界上首次提出全好氧菌剂的概念，推出了全好氧生物处理技术。”赵天涛介绍，简单来说全好氧生物处理技术是指在单一构筑物及好氧条件下，实现有机物、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等污染物同步高效去除的新型生物处理技术。

极端环境微生物具有普通微生物不可比拟的抗逆能力和多元胁迫条件的适应机制，以及耐受性好、生物活性高、降解效能强等优势，他们筛选了高耐有机氯、苯酚、甲醇和氨氮共四大类强抗逆菌株，并研制了可定制复合菌剂，实现了优势菌株高密度、高活性快速繁殖。

传统的菌株投入污水中，很快就被污水中的土著生物同化、死亡，但是可定制复合菌剂具有更强的生存竞争能力，污染物耐受浓度提高2—3倍，成活率提高10倍，培养周期缩短50%。对含重金属、高盐、强碱、氯代有机物、硝基苯、苯胺等有毒、有害成分的废水均有高效处理性能。

“复合菌剂+”工艺让污水处理效率更高成本更低

“生物处理方式不仅环保，相比其他处理方法更加节约，还能够实现无衰减运行。”赵天涛介绍，针对污水处理中扩散速率限制和残泥竞争抑制两大关键技术瓶颈，他们研发了“一步式”复合菌剂挂膜技术，实现了挂膜时间缩短50%，污泥产率降低95%，优势菌丰度提升40%。针对不同废水达标排放要求，开发了“复合菌剂+”生物强化集成工艺，解决菌剂流失、活性衰减和竞争抑制问题，处理效率提升40%，运行成本降低1/2至2/3，无衰减稳定运行5年以上。

近三年，该成果在重庆及全国40余项生活污水和工业废水处理项目中推广应用，为企业新增产值10多亿元，保护了超600万人口民生健康，显著改善了城镇生态环境。“我们将继续扩展全好氧生物处理技术的应用范围，重点解决垃圾填埋场渗滤液高氨氮、高盐、处理难度高这一老大难问题。”赵天涛说。