固定化载体微生物在黑臭水体中的运用与思考

杰沃科技

摘要：按照国家相关要求2020年前要消除黑臭河道，怎么消除，是动大手术（基础工程）还是原位摘除。

这是根据各个地方政府的实际需求以及财政预算决定的，哪怕是PPP项目也要顾虑到还款。

在众多城市地方债务高举，财政吃紧的当下，大型工程明显得不偿失，无力承办，所以只能是慢慢修复，逐步解决，那么就提出了原位解决的必要性与可行性。

固化微生物的最大优势就是可不被水流冲走，可在原位削减有机淤泥。

01、黑臭水体治理现状



自国家颁布水10条以来，黑臭河道治理在全国铺开，各地大张旗鼓，各类环保公司，工程公司应接不暇，资本治污，外行治污，行政治污手段层层不断，大有在2020年前消除黑臭的气势。然而唯独不谈技术治污，故截至今日，我们看到的是多个PPP项目进展缓慢，落地的寥寥无几，EPC项目付款进度缓慢，承接公司变相拖延进度。

最近一篇《7000亿黑臭河整治市场—大跃进过后又是一片烂尾工程》在微信朋友圈很火，说出了实情，我们都知道黑臭河段关键在岸上，一条河做到100%截污，100%清淤，消除增量污染以及存量污染，河道自净能力就能净化水质，然而，岸上的工程就那么好做？涉及到拆迁，污水管网，城市基础建设，一动就是几百亿，在地方政府高负债运营的情况下，拿几十亿几百亿来处理黑臭河道显然是不可行的。

习主席在十八大后提出了环境整治需要做好《望，闻，问，切，治》的讲话，莫不可一刀切，黑臭河道原位处理正是在现有的大环境下变得迫切需要，我们都知道微生物是食物链的开始端也是大自然的最终分解者，微生物在黑臭河道治理中已经被高度认可，其高效，价廉，无害[1]。

CMIC固定化载体微生物则是在现有微生物的基础上加入了高分子复合静电材料让微生物着附在上面，通过生物工程手段，使其源源不断的在水体中释放有效复合微生物菌群，从而使其能够持续净化水体。在截污的情况下，可削减有机淤泥，减少了河道清淤所需的工程量，以及清淤造成河道原有微生物的流失。

什么是CMIC固定化载体微生物？它是怎么固定化的，具有哪些微生物，在黑臭水体中怎么体现它的优势呢？

02、什么是固化微生物



CMIC 复合微生物固定化载体产品是利用微生物自然资源，经过多年的微生物分离、筛选及组合研究，将光合菌、硝化细菌、反硝化细菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌等多种不同类型的、具有组合正相关效应的、具有降解污水中有机污染物的特殊功能的微生物菌群集合在一起，并在特定环境条件培养下，通过多年研究的特殊载体材料固定复合微生物群落，形成 CMIC 复合微生物固定化载体产品。

它们即是自然界中对人类可利用的，而且无害的微生物菌群，通过相互之间的共生繁殖关系，在其自身繁殖和新陈代谢过程中产生各种各样的活性物质。微生物具有氧化还原、脱羧、脱氨、水解、脱水等各种化学能力及捕食作用，对能量的利用比其它任何高等生物更加有效， 微生物高速的繁殖和遗传变异性使它的酶体系能够以最快的速度适应外界环境的变化。

同时，微生物还具有另一大特点是代谢的多样性，环境中纯在的各种天然物质，特别是有机化合物，几乎都可以找到能使之生物降解或转化的相应微生物。

微生物降解或转化有机污染物的巨大潜能，被 BeiJerink 概括为“微生物的绝对可靠性”和“微生物降解的必然性”理论。

在自然界中，有些化合物作为唯一碳源或能源时，不能被微生物所利用，而当存在另外一些微生物能够利用碳源或能源化合物时， 这类化合物也能被同事降解，这种生物降解方式称为“共代谢”（Co-metabolism），又称为“共氧化”（Co-oxidation）或“联合氧化”。

研究表明，微生物这种共代谢降解方式对有机污染物，特别是一些难降解的污染物的彻底分解起着重要的作用。同时还能氧化有机污染物。

CMIC 复合微生物固定化载体产品是一种微生物活菌固定载体颗粒。它通过离子吸附、包埋、交联、共价结合等生完工程手段[4-6]，将多重特定污染物选配的优势组合微生物菌群固定住一个多酶体系的载体上， 该产品的核心在于纯种微生物菌群的提取富集合性能优良的载体床，透过植入载体的微生物菌群，目的可达到20000mg/l，是普通活性污泥法生物浓度的 10 倍。

污染物流入反应器内，载体床能保证出所需要处理的污水能和微生物进行菌群进行接触， 而每个载体的直径只有 3/8 英寸，微生物载体内的细孔内外表面积大约有 2-3 平方米，能够使微生物有较大的空间附着而大量繁殖，CMIC 复合微生物固定化载体产品含有高效除磷脱氮微生物群落、氧化分解有机污染物的微生物菌群以及极端耐盐菌等。

CMIC 复合微生物固定化载体产品经相关检测部门检测结果表明：产品不含致病菌，不含重金属和有毒有害化学物质。

03、固化微生物的具体菌群分析以及相关功能参数



很多公司都说自己是复合菌群，但缺说不出到底是哪些菌群，这些菌群到底是什么样的存在，在自然水体中的作用是什么？下面列举一些CMIC常用固定化的菌群。下面列举三种：

1、Rhodospirillum rubrum

光合细菌，

属α-变型菌纲(Proteobacteria)、

红螺菌(Rhodospirillales)、

红螺菌科(Rhodospirillaceae)、

红螺菌属

(Rhodospirillum Molisch,1907)。

细胞弧形或螺旋形，0.8～1.5μm 宽，极生鞭毛运动，细胞行二分分裂，革兰氏染色阴性。光合内膜囊泡状或片层状。光合色素为细菌叶绿素 a 和螺菌黄素类类胡萝卜素。醌类以 Q 或 RQ 为主。细胞喜在光照厌氧条件下光异养生长。但可在黑暗条件下行微好氧或好氧生长。生长需生长因子。其中：G+C mol%：63～66。广泛分布于江河、湖泊、海洋等水域环境中，尤其在有机物污染的积水处数量较多。细胞内具有光合色素，在有光照条件下进行光合作用，利用太阳光获得能量，能有效地将氨态氮、亚硝基氮、硫化氢等有害物质吸收，降低氨氮和 BOD，促进有机物循环，净化水质。

2、Rhodopseudomonas palustris

光合细菌，

属红螺菌科、红假单胞菌属

(Rhodopseudomonas)。

细胞杆形，0.6~2.5μm×0.6~ 5.0μm，极生鞭毛运动或不运动;生长有极性，不对称出芽分裂。革兰氏染色阴性。片层状光合内膜位于细胞膜下且与之平行。光合色素为叶绿素 a、h 和类胡萝卜素。最佳生长方式是利用各种有机化合物作碳源和电子供体行光照厌氧生长。厌氧条件下以氢、硫代硫酸钠、硫化氢等作电子供体也可光自养生长。在微好氧至好氧条件下进行化能异养生长。

G+Cmol%:61.5~71.4(Bd)。能有效分解污水中有机物，还原亚硝酸盐，降低氨氮和 BOD，降解 2-氯苯酚(o-chlorophenol,2-CP)。

3、Pseudomonas azelaica

属变形菌门（Proteobacteria）；

γ-变形菌纲

（Gammaproteobacteria）；

假单胞菌目

（Pseudomonadales）；

假单胞菌科

（Pseudomonadaceae）；

假单胞菌属

（Pseudomonas）；

壬二酸假单胞菌种

(Pseudomonas azelaica)。

革兰氏阴性，有鞭毛，无芽孢的杆菌，菌落较大为白色、隆起，边缘规则，表面光滑，严格好氧，化能异养[9-11]。氧化酶阴性,接触酶阳性。最适生长温度为30℃。分解水体中的有机物，降解 2,4-二氯苯氧乙酸丁酯和 1,2,4-三氯苯，还原硝酸盐，降低氨氮和BOD。CMIC固定化载体微生物总体总类在几十种，在此不一一列举，那么这么多微生物的功能参数是怎么样的？

从此表中我们可以看出CMIC固定化载体微生物的具体分布结构以及对水体中的COD，BOD，氨氮，总磷，SS等都有削减作用，那么这些作用多地有多大？尤其是在河道等自然水体，它有什么设计边界条件？如何精确计算呢？它区别于其他微生物产品有什么明显的优势？

CMIC固定化载体微生物区别于其他微生物产品就在与无论从理论还是从实践层面上都有巨大的优势。

首先在设计层面上，它能精确计算和普通其他液体状或是粉末状的微生物产品来说只能靠估算不同，利用CMIC固定化载体微生物设计需要计算出水体中总的COD，总的氨氮，总的总磷，根据设定的参数按照严格的比例设计计算出所需固定化载体微生物的数量。

下面是CMIC在开放水体中设计参数。任何技术都有使用边际，下表总体反应了固定化载体微生物在开发水体中的各项指标中的设定条件，详见表二。

04、实际案例分析以及设计运用



图4：洛石河支涌水样检测结果

1、流速：

v真=0.66×v=0.66×0.2m/s=0.132m/s

2、流量：

Q=S×v=5㎡×0.132m/s=57024 m3/d

3、河道容积:

V容=3000m×5㎡=15000 m3

4、河水的水流停留时间：

HRT= V容/ Q=15000 m3/57024 m3/d=6.3h

5、根据提供水质监测数据：

取COD=50mg/l 、氨氮=10mg/l 、TP=2mg/l

河道总污染物质量统计：

Tcod=750kg、T氨氮=150kg、Ttp=30kg

6、河道C/N/P=100:20:4，

高于污水正常比例：C/N/P=100:5:1

排除工业污水进入的干扰，可得出：外源污染贡献率为1/4，内源污染贡献率为3/4。

7、河道水深为1m，≤2.8m，河边水速为0.03m/s，说明：流量冲刷会大大加快底泥等内源污染的释放。

以取活性污泥法治理生活污水为标准值，

按：固定化载体的生物量浓度与活性污泥相同，取3000mg/l；

固化微生物有效生物量为活性污泥法的10倍，即30000m/l，

活性污泥的污泥浓度为：3000mg/l;

水力停留时间为：8h

则：

处理57024m3/d，

COD=50mg/l、

氨氮=10mg/l 、

TP=2mg/l的污水

需要的活性污泥总量为：10500kg，

配比成固定化载体质量为：1050kg

校对：

因为：水力停留时间为6.3h＜8h

所以：水力时间补偿载体质量为：

8/6.3×1050kg=1333kg

因为：内源污染/外源污染=3，内源污染主要贡献N、P

所以：生物载体质量不变，但需要供给额外溶解氧

因此，3公里河道需要微生物载体量为：1333kg；

我们在黑臭河道治理上始终一个问题是不能量化，怎么量化我们的治污能力大于现有河道的内源外源污染，只有经过精确的计算，我们才有可能在系统手段上真正实现消除黑臭水体。

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