黄河水源水质修复研究
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本文作者：李健1孙泉2作者单位：1.中国石化集团胜利石油管理局供水公司2.山东胜邦塑胶有限公司
1微生物水质修复机理
1.1微生物对有机污染物的降解作用
当前已知的环境污染物达数十万种，其中大部分是有机化合物，微生物能够降解、转化这些物质，降低其毒性或使其完全无害化。微生物降解有机物有两种作用方式：第一，通过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细胞内后，由胞内酶降解。
1.2微生物对重金属污染物的修复机理
包括微生物对重金属离子的转化解毒作用和吸收累积作用。环境中重金属离子的长期存在使自然界中形成了一些特殊微生物，它们对有毒重金属离子具有抗性，可以使金属离子发生转化。对微生物而言，这是一种很好的解毒作用；对环境而言，则是一种很好的修复作用。另一方面，微生物吸附是微生物将重金属离子吸附在微生物表面，而微生物吸收是指微生物活细胞吸收重金属离子进入细胞内，并参与微生物新陈代谢过程，一般也称为微生物累积。失活微生物只能产生吸附作用，而活体微生物同时产生吸附和吸收作用。吸附和吸收都是对重金属离子的收集和浓缩，因此，利用微生物吸附、吸收重金属，再经过一定的处理，使其具有一定的粒度、硬度及稳定性后加以去除，可以达到去除水中重金属污染的目的。
2微生物水质修复技术
微生物对水质的修复技术包括采用生态方法强化微生物自净作用和生物化学技术两类。所谓生物自净作用的生态强化，是大力发展水生高等植物，尤其是沉水植物，构建良好的生态环境，增加微生物的附着面，以促进微生物的自然繁殖，增大微生物在水体自净中的作用。生物化学技术有两种，一种是向水体投加某些专性细菌的营养物质，促使细菌大量繁殖；另一种是直接向水体投加细菌，使水体微生物瞬间增大，并维持在一个较高的水平。
2.1投加微生物营养剂
尽管所有的微生物在生长繁殖过程中都需要有机质、无机营养盐，以进行同化和异化作用，其间存在共性，但不同种类的微生物在营养结构上有各自的特点，它们在水质净化中处理的污染物也不同。为了处理某些特定的污染物，需要培养针对这种污染物的专性微生物，可以向水体投加该专性微生物必须的专性营养物，使该微生物大量繁殖，称为优势菌种，达到水质修复的目的。
2.2生物试剂添加技术，又称为投菌法
该方法是向被污染的水体中投加人工培养的活性微生物，强化水体有机物的降解。以往的水处理理论认为细菌无处不在，在某特定环境中只要给予足够的时间，就会自然产生仅适应这种环境的菌群，并称为在这种环境下生存的强者。投菌法理论则认为，在某特定环境中自然生成的菌群虽能很好适应这种环境，但并不一定是这种环境中的最强者。因此，有必要投加经过筛选的具有特殊分解能力的菌种。通过对胜利油田地区原水生物资源和水质调查，展开通过向水体中投加微生物试剂，来提高水体的生物降解能力，从而有效缓解目前困扰水处理工艺的有机物降解问题。
3.1黄河下游微污染水源现状
胜利油田地处黄河下游，以黄河水为水源。近年来,由于黄河水源污染加剧，致使油田的水源水库普遍存在富营养化的问题。又由于油田平原水库一般蓄水深度较浅，库容面积大，蒸发量大，水库内水的停留时间长，当地日照充足，为水库内藻类的生长提供了极为有利的条件，并随着季节的更替，藻类在水库内生长、死亡、腐烂、沉积、释放，使油田水库有机污染与藻类含量水平居高不下，水库水质部分指标超出《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类水体的要求。2006年8月，我们对黄河取水口和油田11座大中型水库原水进行了采样分析，证实黄河取水口总磷、总氮超标，AOC（生物可同化有机碳）含量较高，Ames致突变试验结果呈阳性，蓝氏贾第鞭毛虫和隐孢子虫有检出；来水经沉沙蓄存后，CODMn一般处于5.5mg/L左右，最高可达8.6mg/L，藻类指标最高可达3.7亿个/L。蓄存期间，TOC明显上升，Ames致突变试验为弱阳性，两虫均有检出。为了解决这些问题，胜利油田供水公司开展了微生物修复试验研究，研究微生物对水库原水中藻类、氨氮及有机物的影响，对降低原水微污染水平、提高供水水质具有非常积极的意义。
3.2实验方案及数据采集
2007年，胜利油田供水公司在孤岛一库进行了微生物制剂的投放试验，本次实验共分为5个批次进行，每25天投放药剂一次，10月后不再投放，采样频次7天。微生物菌种的检测采用常规细菌检测方法，对细菌检测的数据说明，菌群活性的增强与细菌总数有较密切的关系，尽管我们共计进行了五次投药（其中后四次是补充投药），细菌总数并未出现大幅度的增长，说明试验水体已实现初步的生态平衡，投加菌剂过多有可能导致细菌总数大量繁殖的设想是不成立的。此次试验菌种由北京三安集团提供。应用三安集团Tech-BIA即“生命信息调控技术”，是目前世界首创的活信息生命科学研究技术方法，具有速度快、准确性高和成本低等优势）技术生产的水体环境净化菌种。孤岛一库在2006年供水体系运行调整中已作为备用水库，封闭管理，水域内有野生鱼类种群，数量较为稀少。
试验结果表明：
（1）温度对微生物活性有很大影响：通过对试验数据的分析发现：微生物菌种活性受温度的影响很大。当水温在25摄氏度以上时，微生物活性较为明显，对于氨氮、有机物、对藻类生长的抑制都明显优于低温状态下的活性。对细菌总数的检测结果也验证了上述结论。
（2）微生物菌剂对水体中的有机物去除效果：高锰酸盐指数：该项指标反映水体中有机物质的多少。我们在检测中采用的是高锰酸盐指数法。通过分析发现：微生物菌剂对水体中的有机物有一定的去除作用。相对于2006年同期，化学需氧量（COD）指数大幅飙升的势头被遏制，试验期间试验水体中高锰酸盐指数未发生超标现象。
（3）微生物菌群对藻类生长的抑制作用：通过对试验数据分析表明，微生物菌群对藻类的生长有一定的抑制作用，但相对于藻类的庞大数量，抑制效果并不明显。项目组分析认为，由于菌群的生长消耗大量营养物质（如氮、磷等），产生了与藻类相互竞争的关系，但由于菌群不能无限增长，因此对藻类生长的抑制并不太理想。具体见图2-3。
（4）菌群对氨氮类指标的去除：投放微生物菌群的水域氨氮含量低于未投放水域，说明微生物菌群对氨氮的吸收是有效果的。部分采样点内，氨氮的含量上升通过分析认为有以下几个原因造成：其一是由于夏季水库水体富营化程度加剧，氨氮总量超出微生物菌群的处理能力，是可能导致氨氮检测上升的直接原因。其二是由于水体中的生物链并不完善，微生物菌群的硝化反应与水库底泥的反硝化反应一直存在，当硝化反应后微生物菌群由于水体中缺乏足够的食物链（氨氮→微生物→浮游生物→鱼类，水体中鱼类不足）也是导致氨氮监测结果出现反复的主要原因。
4结语
试验结果表明，向微污染水体中投加经过人工优选的微生物菌种，对于水体中氨氮、有机物及藻类生长与有一定的抑制作用，但微生物菌种活性受温度的影响很大，当水温在25摄氏度以上时，微生物活性较为明显，对于氨氮、有机物、对藻类生长的抑制都明显优于低温状态下的活性。另外，当污染物含量超出微生物菌群的处理能力时，可能会导致各项检测指标上升。
