生态环境工程中微生物治理技术的应用思考

当前，工业化与城市化进程的加速给生态环境带来了巨大压力，水体污染、大气污染、土壤污染等问题层出不穷，严重威胁着人类健康与生态平衡。传统的环境治理方法在应对复杂多样的污染时逐渐暴露出局限性，而微生物治理技术作为一种绿色、高效且具有潜力的新兴技术手段应运而生。微生物凭借其种类繁多、代谢途径多样、繁殖迅速等特性，能够参与众多污染物的降解、转化与固定过程，在生态环境工程领域的地位愈发凸显。

1 微生物治理环境污染问题的特点

微生物技术作为现代环保领域的佼佼者，凭借其低成本、高效率、低能耗及无二次污染等突出优点，赢得了全球学者们的广泛关注与高度评价。

该技术凭借强大的环境适应性与代谢多样性，已成为现代环境治理的核心手段。无论是净化污染水体、修复受损土壤、改善大气质量，还是降解工业废水中的有毒有害物质，以及环境质量的监测预警与生态修复等领域，微生物技术都展现出不可替代的价值。随着酶工程、细胞工程、基因工程等生物技术的突破创新，该技术的独特优势愈发显著：处理成本低、效率高、特异性强的特点，使其在工业废水处理、固体废弃物资源化等细分领域具备广阔的应用前景 [1]。如今，微生物技术已突破传统环境治理范畴，向生态修复、环境监测预警等新兴领域不断延伸，为解决全球性环境问题提供了可持续的解决方案，而且在环境监测领域也扮演着至关重要的角色。作为环境质量预测与预警的关键环节，微生物技术依托其独特的技术原理（见图 1），在垃圾与污水处理、河道治理中发挥着显著的作用。

2 生态环境工程中微生物治理技术的应用

2.1 水污染治理中的应用

一是污水脱氮治理技术。污水中氮的来源多样且复杂，如图 2 所示，其有效治理显得尤为重要。在处理污水中的氮元素时，必须根据实际情况灵活选用脱氮技术。其中，活性污泥法脱氮工艺以及 A/0 （缺氧 / 好氧）工艺是两种常用的高效方法。这些技术通过优化微生物的生存环境，促进硝化反硝化过程，使污水中 NH4+-N （铵态氮）的去除率能够达到 80% 左右，显著降低了污水中的氮含量。为了进一步提升脱氮效果，序批式活性污泥（SBR）工艺与氧化沟工艺得到广泛应用。SBR 工艺通过周期性地改变反应器的运行条件，如进水、曝气、沉淀和排水等阶段，实现了对污水的高效处理[2]。而氧化沟工艺则利用连续循环的水流和曝气装置，为微生物提供了良好的生长环境，促进了氮的转化与去除。在这两种工艺的综合作用下，污水中总氮（TN）的去除率可以提升至 90% 甚至更高，从而更加彻底地解决污水中的氮污染问题。

二是水体重金属污染治理技术。水体重金属污染严重威胁农作物生长和居民生活质量，微生物技术在该领域的治理中优势显著。真菌、细菌、放线菌等多种微生物，可凭借吸附、吸收等方式，有效处理重金属污染物，降低其毒性，达到净化水质的目的。微生物治理水体重金属污染，主要依赖以下两种技术路径：其一，微生物吸附法。该方法借助对重金属具有特异性吸附功能的微生物材料，实现水体中重金属的高效富集。相比传统污水处理技术，微生物吸附法成本低廉，微生物来源广泛，且污染物去除效果更为优异。其二，微生物沉淀转化技术。微生物可通过还原反应，将水体中的重金属转化为难溶性沉淀，降低其迁移性与生物毒性。例如，在厌氧条件下，微生物能促使重金属离子与自身还原产生的硫化氢结合，形成稳定的金属硫化物沉淀，进而实现重金属从水体中的分离与去除。

2.2 空气治理中的应用

微生物治理空气污染物主要基于微生物的代谢作用。空气中的有害气体，如挥发性有机化合物（VOCs）、硫化氢、氨等，可作为微生物的碳源、氮源或硫源等被微生物摄取利用。在适宜的环境条件下，微生物通过体内特定的酶系统将这些污染物逐步分解转化为无害的二氧化碳、水、硫酸盐、硝酸盐等物质，从而实现空气的净化。例如，一些细菌能够利用甲苯、苯乙烯等 VOCs 作为唯一碳源进行生长繁殖，在代谢过

程中将其分解为简单的无机物。

生物过滤法通常是将含有微生物的填料（如堆肥、泥炭、木屑等有机材料或惰性材料与微生物混合而成）填充于生物滤池中。污染空气由风机驱动通过滤池，其中的污染物与填料表面的微生物接触并被吸附、降解。这种方法适用于处理低浓度、大流量的有机废气和异味气体，具有设备简单、运行成本低、无二次污染等优点。该方法处理效率可达到 80%～95% ，但对进气温度和湿度有一定要求，进气浓度过高可能会对微生物产生抑制作用，而湿度太低则会影响微生物活性和填料的性能。生物洗涤法主要由吸收塔和再生池两部分组成。在吸收塔中，污染空气与含有微生物的吸收液逆向接触，污染物被吸收液吸收转移至液相，然后将吸收了污染物的吸收液引入再生池[3]。在再生池中，微生物对污染物进行氧化分解代谢，使吸收液得以再生并循环使用。该方法适用于处理高水溶性、中等浓度的废气，对酸性气体和含硫、含氮化合物的处理效果较好。生物滴滤法结合了生物过滤法和生物洗涤法的特点。它采用惰性填料（如陶瓷、塑料等）作为微生物的载体，循环喷淋含有微生物和营养物质的液体。污染空气通过填料层时，污染物被填料表面的微生物和喷淋液共同作用而降解。生物滴滤法的优点在于对进气浓度和负荷变化的适应性较强，处理效率较高且稳定，能处理多种类型的污染物，尤其适用于处理含有易降解和难降解混合污染物的废气。在喷漆、印刷等行业废气治理中有较好的应用效果，处理效率通常可达到 85%～98% 。不过，该方法也需要对喷淋液的流量、温度、营养成分等进行精细调控，并且填料可能会出现堵塞等问题，需要定期维护清理。

2.3 土壤修复中的应用

微生物在土壤修复中的作用主要基于其代谢功能和对污染物的转化、降解能力。土壤中的微生物种类繁多，包括细菌、真菌、放线菌等，它们能够通过多种途径与土壤污染物相互作用。对于有机污染物，如石油烃、多环芳烃（PAHs）、农药等，微生物可利用其作为碳源和能源进行生长代谢，在酶的催化下逐步将复杂的有机分子分解为简单的无机物，如二氧化碳、水等，或者转化为毒性较低的中间产物，最终实现有机污染物的矿化。

微生物治理技术在土壤修复中的主要类型包含：（1）生物强化。生物强化是通过向污染土壤中添加具有特定降解能力的微生物菌株或微生物菌群，以提高土壤中污染物的降解速率和修复效果。这些添加的微生物可以是从污染现场筛选驯化得到的高效降解菌，也可以是从其他环境中分离获得的具有特殊代谢功能的微生物。在生物强化过程中，需要考虑微生物与土壤环境的相容性、微生物的存活和定殖能力以及与土著微生物的竞争关系等因素。例如，在多环芳烃污染土壤修复中，向土壤中接种能够高效降解PAHs 的白腐真菌，可显著提高PAHs 的降解速度，缩短修复时间[4]。（2）植物－微生物联合修复。该类型是借助植物与微生物间的协同效应来实现污染土壤修复的一种方法。植物根系可为微生物营造适宜的栖息环境、氧气和营养物质，促进微生物的生长和繁殖；同时，微生物能够协助植物吸收养分、增强植物对污染物的耐受性，并参与污染物的降解转化。例如，一些根际微生物能够分泌植物生长激素，促进植物根系的生长发育，使植物更好地吸收土壤中的污染物；而植物根系分泌的有机酸等物质则可为微生物提供碳源，激发微生物的活性。在重金属污染土壤修复中，某些植物如印度芥菜能够吸收土壤中的重金属离子，并通过根系分泌物与微生物相互作用，将重金属离子转化为沉淀或降低其毒性。这种联合修复方法综合了植物修复和微生物修复的优点，具有较好的环境效益和应用前景。

3 结语

微生物治理技术在生态环境工程中的应用无疑为解决当今严峻的环境问题开辟了一条充满希望的道路。在废水处理领域，无论是污水脱氮治理技术还是水体重金属污染治理技术，都在不断革新着传统的废水净化模式，提高处理效率的同时降低了能耗与二次污染风险。在空气治理方面，生物过滤法、生物洗涤法和生物滴滤法等技术各显神通，以其独特的生物降解机制有效削减了大气污染物，为改善空气质量贡献力量，尤其在应对恶臭气体与挥发性有机化合物污染时表现卓越。而于土壤修复领域，生物强化以及植物 - 微生物联合修复等策略充分利用了微生物的代谢多样性，逐步化解土壤中的有机污染与重金属危害，助力土壤生态系统的恢复与重建。

参考文献

[1] 王炜 , 王琳 . 微生物技术在环境治理中的作用研究 [J]. 工业微生物 ,2023,53(02):46-48.

[2] 陈成 . 微生物在环境污染治理中的应用 [J]. 上海轻工业 ,2023,(01):162-164.

[3] 易海晏 , 易玉梅 . 生态环境工程中微生物治理技术的应用 [J]. 低碳世界 ,2022,12(09):34-36.

[4] 迟冉 , 刘春光 . 固定化微生物在水环境治理中的应用 [J]. 能源与环保 ,2021,43(11):45-50.