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有益菌在环保上的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-05-25  浏览次数:103
核心提示:目前,我国环境保护工作进入了以环境优化经济增长的新阶段,加快推动这一历史性转变,当前重要的工作是进一步加强污染防治。国内

 
目前,我国环境保护工作进入了以环境优化经济增长的新阶段,加快推动这一历史性转变,当前重要的工作是进一步加强污染防治。国内外的研究表明],益生菌技术在废水、废气、废渣以及生态保护等方面具有良好的作用效果,而益生菌技术自1991年引进我国,主要在农业方面进行了应用,并取得了明显效果,但在环保方面的应用还少见系统报道。

本文综述了益生菌技术在环境保护方面的应用研究,为益生菌技术在我国的发展提供科学依据和资料积累。

一、益生菌技术概况

益生菌(Effective Microorganisms)技术是一种新型的有效微生物技术,又称高效复合菌技术,是由日本琉球大学比嘉照夫教授发现并于1983年培育成功的。益生菌是采用独特工艺,将经过仔细筛选的好氧和厌氧性有益微生物以适当比例加以混合培养发酵而成的微生物活菌制剂,是以光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、革兰氏阳性放线菌群和发酵系的丝状菌群等5大类10属80余种微生物组成的复合菌剂。

EM技术的基本原理是基于头领效应的微生物群体生存理论和抗氧化学说[6]。根据微生态学的原理,益生菌中厌氧和好氧微生物并存,在生长中产生的有用物质及其分泌物成为各自或相互间生长的基质和原料,通过相互间的共生增殖关系,形成了一个复杂而稳定的微生态系统,可加速对有机物的降解,并发挥多种功能。因此,只要严格控制条件,充分发挥各菌群的共生增殖作用,维持良好的微生态系统,就能较好完成污染物降解等复杂过程。


二、益生菌技术在环境保护中的应用

1、益生菌技术在工业废水治理中的应用

(1)对食品废水的处理效果

在苹果废水处理中,党建章只用光合细菌法进行处理,尽管CODcr可去除80%,但仍不能达标排放,而用益生菌作进一步处理,CODcr、SS、S2-去除率可分别达到98%、81%、71%,实现达标排放。黄姜加工皂素产生的酸解黑液为高浓度有机废水,通常方法非常难以治理。王永科等用EM菌好氧条件下处理皂素废水,CODcr去除率为82.1%,而张勇等用益生菌配合物化法进行处理,COD去除率达到91%,再经生物流化床和土地处理系统后可实现达标排放。

另外,采用SBR 反应器处理CODCr为2000~4000mg / L食品废水,并投加0.5 %~0.7 %的益生菌 复壮,CODCr去除率可达到83. 0 % 。

(2)对味精废水的处理效果

通常味精废水在水解酸化过程中,产生硫化氢、氨氮等有毒有害气体,严重影响人们的身体健康。曹国良对味精废水进行水解酸化后附加益生菌处理,第一、二天添加1.0%益生菌,之后添加0.6%的益生菌基本能消除臭味,一个半月后添加0.2%的益生菌能达到稳定的除臭效果;添加0.2%的益生菌,12天后废水中COD可达到国家一级排放标准,污泥的产生量相对较少。

益生菌技术处理味精废水,可明显提高COD去除率,同时将废水中的氨氮转化为硝态氮或氮气等,并利用硫化氢作供氢体消耗硫化氢,消除了水解酸化过程中产生的硫化氢、氨氮等有毒有害气体。

(3) 对制药废水的处理效果

王国平等研究了益生菌与生物接触氧化工艺结合对制药废水进行处理,发现益生菌能有效附着在填料上,益生菌接种量在3/100000-3/10000范围内,能强化去除废水中的CODcr;与对照相比,益生菌接种量为1/10000、水力停留时间4h、气水比10:1的条件下,CODcr去除率增加12.4%,出水CODcr 93.60mg/L,实现达标排放,且益生菌处理可降低运行费用,消除废水处理中的恶臭,减少污泥产生数量。

(4)对医院废水的处理效果

通常医院污水处理中除磷外其它污染项目都可通过现有工艺稳定达标。庞艳等提出一种新型的生物除磷工艺即益生菌+化学除磷强化SBR工艺,益生菌配合SBR工艺能够提高COD的降解速度、聚磷菌的放磷速度,并能加速污水中的NH3- N 的硝化过程,益生菌的接种量为1/10 000(体积比)时,COD、磷、氮去除率分别最高达到了95.1%、97%、 94.2%。

(5)对其它工业废水的处理效果

研究表明,投加益生菌的活性污泥对高浓度染化废水中COD去除率高于普通菌17 %;在啤酒废水、酒精废水、含糖废水、油污废水和豆腐废水中,益生菌技术都具有提高COD去除率、减少污泥和消除臭味的作用。

2、益生菌在生活污水处理中的应用

据统计,2005年全国废水排放总量为524.5亿吨,其中生活污水占53.6%,而目前全国城市生活污水处理率不到40%,大部分生活污水未经处理直接排入水体,引起水体中氮、磷化合物超标,导致水体富营养化,对环境造成了一定危害。益生菌是一种混合菌,能够在一定程度上提高生活污水中常见污染物的去除效果。

1)益生菌技术对生活污水中有机碳化物的去除效果

投加益生菌处理城市生活污水,BOD5的去除率可达70. 7 %-90.3%,COD的去除率可达到60 %-80% ,而且去除效果好氧条件好于厌氧条件,且处理后污泥产生少,能耗消耗低。
对厨房排出的污水用益生菌处理,COD、SS去除率分别达到89.8%、95.4%,混浊度降低94.3%,而水中DO则增加80%。对粪便污水进行益生菌净化,BOD5的去除率可达到66 %-99 %,出水COD 133mg/ L,BOD5 30 mg/ L,SS 25 mg/ L,实现达标排放 。

选择适宜的益生菌载体是充分发挥益生菌去除污染物效果的重要因素。将益生菌技术与SBR工艺结合处理城市污水,COD 平均去除率达81.10 %,增幅12.47 %  ,同时还能显著缩短SBR的曝气时间和运行周期,并可节能降耗。另外,构建KMT及EM-KMT生物流化床工艺处理城市污水, BOD、COD、SS去除率均可达75%~95%,出水水质优于国家一级排放标准.

2)益生菌技术对生活污水中氮、磷的去除效果

氮、磷是控制水体富营养化过程的关键性营养物。投加益生菌培养活性污泥处理生活污水,益生菌可显著提高氨氮和磷的去除率,污水中NH4+-N 和T-N 的去除率最高可达到91.87%和96.77%,较对照组分别提高8.48%和18.41% ,总磷的去除率可达到60. 1 % 。并具有显著缩短SBR的曝气时间并可节能降耗的优点,且研究表明当益生菌投加量(VEM/V污水)在1/10000~5/1000范围时,TN的去除率随EM量的增加而逐渐提高。对于原水总磷在4.295~29.839 mg/L之间变化的污水,得出去除总磷的建议最佳组合:接种量0.8%、pH值为8、曝气时间为6 h、反应时间为24 h。

3、益生菌技术在畜禽养殖污染治理中的应用

据统计,全国90%的规模化畜禽养殖场未经过环境影响评价,60%的养殖场缺乏必要的污染防治措施。由于污染问题没有得到有效解决,大部分的规模化养殖场周围臭气冲天、蚊蝇成群、地下水硝酸盐含量严重超标,少数地区传染病与寄生虫病流行,对人们身体健康威胁很大。而益生菌与动物肠道内的有益菌相互协同,可以提高对蛋白质的利用率和畜禽饲料的转化率,并可分解复杂的有机物,抑制、消除畜禽舍的恶臭气味,苍蝇密度大大下降,经益生菌发酵后的畜禽粪便成为十分抢手的有机肥料。

用益生菌发酵饲料进行饲喂,并用益生菌液喷洒猪舍,发现养猪场妊娠舍、分娩舍、保育舍NH3含量较对照舍分别降低10.7%、54.9%、13.6%,H2S含量较对照舍分别降低17.6%、50.6%、57.5%;在养殖场用益生菌技术灭蝇效果明显,且费用低,苍蝇数量较对照组分别减少30%、34.6%、33.3%。另外,用益生菌处理养猪场排放的污水一个月后,其生物需氧量降低36. 4 %,悬浮物降低68. 87 %。

在养鸡场的研究表明,用益生菌饲料结合益生菌饮水饲喂,试验组比对照组鸡舍内臭味明显减轻,试验组氨气浓度下降了14. 5%-69.7%,硫化氢浓度下降了65. 5%-72. 9%。另外,益生菌可降低鸡舍空气中CO2的含量,使CO2降低了31.75 %。

4、益生菌技术在河流、湖泊环境净化中的应用

水体富营养化是影响湖泊、池塘等景观水体质量的重要环境因素。因此,水体富营养化防治已成为目前国际上水体污染面临的重大课题。

投加1/1000体积比益生菌菌剂并辅以低速间歇式曝气处理富营养化源水,藻类生物量得到明显控制,水样叶绿素a、TN、TP和CODcr的去除率分别达到90.49%、45.25%、55.48%和82.37%,出水水质接近国家地表水Ⅳ类标准。另外,在PFS30mg/L、益生菌体积比5/10000、曝气时间HRT/2(HRT=5 d)、水温25℃、pH中性时,应用聚合硫酸铁(PFS)-益生菌组合工艺可使藻型富营养化原水中叶绿素a、TP、COD、TN的去除率分别达到93%、89%、85%、60%,出水达到国家标准。此外,益生菌处理2个月后藻型富营养化湖泊水体的透明度提高了433%;在投放菌剂后溶解氧暂时下降,但很快上升至12.99 mg/L;停止使用益生菌约1个半月后, 尽管水体透明度、总N、总P、高锰酸盐指数和COD均有反弹, 但一直未有“水华”发生。
李捍东等在云南滇池内湖草海和广西南宁南湖上的研究也表明益生菌处理后水体透明度明显提高,叶绿素a 、藻量有很大程度的降低,COD、BOD、TN、TP 等去除效果显著。

益生菌技术对藻型富营养化水体的净化作用可能是由于益生菌可改变水体中氮磷营养盐水平及藻类生物量与氮/磷质量分数的相关性,成为影响或抑制藻类生长的主导因子的原因,但详细机制尚需深入探讨。

5、益生菌技术对固体废物环境治理中的应用

有研究表明,在厨房的垃圾袋里撒少许益生菌粉,避光封存,几天后生活垃圾即可发酵成优质堆肥,并且用益生菌处理生活垃圾,具有很强的除臭作用,且灭蝇效果显著。对于酿制酒、醋酱等食品工业生产中的废渣,可经压滤除水后,添加0.1% 益生菌进行二次厌氧发酵,可将废渣干燥粉碎后作营养价值较高的饲料。

另外,对垃圾填埋过程中产生的高浓度垃圾渗滤液,叶晓玫等通过应用益生菌技术静态稳定塘中试,发现益生菌对高浓度难生化降解的垃圾渗滤液的处理效果显著,主要指标BOD5、CODcr、NH3-N和T-P的去除率分别达到89.82%、77.55%、67.70%和67.62%,其色度104 d后去除率达到83% , 颜色从墨汁黑转为淡黄色。

尽管,益生菌技术已被证实是废物资源利用和垃圾渗滤液生化处理的一种新技术、新方法,但益生菌菌群的作用机理尚需我们更深入的探讨和研究。

6、益生菌在农村生态环境保护中的应用

当前,国家环保总局启动并实施了“农村小康环保行动计划”,主要任务是在社会主义新农村建设中解决农村污染防治和生态破坏以及农村“脏、乱、差”问题,促进当地经济、社会与生态环境的协调发展。研究表明益生菌技术的应用,可以有效的防治农村污染、改善农村生态环境]。

应用益生菌技术一是可以显著改善土壤物理化学性质,提高肥力,减少病虫害,减少农田农药、化肥的使用量,减轻农村面源污染。有资料表明,农田使用益生菌一年,农药、化肥使用量可减少20~35% ,连续使用二年,农药、化肥使用量可减少30~40%,若连续使用多年,可基本停止农药和化肥的使用。二是用益生菌发酵处理农村的秸秆,制成秸秆粗饲料,可资源化综合利用,减少秸秆焚烧带来的大气污染,另外益生菌可以在水稻产量明显提高的情况下,抑制水稻田甲烷排放量50%以上,进一步减少大气污染。另外,益生菌技术可以转化农村垃圾和粪便,制成可供植物直接利用的生物有机肥,减少农村固体废物污染。

三、益生菌技术在环境保护中的应用与研究展望

传统的治污设备存在投资高、占地大、运行费用高等缺点,而益生菌技术可克服这些缺点,并且具有操作简单、管理方便、污染物去除率高、污泥产生量少、设备损耗低等优点,但益生菌技术在环境保护领域的应用还处于相对滞后阶段。因此,可以从以下几个方面开展益生菌技术在环境保护中的应用研究。

1、针对污染物的类型、分布规律、危害程度和影响因素等,进一步探讨益生菌剂量、投加方式、投加时期、运行时间和环境条件等对污染物去除效果的影响,优选最佳工艺。

2、进一步深化益生菌技术环境净化的机理研究,特别是益生菌降解污染物的分子反应动力学研究等,为益生菌技术在环保领域的更大应用提供科学依据。

3、大力开展益生菌技术生物反应器研究。当前,益生菌用于污染治理,存在益生菌驯化、复壮和选择适宜载体等问题。开展益生菌技术生物反应器研究,例如在废水处理方面,可将益生菌与活性污泥法等结合起来研制新型废水生物反应器。

4、进一步加强益生菌的生产技术研究。当前,益生菌技术的大规模推广应用,建立益生菌的生产技术标准已成当务之急。另外,通过基因工程筛选和大规模培养具有专一耐受性的益生菌高效菌也是未来的发展方向。

5、进一步建立和完善益生菌技术研究推广协会,培养技术人员,发挥全国益生菌技术试点网络作用,探讨通过研究-试验-示范-推广的方式,推进益生菌在环保领域更为广泛的应用。

 
 
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