生物技术与水污染的防治

生物技术与水污染的防治

姓名：文飞学院：生命科学学院专业：生物工程学号：2013316047

摘要：就饮用水中的有机物去除和控制而言，生物稳定性和净水工艺衡量和影响它的两个重要因素。试图以饮用水中的有机物为研究对象，从生物稳定性和净水工艺两个角度，对有机物的衡量指标、去除机制及规律展开论述。

关键词：生物有机物细菌水污染

前言：随着社会经济的高速发展与城市化进程的加速，水资源危机已经成为继石油危机之后人类所面临的第二大危机。目前在我国，随着工业，特别是有机化工、石油化工、医药、农药、杀虫剂及除草剂等生产工业的迅速发展，有机化合物的产量和种类不断增加，各种生产废水和生活污水未达到排放标准就直接进入水体，水源水质污染问题日趋严重。然而，现有条件下的水厂广泛使用的传统制水工艺已很难达到日益提高的水质标准的要求，饮用水的安全性因而引起人们的普遍关注。

一、有机物的来源、危害与生物稳定性的提出

我国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家，水资源总量居世界第六位，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排第110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。

多年来，我国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重地威胁了社会的可持续发展，威胁了人类的生存。我国七大水系的污染程度以污染程度大小进行排序，其结果为:海河、淮河、黄河、松花江、长江，其中，辽河、海河、淮河污染最重。综合考虑我国地表水资源质量现状，符合《地面水环境质量标准》的Ⅰ、Ⅱ类标准只占32.2%（河段统计），符合Ⅲ类标准的占28.9%，属于Ⅳ、Ⅴ类标准的占38.9%，如果将Ⅲ类标准也作为污染统计，则我国河流长度有67.8%被污染，约占监测河流长度的2/3，可见我国地表水资源污染非常严重。从来源来看，水源水中的有机物的来源可分为两

大类。一类为天然有机物，是自然环境的代谢产物，包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的植物组织及动物的废弃物等。另一类是人工合成有机物，包括农药、工业废弃物等。近年来,水污染却非常严重,人们大量用水,或排放废水等,都会造成严重的水污染。

一般所称的水污染，主要是指由于人为因素直接或间接的将污染物质介入于水体后，变更其物理、化学或生物特性的改变，以致影响水的正常用途或危害国民健康及生活环境。

水污染来源包括天然的污染源及人为的污染源，人为的污染源有生活用水和工业废水的排放、农药、肥料等物质，经由地表水或地下水的渗透与流动而进入水体，使得水体环境受到污染、森林之采伐、耕作、土木工程等人为因素所造成水体中浮游物与溶解物的增加等。

不仅河流、湖泊受到污染，海洋也同样污染严重。污染的江河会继续污染海洋，而且海上溢油污染事件的频繁出现，也是污染海洋的重要原因。海洋遭受污染后所产生的一种灾害性海洋现象就是赤潮，由于海水过于营养化，某些浮游生物在水中爆发性繁殖，这种生长量特别巨大的浮游生物是粉红色或红褐色的，因此染红了海水，导致了赤潮。赤潮不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影响。一方面，赤潮引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为死海；另一方面，有些赤潮生物分泌毒素，这些毒素被食物链中的某些生物摄入，如果人类再食用这些生物，则会导致中毒甚至死亡。而水污染又是造成水严重缺乏的主要原因之一。据统计，全世界有100多个国家存在不同程度的缺水问题，其中有28个国家被列为缺水国或严重缺水国。目前正在世界许多地区出现的水资源供应危机。

水资源的缺乏和污染给人们的生活带来一系列问题。据调查，利比亚和印度目前的水资源开采量分别是其合理利用量的4倍和两倍，这将直接影响到它们今后的农业生产。泰国首都曼谷由于长期超量开采地下水，致使城市地面出现下沉的危险……随着城市化进程的加快，到2030年，发展中国家的城市人口将比现在增加3倍。如果不采取有效措施，面对城市人口激增与十分有限的水资源，人们将束手无策。目前，全世界有14亿人生活在缺乏洁净饮用水的地区，全球每年有700万人因缺水或饮用不卫生的水而致病死亡。并且居民所患的疾病中，大约80％直接或间接与饮用水不合格有关。

研究结果显示，饮用水中有机物具有众多的危害作用：（1）部分有机物为高毒性的持久性有机污染物或内分泌干扰物质，具有致癌性、生殖毒性、性等危害，对人体健康有直接的威胁；（2）部分有机物为消毒副产物的前体物质，在加氯消毒过程中可形成具有毒性的卤代有机化合物，进而危害人体健康；（3）饮用

水中的可生物降解有机物将对给水管网和管网水质产生危害。这其中的第三类危害已成为近年来的关注热点。

世界卫生组织在1996年对欧洲的277起水生疾病的调查表明，由于管网系统微生物再生长而导致的水生疾病占43％，我国对供水量占全国42.44％的36个城市调查结果表明：出厂水中细菌总数仅为6.6个/L，而在管网水中已上升到29.2个/L。

常规净水工艺中，一般采用加氯消毒并保持管网内一定的余氛含量来控制细菌生长，但现有研究表明部分细菌或大肠杆菌在经过氯消毒过程后，能在管网中修复、重新生长；并且当出厂水中营养物质浓度足够高时，即使加大投氯量，也很难抑制细菌的生长。大量针对给水管网内生物膜的生长、管网水细菌再生长和大肠杆菌爆发的研究表明：出厂水中存在可生物降解有机物（BOM）是管网中异养细菌重新生长的主要原因，并为此提出了饮用水生物稳定性的概念。

二、生物稳定性的概念、指标与给水管网中的细菌生长机制

（一）概念与指标

饮用水生物稳定性是指饮用水中可生物降解有机物支持异养细菌生长的潜力，即当有机物成为异养细菌生长的限制因素时，水中有机营养基质支持细菌生长的最大可能性。当前，一般采用可同化有机碳（AOC）和生物可降解溶解性有机碳（BDOC）作为饮用水生物稳定性的主要评价指标。越来越多的研究与试验证明，AOC和BDOC作为衡量饮用水中可生物降解有机物含量的指标与饮用水管网中细菌生长有着密切的关系。只有控制出厂水中的AOC与BDOC的含量达到一定的限值，才能有效的防止管网中细菌的再生长。

（二）生物稳定性与给水管网中的细菌生长机制

研究表明，饮用水生物稳定性高，则表明水中细菌生长所需的有机营养物含量低，细菌不易在其中生长；反之，饮用水生物稳定性低，则表明水中细菌生长所需的有机营养物含量高，细菌容易在其中生长。自来水及其管网中细菌的生长（再生长）按其来源看，可分为三类：其一，出厂水中含有较多的细菌进入管网而引起自来水中细菌的增加；其二，管网中细菌的生长繁殖引起的自来水中细菌的增加；最后，管网中外源细菌的进入。而在出厂水正常消毒与管网状况良好的情况下，第2点是引起自来水及其管网中细菌生长的主要途径。

一般认为有机基质的含量是影响其生长的主要因素，因此减少水中可生物降解有机物的含量将对控制异养细菌的生长起到决定性的作用。