水處理生物消毒技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望
自然界中一些生物能夠?qū)δ承┯泻ξ⑸锲鸬揭种苹蛘邭缱饔，而又不?duì)環(huán)境產(chǎn)生任何持續(xù)性的破壞作用，并受到這些生物特殊功能的啟發(fā)，發(fā)展了利用這些生物及其代謝產(chǎn)物進(jìn)行消毒滅菌的生物消毒法。
人們很早就認(rèn)識(shí)到自然界中一些生物能夠?qū)δ承┯泻ξ⑸锲鸬揭种苹蛘邭缱饔，而又不?duì)環(huán)境產(chǎn)生任何持續(xù)性的破壞作用，并受到這些生物特殊功能的啟發(fā)，發(fā)展了利用這些生物及其代謝產(chǎn)物進(jìn)行消毒滅菌的生物消毒法。早期的生物殺毒主要直接利用生物尤其是微生物機(jī)體本身進(jìn)行消毒。在中國(guó)古代，人們很早就認(rèn)識(shí)到一些特殊的植物具有幫助人們?cè)鰪?qiáng)體質(zhì)，抵抗疾病的醫(yī)學(xué)功能，因而一些中草藥可以說是最早的生物消毒劑。最近幾十年，國(guó)外已經(jīng)有研究者利用噬菌體和致弧菌來(lái)進(jìn)行水的消毒。又例如，在水處理領(lǐng)域，當(dāng)水進(jìn)行砂濾時(shí)可通過生物在新陳代謝過程中產(chǎn)生的生物膜將微生物濾除。此類傳統(tǒng)的生物消毒技術(shù)一般直接使用生物體進(jìn)行消毒，過程較為緩慢，對(duì)有害生物的殺滅效果尚不完全可靠，尤其對(duì)抵抗力較強(qiáng)的細(xì)菌芽孢一般無(wú)殺滅作用。此外還存在消毒效果難以確定、消毒效率不高以及不利于規(guī)；瘧(yīng)用等問題，難以達(dá)到現(xiàn)代水處理工業(yè)中水消毒的技術(shù)要求。
1.水處理生物消毒技術(shù)的發(fā)展
近年來(lái)隨著生物科技的發(fā)展以及對(duì)生物消毒機(jī)理認(rèn)識(shí)的深化，人們認(rèn)識(shí)到這些生物之所以具有消毒作用，是因?yàn)檫@些生物能夠分泌一些特定的生物化學(xué)活性物質(zhì)來(lái)消滅病菌、病毒或使其喪失活性，因此人們開始研究提取、利用和制備這些活性物質(zhì)并用于水的消毒。目前比較有代表性的是一些以某種有消毒特性的酶為主要活性成分的生物消毒劑，包括應(yīng)用現(xiàn)代生物基因工程技術(shù)生產(chǎn)的細(xì)菌胞壁溶解酶、酵母胞壁溶解酶、霉菌胞壁溶解酶、溶葡萄菌酶等活性物質(zhì)。當(dāng)這些活性物質(zhì)投加到水中時(shí)各種酶通過裂解或破碎細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和各種病毒的外殼蛋白，直接作用于水中有害細(xì)菌和病毒的遺傳物質(zhì)，裂解其DNA或RNA，達(dá)到殺滅這些有害細(xì)菌和病毒的目的。試驗(yàn)研究表明，以這些生物酶活性物質(zhì)為主要成分的生物消毒劑有良好的消毒作用，在國(guó)外已有某些品種的生物消毒劑實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并主要應(yīng)用于水的衛(wèi)生消毒中。
由于生物酶消毒劑的成本相對(duì)較高以及其他一些原因，目前還不能廣泛應(yīng)用于水處理行業(yè)。由于生物酶消毒劑涉及現(xiàn)代生物基因工程，其研制過程的艱巨性和復(fù)雜性可想而知。另一方面，目前通過對(duì)多種生物(如桉樹、辣椒、無(wú)脊椎動(dòng)物等)的生物化學(xué)研究，人們已經(jīng)提取獲得了諸如有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、內(nèi)酯、酚類、萘醌類、吲哚類等的幾十種具有消毒活性的天然產(chǎn)物，這些生物活性物質(zhì)都在一定程度上對(duì)有害微生物具有殺滅作用，且自身無(wú)毒，對(duì)環(huán)境不造成持續(xù)的不利影響。隨著現(xiàn)代生物、化學(xué)分析技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)這類生物活性物質(zhì)特性和結(jié)構(gòu)的了解不斷深化，為將這些生物活性物質(zhì)應(yīng)用于水處理消毒領(lǐng)域創(chuàng)造了十分有利的前提條件。
水處理的消毒就是指消除或殺滅水中的病原微生物，使其達(dá)到無(wú)害化。這里的無(wú)害化只是針對(duì)病原微生物，并不要求消除或殺滅所有微生物。同時(shí)，消毒是相對(duì)的而不是絕對(duì)的，它只要求將有害微生物的數(shù)量減少到無(wú)害的程度，而并不要求把所有有害微生物全部殺滅。一般來(lái)說，若能使微生物在消毒過程中的存活概率達(dá)到一個(gè)低值則可認(rèn)為消毒合格。同時(shí)，尤其是飲用水消毒要求不產(chǎn)生有毒物質(zhì)、使用時(shí)有效濃度低、對(duì)致病微生物有較強(qiáng)殺菌效果。研究證明，萘醌類、吲哚類等具有消毒活性的物質(zhì)中有一些生物活性物質(zhì)完全能滿足這些要求，具有良好的消毒效果。這些物質(zhì)在濃度很低的情況下就能起到消毒作用，對(duì)包括人在內(nèi)的哺乳動(dòng)物健康基本無(wú)害。研究結(jié)果還表明，利用這些物質(zhì)開發(fā)的新型的水處理生物消毒劑將有以下的優(yōu)點(diǎn)：①能夠最大限度地殺死、去除有害病原體或者使之喪失活性；②使用安全，對(duì)人體無(wú)害，對(duì)水環(huán)境無(wú)不利影響；③藥劑使用條件寬松，消毒操作簡(jiǎn)便；④消毒過程對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕；⑤消毒的費(fèi)用相對(duì)低廉。
實(shí)際上，目前用于水處理消毒的生物消毒劑主要是萘醌類、吲哚類等類型的消毒劑，其活性成分可直接從動(dòng)物、植物或者微生物體中提取。例如在日本有研究者將一些植物萃取物用作自來(lái)水供水管線上的抗菌劑。瑞士Ｍ.Ｓｕａｒｅｚ等的研究表明可以從某些植物種子中提取用于飲用水消毒的物質(zhì)。但是，通常有消毒作用且能應(yīng)用于水處理工業(yè)的天然生物活性物質(zhì)產(chǎn)量較少，為了解決這個(gè)問題，國(guó)外不少研究者正在尋求利用人工合成的方法生產(chǎn)這些生物活性物質(zhì)的技術(shù)和方法，或者直接研究開發(fā)人工合成生物活性物質(zhì)的消毒活性。美國(guó)一家公司已經(jīng)研究開發(fā)出以人工合成維生素為主要活性成分的生物消毒劑產(chǎn)品，目前已應(yīng)用于船舶壓艙水的處理。
目前存在的主要問題是水處理生物消毒法的消毒機(jī)理尚有待進(jìn)一步深入探究，能夠投入各種工程應(yīng)用的消毒劑產(chǎn)品種類尚有待進(jìn)一步增加。
2.應(yīng)用前景展望
總體而言，綠色環(huán)保的生物消毒技術(shù)在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，研究表明生物消毒技術(shù)可以在很多領(lǐng)域發(fā)揮作用，如用于飲用水消毒、污水消毒、海水消毒和用于控制微生物污染的工業(yè)循環(huán)水及中水回用等領(lǐng)域。
生物消毒技術(shù)雖然目前還沒有廣泛應(yīng)用，但是作為一種符合人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展理念的綠色環(huán)保型的水處理消毒技術(shù)，它具有成本相對(duì)低廉、理論相對(duì)成熟、研究方法相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，故應(yīng)用前景廣闊。
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