有益菌在環保上的應用
目前，我國環境保護工作進入了以環境優化經濟增長的新階段，加快推動這一歷史性轉變，當前重要的工作是進一步加強污染防治。國內外的研究表明]，益生菌技術在廢水、廢氣、廢渣以及生態保護等方面具有良好的作用效果，而益生菌技術自1991年引進我國，主要在農業方面進行了應用，并取得了明顯效果，但在環保方面的應用還少見系統報道。
本文綜述了益生菌技術在環境保護方面的應用研究，為益生菌技術在我國的發展提供科學依據和資料積累。
一、益生菌技術概況
益生菌（Effective Microorganisms）技術是一種新型的有效微生物技術，又稱高效復合菌技術，是由日本琉球大學比嘉照夫教授發現并于1983年培育成功的。益生菌是采用獨特工藝，將經過仔細篩選的好氧和厭氧性有益微生物以適當比例加以混合培養發酵而成的微生物活菌制劑，是以光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、革蘭氏陽性放線菌群和發酵系的絲狀菌群等5大類10屬80余種微生物組成的復合菌劑。
EM技術的基本原理是基于頭領效應的微生物群體生存理論和抗氧化學說[6]。根據微生態學的原理，益生菌中厭氧和好氧微生物并存，在生長中產生的有用物質及其分泌物成為各自或相互間生長的基質和原料，通過相互間的共生增殖關系，形成了一個復雜而穩定的微生態系統，可加速對有機物的降解，并發揮多種功能。因此，只要嚴格控制條件，充分發揮各菌群的共生增殖作用，維持良好的微生態系統，就能較好完成污染物降解等復雜過程。
二、益生菌技術在環境保護中的應用
1、益生菌技術在工業廢水治理中的應用
（1）對食品廢水的處理效果
在蘋果廢水處理中，黨建章只用光合細菌法進行處理，盡管CODcr可去除80%，但仍不能達標排放，而用益生菌作進一步處理，CODcr、SS、S2-去除率可分別達到98%、81%、71%，實現達標排放。黃姜加工皂素產生的酸解黑液為高濃度有機廢水，通常方法非常難以治理。王永科等用EM菌好氧條件下處理皂素廢水，CODcr去除率為82.1％，而張勇等用益生菌配合物化法進行處理，COD去除率達到91%，再經生物流化床和土地處理系統后可實現達標排放。
另外，采用SBR 反應器處理CODCr為2000～4000mg / L食品廢水,并投加0.5 %～0.7 %的益生菌 復壯，CODCr去除率可達到83. 0 % 。
（2）對味精廢水的處理效果
通常味精廢水在水解酸化過程中，產生硫化氫、氨氮等有毒有害氣體，嚴重影響人們的身體健康。曹國良對味精廢水進行水解酸化后附加益生菌處理，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，一個半月后添加0.2%的益生菌能達到穩定的除臭效果；添加0.2%的益生菌，12天后廢水中COD可達到國家一級排放標準，污泥的產生量相對較少。
益生菌技術處理味精廢水，可明顯提高COD去除率，同時將廢水中的氨氮轉化為硝態氮或氮氣等，并利用硫化氫作供氫體消耗硫化氫，消除了水解酸化過程中產生的硫化氫、氨氮等有毒有害氣體。
(3) 對制藥廢水的處理效果
王國平等研究了益生菌與生物接觸氧化工藝結合對制藥廢水進行處理，發現益生菌能有效附著在填料上，益生菌接種量在3/100000-3/10000范圍內，能強化去除廢水中的CODcr；與對照相比，益生菌接種量為1/10000、水力停留時間4h、氣水比10:1的條件下，CODcr去除率增加12.4%，出水CODcr 93.60mg/L，實現達標排放，且益生菌處理可降低運行費用，消除廢水處理中的惡臭，減少污泥產生數量。
（4）對醫院廢水的處理效果
通常醫院污水處理中除磷外其它污染項目都可通過現有工藝穩定達標。龐艷等提出一種新型的生物除磷工藝即益生菌+化學除磷強化SBR工藝，益生菌配合SBR工藝能夠提高COD的降解速度、聚磷菌的放磷速度，并能加速污水中的NH3- N 的硝化過程，益生菌的接種量為1/10 000（體積比）時，COD、磷、氮去除率分別最高達到了95.1%、97%、 94.2%。
（5）對其它工業廢水的處理效果
研究表明，投加益生菌的活性污泥對高濃度染化廢水中COD去除率高于普通菌17 %；在啤酒廢水、酒精廢水、含糖廢水、油污廢水和豆腐廢水中，益生菌技術都具有提高COD去除率、減少污泥和消除臭味的作用。
2、益生菌在生活污水處理中的應用
據統計，2005年全國廢水排放總量為524.5億噸，其中生活污水占53.6％，而目前全國城市生活污水處理率不到40％，大部分生活污水未經處理直接排入水體，引起水體中氮、磷化合物超標，導致水體富營養化，對環境造成了一定危害。益生菌是一種混合菌，能夠在一定程度上提高生活污水中常見污染物的去除效果。
1）益生菌技術對生活污水中有機碳化物的去除效果
投加益生菌處理城市生活污水，BOD5的去除率可達70. 7 %-90.3%，COD的去除率可達到60 %-80% ，而且去除效果好氧條件好于厭氧條件，且處理后污泥產生少，能耗消耗低。
對廚房排出的污水用益生菌處理，COD、SS去除率分別達到89.8%、95.4%，混濁度降低94.3%，而水中DO則增加80%。對糞便污水進行益生菌凈化，BOD5的去除率可達到66 %-99 %，出水COD 133mg/ L，BOD5 30 mg/ L，SS 25 mg/ L，實現達標排放 。
選擇適宜的益生菌載體是充分發揮益生菌去除污染物效果的重要因素。將益生菌技術與SBR工藝結合處理城市污水，COD 平均去除率達81.10 %，增幅12.47 % ,同時還能顯著縮短SBR的曝氣時間和運行周期，并可節能降耗。另外，構建KMT及EM-KMT生物流化床工藝處理城市污水， BOD、COD、SS去除率均可達75%～95%，出水水質優于國家一級排放標準.
2）益生菌技術對生活污水中氮、磷的去除效果
氮、磷是控制水體富營養化過程的關鍵性營養物。投加益生菌培養活性污泥處理生活污水，益生菌可顯著提高氨氮和磷的去除率，污水中NH4+-N 和T-N 的去除率最高可達到91.87%和96.77%，較對照組分別提高8.48%和18.41% ，總磷的去除率可達到60. 1 % 。并具有顯著縮短SBR的曝氣時間并可節能降耗的優點，且研究表明當益生菌投加量(VEM/V污水)在1/10000～5/1000范圍時，TN的去除率隨EM量的增加而逐漸提高。對于原水總磷在4.295～29.839 mg/L之間變化的污水，得出去除總磷的建議最佳組合：接種量0.8%、pH值為8、曝氣時間為6 h、反應時間為24 h。
3、益生菌技術在畜禽養殖污染治理中的應用
據統計，全國90％的規模化畜禽養殖場未經過環境影響評價，60％的養殖場缺乏必要的污染防治措施。由于污染問題沒有得到有效解決，大部分的規模化養殖場周圍臭氣沖天、蚊蠅成群、地下水硝酸鹽含量嚴重超標，少數地區傳染病與寄生蟲病流行，對人們身體健康威脅很大。而益生菌與動物腸道內的有益菌相互協同，可以提高對蛋白質的利用率和畜禽飼料的轉化率，并可分解復雜的有機物，抑制、消除畜禽舍的惡臭氣味，蒼蠅密度大大下降，經益生菌發酵后的畜禽糞便成為十分搶手的有機肥料。
用益生菌發酵飼料進行飼喂，并用益生菌液噴灑豬舍，發現養豬場妊娠舍、分娩舍、保育舍NH3含量較對照舍分別降低10.7%、54.9%、13.6%，H2S含量較對照舍分別降低17.6%、50.6%、57.5%；在養殖場用益生菌技術滅蠅效果明顯，且費用低，蒼蠅數量較對照組分別減少30%、34.6%、33.3%。另外，用益生菌處理養豬場排放的污水一個月后，其生物需氧量降低36. 4 %，懸浮物降低68. 87 %。
在養雞場的研究表明，用益生菌飼料結合益生菌飲水飼喂，試驗組比對照組雞舍內臭味明顯減輕，試驗組氨氣濃度下降了14. 5%-69.7%，硫化氫濃度下降了65. 5%-72. 9%。另外，益生菌可降低雞舍空氣中CO2的含量，使CO2降低了31.75 %。
4、益生菌技術在河流、湖泊環境凈化中的應用
水體富營養化是影響湖泊、池塘等景觀水體質量的重要環境因素。因此，水體富營養化防治已成為目前國際上水體污染面臨的重大課題。
投加1/1000體積比益生菌菌劑并輔以低速間歇式曝氣處理富營養化源水，藻類生物量得到明顯控制，水樣葉綠素a、TN、TP和CODcr的去除率分別達到90.49%、45.25%、55.48%和82.37%，出水水質接近國家地表水Ⅳ類標準。另外，在PFS30mg/L、益生菌體積比5/10000、曝氣時間HRT/2(HRT=5 d)、水溫25℃、pH中性時，應用聚合硫酸鐵（PFS）-益生菌組合工藝可使藻型富營養化原水中葉綠素a、TP、COD、TN的去除率分別達到93％、89％、85％、60％，出水達到國家標準。此外，益生菌處理2個月后藻型富營養化湖泊水體的透明度提高了433%；在投放菌劑后溶解氧暫時下降，但很快上升至12.99 mg/L；停止使用益生菌約1個半月后, 盡管水體透明度、總N、總P、高錳酸鹽指數和COD均有反彈, 但一直未有“水華”發生。
李捍東等在云南滇池內湖草海和廣西南寧南湖上的研究也表明益生菌處理后水體透明度明顯提高，葉綠素a 、藻量有很大程度的降低，COD、BOD、TN、TP 等去除效果顯著。
益生菌技術對藻型富營養化水體的凈化作用可能是由于益生菌可改變水體中氮磷營養鹽水平及藻類生物量與氮/磷質量分數的相關性，成為影響或抑制藻類生長的主導因子的原因，但詳細機制尚需深入探討。
5、益生菌技術對固體廢物環境治理中的應用
有研究表明，在廚房的垃圾袋里撒少許益生菌粉，避光封存，幾天后生活垃圾即可發酵成優質堆肥，并且用益生菌處理生活垃圾，具有很強的除臭作用，且滅蠅效果顯著。對于釀制酒、醋醬等食品工業生產中的廢渣，可經壓濾除水后，添加0.1% 益生菌進行二次厭氧發酵，可將廢渣干燥粉碎后作營養價值較高的飼料。
另外，對垃圾填埋過程中產生的高濃度垃圾滲濾液，葉曉玫等通過應用益生菌技術靜態穩定塘中試，發現益生菌對高濃度難生化降解的垃圾滲濾液的處理效果顯著,主要指標BOD5、CODcr、NH3-N和T-P的去除率分別達到89.82%、77.55%、67.70%和67.62%，其色度104 d后去除率達到83% , 顏色從墨汁黑轉為淡黃色。
盡管，益生菌技術已被證實是廢物資源利用和垃圾滲濾液生化處理的一種新技術、新方法，但益生菌菌群的作用機理尚需我們更深入的探討和研究。
6、益生菌在農村生態環境保護中的應用
當前，國家環保總局啟動并實施了“農村小康環保行動計劃”，主要任務是在社會主義新農村建設中解決農村污染防治和生態破壞以及農村“臟、亂、差”問題，促進當地經濟、社會與生態環境的協調發展。研究表明益生菌技術的應用，可以有效的防治農村污染、改善農村生態環境]。
應用益生菌技術一是可以顯著改善土壤物理化學性質，提高肥力，減少病蟲害，減少農田農藥、化肥的使用量，減輕農村面源污染。有資料表明，農田使用益生菌一年，農藥、化肥使用量可減少20～35% ，連續使用二年，農藥、化肥使用量可減少30～40%，若連續使用多年，可基本停止農藥和化肥的使用。二是用益生菌發酵處理農村的秸稈，制成秸稈粗飼料，可資源化綜合利用，減少秸稈焚燒帶來的大氣污染，另外益生菌可以在水稻產量明顯提高的情況下，抑制水稻田甲烷排放量50%以上，進一步減少大氣污染。另外，益生菌技術可以轉化農村垃圾和糞便，制成可供植物直接利用的生物有機肥，減少農村固體廢物污染。
三、益生菌技術在環境保護中的應用與研究展望
傳統的治污設備存在投資高、占地大、運行費用高等缺點，而益生菌技術可克服這些缺點，并且具有操作簡單、管理方便、污染物去除率高、污泥產生量少、設備損耗低等優點，但益生菌技術在環境保護領域的應用還處于相對滯后階段。因此，可以從以下幾個方面開展益生菌技術在環境保護中的應用研究。
1、針對污染物的類型、分布規律、危害程度和影響因素等，進一步探討益生菌劑量、投加方式、投加時期、運行時間和環境條件等對污染物去除效果的影響，優選最佳工藝。
2、進一步深化益生菌技術環境凈化的機理研究，特別是益生菌降解污染物的分子反應動力學研究等，為益生菌技術在環保領域的更大應用提供科學依據。
3、大力開展益生菌技術生物反應器研究。當前，益生菌用于污染治理，存在益生菌馴化、復壯和選擇適宜載體等問題。開展益生菌技術生物反應器研究，例如在廢水處理方面，可將益生菌與活性污泥法等結合起來研制新型廢水生物反應器。
4、進一步加強益生菌的生產技術研究。當前，益生菌技術的大規模推廣應用，建立益生菌的生產技術標準已成當務之急。另外，通過基因工程篩選和大規模培養具有專一耐受性的益生菌高效菌也是未來的發展方向。
5、進一步建立和完善益生菌技術研究推廣協會，培養技術人員，發揮全國益生菌技術試點網絡作用，探討通過研究-試驗-示范-推廣的方式，推進益生菌在環保領域更為廣泛的應用。
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