微生物應(yīng)用于環(huán)境污染治理的新進(jìn)展

王曉芳

摘 要：介紹了微生物在在水體污染、固體廢棄物污染、重金屬污染、石油污染、大氣污染治理過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)狀。并對(duì)微生物在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：污染物；環(huán)境保護(hù)；微生物技術(shù)

中圖分類號(hào)：X505文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-291X（2012）02-0276-03

人類一直以為地球上的水、空氣是無(wú)窮無(wú)盡的，所以不擔(dān)心把千萬(wàn)噸廢氣送到天空去，又把數(shù)以億噸計(jì)的垃圾倒進(jìn)江河湖海。人類的這種錯(cuò)誤的觀點(diǎn)和愚昧的行為致使環(huán)境問(wèn)題成為當(dāng)今世界所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。嚴(yán)重的自然災(zāi)害給我們敲響了警鐘，環(huán)境保護(hù)和污染區(qū)的環(huán)境治理迫在眉睫。

一、微生物應(yīng)用于污水治理

（一）水體修復(fù)

水體修復(fù)包括原位修復(fù)和異位修復(fù)。原位是指在原有水體進(jìn)行修復(fù)。原位修復(fù)要投加物質(zhì)：（1）投加菌種，這些菌種可以利用水體中的有機(jī)物從而降低水體污染，從而對(duì)水體恢復(fù)能力和自凈能力的一種強(qiáng)化。（2）投加營(yíng)養(yǎng)鹽，這些營(yíng)養(yǎng)物激活劑可以提高微生物的代謝能力,從而強(qiáng)化水體修復(fù)。異位指將水體移到反應(yīng)器處理后再送回河道。異位修復(fù)有調(diào)控和優(yōu)化處理的特點(diǎn),但這種運(yùn)輸可能會(huì)增加費(fèi)用,導(dǎo)致修復(fù)成本提高。目前，大多水體修復(fù)采取的是原位修復(fù)，而異位修復(fù)多用在污染特別嚴(yán)重的黑臭河水的凈化處理上。如今，水體微生物修復(fù)的研究已成為學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，正處于相當(dāng)活躍的發(fā)展時(shí)期?？梢钥闯觯梦⑸锛夹g(shù)對(duì)水體生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)將會(huì)是 21 世紀(jì)初環(huán)境生物技術(shù)的主攻方向之一。

（二）生物膜修復(fù)

生物膜修復(fù)是依附于固體表面（如卵石，纖維）形成一種特殊的生物膜上的微生物（好氧的異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌）來(lái)凈化有機(jī)物的好氧處理方法。唐玉斌等對(duì)中小河流污水修復(fù)的研究表明,生物膜法去除污染物氨氮的生物降解速率很快,只需較短的水力停留時(shí)間,就能達(dá)到很高的氨氮去除率（達(dá)80%）。用移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器處理生活污水,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,隨著C/N比的變化,氨氮的去除率也在變化，當(dāng)C/N為10時(shí)，氨氮最高可達(dá)80.81%，但當(dāng)C/N增大到12時(shí)，氨氮去除率不再增加。

二、 固體廢棄物治理

固體廢棄物目前是我國(guó)環(huán)境污染的重要污染源之一。截至2005年底，全國(guó)661個(gè)設(shè)市城市生活垃圾產(chǎn)生量1.56億噸，并且每年都有上升趨勢(shì)，由此污染造成的經(jīng)濟(jì)損失每年在千億以上。對(duì)其填埋、堆放和焚燒的處理能力所占比例分別為85%、5%、10%。這些處理方法所產(chǎn)生的有害物質(zhì)會(huì)通過(guò)滲漏、擴(kuò)散等途徑造成二次污染。因此，近年來(lái)采用生物處理引起了重視。生物處理是利用微生物分解固體廢棄物中的有機(jī)物，從而實(shí)現(xiàn)其無(wú)害化或綜合利用。生物處理方法包括好氧處理、厭氧處理、兼性厭氧處理等。其優(yōu)勢(shì)是：可以有選擇地濃縮或去除污染物；節(jié)省運(yùn)營(yíng)和投資成本；廢物總體積顯著降低；可以將廢棄物轉(zhuǎn)化為再利用資源。其缺點(diǎn)在于反應(yīng)速度慢，某些固體廢棄物難以降解。盡管如此，人們相信生物降解中存在的問(wèn)題會(huì)隨著對(duì)微生物研究的深入很快得到解決。

三、重金屬污染治理

（一）微生物對(duì)重金屬的生物固定

微生物與重金屬具有很強(qiáng)的親合性，通過(guò)帶電荷的細(xì)胞表面可吸附重金屬離子，例如微生物多糖、多肽、糖蛋白上的官能團(tuán)直接把重金屬作為必要的營(yíng)養(yǎng)元素主動(dòng)吸收，或?qū)⒅亟饘匐x子富集在細(xì)胞表面或內(nèi)部，使重金屬的移動(dòng)性降低。細(xì)胞對(duì)重金屬鹽具有適應(yīng)性，通過(guò)平衡或降低細(xì)胞活性得到衡定條件，微生物積累重金屬也與金屬結(jié)合蛋白和肽以及與特異性大分子結(jié)合有關(guān)。

（二）微生物對(duì)重金屬的生物轉(zhuǎn)化

微生物能通過(guò)氧化還原、甲基化和去甲基化作用轉(zhuǎn)化重如離子交換、分泌有機(jī)配體、激素等間接作用影響植物對(duì)重金屬的吸收。確切地講，微生物并不具備降解重金屬的能力，而是在治理過(guò)程中將重金屬濃縮成為更易于處置的形式。因此，細(xì)菌固定金屬又稱生物濃縮、生物積累、生物吸附或生物吸收。在植物根際，重金屬常有一些特殊的化學(xué)行為，重金屬的酸-堿反應(yīng)、氧化-還原反應(yīng)、絡(luò)合-解離反應(yīng)、生化反應(yīng)、吸附-解吸等行為，將使重金屬的形態(tài)發(fā)生變化，從而改變其生物有效性和生物毒性。

四、石油污染治理

自然界中，能降解石油烴的微生物現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)70多個(gè)屬、200多種。它們廣泛存在于土壤、海洋、地下水、湖泊等環(huán)境中。許多微生物將石油烴作為唯一碳源和能源。研究指出,可降解石油烴的微生物多為細(xì)菌和真菌；海洋生態(tài)系統(tǒng)中細(xì)菌占主導(dǎo)地位, 而在淡水和陸地生態(tài)系統(tǒng)中真菌占主導(dǎo)地位。

（一）石油污染土壤微生物修復(fù)

微生物降解石油主要是3個(gè)過(guò)程:第一, 微生物表面吸附石油烴；第二,微生物細(xì)胞膜運(yùn)輸石油烴；第三, 微生物細(xì)胞內(nèi)降解石油烴。石油烴在水中溶解度很小,部分石油吸附在土壤顆粒物表面,微生物難以降解。研究表明,加入表面活性劑可增大石油烴的溶解度,促進(jìn)微生物對(duì)石油烴的降解。

（二）石油污染海洋中的微生物

1．通過(guò)自身代謝作用降解石油

投加菌種凈化水體的技術(shù)開始于海洋石油污染的治理。丁明宇等海水中分離、篩選出對(duì)石油具備降解能力的細(xì)菌73株、真菌10株,并對(duì)其進(jìn)行研究,結(jié)果表明,有3個(gè)菌株對(duì)石油的生物降解能力較強(qiáng)，分別高達(dá)58.35%、62.75%、71.06%。史君賢等在浙江沿海海水中分離可降解石油烴的細(xì)菌,并證明其對(duì)正烷烴有較強(qiáng)的降解作用,單菌株的降解率明顯低于混合菌株的降解率。

2．合成生物表面活性劑,促進(jìn)石油降解

生物表面活性劑是微生物或植物在一定條件下培養(yǎng)時(shí)，在其代謝過(guò)程中分泌出的具有一定表面活性的代謝產(chǎn)物，如糖脂?多糖脂?脂肽或中性類脂衍生物等。生物表面活性劑可以將烴類物質(zhì)乳化,進(jìn)而促進(jìn)其降解。Chabrabarty曾報(bào)道, 銅綠假單胞菌生成海藻糖酯（生物表面活性劑）能有效地將石油降解成水液滴，大大提高了阿拉斯加原油泄漏污染區(qū)石油烴的降解速度。

五、大氣污染治理

（一）微生物煙氣脫硫技術(shù)

煤燃燒后排放的煙氣含有較高濃度的SO2,是空氣污染的主要污染源之一。目前很多脫硫技術(shù)已具備較高的脫硫效率,但因其成本較高而無(wú)法廣泛應(yīng)用。就是在這種情況下，微生物煙氣脫硫技術(shù)產(chǎn)生,并在部分發(fā)達(dá)國(guó)家得到應(yīng)用。日本鋼管公司京濱制作所成功地利用氧化亞鐵硫桿菌進(jìn)行工業(yè)廢氣脫硫,硫化氫脫除率達(dá)99.99%。在我國(guó)，鄭士民等也在實(shí)驗(yàn)室用該菌對(duì)煉油廠催化干氣和工業(yè)沼氣進(jìn)行脫硫,并且效果顯著。此項(xiàng)技術(shù)仍在不斷發(fā)展和改善中。

（二）微生物除臭技術(shù)

微生物除臭的實(shí)質(zhì)是通過(guò)微生物活動(dòng),將惡臭污染物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單無(wú)害的無(wú)機(jī)物及微生物細(xì)胞質(zhì)的過(guò)程。大氣惡臭的最主要揮發(fā)源之一是廢水處理裝置所逸出的惡臭氣體,主要有硫化氫、氨以及硫醚類、硫醇類、有機(jī)胺類等,這些物質(zhì)絕大多數(shù)對(duì)人體健康危害較大。最先采用除臭技術(shù)的是德國(guó)建立的生物過(guò)濾床。隨后美國(guó)、荷蘭也對(duì)此方法進(jìn)行深入研究。

（三）NOx的微生物凈化技術(shù)

NOx凈化技術(shù)主要有選擇性催化還原技術(shù)、選擇性非催化還原技術(shù)、液膜法和微生物法。用微生物凈化含NOx（N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等）廢氣的思路是建立在用微生物凈化有機(jī)廢氣、臭氣以及用微生物進(jìn)行廢水反硝化脫氮獲得成功的基礎(chǔ)上NOx是污染大氣的主要污染物之一, NOx的排放會(huì)給自然環(huán)境和人類生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重的危害。

六、對(duì)今后研究的建議

經(jīng)濟(jì)水平和人們對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，促使各國(guó)對(duì)環(huán)境污染治理開展越來(lái)越廣泛的研究。從目前國(guó)內(nèi)外微生物治理污染技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r看,該技術(shù)雖取得了較大發(fā)展，但仍處于初始研究階段,工業(yè)化程度不高。根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì),筆者認(rèn)為今后宜開展并重視如下研究工作:（1）深入研究微生物的界面形態(tài),選擇典型污染區(qū)域進(jìn)行原位研究,更為準(zhǔn)確地探明微生物在全球生態(tài)循環(huán)中的變化規(guī)律。（2）高效功能菌的選育的研究應(yīng)成為微生物技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。不論從哪個(gè)方面入手,微生物治理技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用是該技術(shù)研究的核心內(nèi)容。微生物處理技術(shù)具有傳統(tǒng)方法不可比擬的優(yōu)越性和安全性，在污染治理過(guò)程中會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

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The new progress of the microorganism applying in the environment pollution remediation

WANG Xiao-fang

（Wild animal resource college,North-east forest university,Harbin 150040,China）

Abstract:Introduced the microorganism in all aspects the water body pollution, the solid waste pollution, heavy metals pollution, petroleum pollution, the air pollution manages applied present condition in the process.Combined to carried on the discussion to the microorganism in the application and the development in the environmental protection trend.

Key words:infectant; environment protection; microbial technology

[責(zé)任編輯 王 莉]