微生物应用于环境污染治理的新进展

王晓芳

摘 要：介绍了微生物在在水体污染、固体废弃物污染、重金属污染、石油污染、大气污染治理过程中的应用现状。并对微生物在环境保护中的应用和发展趋势进行了讨论。

关键词：污染物；环境保护；微生物技术

中图分类号：X505文献标志码：A文章编号：1673-291X（2012）02-0276-03

人类一直以为地球上的水、空气是无穷无尽的，所以不担心把千万吨废气送到天空去，又把数以亿吨计的垃圾倒进江河湖海。人类的这种错误的观点和愚昧的行为致使环境问题成为当今世界所面临的一个重要问题。严重的自然灾害给我们敲响了警钟，环境保护和污染区的环境治理迫在眉睫。

一、微生物应用于污水治理

（一）水体修复

水体修复包括原位修复和异位修复。原位是指在原有水体进行修复。原位修复要投加物质：（1）投加菌种，这些菌种可以利用水体中的有机物从而降低水体污染，从而对水体恢复能力和自净能力的一种强化。（2）投加营养盐，这些营养物激活剂可以提高微生物的代谢能力,从而强化水体修复。异位指将水体移到反应器处理后再送回河道。异位修复有调控和优化处理的特点,但这种运输可能会增加费用,导致修复成本提高。目前，大多水体修复采取的是原位修复，而异位修复多用在污染特别严重的黑臭河水的净化处理上。如今，水体微生物修复的研究已成为学术界广泛关注的热点问题，正处于相当活跃的发展时期。可以看出，利用微生物技术对水体生态环境进行修复将会是 21 世纪初环境生物技术的主攻方向之一。

（二）生物膜修复

生物膜修复是依附于固体表面（如卵石，纤维）形成一种特殊的生物膜上的微生物（好氧的异养菌和自养菌）来净化有机物的好氧处理方法。唐玉斌等对中小河流污水修复的研究表明,生物膜法去除污染物氨氮的生物降解速率很快,只需较短的水力停留时间,就能达到很高的氨氮去除率（达80%）。用移动床生物膜反应器处理生活污水,实验结果证明,随着C/N比的变化,氨氮的去除率也在变化，当C/N为10时，氨氮最高可达80.81%，但当C/N增大到12时，氨氮去除率不再增加。

二、 固体废弃物治理

固体废弃物目前是我国环境污染的重要污染源之一。截至2005年底，全国661个设市城市生活垃圾产生量1.56亿吨，并且每年都有上升趋势，由此污染造成的经济损失每年在千亿以上。对其填埋、堆放和焚烧的处理能力所占比例分别为85%、5%、10%。这些处理方法所产生的有害物质会通过渗漏、扩散等途径造成二次污染。因此，近年来采用生物处理引起了重视。生物处理是利用微生物分解固体废弃物中的有机物，从而实现其无害化或综合利用。生物处理方法包括好氧处理、厌氧处理、兼性厌氧处理等。其优势是：可以有选择地浓缩或去除污染物；节省运营和投资成本；废物总体积显著降低；可以将废弃物转化为再利用资源。其缺点在于反应速度慢，某些固体废弃物难以降解。尽管如此，人们相信生物降解中存在的问题会随着对微生物研究的深入很快得到解决。

三、重金属污染治理

（一）微生物对重金属的生物固定

微生物与重金属具有很强的亲合性，通过带电荷的细胞表面可吸附重金属离子，例如微生物多糖、多肽、糖蛋白上的官能团直接把重金属作为必要的营养元素主动吸收，或将重金属离子富集在细胞表面或内部，使重金属的移动性降低。细胞对重金属盐具有适应性，通过平衡或降低细胞活性得到衡定条件，微生物积累重金属也与金属结合蛋白和肽以及与特异性大分子结合有关。

（二）微生物对重金属的生物转化

微生物能通过氧化还原、甲基化和去甲基化作用转化重如离子交换、分泌有机配体、激素等间接作用影响植物对重金属的吸收。确切地讲，微生物并不具备降解重金属的能力，而是在治理过程中将重金属浓缩成为更易于处置的形式。因此，细菌固定金属又称生物浓缩、生物积累、生物吸附或生物吸收。在植物根际，重金属常有一些特殊的化学行为，重金属的酸-碱反应、氧化-还原反应、络合-解离反应、生化反应、吸附-解吸等行为，将使重金属的形态发生变化，从而改变其生物有效性和生物毒性。

四、石油污染治理

自然界中，能降解石油烃的微生物现已发现70多个属、200多种。它们广泛存在于土壤、海洋、地下水、湖泊等环境中。许多微生物将石油烃作为唯一碳源和能源。研究指出,可降解石油烃的微生物多为细菌和真菌；海洋生态系统中细菌占主导地位, 而在淡水和陆地生态系统中真菌占主导地位。

（一）石油污染土壤微生物修复

微生物降解石油主要是3个过程:第一, 微生物表面吸附石油烃；第二,微生物细胞膜运输石油烃；第三, 微生物细胞内降解石油烃。石油烃在水中溶解度很小,部分石油吸附在土壤颗粒物表面,微生物难以降解。研究表明,加入表面活性剂可增大石油烃的溶解度,促进微生物对石油烃的降解。

（二）石油污染海洋中的微生物

1．通过自身代谢作用降解石油

投加菌种净化水体的技术开始于海洋石油污染的治理。丁明宇等海水中分离、筛选出对石油具备降解能力的细菌73株、真菌10株,并对其进行研究,结果表明,有3个菌株对石油的生物降解能力较强，分别高达58.35%、62.75%、71.06%。史君贤等在浙江沿海海水中分离可降解石油烃的细菌,并证明其对正烷烃有较强的降解作用,单菌株的降解率明显低于混合菌株的降解率。

2．合成生物表面活性剂,促进石油降解

生物表面活性剂是微生物或植物在一定条件下培养时，在其代谢过程中分泌出的具有一定表面活性的代谢产物，如糖脂?多糖脂?脂肽或中性类脂衍生物等。生物表面活性剂可以将烃类物质乳化,进而促进其降解。Chabrabarty曾报道, 铜绿假单胞菌生成海藻糖酯（生物表面活性剂）能有效地将石油降解成水液滴，大大提高了阿拉斯加原油泄漏污染区石油烃的降解速度。

五、大气污染治理

（一）微生物烟气脱硫技术

煤燃烧后排放的烟气含有较高浓度的SO2,是空气污染的主要污染源之一。目前很多脱硫技术已具备较高的脱硫效率,但因其成本较高而无法广泛应用。就是在这种情况下，微生物烟气脱硫技术产生,并在部分发达国家得到应用。日本钢管公司京滨制作所成功地利用氧化亚铁硫杆菌进行工业废气脱硫,硫化氢脱除率达99.99%。在我国，郑士民等也在实验室用该菌对炼油厂催化干气和工业沼气进行脱硫,并且效果显著。此项技术仍在不断发展和改善中。

（二）微生物除臭技术

微生物除臭的实质是通过微生物活动,将恶臭污染物转化为简单无害的无机物及微生物细胞质的过程。大气恶臭的最主要挥发源之一是废水处理装置所逸出的恶臭气体,主要有硫化氢、氨以及硫醚类、硫醇类、有机胺类等,这些物质绝大多数对人体健康危害较大。最先采用除臭技术的是德国建立的生物过滤床。随后美国、荷兰也对此方法进行深入研究。

（三）NOx的微生物净化技术

NOx净化技术主要有选择性催化还原技术、选择性非催化还原技术、液膜法和微生物法。用微生物净化含NOx（N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等）废气的思路是建立在用微生物净化有机废气、臭气以及用微生物进行废水反硝化脱氮获得成功的基础上NOx是污染大气的主要污染物之一, NOx的排放会给自然环境和人类生产生活带来严重的危害。

六、对今后研究的建议

经济水平和人们对环保要求的不断提高，促使各国对环境污染治理开展越来越广泛的研究。从目前国内外微生物治理污染技术的发展状况看,该技术虽取得了较大发展，但仍处于初始研究阶段,工业化程度不高。根据当前的发展趋势,笔者认为今后宜开展并重视如下研究工作:（1）深入研究微生物的界面形态,选择典型污染区域进行原位研究,更为准确地探明微生物在全球生态循环中的变化规律。（2）高效功能菌的选育的研究应成为微生物技术发展的基础。不论从哪个方面入手,微生物治理技术的工业化应用是该技术研究的核心内容。微生物处理技术具有传统方法不可比拟的优越性和安全性，在污染治理过程中会发挥越来越大的作用。

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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

[责任编辑 王 莉]