微生物对受污染水体环境污染修复作用分析

王 瑞

（西北师范大学地理与环境科学学院 361021）

1 受污染水体环境发展成因

国家社会的进步、都市人口的急速成长、渴望时髦便利与追求效率的新科技文明、和现代化大规模生产的农业给我们周遭环境与生态带来极大的负荷与冲击。这些负荷与冲击早已超过原来存在于生态圈中所有降解者分解、消化、还原、修复环境的能力，也破坏了人口、工业、农业快速成长以前生态原有的平衡。这个一方面增加负荷，一方面又破坏自然修复能力的行为，就是造成所有水体污染的根本原因。

河流污染治理与生态修复技术种类繁多。从技术原理上看，可简单分为物理、化学、生物、生态方法四大类[1]。物理方法主要包括曝气增氧、底泥疏浚、引水冲染等；化学方法包括化学除藻、絮凝沉淀、重金属化学固定等；生物方法主要包括微生物强化、植物净化、生物过滤等；生态修复则主要包括土地处理系统与自然型河流构建技术。可以看出，从简单的曝气（aeration）增氧、投加氧化剂、混凝沉淀剂、抗生素、杀藻剂、人工分离或培养的菌种、激活剂等，到利用水生动植物（包括湿地）来修复水体等都是。除了利用湿地修复需要取得大片土地之外，这些原位修复方法都不需要一次性大量资金的投入，是一个等待污水截流处理设施到位期间很好的替代或辅助工法[2]。因为这些方法比较不传统，本文在此介绍一个利用微生物激活物质改善水体水质的方法。

2 微生物激活物质特性分析

水体中存在的成千上万种微生物，从单细胞藻类到所有浮游生物的生存、活动、与繁衍都要靠可能有数百到数千种，由不同蛋白质分子组成的酵素（enzyme 或酶）和有机酸（组成蛋白质的基本原件）[3]。这些酵素和有机酸有的是环境中既有的物质，有的是经过微生物降解反应而生成，有的是微生物受到某种酵素和有机酸的刺激或诱发后释放到周遭环境中。它们除了可以帮助微生物分解消化以复杂分子结构形态存在的养份，甚至于可以利用其特殊的蛋白质链把一些原来无法吸收的游离无机盐螯合（chelate）成某些微生物能够利用的养份。这个促进生存的作用即称之为激活。每种不同类的微生物因为细胞构造的不同，所需要或仰赖的激活酵素和有机酸都不一样[4]。各种类别微生物种之间的消长，除了与它们生存环境中的阳光、氧气、温度、有机与无机养份、微量元素和毒性物质的多寡有关之外，特定的激活酵素和有机酸也扮演着极重要的角色。

可以被应用做为微生物激活的物质在近十年逐渐开始在市面上出现，大部份都是用特定的酵素、有机酸、再搭配些有机和无机的养份混合而成俗称鸡尾酒的材料。因为污染情况、水体生态、和气候条件的不同，每种物质的用量和效果也会不同。比较适合的激活物质应不具有任何毒性，而且它们合成、修复的费用也不能比污水截流、处理的兴建、运行费还高。

3 运用微生物激活物质修复水体的技术分析

河川、湖泊、土壤被污染的原因就是因为人类行为所产生的过多废弃物扰乱了系统中这些微生物（和生物链更上层的其他动、植物）分解消化的能力与作用，造成微生物所需养份分布不均，破坏了微生物物种间原有的巧妙平衡。微生物吸附一般有胞外吸附、细胞表面吸附和胞内吸附，如蓝细菌能分泌多糖等胞外聚合物，酵母的细胞壁上存在氨基、羟基等化学基团，使其具有吸附重金属离子的作用[5]。

在污染事件层出不穷的过去几十年当中，每当传统工法束手无策时都会出现一些只知其然，但不一定知其所以然，刻意或偶然地由尝试中获得可以辅助甚至于取代传统工法的办法。其中最引人入胜的就是运用微生物激活物质来修复污染水体的技术。在上世纪 80 年代末，前苏联和美国就陆续出现应用微生物激活去除油污染、处理废弃金矿矿渣等的案例。

本研究所介绍的壬基苯酚聚乙氧基醇类界面活性剂（NPnEO）激活物质将水体中大部份游离的养份都螯合成只有细胞结构比较高等的微生物才能够辨识、降解、和利用的形式，单细胞藻类或更低等的微生物因为无法与高等微生物竞争养份而逐渐式微。在NPnEO被使用后，大多会经由废水处理厂与直接进入自然水体，而在此过程中，微生物将会与界面活性剂进行生物氧化降解，其生物降解过程主要为缩短乙氧基醇链（EO）的长度，NPnEO随着亲水基（EO）减短其水溶性逐渐减低，再加上苯环结构上立体空间的障碍为生物较难分解，于是环境中所残存的便是难分解中间代谢物，如NP1EO、NP2EO及NP。因此在一些河川或水环境中所做的研究中，能侦测到降解过程中所产生的代谢物，而壬基苯酚聚乙氧基醇类（NPnEO）遭水中微生物分解降解途径。而在以下将对水环境中微生物分解降解途径做一些简介：

（a）NPnEO 的亲水基-长链聚乙氧基醇（nEO = 1-18）被降解成为短碳链聚乙氧基醇（nEO = 1-3）。

（b）NPnEO 直接经由微生物的氧化降解，在聚乙氧基醇末端代谢成为羧酸基化合物（NPnEC），此化合物又会继续降解成为短链式 NPnEC（n =1-3）。

（c）短链式NPnEO 或NPnEC 结构上的疏水基壬烷基部分，会再经由水中微生物最终将形成NP、NP1EO 及NP2EO 及CNPnEC（Carboxylatenonylphenolpolyethoxy carboxylic acid）等代谢物。

这种用抑制生长（growth inhibition）而不全面扑杀的藻类控制方法非常安全有效，也符合生态原则。藻类是最早出现在地球的生物，任何科技都无法完全扑杀它们。人类只有设法与它们（以及其他的万物）共生共存，自己才能持续地在地球上生活下去。

在壬基苯酚聚乙氧基醇类界面活性剂（NPnEO）方法中，微生物激活是利用酵素（酶）、有机酸、和调制的养份去激活生态系统中特定的微生物，恢复微生物群体间较原始的平衡。但是这种使用微生物激活物质修复水体也存在着几个问题。第一，水体中的微生物需要一定的时间来吸收利用这些激活物质，所以这个方法应用在流动量较大、比较开阔的水体时效益较低，费用也较高。第二，因为水体中需要维持适当浓度才能发挥功效，因此每隔一段时间（视水体状况而异）就要补充激活物质，并确保它能均匀分布于水中，水体修复期间必须有专人负责现场作业。第三，微生物激活需要有足够规模的微生物群体才能发挥作用，所以被修复的污染水体中毒性物质的浓度不能过高，修复期间也不允许大量喷洒或倾倒任何杀虫剂、除草剂、抗生素、或消毒药水。

在过去所有水体修复的案例中都发现，因为水体微生物生态与水体环境获得了改善，每一个被修复后的水体中动植物都跟着显得更生气盎然。也因为这个观察，现阶段学术界正在努力地将微生物激活水体修复的技术推广到农业和水产养殖产业。

4 结论

利用无毒无害的微生物激活物质修复污水收集处理尚未到位区域内某些水体已经被证实是一个完全可行的水质改善方案。我们并不主张用微生物激活水体修复取代污水收集与处理，也认清对人口集中的中、大型城市来说，微生物激活水体修复只是一个过渡性权宜之计的事实。但是对城市外围的小河川、溪流、排水沟、水塘、小湖泊（包括小水库）或城市内小型的景观水体，它的确是一个即经济、又安全的好方法，可以对水污染防治改善工作做出具体贡献。微生物激活的目的是修补生态的平衡，当然不能反因而造成二次公害或扰乱生态平衡。在当今仿冒讹诈充斥的社会中，如何规范这种水体修复技术，让正规的方法得以发挥功能以及如何让业主、专家愿意接受并尝试这个非传统的方法，是未来推广工作上的两大挑战。

[1]胡桂兰，程方，张玉.强化混凝在海水预处理中的应用[J].天津城市建设学院学报.2006（04）

[2]孙兴滨，崔福义，张金松，郭召海，徐峰，刘丽君.几种常见氧化剂对水中摇蚊幼虫氧化杀灭效能的试验研究[J].环境科学学报.2005（07）

[3]王桂荣，张杰，黄丽，周丕全，唐友尧.三种预氧化剂在水处理中的应用评估[J].中国给水排水.2005（04）

[4]何玲，姚芳宇.认识消毒过程中的氧化还原电位[J].城市管理与科技.1994（04）

[5]王捷，张宏伟，贾辉，张颖.预处理技术在膜饮用水处理中的研究进展[J].天津工业大学学报.2005（05）