微生物在環(huán)境保護中的作用

1、微生物在環(huán)境保護中的作用摘 要：在當(dāng)代，隨著人類工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展和人口數(shù)量的日益增長，環(huán)境污染和已成為制約我國社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大障礙，微生物技術(shù)在處理環(huán)境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點,加之其技術(shù)開發(fā)所預(yù)示的廣闊的市場前景,受到了科技工作者和企業(yè)家的高度重視。關(guān)鍵詞:微生物 環(huán)境保護 微生物利用Abstract: At present, with the increasing number of high-speed development of industry and agriculture, human and populat

2、ion, environment pollution and has become a major obstacle to the sustainable development of our society and economy, microbial technology has the advantages of fast speed, low consumption, high efficiency, low cost, mild reaction conditions and no two pollution and other significant advantages in p

3、rocessing environment pollutants and so on, and its development indicates the broad market prospects, has attracted more attention from scientists and entrepreneurs.Key world: microorganism environmental protection the use of microorganism 隨著人類工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展和全球人口的急速增加,使人類賴以生存的自然環(huán)境嚴(yán)重惡化,當(dāng)代人類的生產(chǎn)活動勢必造成環(huán)境污染。污染

4、物長期殘留在環(huán)境之中,對生態(tài)環(huán)境和人類健康危害極大。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展,環(huán)境污染問題以引起全社會的高度重視。這是全世界的共同問題。在我國過去幾十年的經(jīng)濟發(fā)展中,由于忽視了發(fā)展中的環(huán)境保護問題,目前環(huán)境狀況十分嚴(yán)峻,已經(jīng)影響了我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。近年來雖然采取了大量控制措施,但環(huán)境質(zhì)量下降的趨勢仍在繼續(xù)。據(jù)中國國家環(huán)保局中國環(huán)境狀況公報顯示,生態(tài)環(huán)境的破壞和惡化極為嚴(yán)重,隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,環(huán)境保護的壓力將進(jìn)一步加重。微生物是自然界中的分解者,在好氧條件下,它能將有機污染物徹底的氧化,分解成CO2、H2O、PO42-、NO3-等無機物,在厭氧條件下,能將有機物降解,轉(zhuǎn)化成有機酸、C

5、O2、H2、CH4等。1微生物種類繁多(我國約有微生物26萬種),代謝類型多樣,每一種微生物都有獨特的酶系與功能。因此,它們是自然界進(jìn)行自凈作用的主力軍,也是我們對污染物進(jìn)行生物處理的“有力武器”,是環(huán)境治理的主要工具。1、微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用生態(tài)系統(tǒng)是指在一定空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動相互作用，相互依存而構(gòu)成的生態(tài)學(xué)功能單位。微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的主要角色是分解者。微生物分解生物圈內(nèi)存在的動物、植物和微生物殘體等復(fù)雜有機物質(zhì)，并最后將其轉(zhuǎn)化成簡單的無機物，供生產(chǎn)者利用。微生物參與物質(zhì)循環(huán)，大部分元素的循環(huán)都依靠微生物的分解作用，比如：N S Fe P等。如果沒有微

6、生物的分解我們生活的環(huán)境將是到處布滿尸體，而物質(zhì)的量是一定的，物質(zhì)將會嚴(yán)重匱乏，我們的生活將會被嚴(yán)重影響。自然界存在著豐富的微生物種群,這些微生物雖然個體微小,但在環(huán)境污染凈化中卻扮演著不容忽視的重要作用。微生物由于自身的生理特性,可以通過自發(fā)的或人為的遺傳、變異等生物過程適應(yīng)環(huán)境的變化,使之能以各種污染物尤其是有機污染物為營養(yǎng)源,通過吸收、代謝等一系列反應(yīng),將環(huán)境中的污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無害的無機物。因而,在生物圈中微生物充當(dāng)著分解者的角色。大約90%的陸地生產(chǎn)者都要通過分解者作用最終形成無機物歸還大地。2、微生物在污水處理中的作用 我國環(huán)境污染嚴(yán)重,大氣、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度

7、的污染其他未經(jīng)處理的污水直接排入江河湖海,致使我國的水環(huán)境遭受嚴(yán)重污壞。據(jù)統(tǒng)計，136條流經(jīng)城市的河流中,屬4類、5類和超過5類標(biāo)準(zhǔn)的高達(dá)76.8%;約50%的城市地下水受到不同程度的污染;全國大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富營養(yǎng)化程度逐年加劇;全國每年污水排放達(dá)360億噸,僅10%的生活污水和70%的工業(yè)廢水得到處理,其中約有一半工業(yè)污水處理設(shè)施的出水達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。 環(huán)境污染和已成為制約我國社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大障礙，污染自理迫不及待。微生物廢水處理法是利用微生物生命活動過程廢水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化作用，是廢水得到凈化的處理方法。其主要特征在能充分發(fā)揮微生物生物作用的生化反應(yīng)容器中

8、，使廢水中的污染物被微生物利用，轉(zhuǎn)化成簡單的無機物。由于污染物的生化轉(zhuǎn)化不需要高溫、高壓在溫和的條件下經(jīng)過酶催化即可高效并相對徹底完成，因此用微生物處理污水的處理費用低廉。微生物技術(shù)在處理環(huán)境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點,加之其技術(shù)開發(fā)所預(yù)示的廣闊的市場前景,受到了各國政府、科技工作者和企業(yè)家的高度重視。3隨著生物技術(shù)研究的進(jìn)展和人們對環(huán)境問題認(rèn)識的深入,人們已越來越意識到,現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,為從根本上解決環(huán)境問題提供了無限的希望。在改良環(huán)境中沒有其他技術(shù)所可代替和比擬的。2.1廢水中的脫氮除磷 廢水中氮、磷是造成水體富營養(yǎng)化的根源,利

9、用生物脫氮除磷已進(jìn)行了廣泛的研究。污水脫氮技術(shù)主要有活性污泥法脫氮工藝,包括A/O(缺氧/好氧)工藝,可使NH4+一N去除率達(dá)80%以上,A2/O工藝,改進(jìn)的氧化溝工藝和SBR工藝都可使總氮(TN)去除率達(dá)90%以上。生物膜脫氮有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床、浮動床、浸沒式、三級生物濾池脫氮系統(tǒng)等,其中三級生物濾池的反硝化速度最高1.0kgN/(m3.d),出水TSS<1.00mg/1。 生物脫氮中,有反硝化能力的微生物有變形桿菌、微球菌屬、假單胞菌屬、芽胞桿菌屬等。 污水生物處理中,除磷常與脫氮工藝一起應(yīng)用,常見的除磷技術(shù)有: phostrip 工藝,能使總磷(TP)1mg/L以下:

10、Bardenpho系統(tǒng);A/O系統(tǒng);改良UCI工藝;A2/0工藝。除磷過程一般認(rèn)為在有氧條件下攝取磷,在厭氧條件下釋放磷,其中不動桿菌屬Acinetobacter)是除磷的優(yōu)勢菌種。2.2廢水中有機物的降解 酚類對水中生物有致畸性,使生物具有難聞的酚味,化學(xué)處理法由于二次污染問題受到限制,而利用培養(yǎng)優(yōu)勢菌群的微生物法降解酚類卻有顯著作用。如卞華松采用PVA1799冷凍改良法固定優(yōu)勢菌群,對濃度為565mg/L的苯酚去除率為94%以上;張春桂研究降解五氯盼(PCP)的細(xì)菌是醋酸細(xì)菌、產(chǎn)堿菌和氣單胞菌。此外,可用家禽廢物分解的網(wǎng)紋水蚤屬(Ceriodaphniadubia)LD50和弧菌屬(Vib

11、riofischeri)EC50、鏈霉菌303、芽胞桿菌KMR一1、麥芽糖假絲酶母10-4等對酚類進(jìn)行降解。 有機物的生物降解中,白腐菌是值得一提的。白腐菌是一類提子真菌,在廢水治理中,其降解污染物的范圍十分廣泛。白腐脈射菌(Ph1ebiaradiata)I-5-6在高C低N培養(yǎng)條件下,對多環(huán)芳烴類、氯代烴類、酚類、氯代酚類、烷基苯類和硝基苯類化合物有顯著的降解作用。白腐菌中金孢展齒革菌(PhanerochaeteChrysospriumBurdsall)可降解多環(huán)芳烴、DDT、TNT、CCl4、氰化物、氯代芳香化合物、酚類、胺類、農(nóng)藥、染料、雜酚油、煤焦油、重油等。還可降解林丹、氯丹、多氯聯(lián)

12、苯、2,3,7,8-TCDD和二氯苯胺等有機氯化物。此外,用微生物降解的有機物包括:四氯乙烯、甲醇、苯胺、甲胺磷、三氯乙烯、硝酸甘油。2.3廢水中重金屬的去除 由于藻類對重金屬離子具有較強的富集能力,利用其生物吸附作用可從工業(yè)污水中去除有毒、放射性金屬和回收稀有、貴重金屬。比如汞是對環(huán)境影響最大的一類重金屬。環(huán)境中存在的汞有多種形態(tài):元素汞(Hg0)、無機汞離子(HgCl、HgO、HgCl2、HgBr等)、有機汞化合物,如Hg(CH3)2、Hg(C2H5)2和Hg(C6H5)2等。除了人工合成的有機汞制劑外,細(xì)菌具有合成甲基汞的能力,即生物甲基化,它會使汞的生物毒性大大增強。而另一些微生物又可

13、使甲基汞降解、還原,降低其毒性。例如銅-綠色假單胞菌,變形桿菌可使汞離子轉(zhuǎn)化成元素汞,經(jīng)10小時后揮發(fā)掉汞達(dá)75%。假單胞菌K62能使無機汞和有機汞形成元素汞。用固定在聚砜基質(zhì)上的真菌可除去Cd、Cu、Pb、Ni;Pb的去除還可用林可鏈霉素和黑根霉菌。2.4廢水中其它物質(zhì)的去除 染料廢水是難以降解的一大類工業(yè)廢水,在厭氧微生物環(huán)境中,偶氮染料可通過還原作用完全生物降解。將優(yōu)勢菌的不完全厭氧-接觸氧化工藝用于處理印染工業(yè)廢水,脫色率達(dá)90%以上。用專性厭氧菌硫酸鹽還原菌混合培養(yǎng)物對偶氮染料、三苯甲烷染料、蒽醌染料的廢水進(jìn)行脫色,脫色率在1小時之內(nèi)可達(dá)69.9-98.8%。微生物處理電鍍廢水,對各

14、種金屬離子的一次凈化率達(dá)89.9%以上。蔗渣漿,用白腐菌處理含氯漂劑漂白的廢水,脫色率可達(dá)91.2%,BOD5去除率為92.5%,CODcr去除率為88.7%。3、微生物在空氣污染中的作用太原、蘭州、廣州、濟南。北京、等五個城市位于世界十大空氣污染最嚴(yán)重的城市中之列,全國600多個城市中、大氣質(zhì)量符合國家一級標(biāo)準(zhǔn)的不足1%。全國范圍的酸雨危害的程度和區(qū)域日益擴大。3.1微生物脫硫技術(shù) 工業(yè)“革命”以來,煤炭是世界能源的重要組成部分。我國是世界上最大的產(chǎn)煤國和煤消耗國,煤炭占我國一次能源的3/4,高硫煤儲量約占總儲量的1/3,并且高硫煤開采比例也逐年上升,而黃鐵礦硫約占總硫的60%。煤中通常含有

15、0.25%7%的硫,如我國西南地區(qū)煤平均含硫量為3.23%,西北地區(qū)為3.05%,中南地區(qū)為2.02%,華北地區(qū)為1.65%。煤炭中的硫分為可燃硫和不燃硫。不燃硫主要是硫酸鹽,可燃硫包括無機硫和有機硫?？扇剂蚪?jīng)燃燒生成SO2隨煙氣排入大氣,導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染,造成的經(jīng)濟損失。 近幾年來研究人員把煤的物理選煤技術(shù)之一的浮選法和微生物處理相結(jié)合,即把煤粉碎成微粒與水混合,并將微生物加入溶液中,讓微生物附著在黃鐵礦表面,使其表面變成親水性,能溶于水。在浮選中其難以附著在氣泡上,下沉至底部,從而把煤和黃鐵礦分開。由于它僅處理黃鐵礦的表面,因此脫硫時間只需數(shù)分鐘即可,從而大幅度縮短了處理時間,可脫除無

16、機硫約70%。另外,該法在把煤中的黃鐵礦脫硫時,灰分也可同時沉底,所以也具有脫去灰分的優(yōu)點。目前,浮選法微生物脫硫已成為國際上潔凈煤技術(shù)開發(fā)的熱點。 很多學(xué)者利用細(xì)菌研究了大量的脫硫技術(shù)。如利用氧化亞鐵硫桿菌已使脫硫率達(dá)95%以上,日本利用該菌已使H2S脫除率達(dá)99.99%,中國利用該菌對煉油廠催化干氣和工業(yè)廢氣脫硫,H2S去除率分別為71.5%和46.91%。3.2微生物過濾法 過濾發(fā)在50年代中期最先應(yīng)用于處理空氣中低濃度的臭味物質(zhì)。到80年代,德、美、荷蘭等國相繼用此法控制生產(chǎn)過程中的揮發(fā)性氣體和有毒氣體。其過程為: 廢氣(預(yù)處理)生物過濾器CO2,H20,無機鹽類 廢氣在反應(yīng)器里停留時

17、間很短,處理率可達(dá)90%以上。生物過濾法還可去除空氣中的異昧、揮發(fā)性物質(zhì)(VOCs)和有害物質(zhì),包括控制(去除)城市污水處理設(shè)施中的臭味、化工過程中的生產(chǎn)廢氣、受污染土壤和地下水中的揮發(fā)性物質(zhì)、室內(nèi)空氣中低濃度物質(zhì)等。 3.3微生物在空氣其他方面的處理 微生物還可用來固定CO2,實現(xiàn)CO2的資源化,同時產(chǎn)生很多附加值高的產(chǎn)品。生物技術(shù)用于有機廢氣具有費用低、效率高等優(yōu)點,在德國、荷蘭、日本及北美國家得到廣泛應(yīng)用。畢立鋒等還進(jìn)行了微生物凈化NOx的研究。 4、微生物在固體垃圾處理中的作用在我國人口急劇上升,每天由于人類活動,生活的垃圾也越來越多,每天都有大量的固體廢棄物,如各種垃圾的產(chǎn)生,特別是

18、大城市的固體廢棄物的產(chǎn)量更是驚人。城市 垃圾和工業(yè)固體廢棄物與日俱增,工業(yè)廢棄物累計堆積量已超過66億噸,占地超過5萬公頃,使200多個城市陷入垃圾包圍之中。這些固體廢棄物都應(yīng)該進(jìn)行無害化處理,但目前幾乎95%的垃圾未經(jīng)這樣的處理,一般只是簡單地堆集起來或傾入江河中。固體廢棄物中不僅含有各種無機物,如玻璃、金屬等,還含有大量的有機物,包括可降解的淀粉、蛋白質(zhì)、廢紙、烴類等和很難降解的塑料等。 4.1城市垃圾微生物處理 目前城市主要可以分為三大類:化學(xué)法(如絮凝沉淀法)、物理法(過濾)和生物法(如活性污泥法)。這三類方法也可以結(jié)合使用。在污染物的處理中,雖然物理、化學(xué)方法作出了一定的貢獻(xiàn),但由于

19、這些方法存在投資大、成本高、二次污染的問題,而逐漸被生物法所代替?？梢娢⑸镉蟹欠仓А?現(xiàn)在發(fā)展了新的城市垃圾生物處理工藝。這種工藝是先經(jīng)過過篩,回收可再生資源后,引入具有特定功能的微生物(主要是一些能高效降解有機物質(zhì),如纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)的微生物)進(jìn)行好氧處理或厭氧發(fā)酵,加速發(fā)酵過程,同時還可以收集所產(chǎn)生的沼氣。經(jīng)過充分發(fā)酵后的垃圾是一種很好的農(nóng)業(yè)肥料。如果實現(xiàn)垃圾處理工廠化,可以使發(fā)酵周期縮短(1-2星期),并且處理量較大。發(fā)酵過程可以實現(xiàn)全自動化控制,發(fā)酵后形成的肥料的質(zhì)量也能得到保證。4 4.2農(nóng)村垃圾微生物處理 中國一個最大的發(fā)展中國家,最大的農(nóng)業(yè)國近幾年來自中央建設(shè)新農(nóng)村的口號

20、的提出,服務(wù)三農(nóng),解決農(nóng)村就業(yè),保留農(nóng)村的那方“凈土”,首先考慮的是環(huán)境質(zhì)量。目前農(nóng)村垃圾沒有合理的安置和處理,房前屋后,處處可見。 21世紀(jì)有望沼氣的農(nóng)村主要的能源之一,沼氣已經(jīng)被世界公認(rèn)為新世紀(jì)可代替能源第一選擇,有著不可比擬的特點,在農(nóng)村流傳這樣一句話:一日三餐不見炊煙,描繪沼氣能源給村子帶來的巨大變化,由于適用范圍廣,我國能源短缺嚴(yán)重,生物資源豐富的綜合原因,成未來適合我國國情的的最佳能源選擇,面對能源價格的不斷上漲,環(huán)境不斷高漲,沼氣再一次成為解決能源的焦點,我國為實現(xiàn)可持速發(fā)展戰(zhàn)略,建設(shè)社會主義新農(nóng)村,農(nóng)村的市場特別廣大。 沼氣發(fā)酵微生物-是在缺氧條件下降解有機質(zhì)產(chǎn)生沼氣的一群微生物。沼氣常形成于富含有機質(zhì)的沼澤、塘、湖等水下缺氧沉積物中,是一種可燃性氣體,其主要成分為甲烷(占5570%)和二氧化碳(占3045%)。沼氣微生物的種類龐雜,在純培養(yǎng)條件下,最適生長的酸堿度有很大差異,但在沼氣池中pH7左右最適于產(chǎn)生沼氣。 沼氣微生物使自然界中缺氧環(huán)境的有機質(zhì)降解,進(jìn)入碳、氮等物質(zhì)循環(huán)圈。所產(chǎn)生的甲烷最終又被氧化為二氧化碳。產(chǎn)生于深海沉積物中的甲烷則可能轉(zhuǎn)化為甲烷水合物,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為天然氣。中國廣大農(nóng)村正在利用沼氣微生物的作用,以秸稈、糞便等制取沼氣,作為一種再生性補充能源,同時也有利于農(nóng)村生態(tài)平衡,保持、提高土壤肥力并改善環(huán)境衛(wèi)生。 5、微生物技術(shù)利