園林植物安全與檢疫：環(huán)境微生物對環(huán)境的污染與危害

第七章環(huán)境微生物對環(huán)境的污染與危害一.土壤中微生物（一）土壤是微生物生活的良好環(huán)境土壤具有微生物生長繁殖所必須的各種條件。1.營養(yǎng)土壤中有大量動植物殘體、植物根系的分泌物、人和動物的排泄物。這些有機物為微生物提供了良好的碳源和氮源，土壤中豐富的礦物質(zhì)元素可以滿足微生物的需要。2.水分和滲透壓土壤有一定的蓄水性，為微生物提供水分，土壤的滲透壓對微生物是等滲或低滲環(huán)境，有利于微生物攝取營養(yǎng)。3.空氣土壤團粒結(jié)構(gòu)的空隙中充滿空氣，其中氧含量占總體積的7-8%（約為大氣氧含量的1/3）大大超過了好氧微生物對氧的需求，所以土壤可以滿足各種微生物對氧的需要。4.pH值土壤的pH值多接近中性，且緩沖能力強，能適合大多數(shù)微生物生長的需要。5.溫度土壤具有保溫性，與空氣相比，其晝夜溫差小的多。土壤溫度一般為10~25℃，適宜多種微生物生長。在冬季，即使地面凍結(jié)，一定深度土壤中仍保持較高的溫度。此外，幾毫米厚的表層土可以吸收和阻擋太陽光中的紫外輻射，保護了土壤中微生物。綜上所述，土壤為微生物生長繁殖提供了良好的條件，被稱為“微生物天然培養(yǎng)基”，所以土壤中微生物種類最多，數(shù)量最大。（二）土壤微生物的種類、數(shù)量土壤中微生物的種類和數(shù)量因土壤類型、季節(jié)、土層深度而不同，如肥沃土壤，每克土含幾億至幾十億微生物，而貧瘠土壤每克只含幾百萬至幾千萬。其中細菌最多，放線菌和真菌次之，藻類和原生動物較少。1.細菌細菌約占土壤微生物總數(shù)的70~90%，常見細菌有固氮菌、氨化菌、硝化菌、反硝化菌、硫酸還原菌、纖維素分解菌、鉀細菌、鐵細菌等，主要是異養(yǎng)型，少數(shù)為自養(yǎng)型。異養(yǎng)型參與土壤有機質(zhì)的分解和腐殖質(zhì)的合成，自養(yǎng)型主要轉(zhuǎn)化礦物質(zhì)。2.放線菌約占土壤微生物總數(shù)的5~30%，孢子含量達每克土幾千萬至幾億，常見種類有諾卡氏菌屬、鏈霉菌屬等。放線菌都是異養(yǎng)類，較耐干旱，在潮濕土壤中較少。3.真菌含量較多，每克土幾千至幾十萬。常見的霉菌有青霉、曲霉、頭孢霉等，均為嚴格好氧的異養(yǎng)型，絲狀體的菌絲交織蔓延在土壤中，起到了改良土壤團粒結(jié)構(gòu)的作用。酵母菌含量較少，一般每克土幾個到幾千個。4.藻類土壤中藻類的數(shù)量不多，不到微生物總數(shù)的1%，一般生長在土壤表層，多為單細胞綠藻和硅藻。藻類為光合型微生物，能利用光能把無機物合成有機物，產(chǎn)生氧氣，但受陽光和水分影響較大。5.原生動物通常在富含有機質(zhì)的土壤中存在，主要是纖毛蟲、鞭毛蟲、肉足蟲等，以吞食各種有機物的碎片、藻類、菌類為生，一般每克土含幾十個至幾十萬個。土壤微生物可以轉(zhuǎn)化土壤中各種物質(zhì)的狀態(tài)，改變土壤的理化結(jié)構(gòu)，它們是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。由于土壤有團粒結(jié)構(gòu)，又棲息著數(shù)量龐大、種類繁多的微生物，使土壤具有很強的吸附、過濾和生物降解能力?！锿寥雷詢敉寥缹M入其中一定量的有機物或有機污染物具有吸附和生物降解能力，通過各種理化、生物過程自動分解污染物，使土壤恢復(fù)到原有水平，稱為~。土壤微生物是土壤自凈作用的基礎(chǔ)，也是土壤生物修復(fù)的主力軍。二.水體中的微生物水體分為天然水體和人工水體。天然水體指江河、湖泊、海洋；人工水體指水庫、運河、城市給排水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)等。水體中含有微生物所需的各種營養(yǎng)，因而也是微生物的天然生存環(huán)境。水中微生物除天然棲息者外，還來自土壤、空氣、動植物殘體、動物排泄物、工業(yè)廢水和生活污水。（一）水中微生物的種類1.清水型水生微生物在潔凈的水域中，因營養(yǎng)物較少，微生物數(shù)量也較少，一般只有幾十~幾百/ml，并以自養(yǎng)型為主，常見有綠硫細菌、藍細菌等；此外還有藻類如絲狀綠藻、硅藻等、真菌如水霉菌屬、原生動物如鐘蟲、固著型纖毛蟲、微后動物如浮游甲殼動物等。2.腐敗型水生微生物在受嚴重污染的水域中，異養(yǎng)微生物占優(yōu)勢，它們分解有機物，對水體起凈化作用。其中細菌較多，每毫升中達幾千萬~幾億，以變形桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌等革氏陰性無芽孢菌為主，還有芽孢桿菌、大腸桿菌、糞鏈球菌、弧菌、甚至還有傷寒、痢疾、霍亂等病原菌。此外還有綠藻、裸藻等藻類和草履蟲、鐘蟲等原生動物。（二）水中微生物的分布微生物在水體中的分布規(guī)律為：近岸水域中細菌數(shù)量較多，離岸越遠，微生物越少。微生物在靜水中垂直分布規(guī)律為：上層水體中氧含量較高，主要有好氧菌（如假單孢菌、球衣細菌等）、真菌和藻類；中層水體主要有光合細菌（如紅硫細菌、綠硫細菌）、以及厭氧菌；底層水體中，主要有脫硫弧菌屬、甲烷桿菌屬、甲烷球菌屬等厭氧菌。底泥中的微生物多于水中的微生物。由于經(jīng)過土壤過濾，地下水有機物缺乏，含菌遠少于地面水，在深層地下水中甚至沒有細菌（三）水的細菌學(xué)檢測1.細菌總數(shù)測定將水樣（或作一定稀釋）1ml接種在普通營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基內(nèi)，37℃培養(yǎng)24h后，計數(shù)培養(yǎng)基上的細菌菌落數(shù)，然后換算出1ml水樣中所含的細菌數(shù)。2.水中細菌總數(shù)測定的意義：37℃時，在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中能生長的細菌，代表在人體溫度下能繁殖的異養(yǎng)型細菌。所以在生活飲用水中所測得的細菌總數(shù)，能說明水被生活廢棄物污染的程度，也指示該水能否飲用。我國生活飲用水標準（GB5749—85）規(guī)定，細菌總數(shù)不得超過100個/ml。3.大腸菌群的測定大腸菌群指好氧的和厭氧的無芽孢、G－、在37℃培養(yǎng)24~48h后使乳糖發(fā)酵、并產(chǎn)酸產(chǎn)氣的桿菌，主要包括大腸埃希氏菌（俗稱大腸桿菌）、產(chǎn)氣桿菌、檸檬酸鹽桿菌、副大腸桿菌。在伊紅美藍培養(yǎng)基表面，各種大腸桿菌會形成特殊菌落，可作為鑒別的依據(jù)。圖110大腸埃希氏菌的菌落呈紫紅色帶金屬光澤大腸埃希氏桿菌的菌落呈紫紅色帶金屬光澤；圖111檸檬酸鹽桿菌的菌落呈紫紅或深紅色圖112產(chǎn)氣桿菌的菌落呈淡紅色，中心色深圖113產(chǎn)氣桿菌的菌落圖114副大腸桿菌的菌落無色透明圖115副大腸桿菌菌落4.大腸菌群的測定意義：大腸菌群是腸道最普遍存在和數(shù)量最多，與多數(shù)腸道病原菌存活期相近，并易于培養(yǎng)、觀察的一群需氧或兼性厭氧的革氏陰性無芽孢桿菌，故被定為檢驗?zāi)c道致病菌的指示菌，也作為水體受糞便及污染程度的指標。5.大腸菌群的測定方法：一般采用多管發(fā)酵法，自來水中大腸菌群的測定過程如下。（1）初發(fā)酵實驗：無菌操作，2個50ml三倍濃縮乳糖蛋白胨培養(yǎng)基瓶中各加100ml水樣，10支5ml三倍濃縮乳糖蛋白胨培養(yǎng)基試管中各加10ml水樣，混勻，37℃培養(yǎng)24h。若24h未產(chǎn)酸產(chǎn)氣的，繼續(xù)培養(yǎng)至48h。結(jié)果分析：①培養(yǎng)基紅色不變，小導(dǎo)管內(nèi)無氣體，即不產(chǎn)酸不產(chǎn)氣，為陰性反應(yīng)，表示大腸菌群≤3。②如培養(yǎng)基紅色變黃，小導(dǎo)管內(nèi)有氣體，即產(chǎn)酸又產(chǎn)氣，為陽性反應(yīng)，說明有大腸菌群存在。③如培養(yǎng)基紅色變黃，但不產(chǎn)氣，仍為陽性反應(yīng)，說明有大腸菌群存在。結(jié)果為陽性者，說明水可能被糞便污染，需進一步檢驗。④如小導(dǎo)管有氣體，但培養(yǎng)基紅色不變，也不渾濁，系操作有誤，重作檢驗。圖116大腸菌群產(chǎn)酸的鑒別-溴甲酚紫指示劑變化圖117大腸菌群產(chǎn)氣的變化（2）平板培養(yǎng)將24h后產(chǎn)酸、產(chǎn)氣或產(chǎn)酸不產(chǎn)氣的發(fā)酵管培養(yǎng)液取一環(huán)，在伊紅美藍固體培養(yǎng)基上劃線接種3個平板，37℃培養(yǎng)24h，觀察大腸桿菌的菌落特征。（3）將具有上述特征的菌落涂片、革氏染色、鏡檢，結(jié)果為革氏陰性的無芽孢桿菌，則表明有大腸菌群存在。（4）復(fù)發(fā)酵試驗無菌,取上述1~3個特征菌落接種于10ml單倍乳糖蛋白胨培養(yǎng)基大試管中，37℃培養(yǎng)24h，有產(chǎn)酸產(chǎn)氣者，證實有大腸菌群存在。注意：在37℃生長并發(fā)酵乳糖、產(chǎn)酸產(chǎn)氣的大腸菌群，稱為總大腸菌群，其中既有土壤、水體等自然環(huán)境中原本存在的大腸菌群，也包括來源于人糞便的大腸菌群。為了區(qū)別兩者，可提高培養(yǎng)溫度至44.5℃

，凡能在44.5℃生長并發(fā)酵乳糖，產(chǎn)酸產(chǎn)氣的大腸菌群，稱為糞大腸菌群。由于總大腸菌群、糞大腸菌群、致病腸道菌群間存在一定相關(guān)性，而大腸菌群數(shù)量極大，較易分離鑒定，所以實際工作中，通過檢查水樣中的大腸菌群，判斷水體被糞便污染的程度，從而間接推測其它病原菌存在的概率。這樣，就不必耗費大量人力、物力，一一檢測隨糞便而來的，各種含量極少的病原菌。各種用途的水質(zhì)微生物標準標準名稱及標準編號項目標準值.生活飲用水衛(wèi)生標準

細菌總數(shù)(個/ml)≤100..GB5749—85

總大腸菌群(個/L)≤3.生活飲用水源水質(zhì)總大腸菌群(個/L)1級≤103標準CJ3020—932級≤104地表水環(huán)境質(zhì)量標糞大腸菌群(個/L)Ⅰ≤200Ⅱ≤2·103

準GB/T14848—93Ⅲ≤104Ⅳ≤2·104Ⅴ≤4·104

景觀娛樂用水標準總大腸菌群(個/L)A類≤104.GB12941—91

糞大腸菌群(個/L)A類≤2000三.空氣中的微生物由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，水分不足，溫差較大，有強的紫外輻射，因此空氣不利于微生物生長繁殖；大多數(shù)微生物在短時間內(nèi)就會死亡。抵抗力較強的微生物可以存活幾天、幾周甚至數(shù)月，但最終要沉降到地表。所以微生物在空氣中都是短暫停留。（一）空氣中微生物的來源、數(shù)量空氣微生物的來源很多，一般來自地面。飛揚的塵土將土壤中的微生物帶到空氣中；飛濺的水滴會將水中的微生物帶到空氣中；人和動物身上的微生物會飄入空中；口腔和呼吸道內(nèi)的微生物通過咳嗽、噴嚏進入空氣?？諝馕⑸飻?shù)量與環(huán)境狀況有關(guān)，綠化程度高、垃圾少、降水多、塵埃顆粒少，人口密度低、人員活動少、通風良好，空氣微生物也少。一些場所空氣微生物數(shù)量（個/m3

）見下表：.場所微生物數(shù)量場所微生物數(shù)量.教室2500辦公室1400.集體宿舍20000醫(yī)院700~1100.市區(qū)公園200海洋上空1~2.空氣中的微生物沒有固定的類群,不同地區(qū)空氣微生物分布差異很大。微生物在空氣中停留的時間和分布的范圍，取決于氣流的強弱、塵埃顆粒的大小、空氣的相對濕度、紫外輻射的強弱以及微生物對惡劣環(huán)境的抵抗能力。（二）空氣微生物的檢驗方法和標準檢驗空氣微生物，一般只計在37℃繁殖的細菌總數(shù)，而不區(qū)分微生物種類。常用檢驗方法是沉降平板法，即測定一定時間內(nèi)從空氣中降落到單位面積地面上的微生物個數(shù)，具體操作方法實驗中講解。目前，我國還沒有統(tǒng)一的空氣衛(wèi)生標準，室內(nèi)一般以500~1000個/m3作為空氣污染的指標。四.微生物對環(huán)境的污染與危害（一）水體富營養(yǎng)化指大量氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)進入水體，使藻類及浮游生物大量增殖，水體透明度和溶氧下降，魚類及好氧生物大量死亡、水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。因浮游生物的大量繁殖，往往使水體呈紅色、棕色、蘭色、乳白色等。由于海洋富營養(yǎng)化時，水體通常呈紅色，所以稱為“赤潮”；而江河湖泊中的富營養(yǎng)化被稱為“水華”。1.水體富營養(yǎng)化的形成原因

（1）營養(yǎng)來源：碳、氮、磷是藻類生產(chǎn)的主要營養(yǎng)物質(zhì)。由于碳的供應(yīng)比較充足，氮、磷成圖118海洋赤潮圖110海洋赤潮圖120形成赤潮的有毒藻類圖121淡水藍藻水華為決定的因素。一般認為含氮量大于0.3mg/L、含磷量大于0.02mg/L，藻類即能旺盛繁殖，形成富營養(yǎng)化。過多的氮磷的來源如下：①從農(nóng)田流出的含氮磷豐富的水農(nóng)業(yè)使用化學(xué)氮肥，但利用率只有30%，大量氮肥流失，成為水體氮污染的主要來源。②未經(jīng)處理的養(yǎng)殖業(yè)廢物和未經(jīng)充分利用的含氮、磷養(yǎng)殖餌料農(nóng)村畜禽業(yè)的集約化程度提高，但畜禽糞便的利用減少，大部分未經(jīng)處理的畜禽糞便直接排入江河湖海，成為水體富營養(yǎng)化的重要原因之一。③工業(yè)廢水、未經(jīng)處理的生活污水，或經(jīng)處理后仍含大量氮磷的污廢水。（2）形成場所富營養(yǎng)化多發(fā)生在較淺的、水流緩慢的水體，如較淺的湖泊、河口、港灣、內(nèi)海等，與上述水體中氮、磷不易稀釋有關(guān)。（3）季節(jié)與氣溫在夏季無風時，由于熱力學(xué)的作用，水體可發(fā)生分層現(xiàn)象，上層水暖，下層水冷，加上上層水營養(yǎng)較豐富，所以中溫性的藻類便在上層旺盛繁殖而發(fā)生富營養(yǎng)化。（4）光線藻類是光能自養(yǎng)生物，所以充足的陽光是藻類旺盛繁殖的必要條件。（5）pH值適合藻類生長的pH值范圍為7~9。

2.水體富營養(yǎng)化的優(yōu)勢藻種

引起赤潮的藻種主要是甲藻綱的裸甲藻屬、多甲藻屬等；引起水華的主要是藍藻中的微囊藻、魚腥藻等屬。3.水體富營養(yǎng)化的危害（1）水質(zhì)惡化藻類大量繁殖后，水體呈色，變渾濁，透明度降低，甚至有大量藻類團塊漂浮在水面，藻類產(chǎn)生有異味的有機物（土腥素、硫醇、吲哚、胺類、酮類），使水體臭味彌漫，pH值上升，深層溶氧量降低。（2）影響水產(chǎn)養(yǎng)殖大量藻類夜間呼吸及死亡藻體分解，要消耗水中大量的溶氧，致使水體缺氧，使魚、貝類等窒息死亡。有的藻類能產(chǎn)生毒素富集于貝類體內(nèi)，雖對貝類無致死作用，但會危害其它水生生物和人類健康。（3）影響自來水廠的供水自來水廠的水源如來自藻類大量繁殖的水域，處理難度大，成本高，水中的氣味難以除盡，嚴重影響出水質(zhì)量。某些藻類代謝產(chǎn)物烴類在加氯消毒后可形成“三致物”三氯甲烷。（4）生態(tài)惡化在自然條件下，貧營養(yǎng)湖也會演變?yōu)楦粻I養(yǎng)湖，進而演變?yōu)檎訚珊完懙?，這也是一個富營養(yǎng)化過程，只是進程極為緩慢。而上述水體富營養(yǎng)化實際是人為的迅速的富營養(yǎng)化過程，除了短期內(nèi)的水質(zhì)惡化外，更可加速湖泊向陸地的演變，對人類是一個巨大的威脅。4.水體富營養(yǎng)化的檢測國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的標準，目前一般根據(jù)以下指標判斷：水體含氮量>0.3mg/L；水體含磷量>0.02mg/L；BOD5>10mg/L；淡水中細菌總數(shù)>105個/ml；葉綠素α（藻類生長量的標志）>10μg/L。5.水體富營養(yǎng)化的防治（1）外環(huán)境控制：①在工業(yè)方面對廢水進行脫氮、脫磷處理，控制排污總量。②農(nóng)業(yè)方面加大農(nóng)家肥使用量，減少化肥使用量，建立農(nóng)村污水處理設(shè)施。③生活方面限制含磷洗衣粉的生產(chǎn)使用。④生態(tài)建設(shè)方面保護水體周圍及上游的森林植被，建立水體周圍的緩沖林帶，減少營養(yǎng)物質(zhì)的流失。如湖邊應(yīng)有2~5km的湖濱保護帶。（2）內(nèi)環(huán)境控制①生物轉(zhuǎn)移，如養(yǎng)殖藻類等水生生物并定期收獲，養(yǎng)殖食草性魚貝類，借以轉(zhuǎn)移水體營養(yǎng)物。②工程轉(zhuǎn)移，如挖掘底泥，將底泥中的磷除去；換水帶走水中的營養(yǎng)物；深層排水帶走大部分營養(yǎng)鹽。③抑制藻類利用營養(yǎng)物通常適用于小范圍水體凝集沉淀磷，如加鐵鹽、鋁鹽及粘土礦物，結(jié)合磷為沉淀物，藻類無法吸收利用。④抑菌殺藻投放0.1~0.5mg/L的CuSO4（殺藻而不能除氣味）；0.5~1mg/L的漂白粉（既殺藻又除氣味）；明礬，主要除藍藻。（二）病原微生物能使動植物和其它微生物致病的微生物通稱為~，空氣、水體、土壤、生物均可作為其駐留的場所與傳播媒介。1.空氣中的病原微生物指存在于空氣或通過空氣傳播致病的微生物，有綠膿桿菌、結(jié)核桿菌、破傷風桿菌、百日咳桿菌、白喉桿菌、肺炎桿菌、溶血性鏈球菌、金黃色葡萄球菌、腦膜炎球菌、感冒病毒、流感病毒、麻疹病毒等?？諝庵胁≡⑸锒嘁约纳绞缴?，不能在空氣中繁殖，加上大氣稀釋、空氣流動和日光照射等影響，病原微生物數(shù)量較少。它們主要通過3種途徑傳播疾病。（1）附著于塵埃上較大的塵埃顆?？裳杆俾涞降孛妫S清掃和通風而傳播；直徑10μm以下的較小塵?？奢^長時間懸浮于空氣中。（2）附著于飛沫小滴上人們咳嗽和打噴嚏時有無數(shù)細小飛沫噴出，其中直徑小于5μm的占90%以上，可長期漂浮于空氣中。（3）附著于飛沫核上較小的飛沫噴出后，水分迅速蒸發(fā)而形成飛沫核，飛沫核比飛沫小滴更小，因而所含細菌較少，但擴散距離更遠。病原微生物在飛沫核或飛沫小滴內(nèi)的存活時間及數(shù)量，受飛沫中營養(yǎng)物、溫度、濕度等的影響，溫度高則存活率低，所以經(jīng)空氣飛沫傳播的傳染病在寒冷季節(jié)發(fā)病較多。（4）附著于污水噴灌產(chǎn)生的氣溶膠上如果污水中存在病原微生物，在噴灌時形成的氣溶膠中可以帶菌，污染空氣，傳播疾病。2.空氣中病原微生物的防治（1）加強通風換氣。（2）空氣過濾又稱空氣潔凈技術(shù)，通過多級過濾達到除菌目的。用在對空氣質(zhì)量有特殊要求的部門和場所，如制藥、食品、生物、電子、醫(yī)院手術(shù)室、無菌實驗室等。（3）空氣消毒

①物理方法通常用紫外線消毒。直射的日光因含有紫外線也有明顯殺菌作用。②化學(xué)方法前面已介紹了幾種空氣消毒藥品。常用的有過氧乙酸，對細菌及芽孢、真菌、病毒都有殺滅作用，優(yōu)點是分解產(chǎn)物乙酸、過氧化氫、水與氧對人體無害；缺點是稀釋的過氧乙酸易分解，需現(xiàn)用現(xiàn)配；高濃度的過氧乙酸對金屬和織物有一定的腐蝕作用。使用有兩種方法，噴霧法：利用過氧乙酸在常溫下?lián)]發(fā)的特點，用5~10%的濃度、100~200ml/80m3噴霧，噴霧后密閉1h。蒸熏法：按0.75~1g/m3的用量，將過氧乙酸放在耐腐蝕容器中加熱，產(chǎn)生過氧乙酸蒸汽，全部蒸發(fā)后密閉1h。過氧乙酸及其分解物有刺激性，因此消毒時人不宜留在室內(nèi)，消毒后須經(jīng)通風換氣，人才能進入。3.水中的病原微生物指存在于水中或通過水的傳播引起疾病的病原微生物。（1）水中病原微生物的來源和種類：隨垃圾、人畜糞便、某些廢棄物進入水中的病原菌，有些因不適應(yīng)于水環(huán)境而死亡，也有一部分可在水中存活較長時間。水中常見的病原微生物有傷寒桿菌、痢疾桿菌、致病性大腸桿菌、鼠疫桿菌霍亂桿菌、脊髓灰質(zhì)炎病毒、甲性肝炎病毒等。4.水中病原微生物的防治（1）污水的處理污水排放前應(yīng)加氯或明礬、石灰、鐵鹽等絮凝劑，再砂濾，以除去大部分病原微生物。（2）水源的衛(wèi)生防護圍繞水源確定防護地帶，建立衛(wèi)生制度，使水源、水處理設(shè)施不受污染。（3）生活飲用水的消毒飲用水消毒是防止腸道傳染病的最重要環(huán)節(jié)，消毒方法有煮沸、紫外線照射、加氯、加臭氧等。①加氯消毒的原理常用液氯、漂白粉（主要成分Ca[OCl]2）、二氧化氯等。水中加氯后生成具有氧化能力的次氯酸HOCl，

HOCl是中性分子，易滲入到細菌體內(nèi)，氧化破壞酶類，使細菌死亡。我國水廠用氯消毒的要求是：氯加入水中接觸30~60min后，水中應(yīng)保持游離余氯0.3~0.5mg/L，自來水管網(wǎng)末梢的游離余氯也不能低于0.05mg/L?！?0世紀70年代發(fā)現(xiàn)水中有烷烴、芳香烴等,加氯后會產(chǎn)生CHCl3等“三致物”（致癌、致畸、致突變）歐美國家有用二氧化氯、臭氧消毒；經(jīng)檢驗二氧化氯不易產(chǎn)生三致物，但價格貴。②臭氧消毒不會產(chǎn)生致突變物而受歡迎。臭氧為強氧化劑，加入水中后可放出強氧化能力的新生氧，氧化水中有機物并殺死細菌及芽孢，還可除去水中的色、臭味。臭氧用量1~3mg/L，與水接觸時間需10~15min。但臭氧無持續(xù)殺菌作用，成本較高。③紫外線消毒適用于少量清水，但殺菌效果不強。此外還有過氧化氫消毒、微電解消毒等。5.土壤中的病原微生物指存在于土壤或通過土壤傳播引起疾病的微生物，主要有糞鏈球菌、沙門氏菌、結(jié)核桿菌、致病性大腸桿菌、碳疽桿菌、破傷風桿菌、腸道病毒等。除有病原微生物，還有寄生蟲卵。（1）土壤中病原微生物的來源：①用未經(jīng)徹底無害化處理的人畜糞便施肥。②用未經(jīng)處理的生活污水、醫(yī)院污水、含病原體的工業(yè)污水、污泥灌溉、施肥。③病死動物尸體處理不當。（2）防止土壤中的病原微生物傳染的主要措施:人畜糞便、污水污泥無害化處理，再施于土壤.無害化方法有：高溫堆肥、化糞池、藥物滅卵、厭氧（沼氣）發(fā)酵等。（三）微生物毒素1.細菌毒素有內(nèi)毒素和外毒素兩種。內(nèi)毒素是細胞壁的一部分，主要成分是脂多糖，只有當菌體裂解或自溶時才釋放出來，絕大多數(shù)內(nèi)毒素在動物循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)釋放才產(chǎn)生毒效，因此環(huán)境中的內(nèi)毒素一般無危險性。外毒素是微生物生長過程中釋放出的毒素，成分為蛋白質(zhì)，外毒素的毒力強于內(nèi)毒素，但不耐高溫，一般

加熱到60℃以上時，其毒性可被破壞，對人有威脅的主要是外毒素，如白喉毒素、破傷風毒素、霍亂腸毒素、肉毒毒素等。2.真菌毒素主要是霉菌產(chǎn)生的毒素，已發(fā)現(xiàn)有300多種，其中毒性最強的有黃曲霉毒素、黃綠青霉素。黃曲霉毒素是黃曲霉和寄生曲霉產(chǎn)生的，巨毒，也是致癌物，可誘發(fā)肝癌。已確定結(jié)構(gòu)的黃曲霉毒素共有17種，其中黃曲霉毒素B1毒性最大、致癌性最強，能耐高溫，加熱到200℃也不被破壞；耐紫外線，耐酸，所以穩(wěn)定性高，容易污染花生、花生油、玉米、大米等食品。但黃曲霉毒素B1在pH值9~10的堿性條件下可迅速分解，也可以被氯氣、次氯酸鈉、H2O2、SO2等破壞。3.藻類毒素最主要的藻類毒素由海洋中甲藻綱、金藻綱類和淡水中的藍藻產(chǎn)生，可致魚類、水禽死亡，其中的甲藻綱類毒素對人也有很大毒性。第八章微生物對化學(xué)物質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化一.

微生物降解與轉(zhuǎn)化化學(xué)物質(zhì)的能力（一）污染物的可生物降解性是指復(fù)雜大分子通過微生物的作用降解為小分子物質(zhì)的可能性。根據(jù)生物降解性的大小，將所有的污染物分為3種：1.易生物降解性物質(zhì)能迅速被微生物降解的物質(zhì)，如單糖、核糖、淀粉、蛋白質(zhì)等。2.難生物降解性物質(zhì)這類物質(zhì)能被微生物降解，但時間較長，如纖維素、烴類、農(nóng)藥等。3.不可生物降解性物質(zhì)在很長時間內(nèi)都不能被降解的某些高分子合成有機物，如塑料、尼龍以上各類物質(zhì)間沒有嚴格的界限，因為隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、微生物潛力的挖掘，不可生物降解性物質(zhì)也可以成為可生物降解性物質(zhì)。（二）可生物降解性的測定

1.BOD5與CODcr比值法

BOD（生化需氧量）：是在好氧條件下，微生物分解水體中有機物的生物化學(xué)過程中所需溶解氧的量。COD（化學(xué)需氧量）：在規(guī)定條件下，水樣中能被氧化的物質(zhì)氧化所耗用氧化劑的量。CODcr是采用重鉻酸鉀法測定的結(jié)果，可粗略表示水中有機物的含量，根據(jù)BOD5/CODcr比值的大小，可推測廢水的可生化性，見下表：BOD5/CODcr>0.45<0.35<0.30<0.25廢水的可生化性生化性較好可生化較難生化

不宜生化表中的內(nèi)容主要對低濃度有機廢水而言，對高濃度廢水，即使該比值小于0.25，BOD的絕對值也較大，意味著有較大量的生物降解量。2.微生物降解實驗法指在室內(nèi)模擬生產(chǎn)、工程，研究可生物降解性的方法。（1）土壤消毒實驗：將待測農(nóng)藥等量施入一組經(jīng)高溫或藥劑滅菌土壤和一組不滅菌的土壤，將土壤置室溫培養(yǎng)，定期測定兩組土壤中農(nóng)藥的剩余量，計算其降解速率，判斷其可生物降解性。（2）培養(yǎng)法在生物處理的小模型中，接種適量的活性污泥和不同濃度的待測廢水，測定進水、出水的CODcr、BOD5、活性污泥的增長狀況和生物種類及數(shù)量，判斷廢水的可生化性。二.微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用（一）碳循環(huán)含碳物有CO2、碳水化合物(糖類、淀粉、纖維素等）脂肪、蛋白質(zhì)中也有碳。碳循環(huán)以CO2為中心，動植物、微生物呼吸均產(chǎn)生CO2，工業(yè)燃燒產(chǎn)生大量CO2。只有植物、藻類、光合菌利用CO2，通過光合作用合成碳水化合物，合成過程是：6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2↑。CO2是植物、藻類的唯一碳源。1.淀粉的降解

淀粉淀粉酶葡萄糖丙酮酸

好氧分解三羧循環(huán)CO2+H2O厭氧分解乙醇發(fā)酵乙醇、CO2

丙酮丁醇發(fā)酵丙酮、丁醇、乙酸、CO2、H2

丁酸發(fā)酵乙酸、丁酸、CO2、H22.纖維素的降解纖維素是葡萄糖的高分子聚合物。木材、棉花、農(nóng)作物及以這些為原料的工業(yè)廢水（棉紡廠的印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水）、城市垃圾等含大量纖維素，纖維素只能在微生物體內(nèi)各級纖維素分解酶的作用下逐級分解，分解纖維素的微生物有細菌、真菌、放線菌、霉菌、纖毛蟲等。纖維素

纖維素酶

纖維二糖葡萄糖

有氧分解三羧循環(huán)CO2+H2O+ATP厭氧分解乙醇發(fā)酵乙醇、CO2

丙酮丁醇發(fā)酵丙酮、丁醇、乙酸、CO2、H2

丁酸發(fā)酵乙酸、丁酸、CO2、H23.半纖維素分解半纖維素是與纖維素共存于植物細胞壁中的一類由D-木糖、L-阿拉伯糖、D-半乳糖、D-甘露糖等組成的多縮戊糖、己糖和雜多糖的混合物，分子量比纖維素小，不溶于水，但可溶于稀堿，分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素，分解過程：半纖維素聚糖酶、H2O

單糖+糖醛酸

好氧分解三羧循環(huán)CO2+H2O+ATP

厭氧分解各種發(fā)酵產(chǎn)物4.果膠質(zhì)是D-半乳糖醛酸構(gòu)成的直鏈高分子化合物，存在于植物細胞壁和細胞間質(zhì)中，天然果膠質(zhì)不溶于水。造紙、制麻、廢水中有果膠質(zhì)。微生物對果膠質(zhì)的分解過程：果膠微生物原果膠酶可溶性果膠+聚戊糖

果膠甲脂酶果膠酸+甲醇

聚半乳糖酶

半乳糖醛酸5.木質(zhì)素

植物木質(zhì)化組織的主要成分，復(fù)雜的高分子化合物，由多芳香族化合物氧化縮合而成；造紙、人造纖維廢水中含大量木質(zhì)素。分解過程：木質(zhì)素

菌類菌類，腐殖質(zhì)的成分H2O6.

脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪是甘油和脂肪酸形成的脂，不溶于水，溶于有機溶劑。脂肪酸中含飽和碳鏈的叫飽和脂肪酸，它和甘油組成的脂肪在常溫下呈固態(tài)，稱為“脂”。脂肪酸中含有不飽和碳鏈的叫不飽和脂肪酸，它和甘油組成的脂肪在常溫下呈液態(tài)，稱為“油”。脂肪是人和動物的重要能源，也是微生物的能源和碳源。毛紡，油脂，制革廠廢水含大量油脂。脂肪的分解過程：脂肪

動物、微生物脂肪酶甘油+高級脂肪酸

（1）甘油的代謝：甘油

甘油激酶

a-磷酸甘油

磷酸甘油脫氫酶

磷酸二羥丙酮

酵解

丙酮酸

氧化脫羧

乙酰輔酶A三羧循環(huán)

CO2+H2O

酵解一磷酸葡萄糖葡萄糖+淀粉（2）脂肪酸的氧化：以硬脂酸CH3-(CH2)16-COOH為例CH3-(CH2)16-COOH+ATP+CoA~SH(輔酶A)

脂酰硫激酶、脂酰磷激酶CH3-(CH2)16-CO~SCoA(硬脂酰輔酶A)+AMP+PPi（焦磷酸H4P2O7）CH3-(CH2)16-CO~SCoA+8CoA~SH+8FAD++8NAD++8H2O

加氫、脫水8FADH2+8NADH2+9CH3CO~SCoA

三羧循環(huán)

CO2+H2O+147ATP

脂肪酸在肝臟分解氧化不全，產(chǎn)生酸類和酮體脂肪酸肝臟乙酰乙酸+β-羥丁酸+丙酮7.烴類：石油的主要成分，目前已發(fā)現(xiàn)有假絲酵母等200多種微生物能降解石油。（1）烷烴轉(zhuǎn)化C2nH2n+2+2O2微生物(如青霉菌)CO2+H2O+能量（2）芳香烴苯+2O2分解苯類菌6CO2+3H2O（3）萘萘

微生物鄰-羥基苯丙酸+鄰苯二酚

CO2+H2O（4）菲、蒽菲蒽微生物鄰苯二酚

CO2+H2O（二）氮循環(huán)：自然界中，氮以N2、無機氮和有機氮化合物3種形式存在。在動物、植物、微生物作用下，3種形式的氮素不斷相互轉(zhuǎn)化。1.氨化作用

微生物分解有機氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為~。（1）蛋白質(zhì)的水解生活污水、屠宰、罐頭食品、乳品加工、制革工業(yè)等廢水中均含蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)微生物蛋白分解酶肽微生物肽酶氨基酸

（2）氨基酸分解通常氨基酸被微生物吸收后直接作為合成蛋白質(zhì)（新細胞）的原料，但在厭氧與缺乏碳源的條件下，也能被細菌分解，用做能源與碳源，維持機體的生長。微生物分解氨基酸主要有脫氨基和脫羧基作用。①脫氨基作用有3種方式★氧化脫氨氨基酸在有氧條件下，脫氨基，生成α-酮酸與氨，如：CH3-

CHNH2

-

COOH

丙氨酸+1/2O2脫氨基酶

CH3-CO-COOH丙酮酸+

NH3

三羧循環(huán)CO2+H2O+ATP★還原脫氨

氨基酸在專性厭氧菌和兼性厭氧菌、無氧條件下，生成脂肪酸與氨：NH2-CH2-COOH+2H羧狀芽孢桿菌

CH3–COOH+NH3

甘氨酸乙酸★水解脫氨氨基酸水解生成羥酸與氨，如：CH3-

CHNH2

-

COOH

丙氨酸+H2OCH3-

CHOH

–

COOH乳酸+NH3

脫氨基后形成的有機酸和脂肪酸在好氧或厭氧條件下，在不同微生物作用下繼續(xù)分解。②脫羧作用多數(shù)由腐敗菌和霉菌引起，微生物的脫羧酶催化氨基酸脫羧，生成胺和CO2。二元胺對人有毒，所以肉類蛋白質(zhì)腐敗后不可食CH3-CHNH2-COOH

CH3-CH2NH2+

CO2

丙氨酸乙胺H2N(CH2)4CHNH2COOHH2N(CH2)4CH2NH2+CO2

賴氨酸尸胺（3）核酸的分解各種生物細胞中均含大量核酸，許多微生物都能分解核酸，降解過程如下核酸核酸酶+H2O

核苷酸核苷酸酶核苷核苷酶

嘌呤或嘧啶脫氨基

NH3

核糖或脫氧核糖（4）尿素分解尿素是人、畜尿中代謝產(chǎn)物，農(nóng)業(yè)中大量使用尿素，所以尿素在環(huán)境中大量存在。分解尿素的細菌有尿芽孢八疊球菌等。CO(NH2)2尿素+2H2O微生物尿酶(NH4)2CO3在堿性環(huán)境中很不穩(wěn)定,分解

2NH3+CO2+H2O2.硝化作用

氨在有氧條件下，經(jīng)亞硝酸菌和硝酸菌作用轉(zhuǎn)化為硝酸，稱~。分兩步進行：2NH3+3O2亞硝酸菌2HNO2+2H2O+619kJ2HNO2+O2硝酸菌2HNO3+201kJ參與硝化作用的微生物統(tǒng)稱為硝化細菌。3.反硝化作用土壤、水體、污水及工業(yè)廢水中都有硝酸鹽。植物、藻類、及其他微生物把硝酸鹽還原為N2和N2O的過程稱~，又稱脫氮作用。它通常有2種結(jié)果：（1）硝酸還原為氨：植物、藻類及其它微生物通過硝酸還原酶，將硝酸還原為氨，再進一步合成氨基酸、蛋白質(zhì)和其它含氮大分子，這種反硝化作用也稱為合成性硝酸還原作用。HNO3→HNO2→HNO→NH(OH)2→NH2OH→NH3（2）硝酸還原為氮氣：在厭氧條件下，反硝化菌將硝酸還原為氮氣，也稱為脫氮作用。

N2HNO3HNO2HNON2O4.固氮作用

固氮微生物把大氣中分子氮轉(zhuǎn)化為氨的過程稱為~，固氮微生物種類很多，包括細菌、放線菌、藍細菌。細菌有根瘤菌屬、固氮菌屬等。它們固氮的基本反應(yīng)相同：酶-N≡N2H+2e－酶-N＝N2H+2e－酶-N-N2e－2H+2NH3+酶（三）硫素循環(huán)自然界中硫有三態(tài)：元素硫，無機硫化物，有機硫化物。三者在化學(xué)和生物學(xué)作用下互相轉(zhuǎn)化。1.分解作用

有機硫化物被微生物降解為無機硫的過程稱~。在有氧情況下，分解的終產(chǎn)物是硫酸鹽，可供植物和微生物利用；在缺氧情況下，特別在蛋白質(zhì)腐爛分解時，積累H2S和有氣味的硫醇等。含硫有機物大都含有氮素，在微生物分解中既產(chǎn)生H2S，也產(chǎn)生NH3，如變形桿菌將半胱氨酸水解為NH3和H2S。半胱氨酸+2H20變形桿菌甲酸+乙酸+NH3+H2S

2.同化作用：微生物利用SO4-2和H2S組成本身細胞物質(zhì)的過程稱~。細菌、真菌和放線菌中有很多能利用硫酸鹽的細菌，但僅少數(shù)菌能同化H2S。3.硫化作用：H2S、S、Fe2S等在硫細菌的作用下氧化為硫元素，再氧化為硫酸的過程稱為~。參與硫化作用的微生物有硫化細菌和硫磺細菌。2H2S+O22H2O+2S+能量2S+3O2+2H2O2H2SO4+能量Na2S2O3+2O2+H2ONa2SO4+H2SO4+能量4FeSO4+O2+2H2SO32Fe2(SO4)3+2H2O4.反硫化作用

硫酸鹽在厭氧條件下被微生物還原成H2S的過程叫~，或硫酸鹽還原作用。參與此過程的微生物主要是脫硫弧菌屬等。在混凝土和鑄鐵排水管中如果有硫酸鹽，會因缺氧而被還原為H2S，H2S上升到污水表層或逸入空氣，與氧相遇，在硫化細菌作用下氧化為硫酸，再與管頂部的凝結(jié)水結(jié)合，使混凝土和鑄鐵管受到腐蝕。為了減少這種腐蝕，要求管道要有適當?shù)钠露龋刮鬯鲃訒惩?。（五）磷素循環(huán)磷在自然界中以含磷有機物、可溶性磷化物、難溶性磷化物三種狀態(tài)存在。磷的轉(zhuǎn)化主要通過三個途徑進行：有機磷分解磷酸或可溶與土壤鹽基結(jié)合不溶性化合物同化性磷酸鹽產(chǎn)酸微生物作用磷酸鹽1.含磷有機物的分解含磷有機物有核酸、磷脂、植素等。土壤中的一些微生物分解有機磷化合物，釋放出磷酸，再轉(zhuǎn)化為無機磷酸鹽，如：核糖核酸核糖核酸酶核糖+磷酸+嘌呤+嘧啶土壤中分解有機磷化物的微生物很多，有細菌、放線菌、真菌等。植素是由植酸（肌醇六磷酸脂）和鈣、鎂離子結(jié)合成的鹽類，在土壤中分解很慢。植素微生物植酸酶磷酸+CO22.無機磷化合物的轉(zhuǎn)化在土壤中存在難溶性的磷酸鈣，可被酸類物質(zhì)逐漸溶解，轉(zhuǎn)化成水溶性的磷酸鹽。如磷酸三鈣在酸性條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿釟溻}和磷酸二氫鈣，可溶性增加。而異養(yǎng)微生物代謝產(chǎn)生的各種有機酸有利于難溶的磷酸鹽的轉(zhuǎn)化。此外，在有機養(yǎng)料豐富而缺氧的條件下，磷酸鹽可被梭狀芽孢桿菌等還原成膦H3PO4H3PO3H3PO2PH3三.各類合成化合物的生物降解與轉(zhuǎn)化（一）微生物對農(nóng)藥的生物降解農(nóng)藥包括無機物（硫酸銅、氯化汞等），天然有機物（抗菌素,除蟲菊酯）、合成有機物（氯化烴、氨基磷酸酯）。農(nóng)藥進入環(huán)境后，主要靠微生物（特別是土壤微生物）的降解，通過分解、氧化、還原、水解、縮合或共軛形成、共代謝、脫鹵、脫烴、環(huán)裂解，這些反應(yīng)使農(nóng)藥降解為無毒、改變毒性譜，也可能使農(nóng)藥轉(zhuǎn)變?yōu)楦净蛑掳┪镔|(zhì)。共代謝：在某些特殊培養(yǎng)基中或在其它微生物參與的特殊條件下，微生物降解轉(zhuǎn)化原來不能利用的化合物。例如直腸梭菌在有蛋白胨類物質(zhì)存在時，才能降解丙體六六六；鏈霉菌需節(jié)桿菌的協(xié)同作用，才能降解農(nóng)藥二嗪農(nóng)；銅綠假單胞菌經(jīng)正庚烷誘導(dǎo)產(chǎn)生羥化酶系后，可以將鏈烷烴氧化為相應(yīng)的醇

（二）微生物對塑料的生物降解塑料是聚烯烴和增塑劑的混合物，常用的增塑劑是鄰苯二甲酸酯類，能通過食物鏈發(fā)生富集作用，危害人類健康。聚烯烴需要先經(jīng)光降解成分子量5000以下的粉末，才能被微生物利用。在土壤微生物的作用下，約1年后可礦化。自然狀態(tài)下，微生物主要作用于增塑劑；塑料雖可被微生物分解，但速度很慢，屬于極難生物降解的頑固化合物，而且塑料污染范圍廣、數(shù)量大、回收利用難、無害處理難對生態(tài)環(huán)境危害極大。目前國內(nèi)外出現(xiàn)多種生物可降解塑料、微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的聚羥基烷酸（PHA）是其中一種。（三）多氯聯(lián)苯的生物降解多氯聯(lián)苯（PCB）是人工合成的有機氯化合物，耐酸堿、耐熱、絕緣性高、化學(xué)穩(wěn)定性高、脂溶性高，常用作電器設(shè)備的絕緣油、化學(xué)工業(yè)的載熱體、塑膠產(chǎn)品的軟化劑、油漆油墨中的添加劑。PCB有毒，是一種致癌物，在環(huán)境中難于分解，能通過食物鏈富集，對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴重威脅。多氯聯(lián)苯是苯環(huán)上的氫原子被氯原子置換后生成的化合物，有210種異構(gòu)體，結(jié)構(gòu)式如下：

XXXX（X=Cl或H）XXXXXX微生物可通過共代謝方式按以下途徑降解PCB：

PCB2,3-二羥基-PCB2-羥基-6-酮六-3,4,5-三氯-2,4-二烯酸多氯苯甲酸多氯兒茶酚環(huán)裂解三羧循環(huán)(TCA)

苯甲酸環(huán)裂解（四）合成洗滌劑的生物降解合成洗滌劑的降解主要是表面活性劑的問題。表面活性劑除用于洗滌劑外，還大量用于纖維、造紙、金屬加工、石油、煤炭、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化妝品等工業(yè)，是一類廣泛存在的污染物。現(xiàn)在表面活性劑大多使用直鏈烷基苯磺酸鈉，它在好氧狀態(tài)下很快被微生物降解，生成5~6碳的直鏈不發(fā)泡物質(zhì)，條件適宜時，一周內(nèi)生物降解率可達90%以上，降解LBS的微生物主要有微球菌、假單胞菌等，降解機理是：1.甲基化親油基末端的甲基氧化為羧基；2.β-氧化羧基被氧化,末端的兩個碳斷裂、分解3.芳香族化合物的氧化如苯酚、水楊酸等的開環(huán)反應(yīng)，首先生成鄰苯二酚，然后在兩個羥基中間開環(huán)，經(jīng)過二羧酸，最后被徹底降解。4.脫磺化過程，脫下磺基。但合成洗滌劑中增強洗滌效果的輔助劑，如常用的軟水劑聚磷酸鹽可在水中蓄積，造成水體磷的富營養(yǎng)化，解決的方法是推廣無磷洗衣粉。（五）重金屬污染物的轉(zhuǎn)化：一些微生物對有毒金屬有抗性，可使重金屬及化合物發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而改變重金屬化合物的性質(zhì)和生物效應(yīng)；對微生物本身，這是一種解毒過程。微生物對金屬及化合物的轉(zhuǎn)化主要是通過氧化還原作用和甲基化作用。1.汞的生物轉(zhuǎn)化環(huán)境中汞有Hg2+、Hg+、Hg（汞元素）三種價態(tài)，微生物可在三種價態(tài)之間起轉(zhuǎn)化作用，機理是汞的甲基化和汞的還原作用。（1）汞的甲基化：與甲基鈷胺素有關(guān)，鈷胺素即VB12，它是含鈷的一種輔酶，許多微生物如大腸桿菌都能合成B類維生素，包括VB12。甲基鈷胺素（表示為R-CH3）是鈷胺素的衍生物，甲基是其活性基團，易被親電子的汞離子奪取而形成甲基汞和二甲基汞：Hg2+

R—CH3

CH3Hg+

R—CH3

(CH3)2Hg↑許多微生物如大腸桿菌、產(chǎn)甲烷菌，都能使汞甲基化，該過程受多種因子影響，主要是pH值，在堿性或中性條件下，Hg2+(CH3)2Hg↑二甲基汞不溶于水，易揮發(fā)于大氣中，在酸性條件下，(CH3)2HgCH3Hg+，所以酸性水域中，魚體內(nèi)一甲基汞含量高。甲基化主要發(fā)生在水底污泥表層的厭氧環(huán)境中。在富氧條件下，汞甲基化的速度要比厭氧條件高。2.汞的氧化有氧條件下，元素汞可被某些細菌氧化。3.汞的還原作用微生物將無機或有機汞化合物中的2價汞離子還原為元素汞的過程稱為~，又稱抗汞作用，這是消除汞污染的主要機理。有機汞的還原過程：有機汞微生物水解酶揮發(fā)性元素汞+揮發(fā)性有機物無機汞的還原：Hg2+微生物汞還原酶Hg0元素汞2.砷的生物轉(zhuǎn)化砷的有機、無機化合物均有毒性，3價砷的毒性比5價砷大，俗稱砒霜的是As2O3。微生物在砷的轉(zhuǎn)化中起主要作用。(1)砷的甲基化砷微生物；甲基鈷胺素提供甲基甲基砷↑(2)砷的氧化作用：As3+

微生物

As5+(3)砷的還原作用砷酸鹽微球菌、海洋細菌亞砷酸鹽

第九章微生物在水污染治理中的作用一.

水體自凈作用

水體自凈

有機污染物進入地面水體后，在物理、化學(xué)、生物等綜合因素的作用下，可得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平，稱為~。有機污染物排入水體后，首先被水中的好氧菌氧化分解，如果有機污染物濃度很高，有機物氧化分解和細菌的生長繁殖會迅速耗盡水中的溶解氧，水中缺氧，導(dǎo)致魚類、好氧原生動物、輪蟲、浮游甲殼動物死亡。此時，厭氧菌大量繁殖，有機物被厭氧分解。隨著有機物不斷減少，細菌也逐漸失去營養(yǎng),數(shù)量減少。隨后，光能自養(yǎng)型微生物利用水中無機物進行大量繁殖，隨著無機營養(yǎng)物的消耗，光合自養(yǎng)微生物也逐漸減少。至此，水中各種物理、化學(xué)、生物指標恢復(fù)到污染前的水平，自凈過程完成。上述自凈只有在總排污量小于水體自凈容量情況下才能完成，如果總排污量超過水域的自凈容量，水域?qū)⒉荒芑蚝茈y恢復(fù)到原來的狀態(tài)。二.污化系統(tǒng)及指示物正常情況下，污染物排入河流后，從排污口至下游的一段區(qū)域內(nèi)進行自凈。由于各種生物需要不同的生存條件，所以在不同位置分布著不同生物，即這些生物對應(yīng)一定的環(huán)境狀況，可以稱為指示生物。根據(jù)水質(zhì)、指示生物的種群和數(shù)量不同，將排污口下游河流分為多污帶、α-中污帶、β-中污帶、寡污帶4條帶。以上污化系統(tǒng)只反映有機污染程度，不能反映有毒廢水的污染。污化系統(tǒng)及指示生物.污化系統(tǒng)多污帶α-中污帶β-中污帶寡污帶.水色暗灰色灰色濁度低清澈.BOD(mg/L)＞105~10＜5＜3.H2S氣味強烈無無無.細菌(個/ml)＞100萬＞10萬＜10萬＜100.指示生物厭氧菌,細菌,藍綠硅藻,綠藻金魚藻,

兼性菌,藻,游泳型固著型纖硅藻,黃變形蟲纖毛蟲,輪毛蟲,水生藻,輪蟲蟲植物,輪蟲浮游甲水蚤殼類,魚.水生植物三.好氧活性污泥法處理污廢水好氧活性污泥：由微生物群落、有機和無機膠體、懸浮物等組成的，肉眼可見的絨絮狀小泥粒；顆粒直徑0.02~0.2mm，密度1.002-1.006，含水99%左右；靜置時能迅速凝聚成較大的絨粒而沉降；污泥外觀多呈黃褐色，或呈深灰、灰褐、灰白等色；一般無臭味或略有腥味；弱酸性（pH約6.7），對酸堿有較強的緩沖能力。（一）好氧活性污泥的生物組成好氧活性污泥由細菌、真菌、原生動物、微后動物等多種微生物聚集組成；其結(jié)構(gòu)和功能中心是起絮凝作用的細菌形成的細菌團塊，稱菌膠團。圖122好氧活性污泥及其沉降性圖123正大污水處理廠活性污泥圖124正大污水處理廠活性污泥圖125蒲城正大廠活性污泥中細菌細菌是活性污泥中的主要生物類群，主要有動膠菌屬等；原生動物以纖毛蟲為主?；钚晕勰嘈纬沙跗?，細菌多為游離狀態(tài)，到活性污泥成熟時，細菌分泌蛋白質(zhì)和多糖聚合成膠被，把大多數(shù)細菌包裹起來，形成菌膠團，進而形成活性污泥絮狀體。（二）好氧活性污泥凈化污水的機理1.吸附：在有氧條件下，活性污泥吸附廢水中的有機物，某些金屬離子。2.吸收、氧化、分解：廢水中可溶性有機物直接被細菌吸收，大分子有機物被細菌分泌的胞外酶分解為小分子有機物，然后被細菌吸收；吸收進入微生物體內(nèi)的有機物一部分被氧化分解成CO2、H2O、SO4-2

、NH3、PO4-3等簡單無機物，一部分被合成自身細胞，微生物增殖。（三）原生動物在污水凈化中有兩大作用1.原生動物分泌的粘性物可以促進絮凝，有助于維持活性污泥的正常結(jié)構(gòu)、沉降功能，凈化污染物，提高出水的澄清度。2.吞食：大多數(shù)原生動物是動物性營養(yǎng)，它們吞食有機顆粒、游離細菌和其它微生物，結(jié)果使廢水中的含菌量、懸浮物、有機物濃度降低，水質(zhì)改善。（四）活性污泥中微生物的指示作用1.活性污泥外觀的指示作用：絮狀體的顏色、數(shù)量、顆粒大小及結(jié)構(gòu)松散程度可指示活性污泥的性能。如活性污泥顏色淺、無色透明、結(jié)構(gòu)緊密，說明活性污泥處于新生發(fā)展階段，此時活性污泥的吸附和氧化能力強，沉降性能良好。2.根據(jù)生物演替判斷活性污泥的成熟程度：在污水處理系統(tǒng)中，特定的食物鏈如下：細菌→植物性鞭毛蟲→肉足蟲→動物性鞭毛蟲→游泳型纖毛蟲、吸管蟲→固著型纖毛蟲→輪蟲。這條鏈延伸的長度代表著活性污泥的成熟程度，也指示著系統(tǒng)的功能強度。（1）活性污泥處于培養(yǎng)初期：植物性鞭毛蟲（有鞭毛藻類，體內(nèi)有色素體）、變形蟲為主。（2）活性污泥處于培養(yǎng)中期：動物性鞭毛蟲（無色素體）、游泳性纖毛蟲為主。（3）活性污泥培養(yǎng)成熟：固著型纖毛蟲（鐘蟲）、輪蟲為主。3.根據(jù)生物種類判斷活性污泥和處理水質(zhì)效果:（1）活性污泥狀況良好，出水水質(zhì)較好：大量固著型纖毛蟲（鐘蟲、等枝蟲）、輪蟲。（2）活性污泥結(jié)構(gòu)松散，出水水質(zhì)較差：變形蟲、鞭毛蟲（眼蟲）、游泳型纖毛蟲。（3）系統(tǒng)缺氧：出現(xiàn)線蟲（五）活性污泥的馴化及培養(yǎng)1.間歇式暴氣培養(yǎng)（1）菌種來源：取自污水處理廠的活性污泥，或本廠集水池或沉淀池的下腳污泥，或污水長期流經(jīng)的河流淤泥，經(jīng)擴大培養(yǎng)后備用。（2）馴化:如采用與本廠不同水質(zhì)廢水處理廠的活性污泥作菌種，都要先馴化，才能使用。馴化方法：先進低濃度廢水培養(yǎng)，暴氣23h，沉淀1h，排出上清液，再進同濃度的新鮮廢水，繼續(xù)暴氣培養(yǎng)，每一濃度運行3~7d，通過鏡檢觀察活性污泥生長量增加，可調(diào)高一個濃度培養(yǎng)。以后逐級提高廢水濃度，一直達到本廠廢水濃度。馴化初期，活性污泥結(jié)構(gòu)松散，游離細菌較多，之后出現(xiàn)鞭毛蟲和游泳型纖毛蟲，此時的活性污泥有一定沉降效果。在馴化過程中可以看到原生動物由低級向高級發(fā)展：培養(yǎng)初期培養(yǎng)中期培養(yǎng)成熟期.鞭毛蟲，游泳型纖毛鐘蟲等固著型纖毛變形蟲蟲，鞭毛蟲蟲，盾纖蟲，輪蟲.馴化后期以游泳型纖毛蟲為主，出現(xiàn)有一定耐污能力的固著型纖毛蟲?；钚晕勰喑两敌阅芰己?，上清液與污泥之間可看出界限，馴化結(jié)束。（3）培養(yǎng)：馴化好的活性污泥改用連續(xù)暴氣法繼續(xù)培養(yǎng)。通過鏡檢分析，當菌膠團結(jié)構(gòu)緊密、原生動物以鐘蟲等固著型纖毛蟲為主，有輪蟲出現(xiàn)，直到活性污泥全面形成大顆粒絮團，結(jié)構(gòu)緊密，沉降性能好，完成培養(yǎng)。四.生物膜法中的微生物及其作用污廢水通過濾料或載體時，水中的懸浮物被截留于濾料或載體上，水中的膠體物質(zhì)被吸附于濾料或載體。在降解轉(zhuǎn)化污染物的同時，很快繁殖增加的微生物附著于濾料或載體表面。這層“微生物+膠體+懸浮物”又產(chǎn)生截留、吸附、固著的作用，最終在污廢水流經(jīng)的濾料或載體表面形成一層粘膜，即生物膜。塔式微生物濾池廢水出水

生物膜的結(jié)構(gòu)生物膜廢水空氣厭好氧氧有機物微微生生O2O2O2物物

CO2CO2CO2

終產(chǎn)物圖126生物濾池圖127生物濾池圖128轉(zhuǎn)盤式生物濾池模型圖129轉(zhuǎn)盤式生物濾池生物膜厚2~3mm呈蓬松的絮狀結(jié)構(gòu),微孔多，表面積大，具有很強的吸附和降解有機物的能力。（一）生物膜的微生物組成主要由菌膠團和絲狀菌（真菌較多）組成，此外還有原生動物（鐘蟲、累枝蟲等）、藻類（絲藻、毛枝藻等）、微后動物（輪蟲、線蟲、昆蟲幼蟲等），還能棲息一些肉眼可見的無脊椎動物。（二）生物膜中微生物的凈化作用污水流經(jīng)生物膜時，水中的大分子有機污染物首先被上層生物膜中的細菌、真菌吸附并分解為小分子有機物，繼而被吸收，其一部分合成細胞物質(zhì)進行繁殖，一部分在好氧層中被分解為CO2、H2O，另一部分在厭氧層中被分解為NH3、H2S,CH4和其它小分子有機物；原生動物又以細菌、真菌為食；表層生物膜的代謝產(chǎn)物及剩余的有機物又被深層生物吸收利用，進一步被氧化為CO2、H2O，剝落的生物膜和游離細菌被原生動物和其它高級動物吞食，廢水得到凈化。吸附吸收原生動物細菌、真菌微后動物生物膜脫落物剩余污泥有機污染物（三）生物膜中微生物的指示作用：膜內(nèi)生物多為好氧性的。但隨著膜厚度增加，膜內(nèi)開始缺氧，深層生活著厭氧生物。在進水端，有機物濃度高，微生物多為細菌，也有少數(shù)鞭毛蟲；中段有機物濃度降低，出現(xiàn)上段微生物的小分子代謝產(chǎn)物，主要有球衣菌、鞭毛蟲、變形蟲等，并形成菌膠團結(jié)構(gòu)；在出水端，有機物濃度進一步降低，除中段生物外，還有游泳型纖毛蟲、匍匐型纖毛蟲、固著型纖毛蟲、鐘蟲、輪蟲、線蟲等。（四）生物膜的培養(yǎng)（掛膜）1.自然掛膜法在生物濾池中注入污廢水，用泵推動其低速封閉循環(huán)3~7天后，對生物濾池慢速連續(xù)進水。如在15~20℃水溫下培養(yǎng)，需30~50天，生物膜培養(yǎng)成熟。2.活性污泥掛膜法引進適量的處理生活污水或工業(yè)廢水的活性污泥注入生物濾池作菌種，與本廠污廢水混合，然后按上法程序操作，可以縮短掛膜時間。五.厭氧消化法中的微生物及其作用在厭氧條件下，利用厭氧微生物處理高濃度有機廢水，稱厭氧生物法，簡稱厭氧消化。厭氧微生物處理工藝—厭氧接觸法工藝進水發(fā)酵罐沉淀池出水回流污泥剩余污泥沼氣（一）厭氧消化的機理-甲烷發(fā)酵三階段理論1.水解發(fā)酵階段大分子有機物被胞外酶分解為小分子有機物，然后進入細胞內(nèi)被分解為更簡單的物質(zhì)。如蛋白質(zhì)被分解為氨基酸，脫氨基后轉(zhuǎn)化為有機酸和氨；淀粉，纖維素被分解為丙酮酸，脂類被分解為低級脂肪酸、乙醇、H2、CO2

等。2.產(chǎn)乙酸階段上一階段產(chǎn)物產(chǎn)氫和乙酸菌群乙酸+H23.產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷的方式有：（1）H2

+

CO2（或CO）產(chǎn)甲烷菌合成CH4（2）甲酸、甲醇、甲基胺產(chǎn)甲烷菌CH4或乙酸產(chǎn)甲烷菌脫羧CH4+

CO2

（二）產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷的機理1.由酸和醇形成甲烷：CH3COOHCH4+CO24CH3OH3CH4+CO2+2H2O2.利用H2使CO2還原形成甲烷：4H2+

CO2

CH4+2H2O3.

H2和H2O存在時甲酸甲烷菌將CO還原成甲烷：3H2+COCH4+H2O；2H2O+4COCH4+3CO2

第1階段微生物主要是專性厭氧菌和少量兼性厭氧菌；第2、3階段主要是產(chǎn)乙酸、產(chǎn)氫、產(chǎn)甲烷菌。六.含硫酸鹽廢水的厭氧微生物處理：低濃度的SO4-2可作為好氧微生物的無機營養(yǎng)物，但濃度高的SO4-2對微生物有毒害作用。高濃度的有機廢水進行厭氧消化的目的是產(chǎn)甲烷，但在有SO4-2存在時，硫酸還原菌和產(chǎn)甲烷菌兩菌爭奪H2，產(chǎn)甲烷菌無法獲得H2。所以在進行甲烷發(fā)酵之前，要先降低SO4-2，使產(chǎn)甲烷菌能獲得H2后，再進行甲烷發(fā)酵。可加CaO，Ca(OH)2生成CaSO4沉淀，除去SO4-2

。七.污、廢水的微生物深度處理—脫氮、除磷（一）污、廢水脫氮、除磷的目的意義：污廢水一級處理只是除去廢水中的砂礫及大的懸浮固體，去除COD約30%左右。二級生物處理是去除廢水中的可溶性有機物。生活污水經(jīng)好氧生物處理，大部分可溶性含碳有機物被去除，去除COD70～90%，去除BOD590%以上，同時產(chǎn)生NH3-N、NO3-N-、PO4-3

、SO4-2，其中約25%的氮和19%的磷被微生物吸收利用，通過排泥得到去除；但出水中氮和磷仍達不到排放標準。有的工業(yè)廢水如味精廢水和賴氨酸廢水含氨氮非常高，味精廢水含氨氮達6000mg/L左右，COD更高，達6萬～8萬mg/L，BOD5約為COD的一半。氮和磷雖是生物的重要營養(yǎng)源，但水中氮、磷過多，危害極大，引起水體富營養(yǎng)化，使水源水質(zhì)惡化，不但影響人類生活，還嚴重影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，所以脫氮、除磷非常重要。水體中氮、磷主要來自生活污水、農(nóng)業(yè)灌溉、噴灑農(nóng)藥、畜禽糞便、工業(yè)化肥、煉油、焦化、制藥、印染、晴綸、洗滌劑、食品加工等行業(yè)。（二）微生物脫氮1.原理：先利用污水處理設(shè)施內(nèi)好氧段由硝化和亞硝化菌通過硝化作用將