微生物與環(huán)境保護(hù)

微生物與環(huán)境保護(hù)微生物與人類微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!生態(tài)系統(tǒng)中的清道夫—分解者植物、動(dòng)物和微生物。微生物則通過(guò)分解動(dòng)、植物的殘?bào)w或腐植質(zhì)獲得能量和營(yíng)養(yǎng)來(lái)合成自身，同時(shí)將有機(jī)物分解成可供植物利用的無(wú)機(jī)化合物，是生態(tài)系統(tǒng)中的分解者（digester）。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!微生物可以把地球上死亡的動(dòng)植物殘?bào)w清掃得干干凈凈，將有機(jī)體分解成生產(chǎn)者生長(zhǎng)所需要的元素，所以微生物被看成是生態(tài)系統(tǒng)中的“清道夫”。我們可以設(shè)想，如果沒(méi)有微生物的分解作用，地球上的動(dòng)、植物殘?bào)w和有機(jī)物將得不到分解，那么至今為止幾十億年來(lái)生命活動(dòng)的結(jié)果，將是把地球上所有的生命構(gòu)成元素以動(dòng)植物殘?bào)w的形式堆積起來(lái)，植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)將會(huì)枯竭，生產(chǎn)者將不能生產(chǎn)，消費(fèi)者將得不到食物，地球上的生命也就無(wú)法維持了。因此，微生物的分解作用是地球上生命波浪式發(fā)展、螺旋式進(jìn)化的原動(dòng)力之一。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!甲烷菌電鏡照片光合菌照片微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!赤潮是海洋水體里的顯微藻類，主要是裸甲球藻或其它藻類在短時(shí)間內(nèi)大量繁殖的結(jié)果。引起赤潮的藻類繁殖到一定的密度時(shí)往往使一塊一塊的海水出現(xiàn)異常的顏色，由于通常為紅色，所以稱為“赤潮”。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!如云南昆明市內(nèi)的著名風(fēng)景點(diǎn)滇池，在80年代以前，池水清澈，水體的氮、磷等標(biāo)示富營(yíng)養(yǎng)化的指標(biāo)很低，根本就沒(méi)有發(fā)生過(guò)水華。但是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，由于滇池周?chē)I(yè)生產(chǎn)區(qū)域的不斷擴(kuò)充，每年從這些工廠中排入的污水不斷增加，使得滇池水體的氮、磷含量、富營(yíng)養(yǎng)化程度也不斷提高。因而不僅發(fā)生了水華，而且每年發(fā)生的次數(shù)越來(lái)越多。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!微生物抗毒微生物個(gè)體微小、繁殖迅速、數(shù)量巨大、代謝能力強(qiáng)速度快、易于突變，它們較其它生物更易適應(yīng)環(huán)境。當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化，例如有新的化合物存在時(shí)，某些微生物能逐步發(fā)生改變以適應(yīng)環(huán)境的變化。它們可能通過(guò)自然突變形成新的突變種，也可能通過(guò)在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生新的功能而適應(yīng)新環(huán)境。這些特征使得微生物成為污染物降解中的主力軍。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!微生物在與環(huán)境污染物的相互作用中不是完全被動(dòng)的，很多微生物在與環(huán)境的相互作用中有積極主動(dòng)的一面。像不少致病性細(xì)菌對(duì)青霉素具有抗藥性一樣，很多微生物對(duì)各種重金屬污染也有抗性。微生物能抵抗重金屬毒性原因有下面幾種：微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!2、增加排出，有些微生物可以通過(guò)主動(dòng)的方式把細(xì)胞內(nèi)的重金屬離子排出細(xì)胞外，從而維持細(xì)胞內(nèi)的低含量水平。如一種芽孢桿菌對(duì)銅的抗性。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!4、在細(xì)胞外產(chǎn)生可以結(jié)合（包括細(xì)胞表面吸附）有毒重金屬離子的結(jié)合物，從而減少環(huán)境中毒性重金屬的濃度，達(dá)到解毒的目的。如大腸桿菌的抗銅作用即是如此，它可以分泌能結(jié)合銅離子的蛋白質(zhì)，從而降低了銅離子的有效濃度。另外，很多微生物還可以產(chǎn)生H2S，以非特異性的方式結(jié)合各種重金屬離子，如硫酸鹽還原菌即可產(chǎn)生硫化氫結(jié)合Fe2+等離子。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!許多有機(jī)污染物本來(lái)是作為殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑、防腐劑等而被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并大量生產(chǎn)和廣泛使用，同時(shí)也污染著環(huán)境。它們可以殺菌或防腐，說(shuō)明它們對(duì)微生物也是有毒有害的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的作用：微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!轉(zhuǎn)化和降解許多微生物可以對(duì)生物外源性物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化，使其轉(zhuǎn)變成為毒性較小或易于被其它微生物所降解的化合物。如對(duì)殺蟲(chóng)劑DDT和對(duì)炸藥TNT的轉(zhuǎn)化。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!微生物對(duì)幾種主要類型生物外源性物質(zhì)的降解微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!2、微生物對(duì)有機(jī)磷化合物的降解有機(jī)磷化合物作為殺蟲(chóng)劑被廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，如樂(lè)果、對(duì)硫磷、甲胺磷等等。它們?cè)诃h(huán)境中的殘留時(shí)間很長(zhǎng)，不易被降解，因此現(xiàn)在被限制或禁止使用。然而，近年來(lái)不斷發(fā)現(xiàn)許多微生物可降解有機(jī)磷化合物，從而為尋找解決及凈化環(huán)境中的有機(jī)磷農(nóng)藥污染的途徑提供了可能。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!4、微生物對(duì)多環(huán)芳烴的降解很多多環(huán)芳烴化合物是生物外源性物質(zhì)，亦有不少并不是生物外源性物質(zhì)，而是天然存在的化合物。但由于多環(huán)芳烴特別是四環(huán)以上的多環(huán)芳烴（如苯并芘），具有很強(qiáng)的致癌性，也難以被生物降解，很容易積累在環(huán)境中。近年來(lái)，有關(guān)微生物降解多環(huán)芳烴的研究和利用這些研究成果凈化環(huán)境中的多環(huán)芳烴污染的設(shè)想備受人們關(guān)注。已經(jīng)證明，很多微生物可以降解多環(huán)芳烴。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!環(huán)境污染的處理辦法主要可以分為三大類：化學(xué)法（如絮凝沉淀法）、物理法（過(guò)濾）、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)，但由于這些方法存在投資大、成本高、二次污染的問(wèn)題，而逐漸被生物法所代替。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!城市垃圾生物處理技術(shù)固體廢棄物的處理有很多方法：如填埋、堆肥、焚燒、用來(lái)發(fā)電等。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!污水生物處理技術(shù)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978－88，廢水部分，mg/L）微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!根據(jù)處理系統(tǒng)中微生物所處的狀況，則可以分為：懸浮細(xì)胞法、活性污泥法、生物膜法等。下圖演示了采用厭氧－好氧工藝處理廢水的全過(guò)程。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!活性污泥法活性污泥（activatedsludge）可分為好氧活性污泥和厭氧顆?；钚晕勰?，不論是哪一種，活性污泥都是由各種微生物、有機(jī)物和無(wú)機(jī)物膠體、懸浮物構(gòu)成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的肉眼可見(jiàn)的絨絮狀微生物共生體。這樣的共生體有很強(qiáng)的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以達(dá)到處理和凈化污水的目的。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!北京市高碑店污水處理廠使用的活性污泥法沉淀池好氧池二次沉淀池污泥消化池微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!生物膜法的幾種類型滴濾系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)生物接觸氧化系統(tǒng)（或生物轉(zhuǎn)盤(pán)）

流化床反應(yīng)器微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!生態(tài)系統(tǒng)平衡及其失調(diào)生態(tài)系統(tǒng)是由各類生物共同組成的生物群落（bioflora）或生物系統(tǒng)（livingthings’system）與環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的一個(gè)不斷更新和變化的開(kāi)放系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)需要不斷從外界獲取物質(zhì)和能量，經(jīng)生理代謝過(guò)程又向環(huán)境放出物質(zhì)和能量，處于相對(duì)的動(dòng)態(tài)平衡之中。這個(gè)過(guò)程與具體的時(shí)間和空間相關(guān)聯(lián)，并能在一定程度和范圍內(nèi)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)和控制。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!在內(nèi)陸湖泊中由于藍(lán)藻等藻類的突然增殖和過(guò)量生長(zhǎng)而出現(xiàn)水華（waterfloom）現(xiàn)象。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!在滇池藍(lán)藻水華收集區(qū)里，自動(dòng)吸藻器在吸取厚達(dá)5厘米的微囊藻水華?！暗岢厮{(lán)藻水華污染控制技術(shù)研究”課題的負(fù)責(zé)人、

我國(guó)著名藻類專家、中科院水生生物研究所研究員劉永定在滇池采集藍(lán)藻水華樣品。中科院水生所“滇池藍(lán)藻水華污染試驗(yàn)技術(shù)研究”課題組示范區(qū)6.1平方公里的滇池水面在治理中水質(zhì)逐漸好轉(zhuǎn)，成群的紅嘴鷗飛至湖面捕食、嬉戲。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!當(dāng)前已知的環(huán)境污染物質(zhì)達(dá)數(shù)百萬(wàn)種，其中包括有機(jī)污染物如塑料、尼龍等“白色污染”類；農(nóng)藥（殺蟲(chóng)劑、除草劑）、染料等難降解類；抗生素類；石油及石化產(chǎn)品類等等。無(wú)機(jī)污染物有氨、硝酸鹽、汞、砷等等。在自然條件下，有些人工合成的大分子化合物不能被微生物降解（如塑料薄膜類的“白色污染”），有些能被降解但速度很慢（如各種染料和農(nóng)藥）?，F(xiàn)在人們通過(guò)生物技術(shù)，例如人工篩選或者基因改良可以得到比野生菌株降解效率提高很多的優(yōu)良菌株，從而為治理環(huán)境污染物提供了重要的工具。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!1、減少吸收，使微生物細(xì)胞內(nèi)的重金屬含量保持在很低的水平而不產(chǎn)生對(duì)細(xì)胞的毒害作用。如一種金黃色葡萄球菌對(duì)Cd2+的抗性就是如此。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!3、氧化還原作用，很多微生物可以通過(guò)氧化作用或還原作用（多數(shù)情況）把重金屬?gòu)亩拘暂^高的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變成為毒性較低的價(jià)態(tài)，從而解除了重金屬的毒性。例如對(duì)汞的抗性即是如此，自然界中有很多微生物（大腸桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌等等）可以把高毒性的Hg2+還原成為低毒的Hg0，形成沉積或揮發(fā)到大氣中（見(jiàn)圖）。另外，自然界還有些微生物（大腸桿菌、芽孢桿菌等）可以將高毒的Cr6+還原成為低毒的Cr3+，從而達(dá)到解毒的作用。這一原理被應(yīng)用于電鍍廢水的生化處理。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!5、吸附作用。很多微生物的細(xì)胞表面具有特殊的結(jié)構(gòu)，可以吸附重金屬離子，從而達(dá)到減少溶液中重金屬離子的濃度。有些酵母菌可以吸附很多重金屬（如鉛、金、銀、鎳、鈾等）或它們的離子，吸附量甚至可達(dá)到細(xì)胞干重的90％，科學(xué)家已經(jīng)應(yīng)用微生物的這一特性成功地從各種溶液中回收銀、金、鈾等貴重金屬。肺炎克氏桿菌對(duì)鎘的吸附微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!（1）造成微生物細(xì)胞的裂解，如表面活性劑；

（2）破壞微生物細(xì)胞的能量代謝作用，許多農(nóng)藥有此作用；

（3）抑制微生物細(xì)胞各種酶的活性，導(dǎo)致微生物死亡，許多農(nóng)藥有此作用；

（4）作為蛋白質(zhì)變性劑使微生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)變性而死亡，許多洗衣粉和農(nóng)藥有此作用；

（5）破壞微生物細(xì)胞中金屬蛋白和金屬酶的功能，金屬螯合劑有此作用；

（6）破壞微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，許多強(qiáng)化學(xué)誘變劑如硝基類化合物等有此作用；

（7）抑制微生物細(xì)胞合成功能蛋白，如許多農(nóng)藥可以干擾或破壞細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)合成。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化主要有以下幾種形式（1）脫鹵（主要是脫氯），如DDT的脫氯；（2）還原，將生物外源性物質(zhì)上的取代基，特別是硝基，進(jìn)行還原；（3）水合反應(yīng)，如對(duì)有機(jī)氰的水合反應(yīng)，形成無(wú)毒的含氮有機(jī)化合物。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!1、微生物對(duì)鹵代類（特別是氯代）生物外源性物質(zhì)的降解此類化合物的典型代表有多氯酚（PCP）和多氯聯(lián)苯（PCB）類化合物，它們被廣泛用作防腐劑、殺蟲(chóng)劑及合成高分子材料的化工原料。它們都很難被降解，即具有很高的生物穩(wěn)定性。盡管如此，微生物學(xué)家還是找到了許多可以降解它們的微生物。如黃桿菌（Flavobacteriumsp.）可以降解五氯酚，不動(dòng)桿菌（Acinetobactersp.）可以降解PCB。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!3、微生物對(duì)人工合成多聚物的降解科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有些微生物（主要是真菌）可降解合成多聚物，如聚乙烯醇、乙烯薄膜、聚乳酸薄膜等。微生物一般是在用物理化學(xué)方法處理這些多聚物，將它們降解成聚合程度較小的物質(zhì)之后，更易于降解它們。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!污染環(huán)境的廢棄物的生物處理?yè)?jù)中國(guó)國(guó)家環(huán)保局《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，我國(guó)1999年大氣污染物的排放量，如二氧化硫1857.5萬(wàn)噸，飄塵1159.0萬(wàn)噸，全國(guó)廢水年排放量達(dá)到401.1億噸，工業(yè)固體廢棄物年產(chǎn)生量7.8億噸、排放量達(dá)3881萬(wàn)噸，其中100萬(wàn)噸排入河流，危險(xiǎn)廢棄物產(chǎn)生量1015.5萬(wàn)噸。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!生物處理（Biotreatment）也叫生化處理，是指利用處理系統(tǒng)中的生物，特別是微生物的代謝活動(dòng)以及各種特性來(lái)處理各種廢棄物的過(guò)程。主要是針對(duì)各種污染源和小范圍的環(huán)境污染。生物技術(shù)在處理環(huán)境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無(wú)二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn)，為從根本上解決環(huán)境問(wèn)題提供了希望，因而越來(lái)越受到人們的青睞。生物技術(shù)將成為21世紀(jì)治理環(huán)境污染的優(yōu)選技術(shù)。它區(qū)別于其它技術(shù)的最根本特點(diǎn)是消除污染物而不是分離轉(zhuǎn)移污染物。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!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(guò)過(guò)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(jī)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(guò)程，同時(shí)還可以收集所產(chǎn)生的沼氣。經(jīng)過(guò)充分發(fā)酵后的垃圾是一種很好的農(nóng)業(yè)肥料。如果實(shí)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(guò)程可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制，發(fā)酵后形成的肥料的質(zhì)量也能得到保證。微生物與環(huán)境保護(hù)共49頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別污染物一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)pH值3887738877色度（稀釋倍數(shù)）5080懸浮物70200生化需氧量（BOD5）3060化學(xué)需氧量（CODcr）100150石油類1010動(dòng)植物油2020揮發(fā)酚0.50.5氰化物0.50.5硫化物11氨氮1525氟化物1010磷酸鹽（以P計(jì)）0.51甲醛12苯胺類12硝基苯類23陰離子合成洗滌劑510銅0.51鋅22錳22