微生物對環(huán)境治理的應(yīng)用

微生物對環(huán)境治理的應(yīng)用第1頁/共26頁微生物對環(huán)境治理的應(yīng)用成員：黃貽忠，楊磊，徐騰飛，章麗輝，吳姚平，馮津，賴傳文。第2頁/共26頁微生物是肉眼看不見或看不清的生物的總稱。包括原核生物（細(xì)菌，放線菌和藍(lán)細(xì)菌），真核生物（真菌和微型藻類），非細(xì)胞生物（病毒類）。微生物具有體積小、表面積大、繁殖力驚人等特點(diǎn)，能不斷與周圍環(huán)境快速進(jìn)行物質(zhì)交換。第3頁/共26頁我國水體污染問題目前，我國環(huán)境日益惡劣，其中水體污越來越嚴(yán)重。自2005年松花江污染事件以來，我國水污染事件愈演愈烈，幾乎全國平均每兩天就發(fā)生一起突發(fā)環(huán)境事故。第4頁/共26頁2005年松花江污染事件第5頁/共26頁

太湖藍(lán)藻爆發(fā)云南滇池藍(lán)藻第6頁/共26頁水污染的來源生活污水

生活污水中含有大量的無機(jī)物，有機(jī)物。無機(jī)物如氯化物，硫酸鹽，磷酸鹽和鈉，鉀，鈣，鐵等碳酸鹽，有機(jī)物有纖維素，淀粉，脂肪，蛋白質(zhì)和尿素等。排放入環(huán)境中促使浮游植物生長和大量繁殖，形成赤潮和水華。工業(yè)廢水

工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源。包括鋼鐵工業(yè)廢水，食品工業(yè)廢水，印刷廢水，化工廢水等。農(nóng)業(yè)廢水

它面廣而量大且分散。農(nóng)田使用農(nóng)藥，化肥，進(jìn)入水體造成水體富營養(yǎng)化。第7頁/共26頁去除污水中的氮磷廢水中氮、磷是造成水體富營養(yǎng)化的根源，利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／耗氧）工藝，可使ＮＨ4+_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達(dá)1.0kgN/(m３?d)。第8頁/共26頁SBR工藝流程圖第9頁/共26頁生物脫氮中，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。這些細(xì)菌分解硝酸鹽的過程如下：

NO3+硝酸鹽還原酶NO2+

亞硝酸還原酶NO氧化還原酶N2O

氧化亞氮還原酶

N2第10頁/共26頁污水生物處理中，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：Bardenpho系統(tǒng)；A/O系統(tǒng)；改良UCI工藝；A2/O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。第11頁/共26頁厭氧狀態(tài)放磷過程如下：好氧／缺氧狀態(tài)吸磷過程如下：第12頁/共26頁微生物治理水有機(jī)物污染原理微生物治理水污染主要利用微生物的生命活動過程,將污水中的有機(jī)物分解，從而達(dá)到凈化污水的目的，微生物能從污水中攝取糖，蛋白質(zhì)，脂肪，淀粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化.第13頁/共26頁微生物治理水有機(jī)物污染原理好氧凈化

氧存在條件下，許多好氧微生物通過分解代謝、合成代謝和物質(zhì)礦物化，在把有機(jī)物氧化分解成CO2和H2O等過程中，獲尋C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化就是模擬上述原理，把微生物置于一定的構(gòu)筑物內(nèi)通氣培養(yǎng)，高效率凈化污水的方法。第14頁/共26頁微生物治理水有機(jī)物污染原理厭氧凈化

微生物在嚴(yán)格厭氧條件下，有機(jī)物發(fā)酵或消化過程中，大部分有機(jī)物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的生物厭氧凈化就是根據(jù)污水經(jīng)厭氧發(fā)酵后既到凈化，又獲得了生物能源CH4的原理。微物細(xì)胞能量轉(zhuǎn)移的電子受體，由好氧條件下分子氧改變?yōu)閰捬鯒l件下的有機(jī)物。在厭氧件下，不溶于水而難分解的大分子有機(jī)污物，被微生物的胞外酶降解為可溶性物質(zhì)，再由產(chǎn)甲烷厭氧細(xì)菌和產(chǎn)氫細(xì)菌降解成低分子有酸類和醇類、并放出H2和CO2；有機(jī)酸類和類經(jīng)產(chǎn)甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2，形成CH4。第15頁/共26頁治理水有機(jī)物污染的微生物在治理水體有機(jī)物污染的應(yīng)用中，細(xì)菌和藻類充當(dāng)著主力軍的作用。很多種細(xì)菌都可以對有機(jī)污染物進(jìn)行降解。細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌顫藍(lán)菌(Oscillatoria)也有一定降解萘的能力鄰單孢菌(Plesiomoas.sp)DLL-1對甲基對硫磷高毒有機(jī)磷殺蟲劑具有高效降解作用。白腐真菌甚至可降解毒性為一般化合物20～30倍的硝基苯類化合物。第16頁/共26頁毛霉(Mucorales)可降解油脂廢水根霉菌可降解油類污染物青霉菌(Penicillium)可降解偶氮和蒽型染料酵母菌(Saccharomyces)可降解石油烴霉菌可降解石油烴、莠去津等魯氏酵母菌(Saccharomycesrouxii)WY-3可降解甲胺磷。第17頁/共26頁藻類能有效地富集和降解有機(jī)化合物,污水中的有機(jī)化合物可作為藻類生長所需的重要碳源，有大量研究表明單種藻類對BOD的去除比單種細(xì)菌或原生動物更有效。普通小球藻對BOD最大去除率可達(dá)83%。小球藻對DDT在1h內(nèi)即可達(dá)到最大富集量。藍(lán)藻(Cyanobacterium)對DDT的富集較綠藻還高得多。綠藻還可降解硝基苯類化合物。第18頁/共26頁微生物治理大氣污染的應(yīng)用微生物用于煙氣脫硫，不需高溫、高壓、催化劑，設(shè)備要求簡單。利用自養(yǎng)生物脫硫，營養(yǎng)要求低，無二次污染，處理費(fèi)用為濕法脫硫的50%。目前公認(rèn)的硫酸鹽還原的最初幾點(diǎn)是Postgate在1969年證實(shí)的。

so42-

硫酸酰苷酰轉(zhuǎn)移酶

APS

腺苷酰硫酸還原酶SO42-

亞硫酸鹽還原酶s2-第19頁/共26頁很多學(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%。Saleem等用脫氮硫桿菌的耐受株T.denitrificansF，在厭氧條件下脫硫率達(dá)80%。第20頁/共26頁由日本鋼管公司京濱制作所開發(fā)的Bio-SR工藝流程圖第21頁/共26頁生物過濾法在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：廢氣預(yù)處理氣體分布器

生物過濾器CO2,H2O,無機(jī)鹽等第22頁/共26頁廢氣在反應(yīng)器中停留時間很短，處理率可達(dá)90%以上。生物過濾法還可去除空氣中的異味、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。微生物還可用來固定CO2，實(shí)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(jī)廢氣具有費(fèi)用低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在德國、荷蘭、日本及北美國家得到廣泛應(yīng)用。第23頁/共26頁微生物應(yīng)用的展望微生物在污染治理中具有廣泛的應(yīng)用前景，為提高微生物降解能力，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，分離、重建高效、廣譜降解微生物具有重要意義。同時，在微生物對污染物的適應(yīng)及其降解遺傳學(xué)機(jī)制，微生物凈化的高效性及安全性，研究成果從實(shí)驗(yàn)室研究向工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)移，以及高效、準(zhǔn)確評估技術(shù)的應(yīng)用等方面，尚需加大投入和作進(jìn)一步研究。我國的環(huán)境微生物技術(shù)研究尚處于起步階段，與國際先進(jìn)水平還有很大差距，應(yīng)根