微生物在环境保护中的作用
摘 要：在当代，随着人类工农业的高速发展和人口数量的日益增长，环境污染和已成为制约我国社会和经济可持续发展的重大障碍，微生物技术在处理环境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显着优点,加之其技术开发所预示的广阔的市场前景,受到了科技工作者和企业家的高度重视。
关键词:微生物 环境保护 微生物利用
Abstract: At present, with the increasing number of high-speed
development of industry and agriculture, human and population, 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 processing 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
随着人类工农业的高速发展和全球人口的急速增加,使人类赖以生存的自然环境严重恶化,当代人类的生产活动势必造成环境污染。污染物长期残留在环境之中,对生态环境和人类健康危害极大。随着我国经济建设的快速发展,环境污染问题以引起全社会的高度重视。这是全世界的共同问题。在我国过去几十年的经济发展中,由于忽视了发展中的环境保护问题,目前环境状况十分严峻,已经影响了我国经济的可持续发展。
近年来虽然采取了大量控制措施,但环境质量下降的趋势仍在继续。据中国国家环保局《中国环境状况公报》显示,生态环境的破坏和恶化极为严重,随着我国
经济的飞速发展,环境保护的压力将进一步加重。微生物是自然界中的分解者,在好氧条件下,它能将有机污染物彻底的氧化,分解成CO2、H2O、PO42-、NO3-等无机物,在厌氧条件下,能将有机物降解,转化成有机酸、CO2、H2、CH4等。[1]微生物种类繁多(我国约有微生物26万种),代谢类型多样,每一种微生物都有独特的酶系与功能。因此,它们是自然界进行自净作用的主力军,也是我们对污染物进行生物处理的“有力武器”,是环境治理的主要工具。
1、微生物在生态系统中的作用
生态系统是指在一定空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动相互作用，相互依存而构成的生态学功能单位。微生物在生态系统中的主要角色是分解者。微生物分解生物圈内存在的动物、植物和微生物残体等复杂有机物质，并最后将其转化成简单的无机物，供生产者利用。微生物参与物质循环，大部分元素的循环都依靠微生物的分解作用，比如：N S Fe P等。如果没有微生物的分解我们生活的环境将是到处布满尸体，而物质的量是一定的，物质将会严重匮乏，我们的生活将会被严重影响。
自然界存在着丰富的微生物种群,这些微生物虽然个体微小,但在环境污染净化中却扮演着不容忽视的重要作用。微生物由于自身的生理特性,可以通过自发的或人为的遗传、变异等生物过程适应环境的变化,使之能以各种污染物尤其是有机污染物为营养源,通过吸收、代谢等一系列反应,将环境中的污染物转化为稳定无害的无机物。因而,在生物圈中微生物充当着分解者的角色。大约90%的陆地生产者都要通过分解者作用最终形成无机物归还大地。
2、微生物在污水处理中的作用
我国环境污染严重,大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染其他未经处理的污水直接排入江河湖海,致使我国的水环境遭受严重污坏。据统计，136条流经城市的河流中,属4类、5类和超过5类标准的高达76.8%;约50%的城市地下水受到不同程度的污染;全国大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富营养化程度逐年加剧;全国每年污水排放达360亿吨,仅10%的生活污水和70%的工业废水得到处理,其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准。
环境污染和已成为制约我国社会和经济可持续发展的重大障碍，污染自理迫不及待。微生物废水处理法是利用微生物生命活动过程废水中污染物进行转移与转
化作用，是废水得到净化的处理方法。其主要特征在能充分发挥微生物生物作用的生化反应容器中，使废水中的污染物被微生物利用，转化成简单的无机物。由于污染物的生化转化不需要高温、高压在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底完成，因此用微生物处理污水的处理费用低廉。微生物技术在处理环境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显着优点,加之其技术开发所预示的广阔的市场前景,受到了各国政府、科技
[3]工作者和企业家的高度重视。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的
深入,人们已越来越意识到,现代生物技术的发展,为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。在改良环境中没有其他技术所可代替和比拟的。
2.1废水中的脱氮除磷
废水中氮、磷是造成水体富营养化的根源,利用生物脱氮除磷已进行了广泛的研究。污水脱氮技术主要有活性污泥法脱氮工艺,包括A/O(缺氧/好氧)工艺,可使NH4+一N去除率达80%以上,A2/O工艺,改进的氧化沟工艺和SBR工艺都可使总氮(TN)去除率达90%以上。生物膜脱氮有生物滤池、生物转盘、生物流化床、浮动床、浸没式、三级生物滤池脱氮系统等,其中三级生物滤池的反硝化速度最高1.0kgN/(m3.d),出水TSS
生物脱氮中,有反硝化能力的微生物有变形杆菌、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属等。 污水生物处理中,除磷常与脱氮工艺一起应用,常见的除磷技术有: phostrip 工艺,能使总磷(TP)≤1mg/L以下:Bardenpho系统;A/O系统;改良UCI工艺;A2/0工艺。除磷过程一般认为在有氧条件下摄取磷,在厌氧条件下释放磷,其中不动杆菌属〔Acinetobacter)是除磷的优势菌种。
2.2废水中有机物的降解
酚类对水中生物有致畸性,使生物具有难闻的酚味,化学处理法由于二次污染问题受到限制,而利用培养优势菌群的微生物法降解酚类却有显着作用。如卞华松采用PVA1799冷冻改良法固定优势菌群,对浓度为565mg/L的苯酚去除率为94%以上;张春桂研究降解五氯盼(PCP)的细菌是醋酸细菌、产碱菌和气单胞菌。此外,可用家禽废物分解的网纹水蚤属(Ceriodaphniadubia)LD50和弧菌属
(Vibriofischeri)EC50、链霉菌303、芽胞杆菌KMR一1、麦芽糖假丝酶母10-4等对酚类进行降解。 有机物的生物降解中,白腐菌是值得一提的。白腐菌是一类
提子真菌,在废水治理中,其降解污染物的范围十分广泛。白腐脉射菌
(Ph1ebiaradiata)I-5-6在高C低N培养条件下,对多环芳烃类、氯代烃类、酚类、氯代酚类、烷基苯类和硝基苯类化合物有显着的降解作用。白腐菌中金孢展齿革菌(PhanerochaeteChrysospriumBurdsall)可降解多环芳烃、DDT、TNT、CCl4、氰化物、氯代芳香化合物、酚类、胺类、农药、染料、杂酚油、煤焦油、重油等。还可降解林丹、氯丹、多氯联苯、2,3,7,8-TCDD和二氯苯胺等有机氯化物。此外,用微生物降解的有机物包括:四氯乙烯、甲醇、苯胺、甲胺磷、三氯乙烯、硝酸甘油。
2.3废水中重金属的去除
由于藻类对重金属离子具有较强的富集能力,利用其生物吸附作用可从工业污水中去除有毒、放射性金属和回收稀有、贵重金属。比如汞是对环境影响最大的一类重金属。环境中存在的汞有多种形态:元素汞(Hg0)、无机汞离子(HgCl、HgO、HgCl2、HgBr等)、有机汞化合物,如Hg(CH3)2、Hg(C2H5)2和Hg(C6H5)2等。除了人工合成的有机汞制剂外,细菌具有合成甲基汞的能力,即生物甲基化,它会使汞的生物毒性大大增强。而另一些微生物又可使甲基汞降解、还原,降低其毒性。例如铜-绿色假单胞菌,变形杆菌可使汞离子转化成元素汞,经10小时后挥发掉汞达75%。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞。用固定在聚砜基质上的真菌可除去Cd、Cu、Pb、Ni;Pb的去除还可用林可链霉素和黑根霉菌。
2.4废水中其它物质的去除
染料废水是难以降解的一大类工业废水,在厌氧微生物环境中,偶氮染料可通过还原作用完全生物降解。将优势菌的不完全厌氧-接触氧化工艺用于处理印染工业废水,脱色率达90%以上。用专性厌氧菌硫酸盐还原菌混合培养物对偶氮染料、三苯甲烷染料、蒽醌染料的废水进行脱色,脱色率在1小时之内可达69.9-98.8%。微生物处理电镀废水,对各种金属离子的一次净化率达89.9%以上。蔗渣浆,用白腐菌处理含氯漂剂漂白的废水,脱色率可达91.2%,BOD5去除率为92.5%,CODcr去除率为88.7%。
3、微生物在空气污染中的作用
太原、兰州、广州、济南。北京、等五个城市位于世界十大空气污染最严重
的城市中之列,全国600多个城市中、大气质量符合国家一级标准的不足1%。全国范围的酸雨危害的程度和区域日益扩大。
3.1微生物脱硫技术
工业“革命”以来,煤炭是世界能源的重要组成部分。我国是世界上最大的产煤国和煤消耗国,煤炭占我国一次能源的3/4,高硫煤储量约占总储量的1/3,并且高硫煤开采比例也逐年上升,而黄铁矿硫约占总硫的60%。煤中通常含有0.25%~7%的硫,如我国西南地区煤平均含硫量为3.23%,西北地区为3.05%,中南地区为2.02%,华北地区为1.65%。煤炭中的硫分为可燃硫和不燃硫。不燃硫主要是硫酸盐,可燃硫包括无机硫和有机硫。可燃硫经燃烧生成SO2随烟气排入大气,导致了严重的环境污染,造成的经济损失。
近几年来研究人员把煤的物理选煤技术之一的浮选法和微生物处理相结合,即把煤粉碎成微粒与水混合,并将微生物加入溶液中,让微生物附着在黄铁矿表面,使其表面变成亲水性,能溶于水。在浮选中其难以附着在气泡上,下沉至底部,从而把煤和黄铁矿分开。由于它仅处理黄铁矿的表面,因此脱硫时间只需数分钟即可,从而大幅度缩短了处理时间,可脱除无机硫约70%。另外,该法在把煤中的黄铁矿脱硫时,灰分也可同时沉底,所以也具有脱去灰分的优点。目前,浮选法微生物脱硫已成为国际上洁净煤技术开发的热点。
很多学者利用细菌研究了大量的脱硫技术。如利用氧化亚铁硫杆菌已使脱硫率达95%以上,日本利用该菌已使H2S脱除率达99.99%,中国利用该菌对炼油厂催化干气和工业废气脱硫,H2S去除率分别为71.5%和46.91%。
3.2微生物过滤法
过滤发在50年代中期最先应用于处理空气中低浓度的臭味物质。到80年代,德、美、荷兰等国相继用此法控制生产过程中的挥发性气体和有毒气体。其过程为:
废气(预处理)生物过滤器→CO2,H20,无机盐类
废气在反应器里停留时间很短,处理率可达90%以上。生物过滤法还可去除空气中的异昧、挥发性物质(VOCs)和有害物质,包括控制(去除)城市污水处理设施中的臭味、化工过程中的生产废气、受污染土壤和地下水中的挥发性物质、室内空气中低浓度物质等。
3.3微生物在空气其他方面的处理
微生物还可用来固定CO2,实现CO2的资源化,同时产生很多附加值高的产品。生物技术用于有机废气具有费用低、效率高等优点,在德国、荷兰、日本及北美国家得到广泛应用。毕立锋等还进行了微生物净化NOx的研究。
4、微生物在固体垃圾处理中的作用
在我国人口急剧上升,每天由于人类活动,生活的垃圾也越来越多,每天都有大量的固体废弃物,如各种垃圾的产生,特别是大城市的固体废弃物的产量更是惊人。城市 垃圾和工业固体废弃物与日俱增,工业废弃物累计堆积量已超过66亿吨,占地超过5万公顷,使200多个城市陷入垃圾包围之中。这些固体废弃物都应该进行无害化处理,但目前几乎95%的垃圾未经这样的处理,一般只是简单地堆集起来或倾入江河中。固体废弃物中不仅含有各种无机物,如玻璃、金属等,还含有大量的有机物,包括可降解的淀粉、蛋白质、废纸、烃类等和很难降解的塑料等。
4.1城市垃圾微生物处理
目前城市主要可以分为三大类:化学法(如絮凝沉淀法)、物理法(过滤)和生物法(如活性污泥法)。这三类方法也可以结合使用。在污染物的处理中,虽然物理、化学方法作出了一定的贡献,但由于这些方法存在投资大、成本高、二次污染的问题,而逐渐被生物法所代替。可见微生物有非凡之效。
现在发展了新的城市垃圾生物处理工艺。这种工艺是先经过过筛,回收可再生资源后,引入具有特定功能的微生物(主要是一些能高效降解有机物质,如纤维素、脂肪、蛋白质的微生物)进行好氧处理或厌氧发酵,加速发酵过程,同时还可以收集所产生的沼气。经过充分发酵后的垃圾是一种很好的农业肥料。如果实现垃圾处理工厂化,可以使发酵周期缩短(1-2星期),并且处理量较大。发酵过程可以实现全自动化控制,发酵后形成的肥料的质量也能得到保证。[4]
4.2农村垃圾微生物处理
中国一个最大的发展中国家,最大的农业国近几年来自中央建设新农村的口号的提出,服务三农,解决农村就业,保留农村的那方“净土”,首先考虑的是环境质量。目前农村垃圾没有合理的安置和处理,房前屋后,处处可见。
21世纪有望沼气的农村主要的能源之一,沼气已经被世界公认为新世纪可代
替能源第一选择,有着不可比拟的特点,在农村流传这样一句话:一日三餐不见炊烟,描绘沼气能源给村子带来的巨大变化,由于适用范围广,我国能源短缺严重,生物资源丰富的综合原因,成未来适合我国国情的的最佳能源选择,面对能源价格的不断上涨,环境不断高涨,沼气再一次成为解决能源的焦点,我国为实现可持速发展战略,建设社会主义新农村,农村的市场特别广大。
沼气发酵微生物---是在缺氧条件下降解有机质产生沼气的一群微生物。沼气常形成于富含有机质的沼泽、塘、湖等水下缺氧沉积物中,是一种可燃性气体,其主要成分为甲烷(占55~70%)和二氧化碳(占30~45%)。沼气微生物的种类庞杂,在纯培养条件下,最适生长的酸碱度有很大差异,但在沼气池中pH7左右最适于产生沼气。
沼气微生物使自然界中缺氧环境的有机质降解,进入碳、氮等物质循环圈。所产生的甲烷最终又被氧化为二氧化碳。产生于深海沉积物中的甲烷则可能转化为甲烷水合物,进而转化为天然气。中国广大农村正在利用沼气微生物的作用,以秸秆、粪便等制取沼气,作为一种再生性补充能源,同时也有利于农村生态平衡,保持、提高土壤肥力并改善环境卫生。
5、微生物技术利用前景
在我国微生物技术是环境保护广泛应用和十分重要的技术,其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、环境修复和污染严重的工业企业的清洁生产等方面,发挥着重要的作用。现代微生物技术的发展,尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用,使微生物处理具有更高的效率、更低的成本和更好的专一性,为微生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。微生物技术不仅适用于环境污染治理,如今还广泛应用于环境监测,成为环境质量预报和报警中的重要组成部分。
参考文献：
[1]董冠洋.2012中国环境状况公报[J].中国新闻网.2013.
[2]钟鸣等.微生物分子生态学技术及其在环境污染研究中的应用[J].应用生态学报.2002;13(2).
[3]林鑫,胡筱敏,李洪林.微生物技术在环境保护中的应用.有色矿冶.2006;22（1）：39~42.
[4]余莉萍等.环境生物技术的应用及发展趋势[J].城市环境与城市生态.2002.(2)
[5]任南琪,马放等.污染控制微生物[J].
[6]龚丽萍，张甲耀，罗宇煊.微生物在环境保护中的应用现状以及发展趋势[J].重庆环境科学.2001;23(2):71~74
[7]伊伶莉，张雪英.微生物在环境保护中的作用[J].安徽农学通报.2007，13（2）：57~58
[8]王家玲,李顺鹏，黄正等.环境微生物学[M].2002.
[9]周德庆.微生物学教程（第2版）[M].北京:高等教育出版社 .2002
[10]诸葛健,李华钟.[M]微生物学.北京:科学出版社.2004
[11]陈守文,喻子牛等.微生物生物技术[M].北京:科学出版社.2002
[12]沈萍.微生物学[M].北京：高等教育出版社.2000
微生物在环境保护中的作用
摘 要：在当代，随着人类工农业的高速发展和人口数量的日益增长，环境污染和已成为制约我国社会和经济可持续发展的重大障碍，微生物技术在处理环境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显着优点,加之其技术开发所预示的广阔的市场前景,受到了科技工作者和企业家的高度重视。
关键词:微生物 环境保护 微生物利用
Abstract: At present, with the increasing number of high-speed
development of industry and agriculture, human and population, 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 processing 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
随着人类工农业的高速发展和全球人口的急速增加,使人类赖以生存的自然环境严重恶化,当代人类的生产活动势必造成环境污染。污染物长期残留在环境之中,对生态环境和人类健康危害极大。随着我国经济建设的快速发展,环境污染问题以引起全社会的高度重视。这是全世界的共同问题。在我国过去几十年的经济发展中,由于忽视了发展中的环境保护问题,目前环境状况十分严峻,已经影响了我国经济的可持续发展。
近年来虽然采取了大量控制措施,但环境质量下降的趋势仍在继续。据中国国家环保局《中国环境状况公报》显示,生态环境的破坏和恶化极为严重,随着我国
经济的飞速发展,环境保护的压力将进一步加重。微生物是自然界中的分解者,在好氧条件下,它能将有机污染物彻底的氧化,分解成CO2、H2O、PO42-、NO3-等无机物,在厌氧条件下,能将有机物降解,转化成有机酸、CO2、H2、CH4等。[1]微生物种类繁多(我国约有微生物26万种),代谢类型多样,每一种微生物都有独特的酶系与功能。因此,它们是自然界进行自净作用的主力军,也是我们对污染物进行生物处理的“有力武器”,是环境治理的主要工具。
1、微生物在生态系统中的作用
生态系统是指在一定空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动相互作用，相互依存而构成的生态学功能单位。微生物在生态系统中的主要角色是分解者。微生物分解生物圈内存在的动物、植物和微生物残体等复杂有机物质，并最后将其转化成简单的无机物，供生产者利用。微生物参与物质循环，大部分元素的循环都依靠微生物的分解作用，比如：N S Fe P等。如果没有微生物的分解我们生活的环境将是到处布满尸体，而物质的量是一定的，物质将会严重匮乏，我们的生活将会被严重影响。
自然界存在着丰富的微生物种群,这些微生物虽然个体微小,但在环境污染净化中却扮演着不容忽视的重要作用。微生物由于自身的生理特性,可以通过自发的或人为的遗传、变异等生物过程适应环境的变化,使之能以各种污染物尤其是有机污染物为营养源,通过吸收、代谢等一系列反应,将环境中的污染物转化为稳定无害的无机物。因而,在生物圈中微生物充当着分解者的角色。大约90%的陆地生产者都要通过分解者作用最终形成无机物归还大地。
2、微生物在污水处理中的作用
我国环境污染严重,大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染其他未经处理的污水直接排入江河湖海,致使我国的水环境遭受严重污坏。据统计，136条流经城市的河流中,属4类、5类和超过5类标准的高达76.8%;约50%的城市地下水受到不同程度的污染;全国大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富营养化程度逐年加剧;全国每年污水排放达360亿吨,仅10%的生活污水和70%的工业废水得到处理,其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准。
环境污染和已成为制约我国社会和经济可持续发展的重大障碍，污染自理迫不及待。微生物废水处理法是利用微生物生命活动过程废水中污染物进行转移与转
化作用，是废水得到净化的处理方法。其主要特征在能充分发挥微生物生物作用的生化反应容器中，使废水中的污染物被微生物利用，转化成简单的无机物。由于污染物的生化转化不需要高温、高压在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底完成，因此用微生物处理污水的处理费用低廉。微生物技术在处理环境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显着优点,加之其技术开发所预示的广阔的市场前景,受到了各国政府、科技
[3]工作者和企业家的高度重视。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的
深入,人们已越来越意识到,现代生物技术的发展,为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。在改良环境中没有其他技术所可代替和比拟的。
2.1废水中的脱氮除磷
废水中氮、磷是造成水体富营养化的根源,利用生物脱氮除磷已进行了广泛的研究。污水脱氮技术主要有活性污泥法脱氮工艺,包括A/O(缺氧/好氧)工艺,可使NH4+一N去除率达80%以上,A2/O工艺,改进的氧化沟工艺和SBR工艺都可使总氮(TN)去除率达90%以上。生物膜脱氮有生物滤池、生物转盘、生物流化床、浮动床、浸没式、三级生物滤池脱氮系统等,其中三级生物滤池的反硝化速度最高1.0kgN/(m3.d),出水TSS
生物脱氮中,有反硝化能力的微生物有变形杆菌、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属等。 污水生物处理中,除磷常与脱氮工艺一起应用,常见的除磷技术有: phostrip 工艺,能使总磷(TP)≤1mg/L以下:Bardenpho系统;A/O系统;改良UCI工艺;A2/0工艺。除磷过程一般认为在有氧条件下摄取磷,在厌氧条件下释放磷,其中不动杆菌属〔Acinetobacter)是除磷的优势菌种。
2.2废水中有机物的降解
酚类对水中生物有致畸性,使生物具有难闻的酚味,化学处理法由于二次污染问题受到限制,而利用培养优势菌群的微生物法降解酚类却有显着作用。如卞华松采用PVA1799冷冻改良法固定优势菌群,对浓度为565mg/L的苯酚去除率为94%以上;张春桂研究降解五氯盼(PCP)的细菌是醋酸细菌、产碱菌和气单胞菌。此外,可用家禽废物分解的网纹水蚤属(Ceriodaphniadubia)LD50和弧菌属
(Vibriofischeri)EC50、链霉菌303、芽胞杆菌KMR一1、麦芽糖假丝酶母10-4等对酚类进行降解。 有机物的生物降解中,白腐菌是值得一提的。白腐菌是一类
提子真菌,在废水治理中,其降解污染物的范围十分广泛。白腐脉射菌
(Ph1ebiaradiata)I-5-6在高C低N培养条件下,对多环芳烃类、氯代烃类、酚类、氯代酚类、烷基苯类和硝基苯类化合物有显着的降解作用。白腐菌中金孢展齿革菌(PhanerochaeteChrysospriumBurdsall)可降解多环芳烃、DDT、TNT、CCl4、氰化物、氯代芳香化合物、酚类、胺类、农药、染料、杂酚油、煤焦油、重油等。还可降解林丹、氯丹、多氯联苯、2,3,7,8-TCDD和二氯苯胺等有机氯化物。此外,用微生物降解的有机物包括:四氯乙烯、甲醇、苯胺、甲胺磷、三氯乙烯、硝酸甘油。
2.3废水中重金属的去除
由于藻类对重金属离子具有较强的富集能力,利用其生物吸附作用可从工业污水中去除有毒、放射性金属和回收稀有、贵重金属。比如汞是对环境影响最大的一类重金属。环境中存在的汞有多种形态:元素汞(Hg0)、无机汞离子(HgCl、HgO、HgCl2、HgBr等)、有机汞化合物,如Hg(CH3)2、Hg(C2H5)2和Hg(C6H5)2等。除了人工合成的有机汞制剂外,细菌具有合成甲基汞的能力,即生物甲基化,它会使汞的生物毒性大大增强。而另一些微生物又可使甲基汞降解、还原,降低其毒性。例如铜-绿色假单胞菌,变形杆菌可使汞离子转化成元素汞,经10小时后挥发掉汞达75%。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞。用固定在聚砜基质上的真菌可除去Cd、Cu、Pb、Ni;Pb的去除还可用林可链霉素和黑根霉菌。
2.4废水中其它物质的去除
染料废水是难以降解的一大类工业废水,在厌氧微生物环境中,偶氮染料可通过还原作用完全生物降解。将优势菌的不完全厌氧-接触氧化工艺用于处理印染工业废水,脱色率达90%以上。用专性厌氧菌硫酸盐还原菌混合培养物对偶氮染料、三苯甲烷染料、蒽醌染料的废水进行脱色,脱色率在1小时之内可达69.9-98.8%。微生物处理电镀废水,对各种金属离子的一次净化率达89.9%以上。蔗渣浆,用白腐菌处理含氯漂剂漂白的废水,脱色率可达91.2%,BOD5去除率为92.5%,CODcr去除率为88.7%。
3、微生物在空气污染中的作用
太原、兰州、广州、济南。北京、等五个城市位于世界十大空气污染最严重
的城市中之列,全国600多个城市中、大气质量符合国家一级标准的不足1%。全国范围的酸雨危害的程度和区域日益扩大。
3.1微生物脱硫技术
工业“革命”以来,煤炭是世界能源的重要组成部分。我国是世界上最大的产煤国和煤消耗国,煤炭占我国一次能源的3/4,高硫煤储量约占总储量的1/3,并且高硫煤开采比例也逐年上升,而黄铁矿硫约占总硫的60%。煤中通常含有0.25%~7%的硫,如我国西南地区煤平均含硫量为3.23%,西北地区为3.05%,中南地区为2.02%,华北地区为1.65%。煤炭中的硫分为可燃硫和不燃硫。不燃硫主要是硫酸盐,可燃硫包括无机硫和有机硫。可燃硫经燃烧生成SO2随烟气排入大气,导致了严重的环境污染,造成的经济损失。
近几年来研究人员把煤的物理选煤技术之一的浮选法和微生物处理相结合,即把煤粉碎成微粒与水混合,并将微生物加入溶液中,让微生物附着在黄铁矿表面,使其表面变成亲水性,能溶于水。在浮选中其难以附着在气泡上,下沉至底部,从而把煤和黄铁矿分开。由于它仅处理黄铁矿的表面,因此脱硫时间只需数分钟即可,从而大幅度缩短了处理时间,可脱除无机硫约70%。另外,该法在把煤中的黄铁矿脱硫时,灰分也可同时沉底,所以也具有脱去灰分的优点。目前,浮选法微生物脱硫已成为国际上洁净煤技术开发的热点。
很多学者利用细菌研究了大量的脱硫技术。如利用氧化亚铁硫杆菌已使脱硫率达95%以上,日本利用该菌已使H2S脱除率达99.99%,中国利用该菌对炼油厂催化干气和工业废气脱硫,H2S去除率分别为71.5%和46.91%。
3.2微生物过滤法
过滤发在50年代中期最先应用于处理空气中低浓度的臭味物质。到80年代,德、美、荷兰等国相继用此法控制生产过程中的挥发性气体和有毒气体。其过程为:
废气(预处理)生物过滤器→CO2,H20,无机盐类
废气在反应器里停留时间很短,处理率可达90%以上。生物过滤法还可去除空气中的异昧、挥发性物质(VOCs)和有害物质,包括控制(去除)城市污水处理设施中的臭味、化工过程中的生产废气、受污染土壤和地下水中的挥发性物质、室内空气中低浓度物质等。
3.3微生物在空气其他方面的处理
微生物还可用来固定CO2,实现CO2的资源化,同时产生很多附加值高的产品。生物技术用于有机废气具有费用低、效率高等优点,在德国、荷兰、日本及北美国家得到广泛应用。毕立锋等还进行了微生物净化NOx的研究。
4、微生物在固体垃圾处理中的作用
在我国人口急剧上升,每天由于人类活动,生活的垃圾也越来越多,每天都有大量的固体废弃物,如各种垃圾的产生,特别是大城市的固体废弃物的产量更是惊人。城市 垃圾和工业固体废弃物与日俱增,工业废弃物累计堆积量已超过66亿吨,占地超过5万公顷,使200多个城市陷入垃圾包围之中。这些固体废弃物都应该进行无害化处理,但目前几乎95%的垃圾未经这样的处理,一般只是简单地堆集起来或倾入江河中。固体废弃物中不仅含有各种无机物,如玻璃、金属等,还含有大量的有机物,包括可降解的淀粉、蛋白质、废纸、烃类等和很难降解的塑料等。
4.1城市垃圾微生物处理
目前城市主要可以分为三大类:化学法(如絮凝沉淀法)、物理法(过滤)和生物法(如活性污泥法)。这三类方法也可以结合使用。在污染物的处理中,虽然物理、化学方法作出了一定的贡献,但由于这些方法存在投资大、成本高、二次污染的问题,而逐渐被生物法所代替。可见微生物有非凡之效。
现在发展了新的城市垃圾生物处理工艺。这种工艺是先经过过筛,回收可再生资源后,引入具有特定功能的微生物(主要是一些能高效降解有机物质,如纤维素、脂肪、蛋白质的微生物)进行好氧处理或厌氧发酵,加速发酵过程,同时还可以收集所产生的沼气。经过充分发酵后的垃圾是一种很好的农业肥料。如果实现垃圾处理工厂化,可以使发酵周期缩短(1-2星期),并且处理量较大。发酵过程可以实现全自动化控制,发酵后形成的肥料的质量也能得到保证。[4]
4.2农村垃圾微生物处理
中国一个最大的发展中国家,最大的农业国近几年来自中央建设新农村的口号的提出,服务三农,解决农村就业,保留农村的那方“净土”,首先考虑的是环境质量。目前农村垃圾没有合理的安置和处理,房前屋后,处处可见。
21世纪有望沼气的农村主要的能源之一,沼气已经被世界公认为新世纪可代
替能源第一选择,有着不可比拟的特点,在农村流传这样一句话:一日三餐不见炊烟,描绘沼气能源给村子带来的巨大变化,由于适用范围广,我国能源短缺严重,生物资源丰富的综合原因,成未来适合我国国情的的最佳能源选择,面对能源价格的不断上涨,环境不断高涨,沼气再一次成为解决能源的焦点,我国为实现可持速发展战略,建设社会主义新农村,农村的市场特别广大。
沼气发酵微生物---是在缺氧条件下降解有机质产生沼气的一群微生物。沼气常形成于富含有机质的沼泽、塘、湖等水下缺氧沉积物中,是一种可燃性气体,其主要成分为甲烷(占55~70%)和二氧化碳(占30~45%)。沼气微生物的种类庞杂,在纯培养条件下,最适生长的酸碱度有很大差异,但在沼气池中pH7左右最适于产生沼气。
沼气微生物使自然界中缺氧环境的有机质降解,进入碳、氮等物质循环圈。所产生的甲烷最终又被氧化为二氧化碳。产生于深海沉积物中的甲烷则可能转化为甲烷水合物,进而转化为天然气。中国广大农村正在利用沼气微生物的作用,以秸秆、粪便等制取沼气,作为一种再生性补充能源,同时也有利于农村生态平衡,保持、提高土壤肥力并改善环境卫生。
5、微生物技术利用前景
在我国微生物技术是环境保护广泛应用和十分重要的技术,其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、环境修复和污染严重的工业企业的清洁生产等方面,发挥着重要的作用。现代微生物技术的发展,尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用,使微生物处理具有更高的效率、更低的成本和更好的专一性,为微生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。微生物技术不仅适用于环境污染治理,如今还广泛应用于环境监测,成为环境质量预报和报警中的重要组成部分。
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