环境微生物技术在污染治理中的应用

环境微生物技术在污染治理中的应用现在治理环境污染的方法很多,其中,用物理化学方法虽可清除部分污

染物,但效率普遍较低,且易造成二次污染。近年来利用细菌、真菌、藻类、原生动物等微生物去除废水中的重金属离子和降解有机物的研究引起国内

外学者的关注和重视，并在净化污水和处理工业废水领域中投入实际应用。该法由于费用少、环境影响小、降解污染物能力强,且避免了二次污染。

微生物处理重金属污染物的主要途径为生物吸附。所谓生物吸附是指

利用某些生物体本身的化学结构及成份特性来吸附溶液中金属离子,再通

过固液两相分离来去除水中金属离子。微生物吸附金属的机理十分复杂,主要有以下几种:(1)胞外富积、沉积等发现一细菌在生长过程中释放出的蛋

白质能使溶液中可溶性的Cd2+、Hg2+、Cu2+、Zn2+形成不溶性的沉淀而被

除去。但通过胞外吸附分离金属,只有当溶液中金属浓度很低时才是可行的。

(2)细胞表面吸附或络合。大部分的微生物对金属的富集往往发生在细胞壁表面,细胞表面对金属的吸附通常是一快速、依赖pH的过程。一般认为吸

附机理主要是由于金属离子与细胞表面活性基团络合/离子交换以及络合

基团为晶核进行吸附沉淀。如某种藻类在吸附Sr2+的同时释放了等量的

Ca2+和Mg2+,这说明此种微生物对碱金属或碱土金属的吸附是由于静电相

互作用的离子交换过程,而吸附过渡金属Cu2+时同时有H+的释放,表明此时有共价结合过程存在。（3）微生物细胞膜上某些酶的存在也会导致重金属的沉积。柠檬酸细菌对铅和镉的分离就与细胞上磷酸酯酶有关。对于不同

的吸附体系,它们的吸附机理各有特点。胞内富集已观察到金属可以被富集

在细菌、真菌、海藻细胞内,如铜绿假单孢菌在细菌内富集UO22+,活发面酵母在胞内富集Cd2+等。其中细胞表面的吸附和络合对死、活微生物都存在,而胞外和胞内的大量富集则往往要求微生物具有活性。金属离子在细胞表面的吸附(即细胞外多聚物,细胞壁上的官能团与金属离子结合)是被动吸附,它包括离子交换、表面络合、氧化还原等;细胞表面吸附的金属离子和细胞表面的某些酶相结合而转移至细胞内是主动吸附。它包括运输和沉积,表面为酶促机理、微沉积等。

微生物对有机污染物的处理主要是以污水中含有的污染物为营养源,

利用微生物的代谢作用使有机污染物降解成CO2和水或转化为无害的物质。微生物对环境污染物形态和毒性的影响主要有三方面:降解作用、共代谢作用、去毒作用。降解作用是指有机物在微生物的催化作用下发生的降解反应。如马拉硫磷在微生物作用下,其分子中的酰胺和酯链易水解。氟乐灵等农药在微生物作用下能发生脱烷基反应。共代谢作用是指不利用基质作为能源和元素的有机物转化作用。具体来说,微生物不能从其代谢中受益,既不能从基质的氧化代谢中获取足够能量,又不能从基质分子所含的C、N、S 或P中获得营养进行生物合成。去毒作用使有机污染物的分子结构发生改变,从而降低或去除其对敏感物种的有害性。例如有机磷农药马拉硫磷在羧酸酶作用下,水解成一酸或二酸。有毒性杀草剂醚草通在微生物的作用下脱氨形成对植物无毒害的产物。

不同的细菌对不同金属有特殊的亲缘性,细菌及放线菌对某些碱土金属、过渡及过渡后金属有较高的分离能力。细菌不但可以吸附重金属,更是

降解有机污染物的主力军。很多种细菌都可以对有机污染物进行降解,包括真细菌、蓝细菌和古菌。即使是进行光合作用的颤蓝菌也有一定降解萘的

能力。

真菌类微生物由于菌丝体粗大,吸附后易于分离,吸附量大等特点,对

它们吸附金属的研究比较深入,许多霉菌对重金属离子有很强的吸附能力,

它们可以吸附Cu2+、Pb2+、Zn2+等,甚至可以吸附放射性元素U[16]、Th[17]、Ra[16],甚至Am[18]。如毛霉可降解油脂废水,根霉菌可降解油类污染物,

青霉菌可降解偶氮和蒽型染料,酵母菌可降解石油烃,霉菌可降解石油烃、

莠去津等,鲁氏酵母菌WY-3可降解甲胺磷。

藻类能有效地富集和降解有机化合物,污水中的有机化合物可作为藻

类生长所需的重要碳源。有大量研究表明单种藻类对BOD的去除比单种细

菌或原生动物更有效,其中普通小球藻对BOD最大去除率可达83%。

原生动物和衍生动物在环境污染治理中主要对有机污染物起净化作用。它们常以有机物颗粒、细菌、藻类等为食,起到一定的净化效果。变形虫、鞭毛虫是耐污程度很高的优势种,当水体严重缺氧,DO低于0.5mg/L,饱和度小于6%时,部分轮虫、固着型纤毛虫不能正常生长,而变形虫、鞭毛虫出现

较多。随着水体净化的深入,对氧要求的大型原生动物及轮虫开始出现并不断增多,最后出现枝角生物。因此可将微型生生物(变形虫、鞭毛虫)视为生物修复过程中的指标生物。衍生动物中钟形虫、甲壳虫等存在且活跃时就

表明水体中有机污染物少,溶解氧浓度高。从而这可视作水体净化了的标志。