微生物与环境保护

微生物与环境保护

我国现阶段面临着严峻的环境污染形势，相当部分的地区环境污染状况仍然没有得到改善，局部地区甚至还在加剧，环境保护刻不容缓！而微生物原本就与人们的生活密切相关,它作为一种新型的污染处理材料,应用在污水、废气的处理,土壤污染治理等方面。环境污染的发生主要由人类活动所致,但微生物与环境质量也密切相关。一方面微生物具有污染环境的作用,但另一方面微生物也具有很强的修复环境和保护环境的能力。因此,控制和消除微生物对环境的污染,最大限度地利用微生物所具有的净化环境的作用,无疑对环境保护具有重要意义。

下面分别从环境当中的固体、液体、气体的微生物治理进行介绍。

固体废弃物的微生物处理

固体废弃物可以说就是垃圾。按其组成可分为有机废物和无机废物；按其形态可分为固态的废物、半固态的废物和液态（气态）废物；按其污染特性可分为有害废物和一般废物等。在《固体废弃物污染环境防治法》中将其分为城市固体废弃物、工业固体废物和有害废物。通常按照固体废弃物的来源分为城市生活固体废弃物、工业固体废弃物和农业废弃物。固体废弃物的微生物处理的主要方法：堆肥法、卫生填埋法、厌氧发酵法。

堆肥法，指依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，堆肥法可分为：好氧堆肥法和厌氧堆肥法。应用好氧堆肥法过程中，首先经历的是发热阶段，主要由中温好氧的细菌和真菌利用堆肥中的易分解有机物，释放热量，使温度不断上升。接着的是高温阶段，是堆肥温度升至50℃以上进入高温阶段，好热性的微生物逐渐代替了中温微生物，一些复杂的有机物开始分解，腐殖质逐渐形成。病原性微生物逐渐被高温杀死。最后是降温和腐熟保肥阶段。当易分解有机物大部分被分解以后，剩下的是木质素等难分解有机物和新形成的腐殖质，好热性微生物的活动减弱，产热量下降，温度逐渐下降，中温性微生物又成为优势菌群，残余物进一步分解，腐殖质逐渐积累，堆肥进入腐熟阶段。而厌氧堆肥法是指在不通气的条件下，将有机废弃物进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废弃物无害化的过程。厌氧堆肥过程又分为两个阶段，酸性发酵阶段：产酸细菌分解有机物，产生有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氢等，使pH下降；产气发酵阶段：主要由产甲烷细菌分解有机酸和醇，产生甲烷和二氧化碳，随着有机酸的下降，pH迅速上升。

图有机物的沼气发酵过程

卫生填埋法，指将垃圾在填埋场里分层填埋的处理方法。由废物层（一般厚度2.5～3.0m）和覆土层（一般厚度为0.2～0.3m）构成一个填埋单元，由一系列填埋单元构成一个填埋层，当填埋至设计高度后再盖上一层0.9～1.2m的土壤，压实后就得到了一个完整的卫生填埋场。

而填埋坑内微生物活动过程可分为四个阶段：好氧分解阶段（微生物利用垃圾空隙中的空气进行好氧分解）、厌氧分解不产甲烷阶段（微生物利用硝酸根和硫酸根作为氧源，产生硫化物、氮气和二氧化碳，硫酸盐还原菌和反硝化细菌的繁殖速度大于产甲烷细菌）、厌氧分解产甲烷阶段（当还原状态达到一定程度时开始产甲烷，坑内温度升至55℃时，进入稳定产气阶段）和稳定产气阶段（此阶段稳定地产生二氧化碳和甲烷）。

厌氧发酵法。固体废弃物的厌氧发酵原理同厌氧堆肥，只是类似于高浓度有机废水的处理，在水相中进行，一般在厌氧发酵罐（池）中进行。其详细过程则不详述。

微生物对水体污染的处理

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达1.0kgN/(m3.d),出水TSS<1.00mg/1。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。

废水中有机物的降解。现在常常会听到买鱼的市民抱怨现在的鱼数量、种类都很多，但是鱼肉却没有十几年前那么鲜美了。这是为何？其中原因就是水中的有机物含量增多，其中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。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。

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。Shariat从土壤、沉积物和污水处理厂中分离到21种细菌能使甲基汞脱除甲基,对甲基汞降解达20-84%,细菌对甲基汞的降解及还原作用在于其含有的两种诱导酶:有机汞裂解和汞还原酶。真菌中黑曲霉、青霉、粗糙脉菌和燕麦核腔菌对无机汞或有机汞化合物具有一定的抗性。从受汞污染的土壤中分离到的烟草头孢霉对汞化合物有较强的抗性,同时该菌对多种重金属均具有抗性,抗性顺序为:Ca≥Zn≥Pb≥Co≥Cd≥Cr。

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