微生物与环境保护

学院：生命学院班级：生技112

姓名：董天祺

学号：2011010682

微生物与环境保护

一、前言

微生物在地球生态系统物质循环过程中作为分解者起着“天然环境卫士”的作用，而且微生物种类繁多，分布广泛，资源丰富，是人类最宝贵、最具开发潜力的资源库。在污染物的降解转化、资源的再生利用、无公害产品的生产开发、生态保护等方面，微生物都能发挥重要作用。当今人类所面临的诸如环境污染、资源短缺、生态破坏、健康危害等重要问题，都有可能从微生物资源的开发研究中寻找到解决的办法。实践表明，微生物将对人类社会的持续发展产生重要影响。因此，对微生物的环境保护功能世界各国都极为重视，投入大量人力、物力进行研究开发，取得了许多成果。今后微生物在环保领域将显得更为重要，微生物环境产品具有巨大的市场潜力。

19世纪末，污水生物处理的出现标志着人类将微生物应用于环保工程的开始。经过近百年的发展，微生物在环境保护工程中已得到广泛应用。

二、微生物在环境保护中的作用

1.在环境监测中的作用

利用部分发光微生物的发光强度与污染物的毒性强度呈线性负相关关系的属性，可以进行环境监测。此种生物监测方法具有周期短、简便等特点，且可体现环境中各种污染物对生物的综合毒性。

2.在水污染治理中的应用

废水生物处理是利用微生物生命活动过程对废水中污染物进行转移和转化作用,使废水得到净化的处理方法。其主要特征是应用微生物在为充分发挥微生物的作用而专门设计的生化反应器中,将废水中的污染物转化为微生物细胞以及简单形式的无机物。由于污染物的生化转化过程不需要高温、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,处理费用低廉;微生物具有来源广,易培养,繁殖快,对环境适应性强和易实现变异等特性。废水生物处理法不加投药剂,可以避免对水质造成二次污染。另外,生物处理效果良好,不仅去除了有机物、病原体、有毒物质,还能去处臭味、提高透明度、降低色度等。这些优点使生物处理法成为废水处理方法的首要选择。

生物处理去除污水中的有机物质是利用微生物的新陈代谢过程。微生物群体依靠细胞壁将污水中的有机物质吸收消化,同时产生一定的代谢物质,再作为其它微生物的养料,进行吸收消化,周而复始,直至污水中的有机物质全部分解。含TNT 的工业废水毒性高,被认为是一类难以治理的工业废水,70年代国内外都采用物理、化学方法如活性碳吸附等处理,存在成本高和二次污染等问题。尹萍等利用筛选的转化TNT的高效微生物接种挂膜,采用兼性厌氧-好氧二步生化处理工艺,

处理含TNT-DNN(二硝基萘)混合废水,使TNT由50mg/L降低至0.5mg/L,二硝基萘由5mg/L降低至检测不到,出水中各项指标都达到国家排放标准,已在有关军工厂投产运行多年,取得良好的社会效益和环境效益。农药废水是一类难治理的高浓度有毒有机化工废水。高效微生物的应用是农药废水实现高效处理的关键所在。我国在这方面的研究已经开展一些,其中同济医科大学环境医学研究所从水胺硫磷生产车间排水口污泥中分离纯化得到水胺硫磷的降解优势菌,降解率可达72.3%。中国科学院水生所在研究氧化塘处理有机磷农药废水时,分离出极毛杆菌两个菌株,对1605和对硝基酚有很高降解作用。化学工业部北京化工研究院环保所从甲胺磷农药废水长期驯化的活性污泥中筛选得到两株降解甲胺磷废水中有机磷的高效菌,混合菌的有机磷去除率达99.7%。中科院武汉病毒所也从污泥中分离得到降解甲胺磷能力强的假单胞菌,在18h内能将1000mg/L的甲胺磷降解75%左右,在含5000mg/L甲胺磷的培养基中也能正常生长。成都生物所从处理乐果废水的活性污泥中分离出乐果的降解优势菌,25h内能使乐果去除率达58%,应用于生化处理系统中,使可生化性较差的乐果废水治理后达到国家排放标准。

3.大气污染治理中的应用。

随着现代工业的迅速发展，人类向大气中排放出大量有毒有害气体，对环境造成了严重污染。利用物理化学方法处理废气虽然处理效果较好，但要求高温高压条件，需要大量的催化剂和其他化学药剂，而且严重腐蚀设备，产生二次污染等。而微生物对污染物均用较强、较快的地适应，并可使废气得到降解和转化。同常规的废气处理方法相比，微生物法以其处理效果好、设备简单投资及运行费用低、安全性好、无二次污染、易于管理等优点，逐渐应用于空气污染控制中。

目前,工业上H2S气体的净化方法主要是物化法,某些方法虽然治理效果较好,但要求高温、高压条件,需要大量催化剂和其它化学药品,严重腐蚀设备,产生二次污染等。用生物法处理含H2S废气主要在生物膜过滤器中进行。在德国和荷兰已有用生物膜过滤器处理含H2S废气的大规模工业应用,H2S的控制效率达90%以上。新西兰、英国、日本和美国也有工业规模的应用报导。日本研究者将活性污染脱水,在常温(20~60e)的条件下干燥,在水中浸渍膨润后得到固定化污泥。这种固定化污泥可以保持各种微生物的生理活性,利用此固定化污泥去除恶臭可以提高恶臭的去除率,降低成本。

4.被污染环境的生物修复

对已经被广泛污染的大面积环境,采用废水及垃圾处理的方法是不可修复的。近年来,各国科学家已经成功的研究开发出可用于治理被大面积污染环境的生物技术,这就是生物修复技术。生物修复(Bioremediation),也称生物整治、生物恢复、生态修复或生态恢复,是指利用处理系统中的生物,主要是微生物的代谢活动来减少污染现场污染物的浓度或使其无害化的过程。目前所处理的对象主要是石油污染及农田农药污染。生物修复的具体操作方法可分为两种,其一是环境条件的修饰,如营养物质的利用、通气等。其二是接种合适的微生物以降解污染物。用于生物修复的微生物包括土著微生物、外来微生物等。

三、利用微生物生产有益环境的产品

生物杀虫剂目前,世界各国大量使用化学农药而造成环境污染。化学农药因

其不具有选择性而对有益的生物也造成威胁。同时,很多化学农药是不可降解或很难降解的,容易在动植物体内积累而造成污染物的富集。但是,生物农药的出现使得这个矛盾缓解。现在主要的产品是用苏云金芽孢杆菌制成的BT生物杀虫剂。苏云金芽孢杆菌之所以能够杀虫,是由于它们的细胞内存在着有毒的蛋白质,叫做伴胞晶体,昆虫吞食后中毒而死亡。这种活细胞对环境无毒无害,而且在动物的胃肠道内,酸性环境下蛋白晶体不能溶解,从而对人畜无毒,所以是一种高效安全的生物杀虫剂,可用来防治农作物害虫和杀灭蚊虫。对生物农药的研究刚刚开始,相信在不久的将来,我们的农田将不再需要喷洒化学农药,农田将真正成为绿色的田野。512可以被迅速分解的塑料)多聚羟基烷酸PHA塑料被称为白色污染,是近年来环境的大敌。以聚乙烯为代表的塑料,在自然条件下极难降解,在土里埋50-100年仍旧安然无恙。由于塑料广泛应用于农业生产及日常生活中,所以其产量每年递增,造成了这种人工化合物的大量积累。现在人们正在积极寻找可以取代原有塑料的可生物降解的新材料。一类由微生物合成的化合物引起了人们的兴趣,这类化合物为聚B-羟基烷酸酯,简称PHA,它们是由许多个B-羟基化的饱和脂肪酸聚合而成的。脂肪酸可以是丁酸,戊酸或己酸等。后来的研究表明,很多种类的微生物都能产生PHA。它的最大优点是可被微生物降解掉,因此人们称它为生物可降解塑料。用细菌生产的聚B-羟基丁酸酯除了替代现有的塑料制品外,还可以用来生产高弹性的无纺布。聚B-羟基丁酸酯无毒性,高纯度的产品可用来做伤口的缝合线及骨骼固定绷带,当用这种缝合线缝合伤口后也用不着拆线,它可以在人体内自行被分解吸收。

四、结语

微生物在环境保护中具有重要的作用,对社会生产力的发展具有重要的意义。特别是在新兴的生物技术产业中,微生物的作用更是不可替代的。但是与高等动植物相比,已知微生物种类只是估计存在数量的很小的一部分。可以想象,既然对少数已知微生物的研究就已为人类做出了重要贡献,通过对多样微生物的开发必然会为社会带来巨大利益。所以,微生物学事业方兴未艾。