环境污染治理中的微生物学应用

环境污染治理中的微生物学应用

微生物是一个简单的多细胞或无细胞结构的小生物的总称，需要在电子显微镜或显微镜下观察到。自然界中存在着丰富的微生物种群,在生物圈中着重充当分解者的角色。微生物对物质的降解与转化保证了自然界中正常的物质循环。本文针对我国环境保护现状,探讨了环境污染治理中的微生物学原理,并分析了微生物治理环境污染的优点,展望了微生物在环境污染治理上的应用前景,为环保工作者提供思考。1、废水处理中的城市污水废水我国环境形势十分严峻,是世界环境污染最为严重的国家之一。大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。每年污水排放中,仅10%的生活污水和70%的工业废水得到处理,城市垃圾和工业固体废弃物与日俱增,使200多个城市陷入垃圾包围之中。全国范围的酸雨危害的程度和区域日益扩大。加之我国社会经济的高度发展,由人类活动所造成的环境污染和环境质量的恶化导致我国环境保护任务更紧更艰巨。2、治理的基础以及治理基础微生物对污染物的降解与转化是环境污染治理的基础。由于微生物自身特点和代谢活动表现出在环境中的化学作用,决定了它对污染物具有强大的降解与转化能力。2.1、微生物适合污染治理的特点微生物对污染物具有强大降解与转化能力,主要是因为微生物具有以下特点:2.1.1微生物的小型细胞比表面小，代谢速度很快微生物的这个特点,使之具有惊人的代谢活性,有利于营养物的吸收和废物的排泄,有利于污染物的快速降解与转化。2.1.2功能菌对环境污染治理的作用环境的多样性决定了微生物类型的多样性。微生物种类多,代谢类型多样,为当今日益复杂的环境污染治理提供了更多的功能菌,对环境中形形色色的物质的降解转化,起着至关重要的作用。2.1.3微生物多样性及降解特性微生物巨大的比表面积使之对生成条件下的变化具有极强的敏感性,加之微生物繁殖快、数量多,可在短时间内产生大量变异的后代,对进入环境中的“新”污染物,微生物可通过基因突变,改变原来的代谢类型而适应、降解之。2.1.4降解环境中的污染物微生物能能灵活的改变其代谢与调控途径,合成各种降解酶,以适应不同的环境,将环境中的污染物降解转化。同时微生物体内含有质粒,质粒能通过基因工程实现不同物种的细胞间转移,从而构建多质粒功能菌,在环保中发挥重要作用。此外微生物具有共代谢作用,利于难降解污染物的彻底分解。2.2、生物化学作用微生物通过它的代谢活动,降解和转化污染物,表现在环境中的化学作用主要有氧化、还原、脱氨、脱羧、水解、酯化、脱水、缩合、氨化和乙酰化作用等,通过各种微生物的化学作用,实现污染物的降解与转化,从而达到污染治理的目的。3、可持续发展战略思想微生物治理环境污染的优点:一是充分体现在它是一个纯生态过程,无二次污染,从根本上体现了可持续发展的战略思想;二是微生物在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、反应条件温和等,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、科技工作者和企业家的高度重视。4、全球环境污染治理进展空气、水体和土地资源的污染越来越严重,不但影响了国民经济的可持续发展,甚至已威胁到人类的健康、智力乃至生存,因此全球各国近几年都在寻找新的途径和方法,以治理和解决环境污染问题。以下重点介绍几项经多年开发,已接近产业化的微生物技术。4.1微生物脱氮和去除磷4.1.1no3-n改性氮气微生物脱氮首先利用设施内好氧段,由亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用,将NH3转化为NO3--N。再利用缺氧段经反硝化细菌将NO3--N反硝公还原为氮气N2,溢出水面释放到大气,N2参与自然界物质循环。水中的含氮物质大量减少,降低出水潜在危险性。4.1.2多聚磷酸盐po治疗聚磷菌在好氧时不仅能大量吸收磷酸盐(PO43-)做成自身核酸和ATP,而且能逆浓度梯度过量吸磷合成贮能的多聚磷酸盐颗粒(即异染颗粒)于体内,供其内源呼吸;同时聚磷菌在厌氧时又能释放磷酸盐(PO43-)于体外。通过人工创造厌氧、缺氧和好氧环境,让聚磷菌先在含磷污水、废水中厌氧放磷,然后在好氧条件下充分过量吸磷,然后通过排泥从污水中除去部分磷,达到减少污水、废水中磷含量的目的。4.2煤炭微生物脱轨4.2.1煤炭中的硫含硫废水煤炭是世界能源的重要组成部分,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。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,洁净煤是中国能源的未来。煤炭的微生物脱硫方法大体有细菌浸出法和表面改性法两种类型。4.2.2浮选法:煤中微生物法微生物对无机硫的脱除主机理一是直接氧化,二是间接起触媒剂的作用;微生物对有机硫的脱除主要是对二苯噻吩(DBT)的降解,主要是环状破坏途径和特定的硫途径。浮选法微生物脱硫是将煤粉碎成微粒与水混合,再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。4.3纤维素基化酶造纸工业中的制浆和漂白工序是污染物产生的主要工序。微生物制浆工艺原理:造纸原料中的木质素被生活微生物或其酶制剂降解,释放出纤维素和半纤维素用于造低制浆。利用微生物与微生物酶类进行微生物制浆与微生物漂白具有很大的优势和潜力,因为微生物极易生长繁殖,酶催化反应具有高度专一性,反应条件温和,并且高效无污染。避免了传统的机械制浆和化学制浆工艺的两个严重问题:大量的废水排放和大量木质素原料的流失浪费。4.4微生物修复技术由于工业的迅速发展,大量的人造化学物质排放入环境中,对资源和环境构成越来越严重的破坏。针对严重污染的环境,我国尚未采取大规模的治理措施,仅在少数地区开展了治理,并以物理化学方法(如洗脱、吸附)为主,不仅投资成本高,而且也造成了二次污染。采用微生物修复技术,不仅其投资规模大为缩小(仅需传统方法的1/5~1/3),对环境影响小,没有二次污染,同时微生物修复适用于其他技术难以应用的场地,如位于建筑物或公路下受污染的土壤,且能同时处理受污染的土壤和地下水。尽管微生物修复技术也有其自身的局限性,但环境污染的微生物修复技术是我国今后治理环境污染的必须发展方向,具有广阔的市场和发展前景。4.5菌泥的回收利用利用从电镀污泥中获得的SR系列复合功能菌,高效还原六价铬为三价铬,被微生物菌体富集,再经固液分离,废水被净化,污泥中金属再用微生物或化学法回收,固液分离的上清液可以回用。利用微生物高效快速还原六价铬,无二次污染,能回收菌泥中的金属,因此,使用周期长,管理方便。如果能利用生活污水、食品加工废水等培养微生物,可以实现以废治废。利用硫酸盐还原菌SRB在厌氧条件下产生硫化氢,硫化氢和废水中的重金属反应,生成金属硫化物沉淀以去除重金属离子。5、环保科技的发展我国微生物技术在环境污染治理上的应用还处在起步阶段,大力开展以污染控制技术为主体的微生物技术研究,推进微生物及其技术在