王曉芳

摘 要：介紹了微生物在在水體污染、固體廢棄物污染、重金屬污染、石油污染、大氣污染治理過程中的應(yīng)用現(xiàn)狀。并對微生物在環(huán)境保護中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢進行了討論。

關(guān)鍵詞：污染物；環(huán)境保護；微生物技術(shù)

中圖分類號：X505文獻標志碼：A文章編號：1673-291X（2012）02-0276-03

人類一直以為地球上的水、空氣是無窮無盡的，所以不擔心把千萬噸廢氣送到天空去，又把數(shù)以億噸計的垃圾倒進江河湖海。人類的這種錯誤的觀點和愚昧的行為致使環(huán)境問題成為當今世界所面臨的一個重要問題。嚴重的自然災(zāi)害給我們敲響了警鐘，環(huán)境保護和污染區(qū)的環(huán)境治理迫在眉睫。

一、微生物應(yīng)用于污水治理

（一）水體修復(fù)

水體修復(fù)包括原位修復(fù)和異位修復(fù)。原位是指在原有水體進行修復(fù)。原位修復(fù)要投加物質(zhì)：（1）投加菌種，這些菌種可以利用水體中的有機物從而降低水體污染，從而對水體恢復(fù)能力和自凈能力的一種強化。（2）投加營養(yǎng)鹽，這些營養(yǎng)物激活劑可以提高微生物的代謝能力,從而強化水體修復(fù)。異位指將水體移到反應(yīng)器處理后再送回河道。異位修復(fù)有調(diào)控和優(yōu)化處理的特點,但這種運輸可能會增加費用,導致修復(fù)成本提高。目前，大多水體修復(fù)采取的是原位修復(fù)，而異位修復(fù)多用在污染特別嚴重的黑臭河水的凈化處理上。如今，水體微生物修復(fù)的研究已成為學術(shù)界廣泛關(guān)注的熱點問題，正處于相當活躍的發(fā)展時期。可以看出，利用微生物技術(shù)對水體生態(tài)環(huán)境進行修復(fù)將會是 21 世紀初環(huán)境生物技術(shù)的主攻方向之一。

（二）生物膜修復(fù)

生物膜修復(fù)是依附于固體表面（如卵石，纖維）形成一種特殊的生物膜上的微生物（好氧的異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌）來凈化有機物的好氧處理方法。唐玉斌等對中小河流污水修復(fù)的研究表明,生物膜法去除污染物氨氮的生物降解速率很快,只需較短的水力停留時間,就能達到很高的氨氮去除率（達80%）。用移動床生物膜反應(yīng)器處理生活污水,實驗結(jié)果證明,隨著C/N比的變化,氨氮的去除率也在變化，當C/N為10時，氨氮最高可達80.81%，但當C/N增大到12時，氨氮去除率不再增加。

二、 固體廢棄物治理

固體廢棄物目前是我國環(huán)境污染的重要污染源之一。截至2005年底，全國661個設(shè)市城市生活垃圾產(chǎn)生量1.56億噸，并且每年都有上升趨勢，由此污染造成的經(jīng)濟損失每年在千億以上。對其填埋、堆放和焚燒的處理能力所占比例分別為85%、5%、10%。這些處理方法所產(chǎn)生的有害物質(zhì)會通過滲漏、擴散等途徑造成二次污染。因此，近年來采用生物處理引起了重視。生物處理是利用微生物分解固體廢棄物中的有機物，從而實現(xiàn)其無害化或綜合利用。生物處理方法包括好氧處理、厭氧處理、兼性厭氧處理等。其優(yōu)勢是：可以有選擇地濃縮或去除污染物；節(jié)省運營和投資成本；廢物總體積顯著降低；可以將廢棄物轉(zhuǎn)化為再利用資源。其缺點在于反應(yīng)速度慢，某些固體廢棄物難以降解。盡管如此，人們相信生物降解中存在的問題會隨著對微生物研究的深入很快得到解決。

三、重金屬污染治理

（一）微生物對重金屬的生物固定

微生物與重金屬具有很強的親合性，通過帶電荷的細胞表面可吸附重金屬離子，例如微生物多糖、多肽、糖蛋白上的官能團直接把重金屬作為必要的營養(yǎng)元素主動吸收，或?qū)⒅亟饘匐x子富集在細胞表面或內(nèi)部，使重金屬的移動性降低。細胞對重金屬鹽具有適應(yīng)性，通過平衡或降低細胞活性得到衡定條件，微生物積累重金屬也與金屬結(jié)合蛋白和肽以及與特異性大分子結(jié)合有關(guān)。

（二）微生物對重金屬的生物轉(zhuǎn)化

微生物能通過氧化還原、甲基化和去甲基化作用轉(zhuǎn)化重如離子交換、分泌有機配體、激素等間接作用影響植物對重金屬的吸收。確切地講，微生物并不具備降解重金屬的能力，而是在治理過程中將重金屬濃縮成為更易于處置的形式。因此，細菌固定金屬又稱生物濃縮、生物積累、生物吸附或生物吸收。在植物根際，重金屬常有一些特殊的化學行為，重金屬的酸-堿反應(yīng)、氧化-還原反應(yīng)、絡(luò)合-解離反應(yīng)、生化反應(yīng)、吸附-解吸等行為，將使重金屬的形態(tài)發(fā)生變化，從而改變其生物有效性和生物毒性。

四、石油污染治理

自然界中，能降解石油烴的微生物現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)70多個屬、200多種。它們廣泛存在于土壤、海洋、地下水、湖泊等環(huán)境中。許多微生物將石油烴作為唯一碳源和能源。研究指出,可降解石油烴的微生物多為細菌和真菌；海洋生態(tài)系統(tǒng)中細菌占主導地位, 而在淡水和陸地生態(tài)系統(tǒng)中真菌占主導地位。

（一）石油污染土壤微生物修復(fù)

微生物降解石油主要是3個過程:第一, 微生物表面吸附石油烴；第二,微生物細胞膜運輸石油烴；第三, 微生物細胞內(nèi)降解石油烴。石油烴在水中溶解度很小,部分石油吸附在土壤顆粒物表面,微生物難以降解。研究表明,加入表面活性劑可增大石油烴的溶解度,促進微生物對石油烴的降解。

（二）石油污染海洋中的微生物

1．通過自身代謝作用降解石油

投加菌種凈化水體的技術(shù)開始于海洋石油污染的治理。丁明宇等海水中分離、篩選出對石油具備降解能力的細菌73株、真菌10株,并對其進行研究,結(jié)果表明,有3個菌株對石油的生物降解能力較強，分別高達58.35%、62.75%、71.06%。史君賢等在浙江沿海海水中分離可降解石油烴的細菌,并證明其對正烷烴有較強的降解作用,單菌株的降解率明顯低于混合菌株的降解率。

2．合成生物表面活性劑,促進石油降解

生物表面活性劑是微生物或植物在一定條件下培養(yǎng)時，在其代謝過程中分泌出的具有一定表面活性的代謝產(chǎn)物，如糖脂?多糖脂?脂肽或中性類脂衍生物等。生物表面活性劑可以將烴類物質(zhì)乳化,進而促進其降解。Chabrabarty曾報道, 銅綠假單胞菌生成海藻糖酯（生物表面活性劑）能有效地將石油降解成水液滴，大大提高了阿拉斯加原油泄漏污染區(qū)石油烴的降解速度。

五、大氣污染治理

（一）微生物煙氣脫硫技術(shù)

煤燃燒后排放的煙氣含有較高濃度的SO2,是空氣污染的主要污染源之一。目前很多脫硫技術(shù)已具備較高的脫硫效率,但因其成本較高而無法廣泛應(yīng)用。就是在這種情況下，微生物煙氣脫硫技術(shù)產(chǎn)生,并在部分發(fā)達國家得到應(yīng)用。日本鋼管公司京濱制作所成功地利用氧化亞鐵硫桿菌進行工業(yè)廢氣脫硫,硫化氫脫除率達99.99%。在我國，鄭士民等也在實驗室用該菌對煉油廠催化干氣和工業(yè)沼氣進行脫硫,并且效果顯著。此項技術(shù)仍在不斷發(fā)展和改善中。

（二）微生物除臭技術(shù)

微生物除臭的實質(zhì)是通過微生物活動,將惡臭污染物轉(zhuǎn)化為簡單無害的無機物及微生物細胞質(zhì)的過程。大氣惡臭的最主要揮發(fā)源之一是廢水處理裝置所逸出的惡臭氣體,主要有硫化氫、氨以及硫醚類、硫醇類、有機胺類等,這些物質(zhì)絕大多數(shù)對人體健康危害較大。最先采用除臭技術(shù)的是德國建立的生物過濾床。隨后美國、荷蘭也對此方法進行深入研究。

（三）NOx的微生物凈化技術(shù)

NOx凈化技術(shù)主要有選擇性催化還原技術(shù)、選擇性非催化還原技術(shù)、液膜法和微生物法。用微生物凈化含NOx（N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等）廢氣的思路是建立在用微生物凈化有機廢氣、臭氣以及用微生物進行廢水反硝化脫氮獲得成功的基礎(chǔ)上NOx是污染大氣的主要污染物之一, NOx的排放會給自然環(huán)境和人類生產(chǎn)生活帶來嚴重的危害。

六、對今后研究的建議

經(jīng)濟水平和人們對環(huán)保要求的不斷提高，促使各國對環(huán)境污染治理開展越來越廣泛的研究。從目前國內(nèi)外微生物治理污染技術(shù)的發(fā)展狀況看,該技術(shù)雖取得了較大發(fā)展，但仍處于初始研究階段,工業(yè)化程度不高。根據(jù)當前的發(fā)展趨勢,筆者認為今后宜開展并重視如下研究工作:（1）深入研究微生物的界面形態(tài),選擇典型污染區(qū)域進行原位研究,更為準確地探明微生物在全球生態(tài)循環(huán)中的變化規(guī)律。（2）高效功能菌的選育的研究應(yīng)成為微生物技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。不論從哪個方面入手,微生物治理技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用是該技術(shù)研究的核心內(nèi)容。微生物處理技術(shù)具有傳統(tǒng)方法不可比擬的優(yōu)越性和安全性，在污染治理過程中會發(fā)揮越來越大的作用。

參考文獻：

[1]任華峰,單德臣,李淑芹.石油污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)的研究進展[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報, 2004,35（3）:373-376.

[2]唐玉斌,劉宏偉,陸柱,等.中小河流水質(zhì)特征及修復(fù)方法探討[J].水處理技術(shù), 2004, 30（3）:136-139.

[3]魏海娟,張永祥,施同平.移動床生物膜系統(tǒng)同步硝化反硝化脫氮研究[J].水處理技術(shù), 2009,35（1）:50-53.

[4]Low EW, ChaseH A.Reducing production of excess biomassduringwastewater treatment [J].WaterResearch,1999, 33（5）:1119-1132.

[5]蔣建國.固體廢物處理與資源化[M]北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[6] Frankenberger WT.LosiME.Applications of bioremediation in the cleaup of heavy metals and metalloids[C]//ln: skipper HD.（eds）.Bioremediation:science and Applications.ASA, Madison,1995,173-210.

[7] 丁明宇, 黃健, 李永祺.海洋微生物降解石油的研究[J].環(huán)境科學學報, 2001, 21（1）.

[8]史君賢, 陳忠元, 胡錫鋼.海洋微生物對石油烴降解的研究Ⅱ: 石油烴降解細菌對正烷烴的降解作用[J].東海海洋, 2000, 18（1）.

[9]Harvey.L.Elashvili.et al.Enhanced removal of Exxon Valdez spilled oil from Alaska Gravel by a microbial surfactant.Bio.Technol., 1990 （8）.

[10]徐亞同.廢水反硝化除氮[J].上海環(huán)境科學,1994,13（10）:8-12.

The new progress of the microorganism applying in the environment pollution remediation

WANG Xiao-fang

（Wild animal resource college,North-east forest university,Harbin 150040,China）

Abstract:Introduced the microorganism in all aspects the water body pollution, the solid waste pollution, heavy metals pollution, petroleum pollution, the air pollution manages applied present condition in the process.Combined to carried on the discussion to the microorganism in the application and the development in the environmental protection trend.

Key words:infectant; environment protection; microbial technology

[責任編輯 王 莉]