微生物在污水处理中的应用

微生物在污水处理中的应用 摘 要：本文主要阐述了各种微生物在不同种类污水中的应用，以及它们不同的 应用机理。 关键词：微生物 生活污水 工业污水 农业污水 重金属 农药 1.世界水资源现状 环境保护是我国的基本国策。世界经济发展的实践证明，为实现经济的持 续稳定的发展，必须解决好发展与环境保护的矛盾。一方面，人类对水资源的 需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水 资源。 污水主要来源于生活污水和工业污水。生活污水如不经过处理则会使水源 不适应生活需要,同时造成对水生生物的毒害作用,破坏水产资源,还可传播肠道 传染病;工业污水中有的无机物和有机物,使动、植物生长条件恶化,鱼类生产受 损,人类的生活及健康受到不良影响。而微生物法处理这两类废水是最经济又简 便易行,且效果比较好的方法。微生物法是根据微生物在自然界中物质循环中的 作用,利用微生物对有毒物质进行转化,从而化害为利、变废为宝,保护和控制自 然环境的一种方法。另外,微生物能将水体中的有机污染分解,从而使水体得到 净化。 2.原理 利用微生物处理污水实际就是通过微生物的新陈代谢活动,将污水中的有机 物分解,从而达到净化污水的目的.微生物能从污水中摄取糖，蛋白质，脂肪， 淀粉及其它低分子化合物。微生物新陈代谢类型有需氧型和厌氧型两种,因此, 净化方法分为好氧净化和厌氧净化. 3 方法 3.1 好氧净化 氧存在条件下，许多好氧微生物通过分解代谢、合成代谢和物质矿物化， 在把有机物氧化分解成 CO2 和 H2O 等过程中，获寻 C 源、N 源、P 源、S 和能量。 污水的微生物好氧净化就是模拟上述原理，把微生物置于一定的构筑物内通气 培养，高效率净化污水的方法。 3.2 厌氧净化 微生物在严格厌氧条件下，有机物发酵或消化过程中，大部分有机物被解 生成 H2、CO2、H2S 和 CH4 等气体。污水的生物厌氧净化就是根据污水经厌氧发 酵后既到净化，又获得了生物能源 CH4 的原理。微物细胞能量转移的电子受体， 由好氧条件下分子氧改变为厌氧条件下的有机物。在厌氧件下，不溶于水而难 分解的大分子有机污物，被微生物的胞外酶降解为可溶性物质，再由产甲烷厌 氧细菌和产氢细菌降解成低分子有酸类和醇类、并放出 H2 和 CO2；有机酸类和 类经产甲烷菌降解成 H2、CO2 和 CH4。甲烷菌还可利用 H2 还原 CO2，形成 CH4。 微生物处理优点：微生物具有来源广，易培养，繁殖快，对环境适应性强， 2 易变异的特征在生产上较容易的采集菌种进行培养繁殖，并在特定条件下进行 驯化，使之适应不同的水质条件，从而通过微生物的新陈代谢使有机物无机化。 加之微生物的生存条件温和，新陈代谢时不需要高温高压，它是不需要投加催 化剂的.生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行费用相对较低,所要投入 的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物处理的人工生态系统中，物质 的迁移转化效率之高是任何天然的或农业生态系统所不能比拟的。 4水污染物的类型及处理 4.1 工业废水 工业废水是水体污染的主要污染源。包括钢铁工业废水，食品工业废水， 印刷废水，化工废水等。随着工业化的发展，含有重金属离子的废水产生量越 来越多。重金属离子已成为最重要、最常见的污染物之一。由于重金属在生物 体内的富集、吸收与转化，从而通过食物链危害人体健康。如致癌、致畸等， 故而处理重金属污染刻不容缓。 微生物处理技术在生活污水处理中的应用已经非常成熟并且全面普及，但 是在工业污水的处理中还存在着一定的技术问题。相对于生活污水来说，工业 污水的成份要复杂的多，大多数工业污水的 COD 值都相当高，可生化性差，这 就给微生物处理带来了相当大的难度，有些工业污水甚至还有很高的氨氮指标， 增加了微生物处理的难度。但是微生物技术的许多优势注定了它将是工业污水 治理的一个方面，而且目前已经有很多行业的工业污水开始采用微生物处理技 术并且得到了稳定的运行数据。 这里主要讲述关于污水中重金属的处理。目前可用的微生物法有生物吸附 法、硫酸盐还原菌净化法和利用微生物的转化作用去除重金属。 4.1.1 生物吸附法 生物吸附是利用生物量（如发酵工业的剩余菌体）通过物理化学机制，将 金属吸附或通过细胞吸收并浓缩环境中的重金属离子，由于重金属具有毒性， 如果浓度太高，活的微生物细胞就会被杀死。所以，必须控制控制被处理水的 重金属浓度。 4.1.2 硫酸盐还原菌净化法 脱硫弧菌属硫酸盐还原菌是厌氧化能细菌，它最大的特征就是在无自由氧 的条件下，在有机质存在时通过还原硫酸根变成硫化氢，从中获得生长能量而 大量繁殖;它繁殖的结果是使溶解度很大的硫酸盐变成了极难溶解的硫化物或硫 化氢。这类细菌分布广泛，海洋、湖泊、河流及陆地上都能存在。在没有自由 氧而有硫酸盐及有机物存在的地方它就能生长繁殖，其生长温度为 2535 摄氏 度，PH 值为 6.27.5.该细菌的作用可将废水中的硫酸根变成硫化氢，使废水中 浓度较高的重金属 Cu、Pb、Zn 等转变为硫化物而沉淀，从而使废水中的重金属 离子得以去除。 4.1.3 利用微生物的转化作用去除重金属 微生物可以通过氧化作用、还原作用、甲基化作用和去烷基化作用对重金 属和重金属类化合物进行转化。 细菌胞外的荚膜或粘膜层可产生多种胞外多聚体，胞外多聚体能够吸附自 然条件下或废水处理设施中的重金属。其主要成分是多糖、蛋白质和核酸。 真菌的细胞壁内含几丁质，这和 N-乙酰葡糖胺多聚体是一种有效的金 属于放射性核素结合的生物吸附剂。经过氢氧化物处理的各类真菌暴露出来的 几丁质、脱乙酰壳多糖和其他金属结合的配位体，形成菌丝层，可以有效的去 3 除废水中的重金属。 4.2 农业废水 它面广而量大且分散。农田使用农药，化学农药主要是人工合成的生物外 源性物质，很多农药本身对人类及其他生物是有毒的，而且很多类型是不易生 物降解的顽固性化合物。农药残留很难降解，人们在使用农药防止病虫草害的 同时，也使粮食、蔬菜、瓜果等农药残留超标，污染严重，同时给非靶生物带 来伤害，每年造成的农药中毒事件及职业性中毒病例不断增加。同时，农药厂 排出的污水和施入农田的农药等也对环境造成严重的污染，破坏了生态平衡， 影响了农业的可持续发展，威胁着人类的身心健康。农药不合理的大量使用给 人类及生态环境造成了越来越严重的不良后果，农药的污染问题已成为全球关 注的热点。因此，加强农药的生物降解研究、解决农药对环境及食物的污染问 题，是人类当前迫切需要解决的课题之一。 4.2.1 农业生产上主要使用的农药类型 人们发现，在自然生态系统中存在着大量的、代谢类型各异的、具有很强 适应能力的和能利用各种人工合成有机农药为碳源、氮源和能源生长的微生物， 它们可以通过各种谢途径把有机农药完全矿化或降解成无毒的其他成分，为人 类去除农药污染和净化生态环境提供必要的条件。 4.2.2 降解农药的微生物类群 土壤中的微生物，包括细菌、真菌、放线菌和藻类等，它们中有一些具有 农药降解功能的种类。细菌由于其生化上的多种适应能力和容易诱发突变菌株， 从而在农药降解中占有主要地位。一在土壤、污水及高温堆肥体系中，对农药 分解起主要作用的是细菌类，这与农药类型、微生物降解农药的能力和环境条 件等有关，不同的微生物类群降解农药的机理、途径和过程可能不同。 4.2.3 微生物降解农药的机理 目前，对于微生物降解农药的研究主要集中于细菌上，因此对于细菌代谢 农药的机理研究得比较清楚。 细菌降解农药的本质是酶促反应，即化合物通过一定的方式进入细菌体内， 然后在各种酶的作用下，经过一系列的生理生化反应，最终将农药完全降解或 分解成分子量较小的无毒或毒性较小的化合物的过程。微生物所产生的酶系， 有的是组成酶系，如门多萨假单胞菌 DR8 对甲单脒农药的降解代谢，产生的 酶主要分布于细胞壁和细胞膜组分；有的是诱导酶系，如王永杰等得到的有机 磷农药广谱活性降解菌所产生的降解酶等。由于降解酶往往比产生该类酶的微 生物菌体更能忍受异常环境条件，酶的降解效率远高于微生物本身，特别是对 低浓度的农药，人们想利用降解酶作为净化农药污染的有效手段。但是，降解 酶在土壤中容易受非生物变性、土壤吸附等作用而失活，难以长时间保持降解 活性，而且酶在土壤中的移动性差，这都限制了降解酶在实际中的应用。现在 许多试验已经证明，编码合成这些酶系的基因多数在质粒上，如 2，4D 的生 物降解，即由质粒携带的基因所控制。通过质粒上的基因与染色体上的基因的 共同作用，在微生物体内把农药降解。因此，利用分子生物学技术，可以人工 构建“工程菌”来更好地实现人类利用微生物降解农药的愿望。 4 参考文献 ： 1 张宏军，崔海兰，周志强，等.莠去津微生物降解的研究进展.农药学报， 2002，4（4）：1016 2 韩熹莱，钱传范，陈馥衡，等.中国农业百科全书（农药卷） ，北京：农业出版社， 1993 3 阮少江，刘 洁，赵永芳，等. 微生物降解甲胺磷农药的进展.宁德师专学报， 2000，12(3)：177180 4 沈东升，徐向阳，冯孝善.微生物共代谢在氯代有机物生物降解中的作用. 环境科学， 1994，15（4）：8487 5 王保军，刘志培，杨慧芳. 甲单脒农药的微生物降解代谢研究. 环境科学学报， 1998，18（3）：298302 6 陈 坚.环境生物技术.北京:中国轻工业出版社，1999.279319 7 江苏农业科学院.植物保护手册(第七分册) 农药.北京:农业出版社，1982 8 虞云龙，樊德方，陈鹤鑫. 农药微生物降解的研究现状与繁殖策略. 环境科学进展，