微生物在环境保护中的作用

1、论微生物与环境保护摘要：社会的高速发展， 环境污染日益严重， 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。利用微生物作用的生化法因其投资少、处理效率高、运行成本低、且微生物的来源广泛，繁殖迅速，容易培养，处理污染简便，有着良好的发展前景。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。 在我国创建和谐新型社会它有举足轻

2、重的地位。关键词：环境污染微生物 土壤污染治理当前社会是高速发展， 变化的社会， 随着人类工农业的高速发展和全球人口的急速增加，使人类赖以生存的自然环境严重恶化，当代人类的生产活动势必造成环境污染。污染物长期残留在环境之中，对生态环境和人类健康危害极大。生态环境是人类和其他生物赖以生存的空间，生命质量和环境密切相关已成为全球共识。随着我国经济建设的快速发展，环境污染问题以引起全社会的高度重视。这是全世界的共同问题。 在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护问题， 目前环境状况十分严峻， 已经影响了我国经济的可持续发展。近年来虽然采取了大量控制措施， 但环境质量下降的趋势仍在继续

3、。据中国国家环保局中国环境状况公报显示，我国1999 年大气污染物的排放量，如二氧化硫1857.5 万吨，飘尘 1159.0 万吨，全国废水年排放量达到401.1 亿吨，工业固体废弃物年产生量 7.8 亿吨、排放量达 3881 万吨，其中 100 万吨排入河流，危险废弃物产生量 1015.5 万吨。 大量积累的未经处理的工业废弃物 （高达 59.7 亿吨）堆放在室外，占地达5.02 万公顷，城市垃圾的产量也非常巨大（仅北京市就年产城市垃圾 1000 万吨以上），造成严重的环境污染。生态环境的破坏和恶化极为严重，随着我国经济的飞速发展， 环境保护的压力将进一步加重。微生物是自然界中的分解者，在好

4、氧条件下，它能将有机污染物彻底的氧化，分解成co2 、h2o 、po42- 、no3- 等无机物，在厌氧条件下，能将有机物降解，转化成有机酸、co2 、h2、ch4等。微生物种类繁多（我国约有微生物26万种），代谢类型多样，每一种微生物都有独特的酶系与功能。因此，它们是自然界进行自净作用的主力军，也是我们对污染物进行生物处理的“有力武器”，是环境治理的主要工具。自然界存在着丰富的微生物种群，这些微生物虽然个体微小， 但在环境污染净化中却扮演着不容忽视的重要作用。微生物是通过水和风的散播得以存在各处的，无论在水表、海底或在土壤中都有微生物的身影。微生物由于自身的生理特性，可以通过自发的或人为的遗

5、传、 变异等生物过程适应环境的变化，使之能以各种污染物尤其是有机污染物为营养源，通过吸收、 代谢等一系列反应， 将环境中的污染物转化为稳定无害的无机物。 因而， 在生物圈中微生物充当着分解者的角色。大约 90% 的陆地生产者都要通过分解者作用最终形成无机物归还大地。如果没有微生物的作用， 仅历年积累下的生物残体就会堆积如山。微生物的这种作用虽然会造成人类生存资源的损失， 但对于生态系统乃至全球的生物的生存、延续和发展却是不可缺少的，更是社会环境治理又一法宝。一、当前社会环境保护的状况目前环境污染的地区许多, 我国是世界上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

6、污染。太原、兰州、广州、济南。北京、等五个城市位于世界十大空气污染最严重的城市中之列，全国 600 多个城市中、大气质量符合国家一级标准的不足1% 。全国范围的酸雨危害的程度和区域日益扩大。全国每年污水排放达360 亿吨，仅 10% 的生活污水和 70% 的工业废水得到处理， 其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准。其他未经处理的污水直接排入江河湖海，致使我国的水环境遭受严重污染和破坏。据统计，全国七大水系和内陆河流的110 个重点河段中，属 4 类和 5 类水体的占39% ；城市地面水污染普遍严重，并呈进一步恶化的趋势，136条流经城市的河流中，属 4 类、5类和超过 5 类标

7、准的高达 76.8%；约 50% 的城市地下水受到不同程度的污染； 全国大淡水湖如滇池、 太湖和巢湖等富营养化程度逐年加剧；城市垃圾和工业固体废弃物与日俱增，工业废弃物累计堆积量已超过66 亿吨，占地超过 5 万公顷，使 200 多个城市陷入垃圾包围之中， 现在世界上也没有一方净土，人们就连世界上最高山峰- 珠穆朗玛峰也不曾放过。日前我国社会经济仍然保持着高度发展的趋势，环境保护的压力将进一步加重，由人类活动所造成的环境污染和环境质量的恶化已成为制约我国社会和经济可持续发展的障碍。据中国社会科学院1998 年度调查和估计，我国环境污染和生态破坏造成的经济损失每年超过2000 亿元人民币。如何在

8、经济高速发展的同时控制环境污染， 改善环境质量， 以实现社会经济可持续发展之目标是我国目前亟待解决的重要问题，也是重中之重。现在环境问题越来越为人民所关注，世界各国都建立“可持续发展”战略，并围绕它制定和实施本国的环境保护及其相关的产业政策。可持续发展要求在保持经济高速发展的同时， 必须保护好人类赖以生存的环境。环境和经济及贸易挂钩是当前国际政治及经济关系发展中的新形势。例如，在日元贷款中， 环保贷款已成为非常重要的组成部分。iso14000系列国际环境管理标准，将要求企业承担相应的环境保护责任， 并对达到该标准的企业给予认证。没有得到认证的企业的产品，在出口时将有可能面临被国外政府以未承担环

9、境保护的责任而拒绝进口；同时，国外大型企业也可能因害怕和这些未达到该标准的企业合作而影响其形象，从而中止和这些企业的合作。至2003 年，iso9000系列质量标准将和iso14000系列环境管理标准统一成一个标准， 从而将进一步强化环境保护对企业发展的重要意义。为准确评估我国微生物应用现状，加强微生物应用技术研究和交流，完善微生物安全管理法律法规体系，提高微生物安全管理水平， 中国环境科学学会拟于 2008 年 7 月在广西桂林举办“首届全国微生物污染防治监测新技术与环境安全管理研讨交流会”。为我国环境保护近一步改善。二、目前微生物治理环境污染问题的特点随着社会的发展。 科技的日新月异， 科

10、技的发展也充分证明微生物技术是环境保护的理想武器，这一技术在解决环境问题过程中所显示的独特功能和显著优越性充分体现在它是一个纯生态过程，从根本上体现了可持续发展的战略思想。我国在经济发展过程中，也出现了突出的环境污染问题。大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。当前我国社会经济仍然保持着高度发展的态势，环境保护的压力依然很大。 环境污染和已成为制约我国社会和经济可持续发展的重大障碍。微生物技术在处理环境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点，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。随着生物

11、技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到， 现代生物技术的发展，为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。在改良环境中没有其他技术所可代替和比拟的。微生物技术是环境保护广泛应用和十分重要的技术，其在水污染控制、 大气污染治理、土壤的肥力修复、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、 环境修复和污染严重的工业企业的清洁生产等方面，发挥着重要的作用。 现代微生物技术的发展， 尤其是基因工程、 细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用， 使微生物处理具有更高的效率、 更低的成本和更好的专一性，为微生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。微生物技术

12、不仅适用于环境污染治理， 如今还广泛应用于环境监测， 成为环境质量预报和报警中的重要组成部分。 微生物技术虽然广泛应用于污水处理、垃圾处置、 河道治理等领域，但在环境中的应用同时存在较大的不确定性和潜在风险：一是微生物自身可能对人体健康和生态环境产生影响；其次是微生物在用于污染物降解和处理过程中，也可能产生新的有毒或污染物质，所以在此同时也要加一些必要的化工处理。两者有机的结合起来。三、微生物技术在环境污染方面的治理与发展水是人类宝贵的自然资源， 是生物界万物之源， 它关系到人类的命运的发展，占人体的 75% 。水是再生资源 , 但一旦水的再生过程受到破坏, 水环境被污染 , 将带来严重后果。

13、 我国人均水资源十分贫乏， 在全世界 149 个国家中居第 109 位，人均水占有量不到世界人均水占有量的1/4, 被联合国列为 13 个贫水国之一。目前空气、 垃圾、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。 以下这些方面进一步加强微生物与环境的保治，以及该方面的进一步应用。1. 微生物对水的处理1.1 。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

14、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 tss70%,as()去除率 50%;用啤酒酵母菌(saccharomyces cerevisiae)和盐泽螺旋藻 (spirulinasubsala)对 cd 、ni、cu有明显吸收 ; 用固定在聚砜基质上的真菌可除去cd、cu 、pb、ni;pb 的去除还可用林可链霉素和黑根霉菌。1.4 。废水中其它

15、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 , 脱色率在 1 小时之内可达 69.9-98.8% 。微生物处理电镀废水 , 对各种金属离子的一次净化率达89.9%以上。蔗渣浆 , 用白腐菌处理含氯漂剂漂白的废水, 脱色率可达 91.2%,bod5去除率为 92.5%,codcr去除率为 88.7%。屠宰废水、橄榄加工厂废水、啤酒废水等用微生物处理均可取得较好的效果

16、。2、微生物对空气的治理2.1 。微生物脱硫技术工业“革命”以来， 煤炭是世界能源的重要组成部分。我国是世界上最大的产煤国和煤消耗国，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，如我国西南地区煤平均含硫量为3.23%，西北地区为 3.05%，中南地区为 2.02%，华北地区为 1.65%。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， 造成的经济损失每年达数百亿元。 据报道，1997年，我国

17、的 so2年排放量已达 2 346 万吨，居世界第一位， 62% 的城市大气 so2日平均浓度超过国家三级标准；全国酸雨区面积已占国土面积的30% ，华中酸雨区酸雨频率高达 90% 以上。就在前几年，我们到处可以看到春季雨后，地面上残留一些黄色的粉末，那就是酸雨。预计2000年我国一次能源的消耗量将超过12亿吨。so2年排放量将会达到3822 万吨。中国 21 世纪议程中指出：“发展少污染的洁净煤技术是中国政府履行国际公约、承担相应国际义务的重要方面，也是促进中国以煤为主的能源系统向环境无害的可持续发展的模式转变的战略组成部分。”可见洁净煤是中国能源的未来。近几年来研究人员把煤的物理选煤技术之

18、一的浮选法和微生物处理相结合，即把煤粉碎成微粒与水混合，并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。很多学者利用细菌研究了大量的脱硫技术。如利用氧化亚铁硫杆菌已使脱硫率达95% 以上, 日本利用该菌已使 h2s脱除率达 99.99%,中国利用该菌对炼油厂催化干气

19、和工业废气脱硫 ,h2s去除率分别为 71.5%和 46.91%,saleem等用脱氮硫杆菌的耐受株 t.denitrificans f,在厌氧条件下脱硫率达80% 。2.2 。微生物过滤法过滤发在 50 年代中期最先应用于处理空气中低浓度的臭味物质。到 80 年代, 德、美、荷兰等国相继用此法控制生产过程中的挥发性气体和有毒气体。其过程为: 废气（预处理）生物过滤器co2,h20,无机盐类废气在反应器里停留时间很短, 处理率可达 90% 以上。生物过滤法还可去除空气中的异昧、挥发性物质 (vocs)和有害物质 , 包括控制 (去除) 城市污水处理设施中的臭味、化工过程中的生产废气、 受污染土

20、壤和地下水中的挥发性物质、室内空气中低浓度物质等。2.3 。微生物在空气其他方面的处理微生物还可用来固定co2,实现 co2 的资源化 , 同时产生很多附加值高的产品。生物技术用于有机废气具有费用低、效率高等优点, 在德国、荷兰、日本及北美国家得到广泛应用。毕立锋等还进行了微生物净化nox的研究。3、微生物用于垃圾的处理在我国人口急剧上升， 每天由于人类活动， 生活的垃圾也越来越多， 每天都有大量的固体废弃物， 如各种垃圾的产生， 特别是大城市的固体废弃物的产量更是惊人。这些固体废弃物都应该进行无害化处理，但目前几乎95% 的垃圾未经这样的处理，一般只是简单地堆集起来或倾入江河中。固体废弃物中

21、不仅含有各种无机物，如玻璃、金属等，还含有大量的有机物， 包括可降解的淀粉、 蛋白质、废纸、烃类等和很难降解的塑料等， 其中的很大部分是可以回收利用的，因此提倡垃圾的分类包装，回收可再生的资源，是一箭双雕之举。3.1 。城市垃圾微生物处理目前城市主要可以分为三大类：化学法（如絮凝沉淀法）、物理法（过滤）和生物法（如活性污泥法）。这三类方法也可以结合使用。在污染物的处理中，虽然物理、化学方法作出了一定的贡献，但由于这些方法存在投资大、成本高、二次污染的问题，而逐渐被生物法所代替。可见微生物有非凡之效。现在发展了新的城市垃圾生物处理工艺。这种工艺是先经过过筛， 回收可再生资源后，引入具有特定功能的

22、微生物 （主要是一些能高效降解有机物质，如纤维素、脂肪、蛋白质的微生物）进行好氧处理或厌氧发酵，加速发酵过程，同时还可以收集所产生的沼气。 经过充分发酵后的垃圾是一种很好的农业肥料。如果实现垃圾处理工厂化，可以使发酵周期缩短（1-2 星期），并且处理量较大。发酵过程可以实现全自动化控制，发酵后形成的肥料的质量也能得到保证。3.2 。农村垃圾微生物处理中国一个最大的发展中国家，最大的农业国，国家统计局数据显示，2006年底我国大陆城镇人口5.77 亿，农村人口 7.37 亿，农村人口占我国人口总量56，农业依旧是经济支柱。 近几年来自中央建设新农村的口号的提出，服务三农， 解决农村就业， 保留农

23、村的那方“净土”， 首先考虑的是环境质量。 目前农村垃圾没有合理的安置和处理，房前屋后，处处可见。21 世纪有望沼气的农村主要的能源之一，沼气已经被世界公认为新世纪可代替能源第一选择， 有着不可比拟的特点， 在农村流传这样一句话： 一日三餐不见炊烟，描绘沼气能源给村子带来的巨大变化，由于适用范围广， 我国能源短缺严重，生物资源丰富的综合原因， 成未来适合我国国情的的最佳能源选择，面对能源价格的不断上涨，环境不断高涨, 沼气再一次成为解决能源的焦点话题之一，我国为实现可持速发展战略 , 建设社会主义新农村 , 农村的市场特别广大。沼气发酵微生物 - 是在缺氧条件下降解有机质产生沼气的一群微生物。

24、沼气常形成于富含有机质的沼泽、塘、湖等水下缺氧沉积物中，是一种可燃性气体，其主要成分为甲烷（占5570）和二氧化碳（占3045）。它分为四个过程水解作用；发酵作用；产乙酸和产氢作用；产甲烷作用。根据最适生长温度，可将沼气微生物划分为中温群(3040)和高温群 (5560)。虽然有人认为在 4时仍然产生沼气， 但至今尚未分离到嗜低温的菌种。沼气微生物的种类庞杂，在纯培养条件下，最适生长的酸碱度有很大差异, 但在沼气池中 ph7左右最适于产生沼气。沼气微生物使自然界中缺氧环境的有机质降解，进入碳、氮等物质循环圈。所产生的甲烷最终又被氧化为二氧化碳。产生于深海沉积物中的甲烷则可能转化为甲烷水合物，进

25、而转化为天然气。中国广大农村正在利用沼气微生物的作用，以秸秆、粪便等制取沼气， 作为一种再生性补充能源， 同时也有利于农村生态平衡，保持、提高土壤肥力并改善环境卫生。是最经济，最实用的能源发展方向。沼气是我国目前大力发展的四大重点可再生能源项目之一。中国新能源和可再生能源发展优先项目就把农村沼气这一项目作为重点。国家2000-2015 年新能源和可再生能源发展规划要点 曾提出沼气在我国具有巨大的市场空间，为此，中央出台了农村沼气建设国债项目管理办法，国家计委印发了新能源基本建设项目管理的暂行规定 。国家不但财政补贴的标准在提高，财政补贴的总额也在逐年增加。 2002 年，国家在农村沼气建设方面

26、投入的资金为3 亿元人民币；2003年，国家 10亿元农村沼气建设国债资金项目启动，项目涉及全国24 个省的 540 个县、 6000多个村， 103 万农户； 2004年、2005 年农村沼气建设国债资金均为 10 亿元人民币； 2006年，国家安排国债投资25 亿元用于农村户用沼气建设项目，比 2005 年增加 1.5 倍，计划新增沼气用户250 万户；2007年农村沼气建设国债资金在2006 年 25 亿元人民币的基础上增加了20% 以上。温家宝也在报告中提出， 并把之列入“十一五计划。 既有好政策， 又有好效果，既保护环境。又改善能源，一举多得。4、污染土壤的微生物修复与治理目前工业的

27、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。 化石燃料的开采和使用， 工业三废的排放， 给我们赖以生存的环境造成难以估量的污染， 在我的家乡， 年年村民一到谷雨后， 就要购买一些工业化肥，其实那样只是短期的效果， 但是日积月累给土壤和水带来大量的有机污染，从此下去我国赖以生存的土地就会严重破坏。导致无法耕作。自“绿色革命”以来，对蔬菜无公害无污染越来越严格，大家都喜欢绿色食品。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，土壤污染严重， 同时给非靶生物带来伤害， 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。土壤中的微

28、生物，包括细菌、真菌、放线菌和藻类等，在它们中有一些具有农药降解功能的种类。 我们可以利用其特点， 使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，例如假单胞菌对敌敌畏；曲霉菌、镰孢霉菌对敌百虫；芽孢杆菌、曲霉、青霉、假单胞杆菌、瓶型酵母等等对甲胺磷。在土壤及高温堆肥体系中，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，如在高温堆肥体系当中， 由于高温阶段体系内部温度较高（大于50 ），存活的主要是耐高温细菌，而此阶段也是农药降解最快的时期。通过微生物的作用，把环境中的有机污染物转化为co2和 h2o等无毒无害或毒性较小的

29、其他物质。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。我们的国土面积比美国略大，且环境污染还更为严重， 如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) ，而且还没有二次污染。综上所述，环境污染的微生物修复技术是我国今后治理环境污染必须发展方向，具有广阔的市场和发展前景，而且有合理的利用和处理。四、微生物技术前景展望自上世纪 70 年代以来，发达国家就十分重视微生物技术在环境领域的应用，并开展了大规模的科研活动。 已开发了一系列的微生物技术及其产品，

30、并在世界上广泛应用于污水处理、 大气净化及污染环境介质治理等诸多方面。地球上“清洁工”的队伍十分庞大， 其中干得最出色的是细菌和真菌。原来，细菌和真菌都不含叶绿素， 不能进行光合作用自己制造有机养料，它们属于异养生物， 必须从别的生物提内吸取营养， 营寄生或腐生。 它们最大的本领， 就是把已经死亡的复杂的有机物， 分解为简单的无机物， 这一过程， 就是它们清除大自然“垃圾”的过程，这就是自然界物质循环中绝对不可缺少的过程。当前，环境微生物技术在国际上已进入蓬勃发展的轨道。 随着全球范围内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法，市场对环境微生物技术的需求越来越广泛。在我国微生物技术是环境保护广

31、泛应用和十分重要的技术，其在水污染控制、 大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、环境修复和污染严重的工业企业的清洁生产等方面，发挥着重要的作用。现代微生物技术的发展， 尤其是基因工程、 细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用， 使微生物处理具有更高的效率、更低的成本和更好的专一性，为微生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。微生物技术不仅适用于环境污染治理， 如今还广泛应用于环境监测， 成为环境质量预报和报警中的重要组成部分。微生物技术虽然广泛应用于污水处理、垃圾处置、 河道治理等领域， 事物都有两面性，有好有坏， 在环境中的应用同时存在较大的不确定性和潜在风险：一是微生物自身可能对人体健康和生态环境产生影响；其次是微生物在用于污染物降解和处理过程中，也可能产生新的有毒或污染物质。我们要扬长避短，尊重自然，学习自然，从而改造自