如何處理汙水中的微生物
處理汙水的微生物篇一：微生物在汙水處理中的應用
微生物在廢水處理中的應用
摘要
工業飛速的發展，廢水量也因此而與日俱增，尋找有效的汙水處理方法十分緊要。應用微生物菌群處理廢水，具有高效、低成本以及反應條件溫和等優點。本文主要介紹應用微生物處理汙水的過程、方法及其優缺點。
關鍵詞：
生物菌群；厭氧微生物處理；好氧微生物處理；氧化塘
一、前言
隨著工業生產的飛速發展，工業廢水量急劇增加。各種工業廢水如：造紙廢水、石油煉廠廢水、印染廢水、紡織工業廢水等源源不斷地排入江河湖海，嚴重汙染水體，引起人類許多疾病，甚至造成群體中毒事件。嚴重影響了人類的健康生活，也是經濟的可持續發展受到制約。
微生物在地球生態系統物質迴圈過程中作為分解者起著“天然環境衛士”的作用，在汙染物的降解轉化、資源的再生利用、無公害產品的生產開發、生態保護等方面，微生物都能發揮重要作用。當今人類所面臨的諸如環境汙染、資源短缺、生態破壞、健康危害等重要問題，都有可能從微生物資源的開發研究中尋找到解決的辦法。而且微生物種類繁多，分佈廣泛，資源豐富，是人類最寶貴、最具開發潛力的資源庫。
二、應用微生物技術處理廢水簡介
水中的微生物在其活動過程中，能吸收和轉化某些汙染物質，並將大量的有機物分解成無機鹽類、二氧化碳和水，從而使水體得到自淨。汙水生物處理主要是根據水體自淨原理，利用微生物的催化作用和代謝活性、好氧或厭氧分解和轉化汙水中的汙染物質。
在現有的眾多廢水處理技術中,生物菌群處理汙水技術以其高效、低成本以及反應條件溫和等優點受到各國環保專家的推崇，已在大多數國家得到廣泛應用。
（一）、生物菌群處理汙水的特點
1、處理條件溫和，處理過程高效。高溫、高壓以及昂貴的催化劑並不是必要條件。所以,其成本費用相對較低。
2、生物菌群來源廣，易培養、繁殖，易適應環境條件，經簡單馴化便可用於汙水處理。
3、適用範圍廣：大多數有機物質都可被相應的微生物菌群降解。
4、無需新增化學催化劑，避免再次汙染。
（二）、生物菌群處理汙水的過程
在生物菌群處理汙水的過程中,根據環境來區分可分為好氧處理以及厭氧處理二個過程。
1、好氧微生物處理：在有氧條件下，水體中有機汙染物作為好氧微生物的營養基質而被氧化分解，處理過程中，溶解性的有機物可直接被微生物吸收降解，而大分子的有機汙染在微生物產生的各類胞外酶的作用下分解為小分子有機物，一部分透過合成途徑成為細胞結構的一部分，以剩餘汙泥的形式從水體中去除；另一部分繼續氧化分解，透過不同途徑進入三羧酸迴圈，最終被徹底分解為二氧化碳、水，同時還形成硝酸鹽和硫酸鋇等簡單的有機物。在整個過程當中,溶解氧氣的消耗、微生物的增殖以及有機物的降解這三個過程是同時同步進行的。
2厭氧微生物處理：活性汙泥法與生物膜法是在有氧條件，由好氧微生物降解汙水中的有機物，最終產物是水和二氧化碳。高濃度有機廢水和汙泥中的有機物一般採用厭氧生物處理，即在無氧的條件下，由兼性及專性厭氧細菌降解有機物，最終產物是二氧化碳和甲烷。總的來說可分為四個階段，第一是水解階段。起先,複雜的有機物在發酵性細菌產生的胞外酶作用下緩慢地分解成為具有溶解性的有機分子;第二是酸化階段。在此過程當中,具有溶解性的小分子有機物進入酸化菌的細胞內分解為VFA。需要注意的是,這一過程需要胞內酶的催化;第三是產生乙酸的階段。在第二個步驟後形成的丙酸、丁酸、乙醇等產物會在這個階段轉化為乙酸、H2、CO2等物質。最後一個部分是甲烷的產生階段。
三、應用微生物處理廢水方法
目前,汙水的微生物處理主要有好氧微生物處理（活性汙泥法和生物膜法）、厭氧微生物處理和氧化塘法。
（一）、好氧微生物處理
1、活性汙泥法
活性汙泥法是利用河流自淨原理的人工強化汙水處理工藝，利用某些微生物在生長繁殖過程中形成表面積較大的菌膠團來大量絮凝、吸附、降解廢水中汙染物，並在氧的作用下，微生物透過自身的生命活動——氧化、還原、合成等過程，將這些物質氧化為二氧化碳、水等物質。從而達到降低水體中有機汙染物濃度的目的。
活性汙泥系統主要由活性汙泥反應器——曝氣池、曝氣系統、二沉池、汙泥迴流系統和剩餘汙泥排放系統組成。
活性汙泥中固體物質包括有機成分和無機成分，有機成分主要是有棲息在活性汙泥上的微生物群體和汙水帶入的有機固體物質所組成，其中包括某些難為細菌攝取、利用的所謂“難降解有機物質“。活性汙泥的無機部分，則全部由汙水帶入。
活性汙泥中的微生物主要由各種細菌、原生動物及微型後生動物組成。它們在活性汙泥中組成了一個小型的相對穩定的生態系統。
從1914年活性汙泥法在英國首先得到應用，至今已有100多年的歷史。活性汙泥法在汙水處理程序中一直髮揮著巨大的作用，在當前的汙水處理領域中，是應用最廣泛的處理技術之一。
在實際執行中常用的活性汙泥工藝有：氧化溝、間歇式活性汙泥法、AB法等。
2、生物膜法
生物膜法是與活性汙泥法並行的一種好氧型生物廢水處理方法，主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機汙染物。其工藝是使含有營養物質和接種微生物的汙水在濾料的表面流動，一定時間後，微生物會附著在濾料表面而增殖和生長，形成一層薄的生物膜。生成的生物膜上繁殖著大量的微生物，它們吸附和降解水中的有機汙染物，能起到與活性汙泥同樣的淨化汙水作用。
生物膜具有高度的親水性，汙水不斷流過其表面的過程中，在其外側總是存在著一層附著水層，生物膜在表面及一定深度生長繁殖著大量的各種型別的微生物，並形成有機汙染物---細菌---原生動物的食物鏈。
生物膜形成與成熟後，微生物不斷增殖，生物膜的厚度不斷增加，增厚一定程度後，氧不能進入的膜內部即轉變為厭氧狀態，形成厭氧生物膜層，這樣，生物膜便由好氧和厭氧兩層構成，有機物的降解主要是在好氧層內進行的。
生物膜中的微生物主要包括細菌、真菌、原生動物及後生動物等，與活性汙泥相比，生物膜中微生物的種類和數量更豐富。
在生物膜法廢水處理過程中,有以下幾個步驟:廢水首先透過布水裝置均勻灑到生物濾池表面,之後一部分廢水呈薄膜流動狀流過濾料,並由上層濾料往下層濾料進行逐層地滴流,最終由排水系統排出池外,而另一部分廢水則而呈薄膜狀被吸附於濾料周圍,成為附著水層。通常,生物膜法也被稱為生物過濾法。這種方法的優勢在於上文所言的比活性汙泥法產生的剩餘汙泥相對較少，對廢水水質、水量的變化也有較好的適應性。
生物膜法因其具有抗負荷衝擊能力強、動力消耗低、不需汙泥迴流、不存在汙泥膨脹、管理運轉容易等優點，而在工業廢水處理中得到廣泛應用。常用的生物膜法工藝有：生物濾池（普通生物濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池）、生物轉盤等。
（二）、厭氧生物處理
厭氧處理法,也稱厭氧消化、厭氧發酵或厭氧穩定技術。通常是在無氧的條件下,由專性厭氧菌和兼性厭氧菌去降解有機汙染物的方法。一般用於不溶性有機物質,如高濃度的工業廢水、纖維素含量高的汙水等。
參與厭氧消化的微生物類群總體上可分為兩大類，即不產甲烷微生物和產甲烷微生物。不產甲烷微生物有：發酵細菌（梭狀桿菌、擬桿菌、丙酸桿菌屬等）、產氫產乙酸菌和同型產乙酸菌；產甲烷微生物與其他細菌相比，種類較少，但形態各異，有球形、杆型螺旋型等，常見的有甲烷桿菌屬、甲烷球菌屬等。
厭氧生物處理工藝，也可分為厭氧活性汙泥法和厭氧生物膜法兩大類。厭氧生物膜法有：普通消化池、厭氧接觸池等，厭氧生物膜包括厭氧生物池、厭氧流化床、厭氧生物轉盤等。
厭氧生物生物處理反應器今後處理能力會不斷提高，適用範圍會不斷擴大，出水水質會不斷改善，所化時間會不斷減少。
（三）氧化塘法
又稱生物塘法或穩定塘法,一般是指利用自然或人工的水塘中的微生物和藻類的共生作用去除廢水中有機汙染物的一種需氧生物處理方法。在氧化塘中,廢水中的有機物主要是透過有機菌藻共生作用去除的。氧化塘中同時可以進行好氧和厭氧性分解作用和光合作用,三種作用互相影響。
四、應用微生物處理廢水前景
19世紀末，汙水生物處理的出現標誌著人類將微生物應用於環保工程的開始，經過近百年的發展，微生物不僅在汙水處理中得到廣泛應用，在環境保護工程中已得到廣泛應用。當前，微生物應用在國際上已蓬勃發展，隨著全球內對環境保護的高度重視和越來越嚴厲的環境法，應用微生物處理廢水必將受到更多的重視。
五、結束語
隨著我國經濟的高速增長，工業化和城市化的步伐加快，對水資源的需求也日益增加，進而產生了大量汙水，加劇了對環境的汙染，應用微生物處理汙水具有快速高效，費用較低，無二次汙染等優點，但已有的微生物處理汙水的方法還存在著大規模處理效率低，效果不明顯等缺點，因此，將多種方法組合利用、研究新的處理方法及更好的反應器十分重要。
處理汙水的微生物篇二：微生物在汙水處理中的應用
《環境生物技術論文》
題目：微生物在汙水處理中的應用
摘要：本文主要闡述了各種微生物在不同種類汙水中的應用，以及它們不同的應用機理。
關鍵詞：微生物生活汙水工業汙水農業汙水重金屬農藥
1.世界水資源現狀
環境保護是我國的基本國策。世界經濟發展的實踐證明，為實現經濟的持續穩定的發展，必須解決好發展與環境保護的矛盾。一方面，人類對水資源的需求以驚人的速度擴大；另一方面，日益嚴重的水汙染蠶食大量可供消費的水資源。汙水主要來源於生活汙水和工業汙水。生活汙水如不經過處理則會使水源不適應生活需要,同時造成對水生生物的毒害作用,破壞水產資源,還可傳播腸道傳染病;工業汙水中有的無機物和有機物,使動、植物生長條件惡化,魚類生產受損,人類的生活及健康受到不良影響。而微生物法處理這兩類廢水是最經濟又簡便易行,且效果比較好的方法。微生物法是根據微生物在自然界中物質迴圈中的作用,利用微生物對有毒物質進行轉化,從而化害為利、變廢為寶,保護和控制自然環境的一種方法。另外,微生物能將水體中的有機汙染分解,從而使水體得到淨化。
2.原理
利用微生物處理汙水實際就是透過微生物的新陳代謝活動,將汙水中的有機物分解,從而達到淨化汙水的目的.微生物能從汙水中攝取糖，蛋白質，脂肪，澱
粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝型別有需氧型和厭氧型兩種,因此,淨化方法分為好氧淨化和厭氧淨化.
3方法
3.1好氧淨化
氧存在條件下，許多好氧微生物透過分解代謝、合成代謝和物質礦物化，在把有機物氧化分解成CO2和H2O等過程中，獲尋C源、N源、P源、S和能量。汙水的微生物好氧淨化就是模擬上述原理，把微生物置於一定的構築物內通氣培養，高效率淨化汙水的方法。
3.2厭氧淨化
微生物在嚴格厭氧條件下，有機物發酵或消化過程中，大部分有機物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。汙水的生物厭氧淨化就是根據汙水經厭氧發酵後既到淨化，又獲得了生物能源CH4的原理。微物細胞能量轉移的電子受體，由好氧條件下分子氧改變為厭氧條件下的有機物。在厭氧件下，不溶於水而難分解的大分子有機汙物，被微生物的胞外酶降解為可溶性物質，再由產甲烷厭氧細菌和產氫細菌降解成低分子有酸類和醇類、並放出H2和CO2；有機酸類和類經產甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2，形成CH4。
微生物處理優點：微生物具有來源廣，易培養，繁殖快，對環境適應性強，易變異的特徵在生產上較容易的採集菌種進行培養繁殖，並在特定條件下進行馴化，使之適應不同的水質條件，從而透過微生物的新陳代謝使有機物無機化。加之微生物的生存條件溫和，新陳代謝時不需要高溫高壓，它是不需要投加催化劑的.生物法具有廢水處理量大、處理範圍廣、執行費用相對較低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在汙水生物處理的人工生態系統中，物質的遷移轉化效率之高是任何天然的或農業生態系統所不能比擬的。
4．水汙染物的型別及處理
4.1.1活性汙泥法
活性汙泥法是以活性汙泥為主體的廢水生物處理的主要方法。活性汙泥法是向廢水中連續通入空氣，經一定時間後因好氧性微生物繁殖而形成的汙泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團為主的微生物群，具有很強的吸附與氧化有機物的能力活性汙泥法又稱曝氣法，是利用含有好氧微生物的活性汙泥，在通氣條件下，使汙水淨化的生物學方法。此法是現今處理有機廢水的最主要的方法。所謂活性汙泥是指由菌膠團形成菌、原生動物、有機和無機膠體及懸浮物組成的絮狀體。在汙水處理過程中，它具有很強的吸附、氧化分解有機物或毒物的能力。在靜止狀態時，又具有良好沉降效能。活性汙泥中的微生物主要是細菌，佔微生物總數的90％～95％。,並多以菌膠團的形式存在，具有很強的去除有機物的能力，原生動物起間接淨化作用。活性汙泥是由細菌、黴菌、酵母菌、原生動物、藻類等大量微生物和一些原生動物凝聚而成的絨絮狀泥粒,具有很強的吸附和氧化分解有機物的能力,活性汙泥中的細菌多數以菌膠團的形式存在,只有少數以遊離態存在,菌膠團是活性汙泥的主體,具有粘性,能使水中的有機物粘附在顆粒上,然後加以分解利用,菌膠團原生物及絲狀細菌提供了棲息和生活場所,其中的細菌具有很強的分解有機物的能力,而且由於菌體細胞包埋在膠質中,可避免被原生動物吞噬。活性汙泥中的細菌類群隨不同汙水而呈現不同的優勢菌群,如菌膠團屬、假單孢菌屬、芽孢桿菌屬、八疊球菌屬、螺菌屬等。活性汙泥中絲狀細菌有球衣細菌、白硫細菌屬,球衣細菌附著在菌膠團上或菌膠團交織在一起,成為活性汙泥的骨架,球衣細菌在含有機物較紙的汙水中出現,對有機物有很強的分解能
力。因此,可以根據汙水成分含量的不同,人為地增添一些優勢菌種,加速廢水有機物的分解。活性汙泥去廢水中有機物可分為三個階段:微生物細胞內營養物質的吸收;活性汙泥的增殖;微生物的氧化分解作用。活性汙泥法根據曝氣方式不同，分多種方法，目前最常用的是完全混合曝氣法。汙水進入曝氣池後，活性汙泥中的細菌等微生物大量繁殖，形成菌膠團絮狀體，構成活性汙泥骨架，原生動物附著其上，絲狀細菌和真菌交織在一起，形成一個個顆粒狀的活躍的微生物群體。曝氣池內不斷充氣、攪拌，形成泥水混合液，當廢水與活性汙泥接觸時，廢水中的有機物在很短時間內被吸附到活性汙泥上，可溶性物質直接進入細胞內。大分子有機物透過細胞產生的胞外酶將其降解成為小分子物質後再滲入細胞內。進入細胞內的營養物質在細胞內酶的作用下，經一系列生化反應，使有機物轉化為C02、H2O等簡單無機物，同時產生能量。微生物利用呼吸放出的能量和氧化過程中產生的中間產物合成細胞物質，使菌體大量繁殖。微生物不斷進行生物氧化，環境中有機物不斷減少，使汙水得到淨化。當營養缺乏時，微生物氧化細胞內貯藏物質，併產生能量，這種現象叫自身氧化或內源呼吸。
活性汙泥中微生物作用：
一提高出水水質方面的作用
1透過某些原生動物的分泌物,在沉降過程中促進遊離細菌的絮凝作用,提高細菌的沉降效率和去除率。
2原生動物捕食細菌,提高細菌活動能力,提高對可溶性有機物的攝取能力。
3原生動物和細菌一起,共同攝食病原微生物。
二在活性汙泥系統中的指示作用
1當活性汙泥效能良好時,活性汙泥表現為絮凝體較大,沉降性好,鏡檢觀察出現的生物有鍾蟲屬、蓋蟲屬、有肋木盾纖蟲屬、獨縮蟲屬、聚縮蟲屬、各類吸管蟲屬、輪蟲類、累枝蟲屬、寡毛類等固著型種屬或匍匐型種屬。
2活性汙泥惡化時,絮凝體較小,出現的生物有豆形蟲屬、滴蟲屬和聚屋滴蟲屬等快速游泳型的生物。當汙泥嚴重惡化時,微型動物大面積死亡或幾乎不出現,汙泥沉降性下降,處理水質能力差。
3活性汙泥從惡化恢復到正常,在這段過渡期內出現的生物有漫遊蟲屬、管葉蟲屬等慢速游泳型或匍匐型的生物。
4活性汙泥膨脹時絲狀菌是導致汙泥膨脹的主要生物,由於絲狀菌大量繁殖,活性汙泥呈棉絮狀,顆粒細碎且顏色相對較淺。
4.1.2生物膜法
生物膜法是利用附著生長於某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機汙水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到淨化汙水的目的。生物膜法具有以下特點：（1）對水量、水質、水溫變動適應性強；（2）處理效果好並具良好硝化功能；（3）汙泥量小（約為活性汙泥法的3／
4）且易於固液分離；（4）動力費用省。
該法是以生物膜為淨化主體的生物處理法。生物膜是附著在載體表面，以菌膠團為主體所形成的粘膜狀物。生物膜的功能和活性汙泥法中的活性汙泥相同，
其微生物的組成也類似。淨化汙水的主要原理是附著在載體表面的生物膜對汙水中有機物的吸附與氧化分解作用。生物膜法根據介質與水接觸方式不同，有生物濾池、生物轉盤法、塔式生物濾池法等。
在生物濾池由於濾料間隙的空氣不斷地溶於水中，水層中保有比較充足的溶解氧而流過的廢水中所含的大量有機物質，可作為微生物的營養源，因此水層中需氧微生物能夠大量生長繁殖。微生物的代謝作用使部分有機物質被氧化分解為簡單的無機物，並釋放出能量。這些能量一部分供微生物自身生長活動的需要，另一部分被轉化合成為新的細胞物質。另外，廢水透過濾池時，濾料截留了廢水中的懸浮物質，並吸附了廢水中的膠體物質，使大量繁殖的微生物有了棲息場所，從而在濾料表面逐漸生長起一層充滿微生物及原生動物的“生物膜”。膜的外側有附著水層，廢水不斷地從濾池上淋灑下來，就有一層廢水不斷沿生物膜上部表面流下，這部分廢水為流動水層。流動水層和附著水層相接觸，附著水層由於生物淨化作用，所含有機物質濃度很低，流動水層透過傳質作用把所含的有機物傳遞給附著水層，從而不斷地得到淨化。同時由於生物膜上的微生物的增殖，膜的厚度不斷增加，當達到一定厚度時，生物膜層內由於得不到足夠的氧，由需氧分解轉變為厭氧分解，微生物逐漸衰亡、老化，使生物膜從濾料表面脫落，隨水流至。生物濾池的濾料上再生成新的生物膜，如此不斷更新。就部分濾料來說，處理廢水效能呈週期性變化。在生物膜形成的初期，微生物的代謝活動旺盛，淨化功能最好；隨著生物膜逐漸加厚,內部出現厭氧分解現象,淨化的功能逐漸減退；到生物膜脫落時為最低。但就整個濾池來說,濾料上生物膜的脫落是參差交替的。因此,在正常情況下，整個濾池的處理效果是基本穩定的。
需氧生物膜上的微生物種類很多,有細菌真菌、藻類原生動物和後生動物,以及肉眼可見的微型動物。生物濾池中上層、中層、下層構成生物膜的微生物，種類也有區別。
4.2工業廢水
工業廢水是水體汙染的主要汙染源。包括鋼鐵工業廢水，食品工業廢水，印刷廢水，化工廢水等。隨著工業化的發展，含有重金屬離子的廢水產生量越來越多。重金屬離子已成為最重要、最常見的汙染物之一。由於重金屬在生物體內的富集、吸收與轉化，從而透過食物鏈危害人體健康。如致癌、致畸等，故而處理重金屬汙染刻不容緩。
微生物處理技術在生活汙水處理中的應用已經非常成熟並且全面普及，但是在工業汙水的處理中還存在著一定的技術問題。相對於生活汙水來說，工業汙水的成份要複雜的多，大多數工業汙水的COD值都相當高，可生化性差，這就給微生物處理帶來了相當大的難度，有些工業汙水甚至還有很高的氨氮指標，增加了微生物處理的難度。但是微生物技術的許多優勢註定了它將是工業汙水治理的一個方面，而且目前已經有很多行業的工業汙水開始採用微生物處理技術並且得到了穩定的執行資料。
這裡主要講述關於汙水中重金屬的處理。目前可用的微生物法有生物吸附法、硫酸鹽還原菌淨化法和利用微生物的轉化作用去除重金屬。
4.2.1生物吸附法
生物吸附是利用生物量（如發酵工業的剩餘菌體）透過物理化學機制，將金屬吸附或透過細胞吸收並濃縮環境中的重金屬離子，由於重金屬具有毒性，如果濃度太高，活的微生物細胞就會被殺死。所以，必須控制控制被處理水的重金屬濃度。
例如陳小霞等人用小球藻富集鉻離子，研究表明小球藻富集鉻離子的機制主要表現是表面吸附和主動運輸。在生長期和穩定期小球藻富集的鉻以有機鉻存在，而在衰亡期，小球藻富集的鉻以無機鉻存在。
利用工業發酵後剩餘的芽孢桿菌菌體或酵母菌吸附重金屬，具體做法是首先用鹼處理菌體，以便增加其吸附重金屬的能力。然後透過化學交聯法固定這些細胞，固定化的芽孢桿菌對重金屬的吸附沒有選擇性（微生物在結合無機汙染物上表現出選擇性，多於大多數合成的化學吸附劑，微生物對金屬的吸附和累積主要取決於不同配位體結合部位對對金屬的選擇性）。可以去除廢水中的Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn去除率可達99%。吸附在細胞上的重金屬可以用硫酸洗脫，然後用化學方法回收重金屬，經過鹼處理後的固定化細胞還可以重新用於吸附重金屬。
4.2.2硫酸鹽還原菌淨化法
脫硫弧菌屬硫酸鹽還原菌是厭氧化能細菌，它最大的特徵就是在無自由氧的條件下，在有機質存在時透過還原硫酸根變成硫化氫，從中獲得生長能量而大量繁殖;它繁殖的結果是使溶解度很大的硫酸鹽變成了極難溶解的硫化物或硫化氫。這類細菌分佈廣泛，海洋、湖泊、河流及陸地上都能存在。在沒有自由氧而有硫酸鹽及有機物存在的地方它就能生長繁殖，其生長溫度為25~35攝氏度，PH值為6.2~7.5.該細菌的'作用可將廢水中的硫酸根變成硫化氫，使廢水中濃度較高的重金屬Cu、Pb、Zn等轉變為硫化物而沉澱，從而使廢水中的重金屬離子得以去除。
4.2.3利用微生物的轉化作用去除重金屬
微生物可以透過氧化作用、還原作用、甲基化作用和去烷基化作用對重金屬和重金屬類化合物進行轉化。
細菌胞外的莢膜或粘膜層可產生多種胞外多聚體，胞外多聚體能夠吸附自然條件下或廢水處理設施中的重金屬。其主要成分是多糖、蛋白質和核酸。
真菌的細胞壁內含幾丁質，這和N----乙醯葡糖胺多聚體是一種有效的金屬於放射性核素結合的生物吸附劑。經過氫氧化物處理的各類真菌暴露出來的幾丁質、脫乙醯殼多糖和其他金屬結合的配位體，形成菌絲層，可以有效的去除廢水中的重金屬。
六價鉻具有強烈的毒性，其毒性是三價鉻的100倍，而且能在人體內沉澱。由於六價鉻很容易透過胞膜進入細胞，然後在細胞質、線粒體和細胞核中被還原為三價鉻，三價格在細胞內與蛋白質結合為穩定的物質並且和核酸相作用，而細胞外的三價鉻是不能參透細胞的，細菌利用細胞中的NADH作為還原劑，在厭氧或好氧的狀態下，將六價鉻還原為三價鉻。如陰溝腸桿菌能抗10000μmol/l鉻酸鹽，在厭氧的條件下能使六價鉻還原為三價鉻，三價鉻可以透過沉澱反應與水分離而被去除。
4.3農業廢水
它面廣而量大且分散。農田使用農藥，化學農藥主要是人工合成的生物外源性物質，很多農藥本身對人類及其他生物是有毒的，而且很多型別是不易生物降解的頑固性化合物。農藥殘留很難降解，人們在使用農藥防止病蟲草害的同時，也使糧食、蔬菜、瓜果等農藥殘留超標，汙染嚴重，同時給非靶生物帶來傷害，每年造成的農藥中毒事件及職業性中毒病例不斷增加。同時，農藥廠排出的汙水和施入農田的農藥等也對環境造成嚴重的汙染，破壞了生態平衡，影響了農業的可持續發展，威脅著人類的身心健康。農藥不合理的大量使用給人類及生態環境
處理汙水的微生物篇三：廢水的微生物處理
廢水的微生物處理
袁良兵丁鵬鵬姜鵬呂強朱文濤
摘要：根據廢水所含物質不同，選用不同的微生物處理，各種微生物代謝的底物不同，利用微生物處理生活、農業、工業廢水等，本文主要介紹一些處理廢水的微生物的處理有害物質的簡單原理，並對廢水處理過程作簡單介紹。
關鍵詞：廢水微生物處理簡單原理
引言：
隨著工業的高速發展和人口的膨脹,水環境汙染問題越來越嚴重地威脅著人類的生存環境,制約著社會和經濟的進一步發展。因此,治理廢水,保護世界上水資源免受汙染已成為全球性課題。在目前所發展的廢水處理技術中,廢水生物處理法已成為世界各國處理城市汙水和工廢水,控制水汙染的主要手段。廢水生物處理是除物理化學法外的另一類水處理方法,它利用微生物生命活動過程對廢水中汙染物進行轉移和轉化作用,使廢水得到淨化的處理方法。其主要特徵是應用微生物在為充分發揮微生物的作用而專門設計的生化反應器中,將廢水中染物轉化為微生物細胞以及簡單形式的無機物與物理化學方法相比,生物處理法具有一系列特點。
由於汙染物的生化轉化過程不需要高溫、高壓,在溫和的條件下經過酶催化即可高效並相對徹底完成,因此,處理費用低廉;微生物具有來源廣,易培養,繁殖快,對環境適應性強和易實現變異等特性,適當地對其加以培養繁殖,特別是在一定特定條件下進行馴化,就能使之很好地適應各種有毒的工業廢水環境;透過有針對性地對菌種進行篩選、培養和馴化,可以使大多數的有機物質實現生物降解處理,因此對廢水水質的使用面越來越寬;廢水生物處理法不加投藥劑,可以避免對水質造成二次汙染。另外,生物處理效果良好,不僅去除了有機物、病原體、有毒物質,還能去處臭味、提高透明度、降低色度等。所有這些優點都使生物處理法處理廢水成為廢水處理方法的首要選擇[1]。
根據汙水中的汙染物不同，可將汙水分為:含重金屬離子廢水的處理、含硫化物廢水的處理啤酒廢水的處理、染料廢水的處理、含油廢水的處理、核工業廢水中鈽的處理、抗生素工業廢水的處理[]、醫院汙水的處理[]、有不同的處理方法，但大致都需經幾個相同的階段：一級處理、二級處理和三級處理。一級處理僅是物理分離，去除大塊物體，然後將這些水靜置處理數小時，使其懸浮固體顆粒沉澱下來。經一級處理的汙水含有高濃度的營養物質，這也是一些主要的汙水處理廠進行二級處理的原因。二級處理過程主要與微生物過程緊密相連。同時由於汙水的汙染物不同，
其處理的方法也存在著一些差別。
汙水的厭氧處理
厭氧處理是利用兼性好樣菌和專性厭氧菌分解有機物產甲烷的過程。經過這一次處理既淨化了汙水，又獲得了能量物質。厭氧反應器是第三代的厭氧顆粒汙泥膨脹床（EGSB）,反應的溫度要保持約為35攝氏度，所以要有供熱系統和冷卻系統，有攪拌裝置，收集產生甲烷的儲存罐。參與厭氧的微生物有4類；a.產胞外酶的微生物，主要為梭狀芽孢桿菌，是不容性的有機物變為可溶性的有機物；b.產酸細菌，主要為厭氧異養細菌，如梭狀芽孢桿菌、鏈球菌、大腸桿菌、病狀桿菌，它們利用第一類細菌產生的物質產乙酸、甲酸、二氧化碳、乙醇、甲醇、甘油、丙酸等，其中80%為乙酸；c.腸桿菌科細菌和一些產芽孢的細菌，它們利用丙酸、丁酸等產乙酸、氫氣、二氧化碳；d.產甲烷細菌，如甲烷桿菌屬、甲烷八疊球菌屬、甲烷球菌屬，這些菌利用乙酸、甲酸、氫氣、二氧化碳合成甲烷。
在厭氧處理過程中式許多細菌協同完成的，其中有產甲烷細菌。產甲烷細菌是是嚴格厭氧的生物，已經知道產甲烷細菌的底物有三個等級，並且它們都能釋放出適合ATP合成的自由能。
第一等級的底物包括用於CO2型底物。CO2+4H2→CH4+2H2O
4COO-+4H+→CH4+3CO+2H2O
4CO+2H2O→CH4+CO2
第二等級的反應包括將含有甲基的化合物還原成甲烷的甲基集團。還原作用在甲醇或甲基胺作為底物的情況下，各種還原成甲烷的反應按下列進行：
4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O
4CH3NH3Cl+2H2O→3CH4+CO2+4NH4Cl
CO2型底物有CO2、HCOOH、HCOO-、CO;
甲基類底物有甲醇、甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、巰甲基、二甲基巰；乙酸型底物有乙酸。[2]
含有汞等重金屬的汙水處理
現在汞廣泛應用於工業生產並且是許多農藥的活性組成成分，由此汞被帶到環境中。由於汞在生物組織中有獨特的濃縮作用，同時它本身的巨毒性，所以汞在環境中有相當大的重要性。汞的主要來源是汞礦的開採和化石燃料的燃燒，人為來源包括電池和電線生產、化學工業和城市廢物的燃燒。
汞的毒害機理：汞經過甲基化作用，產生甲基汞。甲基汞是可溶性的，而且可以在水生食物鏈特別是魚中濃縮，或者由微生物進一步甲基化產生稱為二甲基汞CH3-Hg-CH3得到揮發性複合物。在代謝過程中，汞的甲基化是由CH3-Br12提供甲基的。甲基汞和
二甲基汞與蛋白質結合，積累在動物組織中，特別是肌肉中，是一種強烈的神經毒素，最終導致魚的死亡。
甲基汞是一種主要的環境毒素，它的積累是淡水湖中非常問題，從人類所食用的魚中可以發現甲基汞濃度的增加，汞可以引起人或動物肝臟和腎臟的損傷。
處理方法：美國田納西大學的研究人員釋出公報說，他們在研究中發現，汞對靠近食物鏈底端的生物，如魚及水生貝類的汙染相當嚴重，並透過它們最終對人類健康造成影響，但有些細菌具有破壞這一“汙染鏈”的作用。
研究發現，一種細菌所合成的MerB酶可以降低甲基汞的毒性，從而減小汞對環境的汙染。這種酶的三維結構能首先擊破甲基汞中汞原子與碳原子的關鍵連結，然後在甲基汞電子四周製造靜電場，對甲基汞的毒素進行分解。
有一種微生物與NADPH相連的酶稱為汞還原酶轉移2個電子到Hg2+，使它還原成Hg0，Hg2是揮發性的，但它對人和微生物是無毒的，細菌轉化Hg2+為Hg0，然後使更多的CH3Hg+轉化為Hg2+。
汞抗性在革蘭氏陰性菌銅綠假單胞菌進行了深入地研究，汞的抗性基因位於質粒上，這些基因稱為mer基因，排列在一個操縱子上，有調節蛋白MerR(merR產物)控制，MerR具有阻礙蛋白和啟用蛋白的功能，在無Hg2+時，MerR與mer操縱子的操縱基因結合，使merTPCAD發生轉錄，但當Hg2+存在時，它與MerR形成一個複合體，具有mer操縱子轉錄啟用蛋白的功能。汞還原酶是mer基因的產物，MerD是merD的產物，也具有調節作用，而merP編碼周質Hg2+結合蛋白，這個MerP蛋白結合Hg2+，把Hg2+轉移到一個膜蛋白MerT(MerT的產物)上，該蛋白可把Hg2+轉移懂啊細胞內，在汞還原酶的作用下進行還原反應，最終使Hg2+還原為Hg0,Hg0是揮發的，可從細胞中釋放出來。
異生素的生物降解
異生素是指自然界中不存在的，有化學合成的化合物。因此，在自然界中，能利用它們的生物不存在，但許多異生素化合物易受微生物侵襲。
最廣泛釋出的異生素是農藥，它通常是有害廢物的組成，農藥有不同的化學型別，如氯苯氧烷基羧酸、替代脲、硝基酚、有機氮，有機磷等等，其中一部分物質可以作為某些微生物的碳源和電子供體，二另一些則不能。
含氯農藥的有效降解發生在無氧環境中，在這些反應中，無氧生物降解與分子還原脫氯有關，脫氯的衍生物要比最初含氯分子毒性小得多，如一種硫酸鹽還原細菌脫硫念珠菌屬還原3-氯苯甲酸酯為苯甲酸酯和Cl-;這個還原反應的電子來自於乙酸鹽、甲酸鹽或H2，還原反應與穿過細胞質膜質子梯度的建立有關，脫硫念珠菌屬用於驅動ATP的合成，因此，3-氯苯甲酸酯為苯甲酸酯的還原脫氯作用是一個典型的厭氧呼吸[2]。硝基酚的代謝途徑及其機理研究硝基酚是重要的化工原料,常作為醫藥、染料農
藥等合成的前體。這類化合物能在環境中長期殘留,已經對土壤、水體和大氣造成了嚴重的汙染。苯環結構的對稱性和穩定性使硝基芳烴化合物不易發生化學應,而環境中的許多微生物卻能夠利用這些汙染物作為碳源、氮源和能源來生長,能把這些汙染物完全降解。
a.42硝基酚代謝途徑研究。微生物透過氧化代謝途徑完成對42硝基酚的代謝,根據中間產物的不同,可以分為對苯二酚途徑和苯三酚途徑。從2004年開始,日本、美國和中國學者相繼闡明瞭RhodococcusopacusSAO101、Arthrobactersp.JS443和Pseudomonassp.WBC23菌株中的42硝酚代謝的分子機理。其中前兩株菌均為革蘭氏陽性菌,都是經1,2,42苯三酚途徑降解42硝基酚,而WBC23菌株透過對苯二酚途徑降解42硝基酚。與苯三酚代謝途徑相比,WBC23菌株中無論是代謝途徑、酶和基因,還是代謝操縱子的結構特點都與之完全不同。其中的42硝基酚單加氧酶(PnpA)催化42硝基酚氧化為對苯二醌,其與資料庫中最為相似的是來自PseudomonasputidaU菌株的32羥基苯乙酸單加氧酶,但其氨基酸水平一致性僅為25%。對苯二醌還原酶(PnpB)也是參與42硝基酚代謝途徑的關鍵酶,催化對苯二醌還原為對苯二酚。參與42硝基酚下游代謝途徑的酶包括:PnpC和PnpD是對苯二酚雙加氧酶的兩個亞基,催化對苯二酚開環生成γ2羥基粘康酸半醛(γ2HMSA);而PnpE和PnpF分別是γ2HMSA脫氫酶和馬來醯乙酸還原酶,催化γ2HMSA經馬來醯乙酸生成β2酮己二酸酯,繼而進入TCA迴圈。b.22硝基酚的代謝途徑研究。目前報道的22硝基酚的代謝途徑以氧化代謝途徑為主,2007年Xiao等從活性汙泥中新篩選到一株能夠利用鄰硝基酚作為唯一碳源、氮源和能源生長的Alcaligenenssp.NyZ215菌種,並克隆了長約10kb的鄰硝基酚降解基因簇,其中包括鄰硝基酚22單加氧酶、鄰苯二醌還原酶和鄰苯二酚1,22雙加氧酶的基因,這3個基因與鄰硝基酚代謝的起始反應相關。在蛋白質序列水平上,鄰硝基酚22單加氧酶(OnpA)與PseudomonasstutzeriAN10中功能已知的水楊酸羥化酶有26%的一致性。體外實驗表明,OnpA在NADPH存在的條件下能將鄰硝基酚轉化為鄰苯二酚,同時釋放亞硝酸根離子。鄰苯二酚1,22雙加氧酶(OnpC)能催化鄰苯二酚生成順式2順式粘康酸。鄰苯二醌還原酶OnpB在鄰硝基酚代謝中扮演了重要的角色,很可能是鄰苯二醌還原酶在體內將由OnpA產生的中間產物鄰苯二醌催化轉化為鄰苯二酚。
(1)氯代硝基苯類化合物的微生物降解途徑和機理研究
氯代硝基芳香類化合物的代表42氯硝基苯(42chloronitrobenzene,4CNB)常用於有機化合物合成中間體、染料和農藥等,是一種誘變劑和致癌劑,近年來倍受環境學家關注。4CNB分子中氯離子和硝中國基礎科學·工業生物技術專刊2009·5·ChinaBasicScience80基的易得電子特性和其立體結構特徵,使它們任何一個單獨存在都增加了苯環裂解的難度。當二者共同存在時,苯環裂解難度會更大,因而在環境中更加難以降解。
我國學者分離獲得了多株氯代硝基苯降解菌株,並首次在分子水平上系統報道了氯代硝基苯代謝途徑中的酶及其基因。研究結果表明,這些菌株採用還原途徑代謝氯代硝基苯,代謝途徑包括了部分還原硝基、雙加氧酶催化開環、脫氫、脫羧、脫氨等步驟。目前已經完成了該菌中4CNB關鍵降解基因的鑑定,包括對氯硝基苯還原酶(CnbA)和變位酶(CnbB)(可催化4CNB轉化成開環底物22氨基52氯酚)、22氨基52氯酚開環酶(CnbCa和CnbCb,能將22氨基52氯酚開環氧化為22氨基52氯酚粘康酸半醛)以及一個全新的脫氨酶。
(2)氯代硝基苯類化合物的微生物修復研究
在對4CNB微生物代謝機理深入研究的基礎上,我國學者已經開始利用降解菌進行汙染土壤的微生物修復嘗試。Liu等證明4CNB降解菌Comamonassp.CNB21能夠直接或者透過與植物耦聯進行汙染土壤的生物修復,該菌株能夠在汙染土壤中定植和存活,並在2天內完全消除2g(4CNB)/Kg(土壤)土壤中的4CNB,而加入菌種CNB21對土壤本身的微生物群體影響不大。Niu等同時開展了PseudomonasZWL73菌對4CNB的生物修復研究,發現ZWL73菌培養物加入到含有1g(4CNB)/kg(土壤)的土壤環境中,在8天后4CNB的濃度下降99%,降解效果顯著。分子生態學分析證明在其生物修復過程中微生物生態整體結構變化不顯著,而Acidobacteria和氨氧化菌群明顯受到影響。Zhao等將ZWL73菌應用於硝基苯汙染土壤的微生物修復,減毒效果顯著,並對生物修復過程中的硝化細菌和氨氧化菌群進行了生態學分析。
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