淺談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。
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。
4.1.1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。
4.1.2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。
4.1.3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。
4.2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造成了越來越嚴重的不良後果，農藥的汙染問題已成為全球關注的熱點。因此，加強農藥的生物降解研究、解決農藥對環境及食物的汙染問題，是人類當前迫切需要解決的課題之一。
4.2.1農業生產上主要使用的農藥型別
人們發現，在自然生態系統中存在著大量的、代謝型別各異的、具有很強適應能力的和能利用各種人工合成有機農藥為碳源、氮源和能源生長的微生物，它們可以透過各種謝途徑把有機農藥完全礦化或降解成無毒的其他成分，為人類去除農藥汙染和淨化生態環境提供必要的條件。
4.2.2降解農藥的微生物類群
土壤中的微生物，包括細菌、真菌、放線菌和藻類等，它們中有一些具有農藥降解功能的種類。細菌由於其生化上的多種適應能力和容易誘發突變菌株，從而在農藥降解中佔有主要地位。一在土壤、汙水及高溫堆肥體系中，對農藥分解起主要作用的是細菌類，這與農藥型別、微生物降解農藥的能力和環境條件等有關，不同的微生物類群降解農藥的機理、途徑和過程可能不同。
4.2.3微生物降解農藥的機理
目前，對於微生物降解農藥的研究主要集中於細菌上，因此對於細菌代謝農藥的`機理研究得比較清楚。
細菌降解農藥的本質是酶促反應，即化合物透過一定的方式進入細菌體內，然後在各種酶的作用下，經過一系列的生理生化反應，最終將農藥完全降解或分解成分子量較小的無毒或毒性較小的化合物的過程。微生物所產生的酶系，有的是組成酶系，如門多薩假單胞菌DR－8對甲單脒農藥的降解代謝，產生的酶主要分佈於細胞壁和細胞膜組分；有的是誘導酶系，如王永傑等得到的有機磷農藥廣譜活性降解菌所產生的降解酶等。由於降解酶往往比產生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環境條件，酶的降解效率遠高於微生物本身，特別是對低濃度的農藥，人們想利用降解酶作為淨化農藥汙染的有效手段。但是，降解酶在土壤中容易受非生物變性、土壤吸附等作用而失活，難以長時間保持降解活性，而且酶在土壤中的移動性差，這都限制了降解酶在實際中的應用。現在許多試驗已經證明，編碼合成這些酶系的基因多數在質粒上，如2，4－D的生物降解，即由質粒攜帶的基因所控制。透過質粒上的基因與染色體上的基因的共同作用，在微生物體內把農藥降解。因此，利用分子生物學技術，可以人工構建“工程菌”來更好地實現人類利用微生物降解農藥的願望。
參考文獻：
[1]張宏軍，崔海蘭，周志強，等.莠去津微生物降解的研究進展.農藥學報
[2]韓熹萊，錢傳範，陳馥衡，等.中國農業百科全書（農藥卷）
[3]阮少江，劉潔，趙永芳，等.微生物降解甲胺磷農藥的進展
[4]沈東昇，徐向陽，馮孝善.微生物共代謝在氯代有機物生物降解中的作用.環境科學
[5]王保軍，劉志培，楊慧芳.甲單脒農藥的微生物降解代謝研究.環境科學學報
[6]陳堅.環境生物技術.北京:中國輕工業出版社
[7]江蘇農業科學院.植物保護手冊(第七分冊)農藥.北京:農業出版社
[8]虞雲龍，樊德方，陳鶴鑫.農藥微生物降解的研究現狀與繁殖策略.環境科學進展
[9]馬瑛，張甲耀，管筱武，等.原毛平革菌堆肥處理有害廢棄物的可行性.環境科學
[10]孔繁翔，尹大強，嚴國安.環境生物學.北京：高等教育出版社
[11]鄭金來，李君文，晁福寰.常見農藥降解微生物研究進展及展望.環境科學研究
[12]陳文新.土壤和環境微生物學.北京：北京農業大學出版社
【淺談微生物在汙水處理中的應用】相關文章：