环境污染治理与微生物学

 在环境治理中,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、二次污染少等优点而得到越来越广泛的应用。
一 、在大气污染治理中的应用 
    微生物用于烟气脱硫,不需高温、高压、催化剂,设备要求简单。利用自养生物脱硫,营养要求低,无二次污染,处理费用为湿法脱硫的50%。目前公认的硫酸盐还原的最初几点是Postgate 1969年证实的:      (1)硫酸酰苷酰转移酶     (2)腺苷酰硫酸还原酶     (3)亚硫酸盐还原酶
    此后,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%。 
    生物过滤法在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
    废气在反应器中停留时间很短,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、受污染土壤和地下水中的挥发性物质、室内空气中低浓度物质等。
    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。  
 二、在水污染治理中的应用 
 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TSS<1.00mg/1。 
    生物脱氮中,有反硝化能力的微生物有变形杆菌、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属等。    污水生物处理中,除磷常与脱氮工艺一起应用,常见的除磷技术有:phostrip工艺,能使总磷(TP)≤1mg/L以下:Bardenpho系统;A/O系统;改良UCI工艺;A2/0工艺。除磷过程一般认为在有氧条件下摄取磷,在厌氧条件下释放磷,其中不动杆菌属〔Acinetobacter)是除磷的优势菌种。                          

2.废水中有机物的降解 
    酚类对水中生物有致畸性,使生物具有难闻的酚味,化学处理法由于二次污染问题受到限制,而利用培养优势菌群的微生物法降解酚类却有显著作用。如卞华松采用PVA1799冷冻改良法固定优势菌群,对浓度为565mg/L的苯酚去除率为94%以上;张春桂研究降解五氯盼(PCP)的细菌是醋酸细菌、产碱菌和气单胞菌。此外,可用家禽废物分解的网纹水蚤属(Ceriodaphnia dubia)LD50和弧菌属(Vibriofischeri)EC50、链霉菌303、芽胞杆菌KMR一1、麦芽糖假丝酶母10-4等对酚类进行降解。 
    有机物的生物降解中,白腐菌是值得一提的。白腐菌是一类提子真菌,在废水治理中,其降解污染物的范围十分广泛。白腐脉射菌(Ph1ebia radiata)I-5-6在高C低N培养条件下,对多环芳烃类、氯代烃类、酚类、氯代酚类、烷基苯类和硝基苯类化合物有显著的降解作用。白腐菌中金孢展齿革菌(Phanerochaete Chrysosprium Burdsall)可降解多环芳烃、DDT、TNT、CCl4、氰化物、氯代芳香化合物、酚类、胺类、农药、染料、杂酚油、煤焦油、重油等。还可降解林丹、氯丹、多氯联苯、2,3,7,8－TCDD和二氯苯胺等有机氯化物。此外,用微生物降解的有机物包括:四氯乙烯、甲醇、苯胺、甲胺磷、三氯乙烯、硝酸甘油。 
3.废水中重金属的去除 
    由于藻类对重金属离子具有较强的富集能力,利用其生物吸附作用可从工业污水中去除有毒、放射性金属和回收稀有、贵重金属。该法具有高效、经济、简便、选择性好等优点,尤其适用于低浓度及一般方法不易去除的金属。如用菌藻共生体从无营养液的含As(Ⅲ)、As(V)的废水中除砷率可达80%以上,含营养液的As (V)去除率>70%,As(Ⅲ)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。 
4.废水中其它物质的去除 
    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。 
三、环境中其它污染物的处理 
 微生物不仅用于大气、水、土壤中农药和垃圾的处理,还用作检测有毒化学品的指示生物。此外,还可做成微生物絮凝剂,净化污水。微生物絮凝剂是利用生物技术,通过微生物发酵、抽提、精制而成的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒的廉价的水处理剂。目前的微生物絮凝剂有PF101,NOC-1等种类,它们对大肠杆菌、酵母、泥浆水、粉煤灰水、活性炭粉水、膨胀污泥、纸浆废水、颜料废水等有较好的絮凝和脱色效果。
 微生物是地球上多样性形式最多的生命形式，是生物中重要的分解代谢类型，在维持生物圈生态平衡和为人类提供广泛的、大量的未开发资源方面起着重要作用。如果没有微生物的活动，物质循环过程便会中断，不仅生态系统不可能持续发展下去，而且高等生物和人类也将难以持续下去。因此，运用正确而适当的方法研究微生物对环境条件的影响具有重要意义。