摘要：自然界中的微生物資源十分豐富，而微生物降解在環(huán)境污染治理過程中的地位也十分重要。微生物的代謝方式具有多樣性，而對于降解污染物，主要有好氧凈化和厭氧凈化兩大類型。微生物在凈化某些工業(yè)廢水中的降解作用中起著十分重要的作用。

關(guān)鍵詞： 水體? 微生物? 好氧? 厭養(yǎng)? 凈化? 降解作用

自然界有著豐富的微生物資源，由于微生物具有分布廣泛，種類多樣，繁殖迅速等特點，使其在自然界物質(zhì)循環(huán)和轉(zhuǎn)化中起著巨大的生物降解作用，并且在環(huán)境污染治理過程中占據(jù)重要的地位，是整個生物圈維持生態(tài)平衡不可缺少的、重要的組成部分。[1]

水體有天然水體和人工水體。天然水體有海洋、湖泊、江河等，人工水體有水庫、運河、下水道、各種污水處理系統(tǒng)等。[2]由于雨水的沖刷，將土壤中各種有機物和無機物，動植物殘體帶入水體，工業(yè)廢水和生活污水不斷的排入，水生動植物死亡等都為水體中微生物提供了豐富的有機營養(yǎng)。

水體中微生物來源主要有以下四個方面：水體中固有的微生物；來自土壤的微生物；來自生產(chǎn)和生活的微生物；來自空氣的微生物。[3]

海洋中微生物群落分布和數(shù)量受到海洋環(huán)境變化、人類活動等因素的影響。在沿海帶，由于沿海城市人口密集、工廠多，污水和工業(yè)廢水的流入，故沿海帶海水中大量的有機物，每毫升海水含菌1.0×105個。在外海，人類活動較少，每毫升海水含菌10~250個。此外在漲潮時由于海水受到稀釋，含菌量明顯較少，退潮時含菌量明顯增加。距海面0~10m的深處含菌量較少，浮游藻類較多。5~10m以下至20~30m處的微生物數(shù)量較多，而且隨著海水深度的增加，50m以下微生物的數(shù)量隨著海水深度的增加而減少。在海底由于沉積有很豐富的有機物，微生物數(shù)量增多。[4]

常見的海洋微生物有假單胞菌屬(Pseudomonas)、弧菌屬(Vibrio)、黃桿菌屬(Flavobacteium)、無色桿菌屬(Achromobacter)和芽孢桿菌屬(Bacillus)等。[4]

河流、湖泊、小溪和池塘等水體中微生物種類和土壤中差不多，分布規(guī)律與海洋相似。影響微生物群落的分布，種類和數(shù)量的因素有水體類型、受污水污染程度、有機物的含量、溶解氧量、水溫、pH及水深等。沿海岸水域有機物較多，微生物種類和數(shù)量也較多。地下水、自流井、山泉及溫泉等經(jīng)過厚土層過濾，有機物含量和微生物數(shù)量都較少。

微生物的體積小而表面積大，繁殖速度驚人，能不斷地與周圍環(huán)境快速進行物質(zhì)交換。污水通過能滿足微生物生長、繁殖條件下的設備，微生物便從污水中獲取營養(yǎng)成分，同時降解和利用有害物質(zhì)，從而使污水得到凈化。

1.微生物的好氧和厭氧凈化

微生物的代謝方式具有多樣性，能從污水中攝取淀粉、糖、脂肪、蛋白質(zhì)等高分子化合物及其他低分子化合物。[3]

1.1 好氧凈化

氧存在條件下，許多好氧微生物通過分解代謝、合成代謝和物質(zhì)礦物化，在把污水中的有機物氧化分解成CO2、H2O等的過程中，獲得C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化處理，就是模擬這種生物凈化原理，把微生物置于一定的構(gòu)筑物內(nèi)通氣培養(yǎng)，達到高效率凈化污水的目的。

活性污泥法或生物過濾法處理污水，已是國內(nèi)外凈化污水和工業(yè)廢水的重要方法。當污水與懸浮的活性污泥接觸時或通過以細菌為主形成的生物膜時，微生物便對污水中的有機物質(zhì)進行吸附、吞噬、氧化、分解和轉(zhuǎn)化，從而完成凈化污水的過程。[5]

1.2 厭氧凈化

微生物在嚴格厭氧條件下，對有機物質(zhì)發(fā)酵或消化過程中，大部分有機物被分解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的微生物厭氧凈化處理，就是根據(jù)污水經(jīng)厭氧發(fā)酵后既得到凈化，又獲得了生物能源CH4的原理。微生物細胞能量轉(zhuǎn)移的電子受體，由在好氧條件下的分子氧改變?yōu)閰捬鯒l件下的有機物。在厭氧發(fā)酵中，難分解的大分子物質(zhì)先在微生物的胞外酶（如纖維素酶、果膠酶、脂酶、蛋白酶）作用下，分解為可溶性物質(zhì)，再通過非產(chǎn)甲烷氏氧細菌和產(chǎn)氫細菌降解成低分子的有機酸類和醇類，并放出H2和CO2；有機酸類和醇類在產(chǎn)甲烷細菌作用下，形成H2、CO2和CH4。甲烷細菌還可利用H2還原CO2形成CH4。[6]

厭氧發(fā)酵法凈化污水在密閉容器內(nèi)進行，常被廣泛應用于用好氧方法難以凈化的有機污染物含量高或含不溶性有機物較多的污水和廢水。國內(nèi)已有在處理造紙、抗菌素發(fā)酵的廢水中采用此法。

2.微生物在凈化某些工業(yè)廢水中的降解作用

工業(yè)廢水和廢料中所含的物質(zhì)成分、溫度、pH值等差異較大。有些有毒物質(zhì)可被微生物降解，有些卻不易被降解。

自然界中能降解烴類的微生物有幾百種，多數(shù)為細菌、酵母菌和真菌，降解是由他們所產(chǎn)生的酶和酶系完成的。一般來說，直鏈化合物比支鏈化合物、飽和化合物比非飽和化合物、脂肪烴比芳香烴容易被較多種類的微生物降解和同化。直鏈烴的降解是末端甲基先被氧化形成醇、醛后再生成脂肪酸，由脂肪酸形成醋酸，最后氧化成CO2和H2O。微生物對單環(huán)芳烴及其衍生物的降解與直鏈烴有些類似。能降解苯和酚的微生物種類很多，有細菌中的許多屬、放線菌等。[7]

氰（腈）是劇毒物質(zhì)。人們發(fā)現(xiàn)對氰有不同程度降解能力的微生物約50種，有茄病鐮刀霉、假單孢菌屬、諾卡氏菌屬等屬。它們能產(chǎn)生一種氰水解酶，把氰中的碳、氮轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2、NH3；鐮刀霉還可利用氰作為合成細胞所需要的碳源和氮源，使污水得到凈化和解毒。早有人報道，用珊瑚色諾卡菌降解腈綸廢水中的丙烯腈速度快效果好，1g菌體在25min內(nèi)可降解250mg丙烯腈。[8]

某些污染物對人體有致癌性，如多環(huán)芳烴就是一類致癌性物質(zhì)。許多細菌能降解多種多環(huán)芳烴，如產(chǎn)堿桿菌、棒狀桿菌、諾卡氏菌、假單胞菌屬的某些種就能降解蒽和菲?；钚晕勰嘀械脑S多細菌對多環(huán)芳烴有較緩慢的降解作用。硝基化合物對人類也有致癌作用，我國應用腸桿菌、克氏桿菌和假單胞菌等屬的細菌，降解制造三硝基甲苯炸藥過程中的污水，效果很好。[7]

塑料、合成纖維等許多制品的廢物，生活污水中的洗滌劑、表面活性劑等，都難以利用普通活性污泥中的微生物進行降解和去除。有人培育出一種體內(nèi)具有兩種酶的假單胞菌O-3號細菌，該菌可利用聚乙烯醇作碳源并對其進行降解。活性污泥中投入此菌時，能大大提高凈化含聚乙烯醇污水的效率。

人們早已能合成有機化合物，但自然界中的微生物體內(nèi)卻未有分解這些人工合成的化合物的酶系。經(jīng)探索已選育出一些經(jīng)過馴化、誘導后具有降解人工合成物質(zhì)的酶系的特殊功能微生物。例如，2，4-D、DDT等一些農(nóng)藥，就可以被微生物降解而消除污染。[9]

3.遺傳工程菌在凈化工業(yè)廢水中的降解作用

為了提高污水生物凈化的效率，人們應用分子遺傳學技術(shù)不僅對現(xiàn)有的微生物進行改造，而且在研究創(chuàng)造具有新的特殊功能的微生物。由于分子遺傳學的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)假單胞桿菌屬中許多種的細胞里，具有調(diào)控多種性狀的質(zhì)粒，這些質(zhì)粒基因控制著烴化合物分解的酶系合成。應用質(zhì)粒工程技術(shù)把分別降解芳烴、多環(huán)芳烴、萜烴的質(zhì)粒接合到降解酯烴的細菌體內(nèi)，創(chuàng)造出一種具有多質(zhì)粒的所謂“超級菌”新菌種。這種菌在消除石油污染中，不僅能把60%的烴降解，而且只在幾小時內(nèi)就可達到自然菌種要用一年多時間的凈化效果。人們采用把一種細菌的調(diào)控還原酶的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到另一種菌體中的技術(shù)，使得到新質(zhì)粒的細菌對汞的還原能力大大增強。用這種細菌既解除含汞廢水中的汞毒，又可回收到汞?？傊?，遺傳工程菌的研究和應用，必將對生物凈化污水起到變革性作用。[7]

4.污水中微生物種類變化與凈化的關(guān)系

污水中生活的微生物，由極為適應于污水的多種微生物類群組成。它們在污水中的生物膜上或活性泥中形成一個小的生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈的縮影。食物鏈中的每一步都有一部分有機物被轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2，使污水逐漸得到凈化。

活性污泥中主要有細菌，還有酵母菌、霉菌、單細胞藻類等。此外，還有大量原生動物和少數(shù)后生動物。當然，污水性質(zhì)和污染程度的不同，微生物種類和數(shù)量會有很大差別。[5]

污水中原生動物的種類和數(shù)量與生物處理的效果有著密切關(guān)系，故又可作為污水處理的指示生物，進行處理效果的預報。一般說來, 游動鞭毛蟲類或自由生活的纖毛蟲類占較大優(yōu)勢時，往往說明凈化效果較差或廢水處于培育活性污泥初期。當發(fā)現(xiàn)有固定纖毛蟲類時，活性污泥已經(jīng)形成。輪蟲對水有自凈作用。如活性污泥中有大量輪蟲和多種纖毛蟲出現(xiàn)，說明凈化度較高，污水處理效果好。水蚯蚓對水也有自凈作用，其種類與數(shù)量隨污染的減輕而減少。在凈化效果較好的污水中，還會出現(xiàn)線蟲及顫蚯蚓等后生動物。[10]

自然界中豐富的微生物資源開創(chuàng)了污水處理的新領(lǐng)域。污染物進入水體后，會發(fā)生沉降、凝聚和擴散等過程，還會發(fā)生非生物和生物降解與合成的過程。微生物降解污水污染物的實質(zhì)也就是污染物被微生物生化代謝的過程。微生物不僅在污水污染物的降解中起到了舉足輕重的作用，還在其他領(lǐng)域污染物的治理中也發(fā)揮了重要的作用。例如：封閉式微生物好氧發(fā)酵是城市污泥處理的關(guān)鍵技術(shù)；AOC工藝采用了微生物自身消化式的內(nèi)循環(huán)處理技術(shù)，有效地解決了因大量有機污泥排放而造成第二公害的問題；而污水微生物厭氧消化處理則是國際上的一個研究熱點和難點。由此可見，微生物處理污染物是十分有效的方法，更是需要我們關(guān)注和投入精力的重要方面。

參考文獻：

[1]王家玲主編, 環(huán)境微生物學,高等教育出版社,北京,1988, 3 p50

[2]王翊亭著, 環(huán)境學導論, 清華大學出版社, 北京, 1985, p77

[3]周群英, 高廷耀編著,環(huán)境工程微生物學,高等教育出版社,北京,2000, p20 p25

[4]林永成著, 海洋微生物及其代謝產(chǎn)物, 化學工業(yè)出版社, 北京, 2003, p68 p70

[5]李漢昭著, 活性污泥法概述, 中國建筑工業(yè)出版社,北京，1977，p12 p20

[6]鄭元景等編著，污水厭養(yǎng)生物處理，中國建筑工業(yè)出版社，北京， 1988，8，p26

[7]崔志成著, 工業(yè)廢水處理, 冶金工業(yè)出版社, 北京, 1999, p8 p28 p50

[8]王昭文著, 重金屬廢水治理技術(shù),冶金工業(yè)出版社,北京, 1993, p30

[9]余必敏編, 工業(yè)廢水處理與利用,科學出版社,北京, 1979,? p84

[10]耿安朝著, 廢水生物處理發(fā)展與實踐,東北大學出版社, 沈陽, 1997, p18