摘要：本文對水體自凈的過程作了介紹，指出了從有機(jī)污染物進(jìn)入水體后所經(jīng)歷的一系列微生物參與其中的變化；通過對自凈前有機(jī)污染物的來源追蹤到轉(zhuǎn)化過程中微生物的利用情況最終揭示微生物在轉(zhuǎn)化中所起的關(guān)鍵作用，并著重對碳、氮源污染物中微生物的轉(zhuǎn)化進(jìn)行了專業(yè)分析；自凈后所余留的磷、氮等元素又恰是造成富營養(yǎng)化的元兇，微生物在富營養(yǎng)化防治上到底還起到什么作用呢？

關(guān)鍵詞：水體自凈 好氧分解 厭氧分解 碳源污染物 氮源污染物 富營養(yǎng)化 脫氮除磷

1.水體自凈及其凈化過程

江、河、湖、海在接納了一定量的有機(jī)污染物后，在物理的、化學(xué)的和水生物（微生物、動物、植物）等因素的綜合作用得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài)，叫作水體自凈[1]。

1.1水體自凈的大致過程：

1.1.1有機(jī)污染物排入水體后被水體稀釋，有機(jī)和無機(jī)固體物沉降至河底。

1.1.2水體中好氧細(xì)菌利用溶解氧把有機(jī)物分解為簡單的有機(jī)物和無機(jī)物，并用以組成自身有機(jī)體，水中溶解氧急速下降至零，此時(shí)魚類絕跡，原生動物、輪蟲、浮游甲殼動物死亡，厭氧細(xì)菌大量繁殖，對有機(jī)物進(jìn)行厭氧分解。有機(jī)物經(jīng)細(xì)菌完全無機(jī)化后，產(chǎn)物為二氧化碳、水、磷酸根、氨和硫化氫。氨和硫化氫繼續(xù)在硝化細(xì)菌和硫化菌作用下生成硝酸根和硫酸根。

1.1.3水體中溶解氧在異氧菌分解有機(jī)物時(shí)被消耗，大氣中的氧剛?cè)苡谒脱杆俦幌牡?，盡管水中藻類在白天進(jìn)行光合作用放出氧氣，但復(fù)氧速度仍小于耗氧速度，氧垂曲線下降。在最缺氧點(diǎn)，有機(jī)物的耗氧速度等于河流的復(fù)氧速度。再往下流的有機(jī)物漸少，復(fù)氧速度大于耗氧速度，氧垂曲線上升。如果河流不再被有機(jī)物污染，河流中溶解氧恢復(fù)到原有濃度，甚至達(dá)到飽和。

1.1.4隨著水體的自凈，有機(jī)物缺乏和其他原因（例如陽光照射、溫度、pH變化、毒物及生物的拮抗作用等）使細(xì)菌死亡。

1.2水體凈化中的好氧分解與厭氧分解：

簡單來說有機(jī)污染物的生物凈化機(jī)理的本質(zhì)就是將微生物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，主要依靠的是好氧分解與厭氧分解。分別適用了好氧有機(jī)物呼吸和厭氧無機(jī)鹽呼吸的原理。而水體自凈的天然過程中厭氧分解(開始)到好氧分解(后續(xù)) [2]。詳細(xì)情況見下表：

2.各類有機(jī)污染物的來源：

2.1碳源污染物的轉(zhuǎn)化包括了糖類，蛋白質(zhì)，脂類，石油和人工合成的有機(jī)化合物等[3]。

2.1.1糖類污染物特別難溶的多糖，且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時(shí)才會使自凈時(shí)間大大增加，從而對環(huán)境造成污染。而這類多糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉。

2.1.1.1.纖維素的轉(zhuǎn)化：β葡萄糖高聚物，每個(gè)纖維素分子含1400~10000個(gè)葡萄糖基(β1-4糖苷鍵)，來源于棉紡印染廢水，造紙廢水，人造纖維廢水及城市垃圾等，其中均含有大量纖維素。

2.1.1.2半纖維素的轉(zhuǎn)化：存在于植物細(xì)胞壁的雜多糖，來源于造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。

2.1.1.3木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化：存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁中，由松柏醇，香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。

2.1.2油脂的轉(zhuǎn)化：來源于毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂。

2.1.3石油的轉(zhuǎn)化：石油是含有烷烴，環(huán)烷烴，芳香烴及少量非烴化合物的復(fù)雜混合物，石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)和石油運(yùn)輸事故現(xiàn)場以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。石油成分的生物降解性與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)：A.鏈長度中鏈 (C10~C24)>長鏈 (C24以上)>短鏈B.鏈結(jié)構(gòu)分直鏈和支鏈、不飽和及飽和、烷烴和芳烴。

2.1.4人工合成的難降解有機(jī)化合物的生物降解法：對于自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，如果一種化合物滯留可達(dá)幾個(gè)月或幾年之久，或在人工生物處理系統(tǒng)，幾小時(shí)或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除即為難降解物。人合成的難降解有機(jī)化合物種類：穩(wěn)定劑，活性劑，人工合成的聚合物，殺蟲劑，除草劑以及各種工藝流程中的廢品等。

2.2氮源有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化包括了蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、腈化物、硝基化合物等[4]。

2.2.1蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化：水中來源于生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革廢水等。

2.2.2典型含氮有機(jī)物如氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈類化合物及硝基化合物的轉(zhuǎn)化：水中來源于化工腈綸廢水、國防工業(yè)廢水、電鍍廢水等。

2.3另有硫源、磷源等污染物的轉(zhuǎn)化，此處不再贅述。

3.降解水中有機(jī)污染物的微生物

水體中含有眾多污染物待降解，在其轉(zhuǎn)化過程中微生物自然起著不可或缺的作用[5]。

3.1降解纖維素的微生物：好氧細(xì)菌——粘細(xì)菌，鐮狀纖維菌和纖維弧菌。厭氧細(xì)菌——產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌，無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。放線菌——鏈霉菌屬。真菌——青霉菌，曲霉，鐮刀霉，木霉及毛霉。

3.2降解半纖維素的微生物：大多數(shù)能分解纖維素的微生物都可以分解半纖維素。許多芽孢桿菌，假單胞菌，節(jié)細(xì)菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉，曲霉，小克銀漢霉，青霉及鐮刀霉。

3.3降解木質(zhì)素的微生物：只有真菌中的黃孢原毛平革菌，疑似的只有軟腐菌能夠?qū)δ举|(zhì)素進(jìn)行降解[6]。

3.4降解油脂較快的微生物：細(xì)菌——熒光桿菌，綠膿桿菌，靈桿菌；絲狀菌——放線菌，分支桿菌；真菌——青霉，乳霉，曲霉。途徑可通過水解+β氧化。

3.5降解石油的微生物：有很多，據(jù)報(bào)道有200多種。細(xì)菌——假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬；線菌——諾卡氏菌；酵母菌——假絲酵母；霉菌——青霉屬，曲霉屬；藻類——藍(lán)藻和綠藻。

3.6降解氯苯類微生物：細(xì)菌有產(chǎn)堿桿菌、不動桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體及過共代謝完成氯苯的完全降解。

3.7降解滌劑劑微生物：細(xì)菌——假單胞菌、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌；放線菌——諾卡氏菌。

3.8降解塑料的微生物：目前發(fā)現(xiàn)的種類很少，而且降解速度緩慢。他們主要是細(xì)菌、放線菌、曲霉中的某些成員。

3.9降解農(nóng)藥如殺蟲劑、除草劑等微生物有：細(xì)菌——假單胞菌、芽孢桿菌、產(chǎn)堿桿菌、黃桿菌；線菌——諾卡氏菌；真菌——曲霉。

3.10降解蛋白質(zhì)的微生物：種類很多如好氧細(xì)菌——鏈球菌和葡萄球菌；好氧芽孢細(xì)菌——枯草芽孢桿菌,巨大芽孢桿菌,蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢桿菌；兼性厭氧菌——變形桿菌、假單胞菌；厭氧菌——腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌；此外，還有曲霉，毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌(放線菌)。

3.11降解含氮有機(jī)物的微生物：細(xì)菌——紫色桿菌,假單胞菌；放線菌——諾卡氏菌；真菌——氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病鐮刀霉)，木霉及擔(dān)子菌等。

4.微生物在水體富營養(yǎng)化防治上的作用

水體富營養(yǎng)化定義：水體從貧養(yǎng)湖向富養(yǎng)湖發(fā)展，主要是自然、緩慢的發(fā)展過程[6]。但由于某些自然因素，尤其是人類將富含氮、磷的城市生活污水和工業(yè)廢水排放入湖泊、河流、海洋，使上述水體的氮磷營養(yǎng)過剩，促使水體中藻類過量生長，使淡水水體發(fā)生“水華”，或稱“水花”，使海洋發(fā)生“赤潮”，造成水體富營養(yǎng)化，大量消耗水中的溶解氧，從而導(dǎo)致魚類等窒息和死亡[7]。

水體富營養(yǎng)化的污染源有：農(nóng)田化肥，牲畜糞便，污水灌溉，城鎮(zhèn)地表徑流，礦區(qū)地表徑流，大氣沉降，水體人工養(yǎng)殖等[8]。

而造成水體富營養(yǎng)化的氮磷的來源主要有兩方面：一是天然的，如從天然降水中接納氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，從地表土壤的侵蝕和淋溶中得到氮磷物質(zhì)；二是人為的，如城市中人們排放出的含有大量氮磷營養(yǎng)物質(zhì)的生活污水進(jìn)入水體，農(nóng)業(yè)施用化學(xué)肥料和牲畜糞便經(jīng)雨水沖刷和滲透，最終進(jìn)入水體[9]。

對于水體富營養(yǎng)化的防治運(yùn)用到微生物方面的則有：從源頭著手對污水進(jìn)行深度處理即脫氮除磷。城市污水的二級處理主要去除的是污水中的SS和BOD物質(zhì)，但出水中的N、P含量仍然較高。如TN≥11mg/l、NH3-N≥6mg/l。脫氮的方法有化學(xué)法和生物法。生物法脫氮的主要原理是利用好氧將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，然后在缺氧的條件下進(jìn)行生物反硝化將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂偷趸?，從廢水中脫出，達(dá)到脫氮的目的。除磷的方法也有化學(xué)法和生物法兩種，化學(xué)法除磷是通過化學(xué)沉淀的方式，主要投加藥劑有氧化鈣(形成磷酸鈣)、硫酸鋁、氯化鐵等，化學(xué)法除磷效90%左右；生物率可達(dá)法除磷的主要原理是細(xì)菌在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)過量吸收磷(以多聚磷酸鹽形式儲存在細(xì)胞內(nèi))，而當(dāng)細(xì)菌處于厭氧狀態(tài)時(shí)其細(xì)胞中的磷又釋放出來，如此反復(fù)從而將污水中的磷轉(zhuǎn)化到污水廠每天排放的剩余污泥中。磷的去除是借助于污泥的排放而實(shí)現(xiàn)的[10]。

另可使用化學(xué)殺藻劑：硫酸銅、硫酸汞等。

還可使用生物殺藻劑：細(xì)菌、真菌、病毒等[11]。

總結(jié)：“流水不腐，戶樞不蠹?！鼻f年來水正是由于它所具有的自凈作用而長保其純凈本色。可是工業(yè)革命至今不過短短百十年，全世界幾乎所有的水都遭到了污染，有的只是污染程度上的差別而已，甚至連南極的冰川之中最近也被查出有農(nóng)藥DDT的殘留，這自然是我們?nèi)祟愃荒芡泼摳上档挠忠恢诃h(huán)境的“功勞”了?，F(xiàn)有的水體依靠其本身的微生物資源的自凈速率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上水體正在遭受污染的速度了，我們作為環(huán)境工程系在讀的本科生，有沒有想過利用新添加的微生物來加速水體自凈呢？正如土壤的生物修復(fù)那樣，利用人為投加的目的菌株亦或是用特異構(gòu)建的降解功能菌來改善。也許在前人的努力下，這早已不再僅是停留在了理論之上，但是怎樣來尋找到更低能耗的材料卻更高效地去實(shí)現(xiàn)水體自凈的目的卻是我們應(yīng)當(dāng)為之思考，為之努力，為之奮斗的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]周群英,高廷耀編著,環(huán)境工程微生物學(xué),高等教育出版社,北京,1988

[2]顧夏聲,李獻(xiàn)文,竺建榮編,水處理微生物學(xué),中國建筑工業(yè)出版社,北京,1988

[3]潘偉明,微生物在水體自凈中的作用,食品伙伴網(wǎng),

http://www.foodmate.net/lesson/hjwshw/w7-1.ppt；

[4]徐亞同編著,廢水中氮磷的處理,華東師范大學(xué)出版社,上海,1996

[5]王家玲編著,環(huán)境微生物學(xué),高等教育出版社,北京,1988

[6]周群英,高廷耀編著,環(huán)境工程微生物學(xué)(第二版), 高等教育出版社,北京,2000

[7]佚名,“赤潮”與水體富營養(yǎng)化,我愛化學(xué)網(wǎng),

http://www.52hx.net/article/Article_Print.asp?ArticleID=158；

[8]金嵐,水體富營養(yǎng)化的機(jī)理,中國水網(wǎng)，

http://www.chinawater.net/center/bbs_view.asp?kind=19&id=73556；

[9]金相燦,劉鴻亮主編,中國湖泊富營養(yǎng)化,高等教育出版社,北京,1988；

[10]劉延華,馮生華,用先進(jìn)的除磷脫氮技術(shù)治理富營養(yǎng)化,中國知網(wǎng),

http://202.121.62.140/kns50/scdbsearch/scdetail.aspx?QueryID=12&CurRec=3

[11]佚名,水體富營養(yǎng)化,環(huán)境教育網(wǎng)，

http://courseware.ecnudec.com/zsb/zdl/hjwsw/6/2.doc。