第五章-微生物修复.优秀PPT.ppt

第五章第五章 微生物在环保中的作用微生物在环保中的作用第一第一节微生物修复技微生物修复技术其次其次节微生物与化学微生物与化学污染物染物间的相互关系的相互关系第三第三节微生物在微生物在废水水处理中的作用理中的作用 themegallery Company Logo第一节第一节微生物修复技术微生物修复技术微生物修复是指微生物将土壤、地下水和海洋中的有毒有微生物修复是指微生物将土壤、地下水和海洋中的有毒有害物质害物质“就地就地”降解成二氧化碳和水，转化为无毒、无害降解成二氧化碳和水，转化为无毒、无害物质的方法。事实上，大多数环境中都存在着自然微生物物质的方法。事实上，大多数环境中都存在着自然微生物降解净化有毒有害污染物质的过程，只是自然条件下的微降解净化有毒有害污染物质的过程，只是自然条件下的微生物净化速度比较慢，因此能够被广泛应用到环境爱护当生物净化速度比较慢，因此能够被广泛应用到环境爱护当中。中。微生物修复大多都是在人为的条件下进行的，通过供应氧微生物修复大多都是在人为的条件下进行的，通过供应氧气，添加各类养分物质，接种经过驯化培育的高效菌株等气，添加各类养分物质，接种经过驯化培育的高效菌株等强化修复过程，快速去除污染物质，这就是微生物修复的强化修复过程，快速去除污染物质，这就是微生物修复的基本原理。基本原理。生物修复与化学、物理修复相比，具有下列优点：生物修复与化学、物理修复相比，具有下列优点：（1）修复时间较短；）修复时间较短；（2）原位修复的方式可使污染物在原地被降解清除，可使）原位修复的方式可使污染物在原地被降解清除，可使污染场所的干扰和破坏达到最小；污染场所的干扰和破坏达到最小；（3）操作简便，对四周环境干扰较小；）操作简便，对四周环境干扰较小；（4）设施简洁，降解过程快速，费用低，仅为物理化学修）设施简洁，降解过程快速，费用低，仅为物理化学修复的一半以下；复的一半以下；（5）可以在现场进行，操作者与污染物干脆接触机会减）可以在现场进行，操作者与污染物干脆接触机会减少，不会对人产生危害；少，不会对人产生危害；（6）不会产生二次污染，永久性的消退污染物和长期的隐）不会产生二次污染，永久性的消退污染物和长期的隐患。因此，生物修复被认为是最有发展前景的技患。因此，生物修复被认为是最有发展前景的技术。术。生物修复技术也存在不足：（1）条件苛刻，生物修复是一种科技含量较高的处理方法，其处理方法必需符合污染场地的特殊条件.（2）有些污染物经微生物降解后其产物的毒性和移动性均比原化合物有所增加.一、微生物修复技术的分类一、微生物修复技术的分类污污染染地地区区的的微微生生物物修修复复技技术术一一般般分分为为原原位位生生物物修修复复、异位生物修复、原位异位生物修复、原位异位联合的生物修复技术。异位联合的生物修复技术。1.原位生物修复技术原位生物修复技术原位生物修复是指对受污染的介质不进行搬运或输原位生物修复是指对受污染的介质不进行搬运或输送，而在原位或易残留的部位进行的生物修复处理。送，而在原位或易残留的部位进行的生物修复处理。原位修复技术主要取决于被污染土壤的自身微生物原位修复技术主要取决于被污染土壤的自身微生物的自然降解实力、人为创建的降解条件、促进微生的自然降解实力、人为创建的降解条件、促进微生物生长繁殖的条件，如供应物生长繁殖的条件，如供应N、P等养分物、氧气、等养分物、氧气、菌株等。为了加速降解进程有时也加入经驯化和培菌株等。为了加速降解进程有时也加入经驯化和培育的微生物。育的微生物。原位生物修复包括以下几种方法原位生物修复包括以下几种方法:（1）投菌法）投菌法（2）生物通风法）生物通风法（3）地耕法）地耕法（4）生物注气法）生物注气法（5）生物扩增法）生物扩增法（6）生物冲淋法）生物冲淋法（1）投菌法）投菌法干脆向受到污染的土壤或水域介入经过人为干脆向受到污染的土壤或水域介入经过人为驯化和培育的微生物以及商品化的适宜微驯化和培育的微生物以及商品化的适宜微生物菌剂，同时供应这些微生物生长所需生物菌剂，同时供应这些微生物生长所需的养分，包括大量元素的养分，包括大量元素(氮、磷、硫、钙、氮、磷、硫、钙、钾、镁、铁、锰等钾、镁、铁、锰等)和微量元素。和微量元素。（2）生物通风法）生物通风法生物通气法（生物通气法（bioventing)是一种强迫氧化的生物降解方法。是指向土壤是一种强迫氧化的生物降解方法。是指向土壤含水层以上的土层中通入空气或氧气，为好氧微生物供应最终电子受体，含水层以上的土层中通入空气或氧气，为好氧微生物供应最终电子受体，促进污染物生物降解的技术。促进污染物生物降解的技术。生物通气法的具体措施是向地下水位以上的土层中打两口以上的通气井，生物通气法的具体措施是向地下水位以上的土层中打两口以上的通气井，用鼓风机和抽真空机将空气强行排入土壤中，然后抽出，土壤中挥发性用鼓风机和抽真空机将空气强行排入土壤中，然后抽出，土壤中挥发性的污染物也随之去除。在通入空气时，通过加入适量的氨气为土壤中的的污染物也随之去除。在通入空气时，通过加入适量的氨气为土壤中的降解菌供应氮素养分，可以促进微生物降解活力的提高。降解菌供应氮素养分，可以促进微生物降解活力的提高。土壤的结构和类型干脆影响着生物通气法的修复效率，不合适的土壤结土壤的结构和类型干脆影响着生物通气法的修复效率，不合适的土壤结构会使氧气和养分元素在到达污染区域之前就被消耗。因此生物通气法构会使氧气和养分元素在到达污染区域之前就被消耗。因此生物通气法只适用于具有多孔结构的土壤污染修复。生物通风法设备费用低，运行只适用于具有多孔结构的土壤污染修复。生物通风法设备费用低，运行维护费用也低，是一种很好的生物修复方法。维护费用也低，是一种很好的生物修复方法。（3）地耕法）地耕法地耕法地耕法(landfarming)就是通过翻耕土壤，在土壤中混就是通过翻耕土壤，在土壤中混匀并且充入氧气，提高土壤的通透性，创建污染物被氧匀并且充入氧气，提高土壤的通透性，创建污染物被氧化的条件，投加肥料、调整土壤湿度及酸碱度等，从而化的条件，投加肥料、调整土壤湿度及酸碱度等，从而为微生物的生存供应良好环境条件，并确保生物降解在为微生物的生存供应良好环境条件，并确保生物降解在不同土壤层面上都能发生，使污染物能较好的清除的方不同土壤层面上都能发生，使污染物能较好的清除的方法。法。这种方法的优点是结合农业措施，操作简洁，经济易行，这种方法的优点是结合农业措施，操作简洁，经济易行，但污染物有可能从处理地被转移。一般在污染土层较浅、但污染物有可能从处理地被转移。一般在污染土层较浅、通透性较差、污染物较易被降解的状况下可以接受这种通透性较差、污染物较易被降解的状况下可以接受这种方法。方法。（4）生物注气法）生物注气法 生物注气法（biosparging)是指将加压后的空气压入地下水位以下土层中，气流使化合物进入水分不饱和层并进行挥发和降解，同时水分饱和层也得到氧气，有利于污染物降解的一种生物降解方法。这种方法供应了足够的溶解氧，扩大了生物降解的面积，使水分饱和层和不饱和层的土著微生物均能发挥作用。生物注气法适于处理受挥发性有机物污染的地下水及上层土壤，在常温下空气注入可溶解的氧质量浓度达到812mg/L，是最简洁、最经济的形式。纯氧和臭氧注入可使溶解氧浓度达到4050mg/L，但成本很高，一般较少接受。（5）生物扩增法）生物扩增法生物扩增法生物扩增法(bioaugmentation)是指通过变更微是指通过变更微生物的养分状态（生物的养分状态（N、P）等，提高土著或外源）等，提高土著或外源微生物的代谢实力，进而使有机污染物的降解微生物的代谢实力，进而使有机污染物的降解效率显著提高的一种降解方法。对于一些不易效率显著提高的一种降解方法。对于一些不易降解的有机污染物，通常须要引入具有高效分降解的有机污染物，通常须要引入具有高效分解和利用实力的特定微生物。构建遗传工程菌解和利用实力的特定微生物。构建遗传工程菌可能是处理这类有机物的一种有效手段。可能是处理这类有机物的一种有效手段。（6）生物冲淋法）生物冲淋法生物冲淋法（生物冲淋法（bioflooding)是指通过注入井和注入沟将含是指通过注入井和注入沟将含有养分物和氧的水补充到亚表层，促进污染物降解的过程。有养分物和氧的水补充到亚表层，促进污染物降解的过程。生物冲淋法主要应用于各种石油烃类污染的修复中，其具生物冲淋法主要应用于各种石油烃类污染的修复中，其具体工程主要包括两组水井，一组是注水井，它的作用是将体工程主要包括两组水井，一组是注水井，它的作用是将各类接种的微生物、水、养分物和电子受体等物质注入土各类接种的微生物、水、养分物和电子受体等物质注入土壤；另一组是抽水井，通过液体流淌促进养分物质的运输，壤；另一组是抽水井，通过液体流淌促进养分物质的运输，保证足够的氧气。保证足够的氧气。生物冲淋法处理方法简洁，费用相对较低，其不足之处是生物冲淋法处理方法简洁，费用相对较低，其不足之处是处理时间较长，而且在微生物的修复过程中，污染物可能处理时间较长，而且在微生物的修复过程中，污染物可能会进一步扩散到较深层的土壤和地下水中。会进一步扩散到较深层的土壤和地下水中。2.异位生物修复技术异位生物修复技术异位生物修复是指被污染介质异位生物修复是指被污染介质(土壤、水体土壤、水体)搬动或输送搬动或输送至它处进行的生物修复过程。相对于原位生物修复而言，至它处进行的生物修复过程。相对于原位生物修复而言，更强调人为的限制和创建更适宜的生物降解环境。更强调人为的限制和创建更适宜的生物降解环境。异位生物修复的工程措施和根本方法一般可以接受土著异位生物修复的工程措施和根本方法一般可以接受土著微生物，也可以利用外加的降解微生物，这种处理方法微生物，也可以利用外加的降解微生物，这种处理方法能更好的被限制、技术难度低，但成本较大。能更好的被限制、技术难度低，但成本较大。异位修复技术涵盖广泛，应用较多的为以下几种方法异位修复技术涵盖广泛，应用较多的为以下几种方法（1）预制床法）预制床法（2）堆肥法）堆肥法（3）堆层处理）堆层处理（4）厌氧反应器）厌氧反应器（5）生物反应器）生物反应器（1）预制床法）预制床法是一种用于土壤修复的特制生物床反应器，包括水及养是一种用于土壤修复的特制生物床反应器，包括水及养分物的喷淋系统、土壤底部的防渗衬层、渗滤液收集系分物的喷淋系统、土壤底部的防渗衬层、渗滤液收集系统及供气系统等。在不泄漏的平台上，铺上石子与沙子，统及供气系统等。在不泄漏的平台上，铺上石子与沙子，将污染土壤以将污染土壤以1530cm的厚度平铺其上，并加入适当的的厚度平铺其上，并加入适当的养分液和水，定期通入氧气并翻动土壤，以保证土壤中养分液和水，定期通入氧气并翻动土壤，以保证土壤中微生物生长的合适条件。处理过程中流出的渗滤液，回微生物生长的合适条件。处理过程中流出的渗滤液，回灌于该土层上，以便彻底清除污染物。灌于该土层上，以便彻底清除污染物。（2）堆肥式处理）堆肥式处理在人工限制条件下，使有机废物发生生物稳定作用的过在人工限制条件下，使有机废物发生生物稳定作用的过程。处理时干脆掺入了能提高处理效果的支撑材料，如程。处理时干脆掺入了能提高处理效果的支撑材料，如木屑、稻草、粪肥、泥炭、树皮等易堆腐物质，运用机木屑、稻草、粪肥、泥炭、树皮等易堆腐物质，运用机械翻动或压气系统充氧，并补充氮和磷以及其他无机盐，械翻动或压气系统充氧，并补充氮和磷以及其他无机盐，同时调整好同时调整好pH值和通气条件，使微生物的降解活性大值和通气条件，使微生物的降解活性大大提高。经过一段时间的发酵处理，大部分污染物被降大提高。经过一段时间的发酵处理，大部分污染物被降解，标记着堆肥的完成，经处理消退污染后的土壤可返解，标记着堆肥的完成，经处理消退污染后的土壤可返回原地或用于农业生产。回原地或用于农业生产。（3）堆层处理堆层处理是一种困难的生物修复技术，将受污染的土壤从污染地挖掘出来，防止污染物向地下水或更大的地域扩散，运输到一个经过处理的地点积累在不透水的衬层上，在堆放的土壤中设置通气管道，通入氧气或空气，以促进污染物的好氧降解。（4）生物反应器）生物反应器生物反应器是一种处理污染土壤的特殊反应器。反应器可建在污染现场或异地处理场地。通常为卧房鼓状、气提式，可分批培育或连续培育。处理时将污染土壤转移到生物反应器中，加入39倍的水充分混合使其呈泥浆状，同时加入各类养分物质，并在氧气存在的条件下猛烈搅拌，使微生物与底物充分接触，完成处理过程。（5）厌氧反应器）厌氧反应器大多数生物修复的方法都是在好氧的环境中进行的，事实上在厌氧的环境中进行的生物修复也是有很大潜力的。大量试验表明，厌氧处理对某些污染物如三硝基甲苯、多氯联苯(PCB)等的降解比好氧处理效果更好。现在已经有很多如厌氧生物反应器类的厌氧生物技术，但厌氧修复条件不太好限制，且厌氧修复过程中会产生一些毒性更大、更难降解的中间代谢产物。此外，厌氧发酵的终产物(H2S和CH4)也存在一些风险和毒性，因此其应用少于好氧处理。3.原位原位异位联合生物修复技术异位联合生物修复技术 原位原位异位联合的生物修复是指在实行原位生物修复异位联合的生物修复是指在实行原位生物修复时，若运用原位修复存在较大的困难，或者污染物的时，若运用原位修复存在较大的困难，或者污染物的浓度过高，甚至可能对生物产生毒害作用时，可接受浓度过高，甚至可能对生物产生毒害作用时，可接受一些协助手段，即将修复场所中的一部分污染物引出，一些协助手段，即将修复场所中的一部分污染物引出，然后将其移至到生物反应器或其它净化设施中进行净然后将其移至到生物反应器或其它净化设施中进行净化的技术，但是整个过程必需保证原位修复的基本特化的技术，但是整个过程必需保证原位修复的基本特性。性。目前探讨较为充分的主要有以下两种：目前探讨较为充分的主要有以下两种：（1）冲洗）冲洗-生物反应器法：用水充分的冲洗土壤中的污生物反应器法：用水充分的冲洗土壤中的污染物，并将含有该污染物的废水经回收系统转染物，并将含有该污染物的废水经回收系统转移移至生物反应器中，同时连续供应氧气、各类养至生物反应器中，同时连续供应氧气、各类养分分和降解菌等以清除污染物。和降解菌等以清除污染物。（2）土壤通气）土壤通气-堆制法：接受生物通气法去除污染土壤堆制法：接受生物通气法去除污染土壤中易挥发的有机污染物，然后再进行堆肥式处中易挥发的有机污染物，然后再进行堆肥式处理，清除难挥发的污染物。理，清除难挥发的污染物。二、微生物修复技术的影响因素二、微生物修复技术的影响因素1.微生物种群微生物种群2.污染物特性污染物特性3.氮源和磷源氮源和磷源4.其他影响因素其他影响因素1.微生物的种群微生物的种群污染地的微生物种群对生物修复技术起到了关键性的作污染地的微生物种群对生物修复技术起到了关键性的作用，在应用高效降解菌修复污染土壤时，修复的效果要用，在应用高效降解菌修复污染土壤时，修复的效果要取决于微生物在不同污染生态系统中的存活实力，其生取决于微生物在不同污染生态系统中的存活实力，其生长限制因素包括与其它微生物的竟争、土壤的养分条件长限制因素包括与其它微生物的竟争、土壤的养分条件等。等。2.污染物特性污染物特性污染物的化学性质和污染源的存在形式干脆影响生物修污染物的化学性质和污染源的存在形式干脆影响生物修复的效率。对于水中溶解度小或疏水性强的污染物，其复的效率。对于水中溶解度小或疏水性强的污染物，其表面活性剂可以促进污染物和微生物的接触机会，从而表面活性剂可以促进污染物和微生物的接触机会，从而提高污染物的微生物修复效率。提高污染物的微生物修复效率。3.氮源和磷源氮源和磷源适当添加各类养分物或变更污染土壤的适当添加各类养分物或变更污染土壤的C：N：P值对污染物的生物降解有很大的帮助。值对污染物的生物降解有很大的帮助。4.其他影响因素其他影响因素大量探讨表明，土壤湿度越大，其污染物的转化效率越高。但也有探讨表明，实际修复中，土壤湿度不宜太大，这是由于土壤湿度增加会使土壤空隙削减，进而阻挡氧气的传大量探讨表明，土壤湿度越大，其污染物的转化效率越高。但也有探讨表明，实际修复中，土壤湿度不宜太大，这是由于土壤湿度增加会使土壤空隙削减，进而阻挡氧气的传递。增加土壤湿度可以提高生物修复的活性，加快降解速度。递。增加土壤湿度可以提高生物修复的活性，加快降解速度。土壤通气量对降解也有确定影响。通气可为烃污染土壤中的微生物供应足够的电子受体，可保持土壤土壤通气量对降解也有确定影响。通气可为烃污染土壤中的微生物供应足够的电子受体，可保持土壤pH值稳定，从而促进了微生物的生物活性，强化了它们对污染物的氧化降值稳定，从而促进了微生物的生物活性，强化了它们对污染物的氧化降解作用。解作用。其次节其次节微生物与化学污染物间的相互关微生物与化学污染物间的相互关系系一、污染物的种类以及对环境的危害一、污染物的种类以及对环境的危害二、环境污染物对微生物的作用二、环境污染物对微生物的作用三、微生物对化学污染物的转化和降解三、微生物对化学污染物的转化和降解一、污染物的种类以及对环境的危害一、污染物的种类以及对环境的危害按按污污染染物物的的性性质质可可分分为为物物理理污污染染物物、化化学学污污染染物物和和生生物物污污染染物物；化化学学性性污污染染物物的的种种类类极极其其繁繁多多，目目前前人人们们运运用用的化学物质有的化学物质有1010万多种。万多种。化化学学污污染染物物是是造造成成环环境境污污染染的的主主要要缘缘由由，由由于于化化学学性性污污染染物物毒毒性性大大、分分布布广广、排排放放量量大大，对对人人体体健健康康和和生生态态构构成成了了很很大大的的威威逼逼。化化学学污污染染物物又又可可分分为为有有机机污污染染物物和和无无机污染物。机污染物。1.有机污染物对环境的危害有机污染物对环境的危害有机污染物是指进入并污染环境的有机化合物。有机污染物是指进入并污染环境的有机化合物。按其来源可分为自然有机污染物和人工合成按其来源可分为自然有机污染物和人工合成有机污染物。有机污染物。自然有机污染物主要是指自然条件下或生物体自然有机污染物主要是指自然条件下或生物体代谢所产生的各种有害于人体健康、环境爱代谢所产生的各种有害于人体健康、环境爱护等方面的有机化合物，如黄曲霉素、氨基护等方面的有机化合物，如黄曲霉素、氨基甲酸乙酯、麦角等。甲酸乙酯、麦角等。人工合成有机化合物占人工合成有机化合物占6万种以上，指由现代化万种以上，指由现代化工业生产的各类有机合成物，如染料、洗涤工业生产的各类有机合成物，如染料、洗涤剂、塑料、农药、汽油添加剂、有机溶剂等。剂、塑料、农药、汽油添加剂、有机溶剂等。有机化合物多数能在环境中被降解成简洁无机有机化合物多数能在环境中被降解成简洁无机物，其降解产物有的对人类有害、有毒，甚物，其降解产物有的对人类有害、有毒，甚至致癌。至致癌。2.石油类污染物对环境的危害石油类污染物对环境的危害随着经济的发展，人类对能源的需求越来越多，各国随着经济的发展，人类对能源的需求越来越多，各国都加快了对石油资源的开发利用，从沙漠到海洋、都加快了对石油资源的开发利用，从沙漠到海洋、从无人区到人口稠密区，越来越多的油气井出现从无人区到人口稠密区，越来越多的油气井出现在全球各地。在全球各地。石油是由上千种化学性质不同的物质组成的困难混合石油是由上千种化学性质不同的物质组成的困难混合物，主要包括饱和烃、芳香烃类化合物、沥青质、物，主要包括饱和烃、芳香烃类化合物、沥青质、树脂类等。树脂类等。石油的开采、冶炼、运用和运输过程中会出现遗漏现石油的开采、冶炼、运用和运输过程中会出现遗漏现象，含油废水的排放、浇灌、各种石油制品的挥象，含油废水的排放、浇灌、各种石油制品的挥发、不完全燃烧物飘落等引起一系列石油污染问发、不完全燃烧物飘落等引起一系列石油污染问题。石油及石油产品会严峻污染环境。题。石油及石油产品会严峻污染环境。（1）土壤污染土壤污染（2）水体污染）水体污染石油及石油产品对水体的污染主要有海洋、江河石油及石油产品对水体的污染主要有海洋、江河湖泊、地下水污染。石油的开采、储运、炼制湖泊、地下水污染。石油的开采、储运、炼制和运用过程中，排出的废油和含油废水，致使和运用过程中，排出的废油和含油废水，致使水体遭遇油污染。水体遭遇油污染。据估计，全球石油总储量为据估计，全球石油总储量为3000亿吨，而海底亿吨，而海底石油将近石油将近1000亿吨，占总储量的亿吨，占总储量的1/3。现在。现在全世界有将近全世界有将近40的石油来自海底。的石油来自海底。目前有目前有70多个国家正在进行海上石油勘探，其多个国家正在进行海上石油勘探，其中有中有23个国家正在进行海上油气生产。海底个国家正在进行海上油气生产。海底油田的开发，特殊是油井井喷把大量石油喷入油田的开发，特殊是油井井喷把大量石油喷入海洋，造成特别严峻的海洋污染。海洋石油污海洋，造成特别严峻的海洋污染。海洋石油污染危害是多方面的，石油进入海洋，形成大片染危害是多方面的，石油进入海洋，形成大片油膜。这层油膜将海水与大气隔开，阻碍空气油膜。这层油膜将海水与大气隔开，阻碍空气中的氧溶解到海水中去，使水中的氧削减。中的氧溶解到海水中去，使水中的氧削减。o阿拉斯加阿拉斯加“瓦尔迪兹瓦尔迪兹”号油轮石油泄漏事务号油轮石油泄漏事务(1989)墨西哥湾石油泄漏（墨西哥湾石油泄漏（2010）大连石油泄漏大连石油泄漏（2010）（3）空气污染）空气污染石油的燃烧产生的二氧化硫和三氧化硫会严峻石油的燃烧产生的二氧化硫和三氧化硫会严峻污染大气。污染大气。硫氧化物对人体的危害主要是刺激人的呼吸系硫氧化物对人体的危害主要是刺激人的呼吸系统。吸人后诱发慢性呼吸道疾病，甚至引起统。吸人后诱发慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水肿和肺心性疾病。假如大气中同时有颗肺水肿和肺心性疾病。假如大气中同时有颗粒物质存在，颗粒物质吸附了高浓度的硫氧粒物质存在，颗粒物质吸附了高浓度的硫氧化物、可以进入肺的深部，就会大大地加大化物、可以进入肺的深部，就会大大地加大危害程度。危害程度。石油燃烧产生的氮氧化物和硫氧化物在高空中石油燃烧产生的氮氧化物和硫氧化物在高空中为雨雪冲刷，把雨转变成酸雨；这些酸性气为雨雪冲刷，把雨转变成酸雨；这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子，体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子，会严峻污染土壤以及水体，造成生态的失衡。会严峻污染土壤以及水体，造成生态的失衡。污染大气的碳氢化合物主要是由于广泛应用污染大气的碳氢化合物主要是由于广泛应用石油、自然气作为燃料而造成的。石油、自然气作为燃料而造成的。3.水中的污染物的危害水中的污染物的危害（1）氨氮）氨氮（2）石油类水污染物）石油类水污染物（3）酚类物质）酚类物质（4）汞及其化合物）汞及其化合物（5）氰化物）氰化物（6）化学耗氧量（）化学耗氧量（COD）（7）生化需氧量）生化需氧量(BOD)二、环境污染物对微生物的作用二、环境污染物对微生物的作用现代工业一方面给人们的生活带来便利及舒适，但另一现代工业一方面给人们的生活带来便利及舒适，但另一方面不行避开地影响着环境及环境中的微生物。例如，为了方面不行避开地影响着环境及环境中的微生物。例如，为了追求粮食高产，现在世界各国都大量运用化肥和各类杀虫剂、追求粮食高产，现在世界各国都大量运用化肥和各类杀虫剂、除草剂，而化肥和农药的大量运用就简洁变更土壤理化性质，除草剂，而化肥和农药的大量运用就简洁变更土壤理化性质，造成土壤微生物群落的变更，严峻的可导致土壤板结，使土造成土壤微生物群落的变更，严峻的可导致土壤板结，使土壤肥力降低。而农药通常不仅杀死有害昆虫，对于一些有益壤肥力降低。而农药通常不仅杀死有害昆虫，对于一些有益的生物也有害处。而且有的农药极难被降解，在环境中的残的生物也有害处。而且有的农药极难被降解，在环境中的残留时间很长，造成一代代积累，对环境造成极大的破坏。下留时间很长，造成一代代积累，对环境造成极大的破坏。下面简洁介绍一下两大类污染物对微生物的影响作用。面简洁介绍一下两大类污染物对微生物的影响作用。土壤微生物在土壤生态系统物质循环与养分转化过程中起着特别重要的作用。重金属超过确定浓度时，会抑制土壤微生物的生长、繁殖、损害呼吸作土壤微生物在土壤生态系统物质循环与养分转化过程中起着特别重要的作用。重金属超过确定浓度时，会抑制土壤微生物的生长、繁殖、损害呼吸作用、使细胞形态异样、甚至使细胞裂解。另外，微生物生长动力学、抗生素活性、孢子萌发、孢子形成、光合作用、转录、翻译、微生物与植用、使细胞形态异样、甚至使细胞裂解。另外，微生物生长动力学、抗生素活性、孢子萌发、孢子形成、光合作用、转录、翻译、微生物与植物、微生物之间都会受到重金属的影响。物、微生物之间都会受到重金属的影响。例如，例如，Mn2+在较高浓度时严峻抑制微生物对在较高浓度时严峻抑制微生物对NH4+的同化，当土壤中的同化，当土壤中As、Cr、Cu、Pb、Ni等重金属总量达到确定浓度时，土壤微生物生物量仅为比等重金属总量达到确定浓度时，土壤微生物生物量仅为比照的照的32%，细菌和真菌生物量分别较比照下降，细菌和真菌生物量分别较比照下降29%和和45%。重金属对微生物的毒性受到环境中很多因素的影响：重金属对微生物的毒性受到环境中很多因素的影响：opH，在酸性条件下铅对番茄蔫萎座镰孢霉孢子和菌丝的毒性随，在酸性条件下铅对番茄蔫萎座镰孢霉孢子和菌丝的毒性随pH值的增大而增大。值的增大而增大。o土壤的成分，黏土可以降低重金属对微生物的毒性作用，这是土壤的成分，黏土可以降低重金属对微生物的毒性作用，这是由于黏土中的阳离子可以与重金属起置换反应，粘土可以从溶由于黏土中的阳离子可以与重金属起置换反应，粘土可以从溶液中去除有毒离子。从而削减了微生物对重金属的吸附和摄取。液中去除有毒离子。从而削减了微生物对重金属的吸附和摄取。o可溶性有机物，如酵母膏、半胱氨酸、琥珀酸等可以降低重金可溶性有机物，如酵母膏、半胱氨酸、琥珀酸等可以降低重金属的毒性。属的毒性。o络合物，如天冬氨酸、柠檬酸等络合物可以消退重金属对微生络合物，如天冬氨酸、柠檬酸等络合物可以消退重金属对微生物的致死作用。物的致死作用。2.有机污染物对微生物的毒性有机污染物对微生物的毒性有机污染物对微生物的毒害作用主要表现在以有机污染物对微生物的毒害作用主要表现在以下几个方面的作用：下几个方面的作用：（1）造成微生物细胞的裂解，使细胞释放出来；）造成微生物细胞的裂解，使细胞释放出来；（2）破坏微生物细胞的能量代谢作用，使其代）破坏微生物细胞的能量代谢作用，使其代谢功能下降，或者丢失谢功能下降，或者丢失某种代谢实力；某种代谢实力；（3）抑制微生物细胞各种酶的活性，使其不能）抑制微生物细胞各种酶的活性，使其不能合成自身所须要的物合成自身所须要的物质，最终导致微生物死亡；质，最终导致微生物死亡；（4）作为蛋白质变性剂使微生物细胞中的蛋白）作为蛋白质变性剂使微生物细胞中的蛋白质发生变性而死亡；质发生变性而死亡；（5）破坏微生物细胞中金属蛋白和金属酶的功）破坏微生物细胞中金属蛋白和金属酶的功能，或者破坏微生物细能，或者破坏微生物细胞的遗传物质，使其遗传物质不能更胞的遗传物质，使其遗传物质不能更好的表达；好的表达；（6）抑制微生物细胞合成功能蛋白等等。）抑制微生物细胞合成功能蛋白等等。三、微生物对化学污染物的转化和降解三、微生物对化学污染物的转化和降解o化化学学污污染染物物被被释释放放到到环环境境中中的的时时间间是是特特别别短短暂暂的的，微微生生物物与与之之相相互互作作用用的的时时间间也也更更短短暂暂。但但是是农农药药等等生生物物外外源源性性物物质质的的广广泛泛运运用用和和对对环环境境的的污污染染，增增加加了了微微生生物物生生存存环环境境中中的的不不利利因因素素，就就是是增增加加微微生生物物进进化化的的选选择择压压力力。这这起起到到了了促促进进微微生生物物的的物物种种发发生生变变更更和和进进化化的的作作用用，微微生生物物只只有有发发生生了了对对其其本本身身存存活有利的突变（如抗药性、转化实力、降解活性），才能接着存在于自然界中。活有利的突变（如抗药性、转化实力、降解活性），才能接着存在于自然界中。微生物对生物外源性物质的转化主要分为下面几种形式微生物对生物外源性物质的转化主要分为下面几种形式脱卤作用：主要是脱氯作用，如农药脱卤作用：主要是脱氯作用，如农药DDT的脱氯；的脱氯；还原作用：将生物外源性物质上的取代基，特殊是硝还原作用：将生物外源性物质上的取代基，特殊是硝基，基，进行还原；进行还原；水合反应：如对有机氰或氰化物的水合反应，形成没水合反应：如对有机氰或氰化物的水合反应，形成没有毒有毒性的含氮有机物。性的含氮有机物。微生物除了可以转化生物外源性物质外，还可以把它们微生物除了可以转化生物外源性物质外，还可以把它们分解掉。有些生物外源性物质可以被彻底降解，即变分解掉。有些生物外源性物质可以被彻底降解，即变成水和二成水和二化碳等无毒无害的元素。化碳等无毒无害的元素。o外源性物质的降解过程须要很多种微生物的协同作用外源性物质的降解过程须要很多种微生物的协同作用才能彻底完成。有些微生物在降解生物外源性物质时，才能彻底完成。有些微生物在降解生物外源性物质时，要给微生物另外供应对它们生长繁殖所须要的养分物要给微生物另外供应对它们生长繁殖所须要的养分物质，因为这些生物外源性物质的降解产物并不能成为质，因为这些生物外源性物质的降解产物并不能成为该微生物生长繁殖所需的碳源和能源。在微生物生态该微生物生长繁殖所需的碳源和能源。在微生物生态学中，我们把这种状况叫做共代谢作用学中，我们把这种状况叫做共代谢作用。o此类化合物的典型代表有多氯酚（此类化合物的典型代表有多氯酚（PCP）和多氯联苯（）和多氯联苯（PCB）类化合物。）类化合物。o尽管这类污染物很难降解，但微生物学家还是找到了很多可以降解它们的微生尽管这类污染物很难降解，但微生物学家还是找到了很多可以降解它们的微生物。如黄杆菌可以降解五氯酚，不动杆菌可以降解物。如黄杆菌可以降解五氯酚，不动杆菌可以降解PCB。o微生物具有降解多氯二苯（微生物具有降解多氯二苯（PCBs）实力，并以）实力，并以2种方式降解种方式降解PCBs，一种是无机，一种是无机化降解，即在好氧或厌氧条件下，以化降解，即在好氧或厌氧条件下，以PCBs为能源或碳源，满足自身生长繁殖所为能源或碳源，满足自身生长繁殖所须要的养分条件；另一种是共代谢作用，即微生物生长代谢过程中以另外一种须要的养分条件；另一种是共代谢作用，即微生物生长代谢过程中以另外一种基质作为能源或碳源，同时将污染物进行转化。基质作为能源或碳源，同时将污染物进行转化。2.微生物对人工合成多聚物的降解微生物对人工合成多聚物的降解人工合成的多聚物种类很多，其典型代表是聚人工合成的多聚物种类很多，其典型代表是聚乙烯，我们日常运用的塑料等多以它们做原乙烯，我们日常运用的塑料等多以它们做原料。料。利用特定的微生物降解合成多聚物是解决此类利用特定的微生物降解合成多聚物是解决此类污染，特殊是土壤中已存在的污染物的有效污染，特殊是土壤中已存在的污染物的有效途径。途径。目前探讨发觉能降解聚乙烯的生物主要是真菌、目前探讨发觉能降解聚乙烯的生物主要是真菌、细菌、放线菌，但至今尚未发觉只催化聚乙细菌、放线菌，但至今尚未发觉只催化聚乙烯特定底物的酶，真菌主要可降解合成多聚烯特定底物的酶，真菌主要可降解合成多聚物，如聚乙烯醇、乙烯薄膜、聚乳酸薄膜等。物，如聚乙烯醇、乙烯薄膜、聚乳酸薄膜等。青霉能降解分子量很大的聚乙烯，并能使硝青霉能降解分子量很大的聚乙烯，并能使硝酸预处理氧化产生的酸预处理氧化产生的C-C键断裂；键断裂；有些链霉菌也能产生胞外水解酶在有些链霉菌也能产生胞外水解酶在3周内降解经周内降解经氧化预处理的聚乙烯。氧化预处理的聚乙烯。3.微生物对农药的降解微生物对农药的降解已经报到的能降解农药的微生物有细菌、真菌、已经报到的能降解农药的微生物有细菌、真菌、放线菌、藻类等，大部分都来自于土壤微生物。放线菌、藻类等，大部分都来自于土壤微生物。（1）细菌：能降解农药的细菌种类很多，例如）细菌：能降解农药的细菌种类很多，例如假单胞菌假单胞菌属、芽孢杆菌属、产碱杆菌属、属、芽孢杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、黄杆菌属、链球菌属、短杆菌属、硫杆菌属、链球菌属、短杆菌属、硫杆菌属、八叠球菌八叠球菌属等属等等。等。（2）真菌：降解农药的真菌有曲霉属、青霉属、）真菌：降解农药的真菌有曲霉属、青霉属、术霉属、镰刀菌属、交链菌属、术霉属、镰刀菌属、交链菌属、头孢菌属、头孢菌属、毛霉属、胶霉属、链孢霉属、根毛霉属、胶霉属、链孢霉属、根霉菌属等。霉菌属等。（3）放线菌：放线菌作为土壤中一大类微生物，所发觉）放线菌：放线菌作为土壤中一大类微生物，所发觉的降解微生物较少。放线菌降解农药的有链霉菌属、诺的降解微生物较少。放线菌降解农药的有链霉菌属、诺卡氏菌属、放线菌属、高温放线菌属等。卡氏菌属、放线菌属、高温放线菌属等。n从上表中可以看出，对土壤中农药有降解作用的微生物，从上表中可以看出，对土壤中农药有降解作用的微生物，主要以细菌和真菌为主，并且细菌多于真菌。所发觉的能主要以细菌和真菌为主，并且细菌多于真菌。所发觉的能降解农药的放线菌的种类较少。而有的菌种能同时降解多降解农药的放线菌的种类较少。而有的菌种能同时降解多种农药，典型代表为假单胞菌和芽孢杆菌等；有的不干脆种农药，典型代表为假单胞菌和芽孢杆菌等；有的不干脆降解农药，而是通过共代谢作用实现降解过程。细菌中主降解农药，而是通过共代谢作用实现降解过程。细菌中主要的降解菌为假单胞菌、黄杆菌、无色杆菌、产碱杆菌、要的降解菌为假单胞菌、黄杆菌、无色杆菌、产碱杆菌、芽孢杆菌等，真菌主要是霉菌，这些环境微生物对农药降芽孢杆菌等，真菌主要是霉菌，这些环境微生物对农药降解具有广谱活性，可降解多种农药，是构建工程菌较好的解具有广谱活性，可降解多种农药，是构建工程菌较好的微生物种源。微生物种源。4.微生物对重金属的生物修复微生物对重金属的生物修复重金属微生物修复的机理包括细胞代谢、表重金属微生物修复的机理包括细胞代谢、表面生物大分子吸取转运、生物吸附、空泡面生物大分子吸取转运、生物吸附、空泡吞饮、沉淀和氧化还原反应等。吞饮、沉淀和氧化还原反应等。微生物对土壤中重金属修复的影响主要体现微生物对土壤中重金属修复的影响主要体现在以下在以下4个方面：个方面：生物吸附和富集作用生物吸附和富集作用溶解和沉淀作用溶解和沉淀作用氧化还原作用氧化还原作用菌根真菌与土壤重金属的生物有效性关系。菌根真菌与土壤重金属的生物有效性关系。所谓生物吸附就是指微生物可通过带电荷的细胞表面吸附所谓生物吸附就是指微生物可通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，或通过摄取必要的养分元素主动吸取重金属重金属离子，或通过摄取必要的养分元素主动吸取重金属离子，将重金属离子富集在细胞表面或内部。离子，将重金属离子富集在细胞表面或内部。生物吸附的应用取决于生物吸附的应用取决于2个方面：即筛选具有专一吸附实力个方面：即筛选具有专一吸附实力的生物和降低培育生物的成本。的生物和降低培育生物的成本。最近在改进生物吸附方面的探讨包括：提高微生物吸附特最近在改进生物吸附方面的探讨包括：提高微生物吸附特定金属离子实力的方法；收集生物体及被吸附的金属等。定金属离子实力的方法；收集生物体及被吸附的金属等。微生物对重金属的微生物对重金属的溶解溶解主要是指微生物通过各种代谢主要是指微生物通过各种代谢活动产生大量的有机酸，这些酸可以将重金属溶解。活动产生大量的有机酸，这些酸可以将重金属溶解。有机酸包括甲酸、乙酸、丙酸等。有机酸包括甲酸、乙酸、丙酸等。真菌产生的有机酸大多为不挥发性酸，如柠檬酸、苹真菌产生的有机酸大多为不挥发性酸，如柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、延胡索酸和乳酸等。果酸、琥珀酸、延胡索酸和乳酸等。氧化还原作用氧化还原作用则是把重金属从毒性较高的价态转变则是把重金属从毒性较高的价态转变成为毒性较低的价态，从而解除了重金属的毒性。成