1、第三十四讲第三十四讲 微生物与环境保护微生物与环境保护环境中的主要污染物环境中的主要污染物环境污染：环境污染：指土壤或水体等生态结构和功能受外来有指土壤或水体等生态结构和功能受外来有害因素的破坏而失去了平衡，无法进行正常的物质循环害因素的破坏而失去了平衡，无法进行正常的物质循环的现象。的现象。例：土壤自净能力、水体自净能力的丧失。例：土壤自净能力、水体自净能力的丧失。无毒有机物无毒有机物 有毒有机物有毒有机物 无毒无机物无毒无机物 有毒无机物有毒无机物 环境通常具有一定的自净能力，对进入其中的生活废弃物、工业环境通常具有一定的自净能力，对进入其中的生活废弃物、工业“三废三废”及及农药残留物等有
2、害物质能进行一定的无害化，但有害物质大量排入环境中，超过农药残留物等有害物质能进行一定的无害化，但有害物质大量排入环境中，超过环境耐受能力，就会环境耐受能力，就会破坏了自然界的生态平衡，其结果造成环境污染。破坏了自然界的生态平衡，其结果造成环境污染。水体的富营养化：水体的富营养化：水体的富营养化：水体的富营养化：水中氮、磷等元素含量过高，引起水体表层的蓝细菌和藻类水中氮、磷等元素含量过高，引起水体表层的蓝细菌和藻类过量生长繁殖，引起淡水水体形成所谓的过量生长繁殖，引起淡水水体形成所谓的“水花水花”或或“水华水华”、河口、港湾或浅海等咸水区水体河口、港湾或浅海等咸水区水体“赤潮赤潮”现象。现象。
3、“水华水华”、“赤潮赤潮”等大面积水体污染一旦发生，很难治理，等大面积水体污染一旦发生，很难治理，预防是关键。预防是关键。藻类大量繁殖，死藻被微生物氧化降解，消耗水中氧气，藻类大量繁殖，死藻被微生物氧化降解，消耗水中氧气，使厌氧菌开始大量生长和代谢，分解含硫化合物，产生使厌氧菌开始大量生长和代谢，分解含硫化合物，产生H2S，从而导致水有难闻的气味，并由于缺氧引起鱼和好氧微生物的从而导致水有难闻的气味，并由于缺氧引起鱼和好氧微生物的死亡，最终引起水体出现大量沉淀物和颜色异常。死亡，最终引起水体出现大量沉淀物和颜色异常。微生物对污染物的降解与转化微生物对污染物的降解与转化微生物对无毒有机物的降解微
4、生物对无毒有机物的降解 微生物对有毒有机物的降解微生物对有毒有机物的降解 微生物对重金属的转化微生物对重金属的转化 生物降解（生物降解（biodegradation）：是微生物对物质（特）：是微生物对物质（特别是环境污染物）的分解作用。别是环境污染物）的分解作用。农药、石油、洗涤剂、多氯联苯、氰和腈等都可被相农药、石油、洗涤剂、多氯联苯、氰和腈等都可被相应种类的微生物所降解。应种类的微生物所降解。一、污水的微生物处理一、污水的微生物处理水体污染的表现：无法进行水的自净作用。污水的种类：生活污水 工业有机污水：屠宰、造纸、淀粉和发酵工业 工业有毒污水：如农药、炸药、石油化工、电镀、印染、制革等行
5、业 其它污水：医院有害物质的种类：农药、炸药、多氯联苯（PCB）、多环芳烃（致癌）酚、氰和丙烯腈等污水处理方法中，最关键、最有效和最常用的是微生物处理法。1、微生物处理污水的原理、微生物处理污水的原理 用微生物净化污水的过程，实质上就是在污水处理装置这用微生物净化污水的过程，实质上就是在污水处理装置这一小型人工生态系统内，利用不同生理、生化性能的微生物类一小型人工生态系统内，利用不同生理、生化性能的微生物类群间的协同作用而进行的一种物质循环过程群间的协同作用而进行的一种物质循环过程。当高当高BOD5的污水进入污水处理装置后，其中的自然微生物区系的污水进入污水处理装置后，其中的自然微生物区系在好
6、氧条件下，根据其中营养物质或有毒物质的情况，在客观上造在好氧条件下，根据其中营养物质或有毒物质的情况，在客观上造成了一个选择性的培养条件，并随着时间的推移，发生了微生物区成了一个选择性的培养条件，并随着时间的推移，发生了微生物区系有规律的更迭，从而使水中的有机物或毒物不断被降解、氧化、系有规律的更迭，从而使水中的有机物或毒物不断被降解、氧化、分解、转化或吸附沉降，进而达到去除污染物和沉降、分层的效果。分解、转化或吸附沉降，进而达到去除污染物和沉降、分层的效果。自然去除废气后的低自然去除废气后的低BOD5清水，可流入河道。而经好氧性微生清水，可流入河道。而经好氧性微生物处理后的废渣物处理后的废渣
7、活性污泥或生物膜的残余物，是比原来污水的活性污泥或生物膜的残余物，是比原来污水的BOD5更高的有机物，它们可通过厌氧处理（又称污泥消化或沼气更高的有机物，它们可通过厌氧处理（又称污泥消化或沼气发酵）而生产出有用的沼气和有机肥料。发酵）而生产出有用的沼气和有机肥料。BOD（生物氧化量）：（生物氧化量）：一般指在一般指在20下，下，1L污水中所含的有机物（主污水中所含的有机物（主要是有机碳源），在进行微生物氧化时，要是有机碳源），在进行微生物氧化时，5日内所日内所消耗的分子氧的毫克数。消耗的分子氧的毫克数。COD（化学需氧量（化学需氧量）：）：指使用强氧化剂使指使用强氧化剂使1L污水中的有机物质迅
8、污水中的有机物质迅速进行化学氧化时所消耗氧的毫克数。速进行化学氧化时所消耗氧的毫克数。2、污水处理中的特殊微生物、污水处理中的特殊微生物例如，已知的能分解例如，已知的能分解氰氰的微生物就有诺卡氏菌属、腐的微生物就有诺卡氏菌属、腐皮镰孢霉、木素木霉和假单胞菌属等皮镰孢霉、木素木霉和假单胞菌属等14个属的个属的49个种。个种。在自然界中，广泛存在着能分解特定污染物的微生物。在自然界中，广泛存在着能分解特定污染物的微生物。如：分解氰、丙烯腈、多氯联苯、多环芳烃类、炸如：分解氰、丙烯腈、多氯联苯、多环芳烃类、炸 药药成分、芳香族磺酸盐、聚乙烯醇，人工合成的杀虫剂、成分、芳香族磺酸盐、聚乙烯醇，人工合成
9、的杀虫剂、杀菌剂、除草剂等。杀菌剂、除草剂等。芳香族磺酸盐可被芳香族磺酸盐可被Pseudomonas putida（恶臭假单胞菌）（恶臭假单胞菌）所降解；所降解；1-苯基苯基-十一烷磺酸盐（十一烷磺酸盐（ABS）可被）可被Bacillus（芽（芽孢杆菌属）的菌种所降解。孢杆菌属）的菌种所降解。污水处理的装置很多，按其耗能程度或产能情况分：污水处理的装置很多，按其耗能程度或产能情况分：3、污水处理的方法和装置、污水处理的方法和装置（1）活性污泥法（）活性污泥法（activated sludge process）又称生化又称生化曝气法。此法最早由英人曝气法。此法最早由英人Ardern和和Locke
10、tt创建于创建于1914年。经多年。经多年修正、改进，至今该法一直是污水处理中的主要方法。年修正、改进，至今该法一直是污水处理中的主要方法。活性污泥活性污泥:是由污水中繁殖的大量好气性微生物与污水中的有机、是由污水中繁殖的大量好气性微生物与污水中的有机、无机固体物混凝交织在一起构成的絮状物。它具有很强的吸附、凝无机固体物混凝交织在一起构成的絮状物。它具有很强的吸附、凝聚和氧化分解污水中有机物和其它物质的能力。聚和氧化分解污水中有机物和其它物质的能力。活性污泥中以细菌活性污泥中以细菌和原生动物为主。和原生动物为主。活性污泥去除污水的能力是极高的，它对生活污水的活性污泥去除污水的能力是极高的，它对
11、生活污水的BOD5去去除率可达除率可达95左右，悬浮固体去除率也达左右，悬浮固体去除率也达95左右，对污水中左右，对污水中的病原细菌和病毒的去除率均很高。的病原细菌和病毒的去除率均很高。污水入口处污水入口处完全混合曝气法处理污水的装置完全混合曝气法处理污水的装置 为使对特殊污染物具有较强的分解效果，还应人为地补充一些有机氮源和磷素营养，并培育、接种入相应的优良分解微生物。如，接入某些镰孢霉属和诺卡氏菌属的一些菌种就能更好地分解氰化物；接入能生长在0.2酚溶液中的几种假单胞菌，例如，食酚假单胞菌和解酚假单胞菌，就能更好地分解污水中的酚。（2）氧化塘法（）氧化塘法（oxidationponds或或
12、lagoon）是近年来一种利用自然生态系统净化污水并具有良好是近年来一种利用自然生态系统净化污水并具有良好节能效果的方法。氧化塘是一个面积大、能接受阳光节能效果的方法。氧化塘是一个面积大、能接受阳光照射的浅池，污水从一端流入，从另一端溢流而出。照射的浅池，污水从一端流入，从另一端溢流而出。在氧化塘中存在着三种作用：在氧化塘中存在着三种作用：（1）有机物的好氧性分解和厌氧消化；前者主要由好）有机物的好氧性分解和厌氧消化；前者主要由好氧细菌进行，后者则主要由厌氧菌进行；氧细菌进行，后者则主要由厌氧菌进行；（2）光合作用：主要由藻类和水生植物进行；）光合作用：主要由藻类和水生植物进行；（3）藻类细胞
13、的消除：由各种动物进行。所以用氧化）藻类细胞的消除：由各种动物进行。所以用氧化塘法处理污水实际上是一个菌藻共生的生态系统。塘法处理污水实际上是一个菌藻共生的生态系统。滨洲污水处理厂滨洲污水处理厂 8万方万方/日日氧化塘法氧化塘法氧化塘的优点是投资少、设备简、操作容易，氧化塘的优点是投资少、设备简、操作容易，缺点是它所占据的土地面积大。缺点是它所占据的土地面积大。生物转盘法的基本生物转盘法的基本装置装置（3）生物膜法）生物膜法污水处理中，应注意的问题：污水处理中，应注意的问题：大量以活性污泥或脱落生物膜形式出现的废渣，必须加以进一步大量以活性污泥或脱落生物膜形式出现的废渣，必须加以进一步处理，否
14、则会形成处理，否则会形成“二次污染二次污染”；对一些对一些BOD5，超过，超过10000mgL的有机废水，如屠宰废水等的处的有机废水，如屠宰废水等的处理效果很差。理效果很差。用厌氧消化法即沼气发酵正好能克服上述三项困难，此外，还能产用厌氧消化法即沼气发酵正好能克服上述三项困难，此外，还能产生大量的生物能生大量的生物能沼气，化废为宝，因此近年来已受到各方面的沼气，化废为宝，因此近年来已受到各方面的重视。重视。（4）沼气发酵）沼气发酵沼气（生物气）：沼气（生物气）：是一种混合可燃气体。主要成分为甲是一种混合可燃气体。主要成分为甲烷，及少量烷，及少量H2、N2和和CO2。沼气发酵（甲烷形成）：沼气发酵（甲烷形成）：产甲烷菌在厌氧条件下，利用产甲烷菌在厌氧条件下，利用H2还原还原CO2等碳源营养物，以产生细胞物质、能量和等碳源营养物，以产生细胞物质、能量和代谢废物代谢废物CH4的过程。的过程。所谓沼气发酵，若按其生物化学本质来说，就是一种所谓沼气发酵，若按其生物化学本质来说，就是一种由产甲烷菌进行的甲烷形成过程。由产甲烷菌进行的甲烷形成过程。甲烷形成的三个阶段：水解阶段、产酸阶段、产气阶段甲烷形成的三个阶段：水解阶段、产酸阶段、产气阶段二、固体有机垃圾的微生物处理二、固体有机垃圾的微生物处理有机垃圾好氧处理反应器剖面图有机垃圾好氧处理反应器剖面图
