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水汙染修複過程手机电影生物技術的應用以及作用
瀏覽次數:942次 日期:2017-02-13

摘要:微生物技術修複水汙染以其效率高、成本低、無二次汙染等特點口益受到人們的重視。微生物在水體汙染治理中的作用主要表現在以下幾個方麵:水體汙染的微生物檢測,以及微生物製劑技術,生物膜法,生物柵修複挫術,生物吸附劑等方麵在治理水體汙染的作用本文簡述了微生物挫術在修複水體有毒有機物(多環芳烴類為代表)汙染、重金屬汙染以及富營養化治理工程中的研究成果及主要方法,提出了微生物修複研究中存在的問題並對今後的研究重點進行了展望

 

  水體汙染是指排入水體的汙染物在數量上超過了該物質在水體中的本底含量和水體的環境容量,從而導致水體的物理特征、化學特征和生物特征發生不良變化,破壞了水體固有的生態係統,近年來,隨著對環境資源開發利用力度的日益增加,過度開發造成的環境汙染也日益顯著,我們也為此付山了幾百倍於西方國家的環境代價,其中以水環境的汙染尤為突出,許多流域的水汙染負荷已遠遠超過了水環境的容量,這些汙染物主要來自於於工業廢水、農業廢水和生活汙水等,涉及到有毒有機汙染物、重金屬以及導致水體富營養化的氨、磷元素營養物質。傳統的水汙染治理方法主要為物理及化學方法,物化方法雖然具有一定的成效,但都存在著對環境幹擾大、運行成本高、容易產生二次汙染等缺點利用微生物來修複汙染水體可以最大程度地克服傳統物化方法的缺點,並且微生物資源豐富、實地操作性強,正日益成為水汙染修複的研究熱點。

1.微生物修複技術概述

  微生物修複技術是20世紀80年代以來出現和發展的治理環境汙染的微生物工程技術。它以微生物的代謝活動為基礎通過對有毒有害物質進行降解和轉化,修複受破壞的生態平衡以達到治理環境的目的。微生物修複的關鍵是能針對處理體係中的汙染物找到相應的高效降解菌株。在水汙染治理中.高效降解菌株既可以從長期汙染的水體或廢水生物裝置中篩選、分離、富集培養得到,也可以通過誘變、原生質體融合、基因工程等技術來構建。微生物修複作用若要有效、持續地運行,從菌種選育、劑型開發到處理工藝的選擇優化實施都非常重要。

2.微生物修複汙染水體的研究進展

2.1微生物修複有毒有機物汙染水體

    通常排放的工業廢水中常能檢測到包括多環芳烴、鹵代烴、雜環類化合物在內的各種有毒有機物,這些汙染物質的共同特點是毒性大、成份複雜、化學耗氧量高。盡管這類汙染物屬於難降解有機物,但已發現一些好氧及厭氧微生物能夠通過不同代謝途徑將其降解、礦化,這就為微生物修複有毒有機物汙染的水環境提供了可能。以多環芳烴(PAHs)為例,許多細菌、真菌、藻婁都具有降解轉化多環芳烴的能力,目前人們已分離出多種以多環芳烴為惟一碳源和能源的微生物,另外還發現一些絲狀真菌如白腐真菌、美麗小克銀漢黴菌

Cunninghmnella elegans)等能對四環以上的PAHs進行共代謝反應。一般來說,多環芳烴苯環數量越少,結構越簡單,就越容易被微生物降解共代謝作用可以提高微生物降解多環芳烴的效率,增大微生物對碳源和能源的利用範圍,使複雜的多環芳烴被降解的機會增大。尤其是利用各種微生物之間的各類共代謝作用進一步提高廢水的可降解性,但是共代謝工藝的過程調控非常困難,很難保證共代謝促進作用達到最佳的程度,而且處理後的產物複雜,在實際操作中依靠共代謝過程使有毒有機汙染物徹底降低到清潔水平的做法存在風險,微生物降解多環芳烴的一般途徑都需要氧氣的參與,通過產生加氧酶催化苯環裂解是PAHs降解的重要步驟。細菌降解多環芳烴的第步是產生雙加氧酶,通過加氧產生羥基化反應來斷開苯環多環芳烴苯環的降解豐要取決於微生物產生加氧酶的能力。有毒有機物的生物處理技術已經取得較快的發展,根據不同的水質,不同的微生物作用機理,形成了許多技術路線,包括其代謝技術、細胞固定化技術、好氧生物反應器技術、厭氧-膜生物反應器技術、厭氧水解酸化項處理技術等。每種技術路線都是針對如何最大限度提高有機廢水的可生化性以及如何提高有效微生物對底物的適應性和降解活性而設計的但是值得注意的是:篩選或構建的高效菌株引入水體後必須是對環境無害的,尤其是基因工程菌必須限製住個可控製的範圍內,而且微生物在降解汙染物的過程中不應產生比有機物母體毒性更大更不易分解的代謝物,必須考慮轉化產物對生態係統的安全性。

2.2微生物修複重金屬汙染水體

    國內外應用微生物技術修複重金屬汙染水體的實例很多,所用的生物資源也非常豐富,從細菌、放線菌到酵母菌、黴菌以及海操類等都有涉及,所進行的研究多是從篩選耐受菌株開始,進而研究其耐受機理。能耐受高濃度重金屬的微生物本身會仔在一種使細胞免受重金屬毒害的保護機製,而這種機製很可能就是微生物對重金屬所產生的作用方式。微生物對重金屬產生的作用方式有3類 一是吸附作用,微生物是一種特殊的離子交換劑,菌體細胞表麵存住著各種離子基因,能夠進行物理吸附和伴隨生化反應的生物吸附微生物吸附是一個複雜的過程,細胞表麵結構的差異決定了微生物吸附效果的差異,並且吸附力還會受到環境酸堿度、溫度、金屬離子的初始濃度以及共存離子的影響,二是絮凝作用,一些微生物能產生具有絮凝活性的代謝物,如些多糖類、蛋白質的高分子物質,這些物質含有多種官能團,分泌到細胞外能使水中的膠體懸浮物互相凝聚沉澱。到目前為止,已開發出的對重金屬離子有絮凝作用的生物有細菌、黴菌、放線菌、酵母菌和藻類等12個品種。三是產生生物化學反應,微生物通過產生氧化一還原,甲基化和去甲基化等生化反應將毒性重金屬離子轉化為無毒物質或沉澱,此過程與代謝和酶密切相關,硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學法,該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌(SBR)通過異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H.S,重金屬離子和H2S反應生成溶解度很低的金屬硫化物而被去除。

3微生物治理水體汙染的方法

3.1 水體汙染的微生物檢測

    傳統的生物監測以水蚤、藻類或魚類等為受試對象,實驗周期比較長,操作過程過於繁瑣,目前針對傳統檢測方法的不足,提出了新的生物毒性監測技術發光細菌法。發光細菌是一類含有熒光素、熒光酶、ATP等發光物質,在有氧條件下通過細胞內生化反應而產生微弱熒光,發光細菌在毒性物質的作用下,細胞活性下降,導致發光強度降低因此可以根據發光細菌發光強度的變化來快速判斷毒性物質的毒性大小。

3.2利用宏基因組學原理治理水體汙染

  宏基因組學主要研究從環境樣品獲得的基因組中所包含的微生物的遺傳組成及其群落功能,避免了傳統微生物學基於純培養研究的限製,為充分認識和開發利用未培養微生物並從完整的群落水平上認識微生物的活動提供了可能,對這些未培養微生物多樣性及群落功能的研究將大大擴散對生命的了解,應用宏基因組技術可以有效地從環境中分離新的基因發現化合物合成途徑和生物催化劑,用於各種複雜汙染物的處理,宏基因組技術獲得的微生物生態學信息可以住廢水處理的各種反應器係統、汙染物降解過程手机电影生物的作用和調控、富營養作用、營養物循環及微生物對環境和氣候相互作用的監測等研究中發揮重要作用。

3.3微生物製劑技術

  選育高效菌株製成為微生物複合製劑處理汙染水體。其過程以酶促反應為基礎,通過生物體內產生的具有催化功能的特殊蛋白質作為催化劑,淨化汙水、分解淤泥、消除惡臭。微生物製劑技術豐要優點足能迅速提高汙染介質中的微生物濃度,並可以在短期內提高汙染物的生物降解速率,另外生物反應通常條件溫和,投資省、費用少、消耗低,而且效果好、過程穩定、操作簡便。其缺點是要保持良好的水休改善效果,需根據水體變化情況,不斷投加,可作為水體生態修複過程中的輔助措施微生物製劑技術適合封閉緩流水體,在藻類大量爆發前使用,可彌補微生物製劑通常見效時間較長的缺點

3.4生物膜法處理技術

  將微生物群體附著於某些載體的表麵上呈膜狀,通過與汙水接觸,生物膜上的微生物攝取汙水中的有機物作為營養吸收並加以同化。生物膜具有固定細菌,對環境變化耐受能力強,降解效率高、產生汙泥少的特點。主要工藝方法有生物廊道、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法對十受有機物及氨氮輕度汙染水體有明顯的效果,日本、韓國等都有對江河大水體修複的工程實例。

3.5生物柵修複技術

  生物膜種為參與汙染物淨化的微生物、原生動物、小型浮遊動物等提供附著生長條件的設施生物柵修複技術是將生物膜技術與水生植物加以結合用以擴散大生物附著表麵積的一種新穎汙染淨化技術在曝氣的件下,微生物生存的基礎環境由原來的氣、液兩相轉變成氣、液、固三相,這種轉變為微生物創造了更豐富的存在形式,形成更為複雜的複合式生態係統

汙染水體流經時,懸浮物被填料和根係阻擋截留,有機質通過植物、生物膜的吸附及同化、異化作用而去除。

3.6投放微生物法

  最常投放的微生物有光合細菌(PSB)和高效微生物群(EM)。光合細菌能將富營養化水體中的磷吸收轉化、氮分解釋放、有機物迅速轉化為可被水生物吸收的營養物。光合細菌有

遊離態和固定化兩種,采用人工培養高密度光合細菌,通過一定的方法投入水體,可加速水體的物質循環,最終達到淨化水體的同的成都府南河綜合治理工程中,在疏浚底泥、人工曝氣的基礎上,曾用水麵潑灑法向水體投放PSB,同時放養一定數量的魚類,並在淺水區引種水生植物,重建了該水體的生態平衡高效微生物群菌是采用獨特的發酵工藝把經過仔細篩選出

的好氣性和兼氣性微生物加以混合後培養出的微生物群落,含有10個屆80多種微生物,其中主要的代表性微生物有光合細菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌4類各種微生物在其中生長過程中產生的有用物質及其分泌物質,成為微生物群體相互生長的基質和原料,通過相互間的共生關係,形成了一個複雜而穩定的微生物係統,發揮多種功能。例如福州市內河的治汙計劃,將投入320個裝有投放高效微生物群混合液的濾料網箱,並在底泥中注入高效微生物群菌的固體製劑,在河水和底泥中大量繁殖,以削減河水及底泥中的汙染物,消除水體惡臭,治理周期約2個月。

3.7微生物對水體重金屬的轉化機製和生物吸附劑治理重金屬水體汙染的作用

    微生物對重金屬離子具有一定的適應性,並在重金屬化台物環境中生長、代謝。其代謝產物或細胞自身的一些還原物將氧化態的毒性金屬離子還原為無毒性或低毒性的沉澱,通過微生物氧化還原以及甲基化去甲基化等作用實現重金屬離子價態之間的轉變及無機態和有機忿之間的轉化,實現有毒有害的金屬元素轉化為無毒或低毒賦存形態的重金屬離子或沉澱物,從而達到水體或生態環境的汙染治理目的生物吸附劑是利用些微生物如細菌、真菌、藻類對重金屬的吸附作用,並以這些微生物為主要原料通過明膠、纖維素、二氧化矽、海藻酸鹽、聚丙烯酰胺、二異氰酸苯酯、膠原、金屬氫氧化物沉澱等材料固定化顆粒製得生物吸附應用於重金屬廢水的淨化在工藝上是可行的,在技沭上更表現極大的優越性和競爭力,無論是從吸附性能、pH值適應範圍還星運行費用等方麵都優於其他方法。

4.微生物在治理水體汙染中的前景

  微生物因其多樣性,適應性強,在治理水體汙染中有很大的潛力,同此要大力開發微生物,研究其在治理水體汙染中的機理和作用,使其更好的為人類服務。





 
 
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