微生物对污染物的降解与转化

由于微生物代谢类型多样，所以自然界所有的有机物几乎都能被微生物降解与转化。随着工发展，许多人工合成的新的化合物，掺入到自然环境中，引起环境污染。微生物以其个体小、繁侠、适应性强、易变异等特点，可随环境变化，产生新的自发突变株，也可能通过形成诱导酶、生新的酶系，具备新的代谢功能以适应新的环境，从而降解和转化那些“陌生”的化合物。大事实证明微生物有着降解、转化物质的巨大潜力。

(一)环境中的主要污染物

    所谓污染物，是指人类在生产生活中，排人大气、水体或土壤内的能引起环境污染，并对人环境有不利影响的物质的总称。这些物质主要有农药、污泥、烃类、合成聚合物、重金属、放射性核素等。总体可归为无毒和有毒污染物2大类，前者如纤维素、淀粉等有机物和酸、碱等无机物，后者如苯酚、多氯联苯等有机毒物和氰化物、各种重金属等无机毒物。污染物对人类的危害是极其复杂的，有些污染物在短期内通过空气、水、食物链等多种媒介侵入人体，造成急性危。也有些污染物通过小剂量持续不断地侵人人体，经过相当长时间，才显露出对人体的慢性危害或远期危害，甚至影响到子孙后代的健康。

(二)微生物对农药等有毒污染物的降解

    农药是除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学制剂的总称。我国每年使用50多万吨农药，利用率只“10％。绝大部分残留在土壤中，有的被土壤吸附，有的经空气、江河传播扩散，引起大范围污染。目前的农药多是有机氯、有机磷、有机氮、有机硫农药，其中有机氯农药危害性最大。这些有毒化合物在自然界存留时间长、对人畜危害严重。实验证明，环境中农药的清除主要靠细菌、放线菌、真菌等微生物的作用，

    微生物降解农药的方式有2种，一种是以农药作为唯一碳源和能源，或作为唯一的氮源物质，此类农药能很快被微生物降解，如氟乐灵，这是一种新型除草剂，它可作为曲霉属的唯一碳源，所以很易被分解；另一种是通过共代谢作用，共代谢是指一些很难降解的有机物，虽不能作为微生物唯一碳源或能源被降解，但可通过微生物利用其他有机物作为碳源或能源的同时被降解的现象，如直肠梭菌降解666时需要有蛋白胨之类物质提供能量才能降解。微生物降解农药主要是通过脱卤作用、脱烃作用，对酰胺及脂的水解、氧化作用、还原作用及环裂解、缩合等方式把农药分子的一些化学基本结构改变而达到的。 

（三）重金属的转化

    环境污染中所说的重金属一般指汞、锅、铬、铅、砷、银、硒、锡等。微生物特别是细菌、真菌在重金属的生物转化中起重要作用。微生物可以改变重金属在环境中的存在状态，会使化学物毒性增强，引起严重环境问题，还可以浓缩重金属，并通过食物链积累。另一方面微生物直接和间接的作用也可以去除环境中的重金属，有助于改善环境。

    汞所造成的环境污染最早受到关注，汞的微生物转化及其环境意义具有代表性。汞的微生物转化包括三个方面无机汞的甲基化；有机汞还原成汞；甲基汞和其他有机汞化合物裂解并还原成汞。包括梭茵、脉胞菌、假单胞菌等和许多真菌在内的微生物具有甲基化汞的能力。能使无机汞和有机汞转化为单质汞的微生物也被称为抗汞微生物，包括铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌等。微生物的抗汞功能是由质粒控制的，编码有机汞裂解酶和无机汞还原酶的是mer操纵子。

    微生物对其他重金属也具有转化能力，硒、铅、锡、镐、砷、铝、镁、把、金、钝也可以甲基化转化。微生物虽然不能降解重金属，但通过对重金属的转化作用，控制其转化途径，可以达到减轻毒性的作用。

（四）固体废物的生物处理

    固体废弃物处理的方法有物理法、化学法和生物法。其中生物法主要是利用微生物分解有机物，制作有机肥料和沼气。且在发酵过程70-80℃高温能杀死病原菌、虫卵及杂草种子，达到无害化目的。根据微生物与氧的关系，可分为好氧性堆肥法和厌氧发酵法两大类。

  1．好氧堆肥法

好氧堆肥法是指有机弃废物，在好氧微生物作用下，达到稳定化，转变为有利于土壤性状改良并利于作物吸收和利用的有机物的方法。所谓稳定化是指病原性生物的失活，有机物的分解及腐殖质的生成。从堆肥到腐殖质的整个过程中有机污染物发生复杂的分解与合成的变化，可分为3个阶段。

(1)发热阶段  堆肥初期，中温性好氧细菌和真菌，充分利用堆肥中易分解、可溶性物质(淀粉、糖类)而旺盛增殖，释放出热量，使堆肥温度逐渐上升。

(2)高温阶段  堆肥温度上升到50℃以上进入高温阶段。中温性微生物逐步被高温性微生物取代，堆肥中除剩余的或新形成的可溶性有机物继续被分解转化外，复杂有机物也开始分解，腐殖质开始形成。在50℃左右，堆肥中的微生物主要是嗜热性真菌和放线菌，温度达到60℃时，真菌几乎全部停止活动，只有嗜热放线菌和细菌活动，当温度升到70℃时，微生物大部分死亡，或进人休眠状态。高温可使有机物快速腐熟，并可杀灭病原性生物。

(3)降温腐熟保温阶段  当高温持续一段时间后，易分解或较易分解的有机物已大部分被利用，剩下难分解物质(如木质素)和新形式的腐殖质。此时微生物活动减弱，产生热量少，温度下降，中温性微生物逐渐形成优势种群。残留物质进一步被分解，腐殖质积累不断增加，堆肥进入腐熟阶段。为避免堆肥有机物矿化损失肥效，应把堆肥压紧，使造成厌氧状态。

 2．厌氧发酵法

    厌氧发酵法包括厌氧堆肥法和沼气发酵。厌氧堆肥法是指在不通气条件下，微生物通过厌氧发酵将有机弃废物转化为有机肥料，使固体废物无害化的过程。堆制方式与好氧堆肥法基本相同。但此法不设通气系统、有机废弃物在堆内进行厌氧发酵，温度低，腐熟及无害化所需时间长。利用固体废弃物进行沼气发酵与污水的厌氧处理情况基本相似。

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