微生物在环境治理中的应用.docx

微生物在环境治理中的应用微生物是一类形态微小、结构简单、必须借助显微镜才能看清它们面目的生物。“微生物”不是分类学上的概念，而是一切微小生物即个体小于0.1毫米生物的总称。目前已确定的微生物种数还只有10万种左右，但近些年来由于分离培养方法的改进，微生物新种的发现正在以很快的速度增长。也许在将来的某一天，微生物的总数可能会超过目前动、植物种数之和。凡自然界存在的有机物，都能被微生物利用、分解。有些微生物还能利用有毒物质如酚、氰化合物作为营养，同时将有毒物质转化、分解为简单化合物如水、二氧化碳等。在治理环境污染中，致力于生物环保技术的专家们采用科学的分离、培养方法，寻找和培养出了用于处理各种污染物质的微生物菌种。生物降解的巨大潜力迄今为止已知的环境污染物达10万之多，其中大量的是有机物。所有的有机污染物，可根据微生物对它们的降解性，分成可生物降解，难生物降解和不可生物降解三大类。作为一个整体，微生物分解有机物的能力是惊人的。可以说，凡自然界存在的有机物，几乎都能被微生物所分解。环境微生物在环境污染治理中，至少可以在以下几方面发挥重要作用：　　1、修复污染生态环境　　运用环境微生物手段既可以修复受污染天然水体生态，尤其是富营养化湖泊、河道和港湾，也可以修复污染土壤生态，尤其是残留农药污辱的农田土壤和油田开采过程中被原油污染的土壤。给水体投加除碳（有机碳）、除氮菌株，正成为一项消除水体富营养化的可行技术措施。给土壤添加除油（矿物油）菌株，已成为一项成熟的修复油污土壤的技术措施。　　2、处理污水及固体废弃物　　事实证明，污染物降解菌在环境治理工程中有其不可替代的独特作用。它无论在污染物降解的专一性，还是在污染物降解活性的强度和持久性，尤其在降解那些难降解有机化合物方面，均比以往任何一种生化处理工艺占有绝对的优势，具有不可替代性。当筛选出强势目标化合物降解菌，配以合理的工艺流程和工程设备，就能得到意想不到的处理效果。　　对于生活垃圾、禽畜粪便、农业废弃物等非有毒有害固体废弃物来说，微生物的作用更是其它生化治污手段所望尘莫及。同样是堆制发酵，投降解菌和不投降解菌的效果大相径庭。投菌者，污染物去除率高、发酵温度高、发酵周期短。　　对于有毒有害工业固体废弃物来说，投加有专性降解功能的菌株，更是不可缺少的技术措施。由于缺乏其它有效的生化处理手段，专性降解微生物的作用就显得格外重要。在污染物的生物毒性检测方面，微生物也有着独特的功能，多种污染物敏感菌，均可供作检测环境污染物毒性之用。其中，发光细菌法，已被定为国家标准（GB）方法和世界标准（ISO）方法。空气、水体和土地资源的污染越来越严重，不但影响了国民经济的可持续发展，甚至已威胁到人类的健康、智力乃至生存，因此全球各国近几年都在寻找新 的途径和方法，以治理和解决环境污染问题。以下重点介绍几项经多年开发，已接近产业化的微生物技术。　　1.微生物脱硫技术　　煤炭是世界能源的重要组成部分，我国是世界上最大的产煤国和煤消耗国，煤炭占我国一次能源的3/4，高硫煤储量约占总储量的1/3，并且高硫煤开采比例也逐年上升，而黄铁矿硫约占总硫的60%。煤中通常含有0.25％～7%的硫，如我国西南地区煤平均含硫量为3.23%，西北地区为3.05%，中南地区为2.02%，华北地区为1.65%。煤炭中的硫分为可燃硫和不燃硫。不燃硫主要是硫酸盐，可燃硫包括无机硫和有机硫。可燃硫经燃烧生成SO2随烟气排入大气，导致了严重的环境污染，造成的经济损失每年达数百亿元。据报道，1997年，我国的SO2年排放量已达2346万吨，居世界第一位，62%的城市大气SO2日平均浓度超过国家三级标准；全国酸雨区面积已占国土面积的30%，华中酸雨区酸雨频率高达90%以上。预计2000年我国一次能源的消耗量将超过12亿吨。SO2年排放量将会达到3822万吨。《中国21世纪议程》中指出：“发展少污染的洁净煤技术是中国政府履行国际公约、承担相应国际义务的重要方面，也是促进中国以煤为主的能源系统向环境无害的可持续发展的模式转变的战略组成部分。”可见洁净煤是中国能源的未来。　　近年来研究人员把煤的物理选煤技术之一的浮选法和微生物处理相结合，即把煤粉碎成微粒与水混合，并将微生物加入溶液中，让微生物附着在黄铁矿表面，使其表面变成亲水性，能溶于水。在浮选中其难以附着在气泡上，下沉至底部，从而把煤和黄铁矿分开。由于它仅处理黄铁矿的表面，因此脱硫时间只需数分钟即可，从而大幅度缩短了处理时间，可脱除无机硫约70%。另外，该法在把煤中的黄铁矿脱硫时，灰分也可同时沉底，所以也具有脱去灰分的优点。目前，浮选法微生物脱硫已成为国际上洁净煤技术开发的热点。　　2.微生物制浆和微生物漂白技术　　我国造纸行业年排放废水量达40亿吨，占全国工业废水排放量的1/6，其中有机污染物(以BOD计)达170万吨，约占全国工业废水中有机污染物总量的1/4。在用植物材料进行化学制浆与化学漂白过程中，含有大量木质素、半纤维素和有害物质的废液被倾倒入江河湖泊中，造成严重的环境污染和生态破坏。多年来，人们不懈地努力，试图开发出无污染和高效率的制浆造纸新工艺，以减少污染，保护环境。造纸工业中的制浆和漂白工序是污染物产生的主要工序。与化学法相比，虽然机械法制浆可以大大提高纸浆得率，从而节省大量林木资源。但是，磨木浆的能量消耗很大，而且成品纸的强度等质量性能不如硫酸盐浆，因而限制了这项技术的发展。微生物技术可以帮助解决这些问题，其中最具吸引力和挑战性的是微生物制浆与微生物漂白。利用微生物与微生物酶类进行微生物制浆与微生物漂白具有很大的优势和潜力，因为微生物极易生长繁殖，酶催化反应具有高度专一性，反应条件温和，并且高效无污染。 　3.污染土壤的微生物修复　　当代工业的迅速发展，大量的人造化学物质排放入环境中，对资源和环境构成越来越严重的破坏。化石燃料的开采和使用，工业三废的排放，给我们赖以生存的环境造成难以估量的污染，比如在国外仅石油的开采、运输、储存以及事故性泄漏等原因造成每年约有1000万吨石油烃进入环境(不包括石油加工行业的损失)，另外全世界各国每年大约使用1500万吨的各种农药广泛喷洒于面积巨大的农田，引起土壤、地下水、水系和海洋的严重污染，破坏生态平衡，不仅制约了经济的发展，而且影响到人类的健康和生存。我国如华北油田周围的很多农田由于原油污染而无法耕种，每年都要支付大量资金作为对农民的赔偿。黄河水系年平均含油最高可达4.82mg/L，辽河水系年平均含油最高可达7.68mg/L，明显地超过了国家三级地面水的标准（＜0.1mg/L﹚。有的甚至污染到地下水资源，如山东淄博地区地下水最高含油达到了100mg/L以上，超过国家标准(＜0.1mg/L﹚1000倍以上。全国各地的储油场所也已开始渗漏污染到地下水，严重威胁了地下水资源的水质，石油污染是1998年发生在渤海的1万平方公里赤潮的主要原因之一。有鉴于此，世界各发达国家纷纷制定了环境修复计划，如：荷兰在80年代已投资15亿美元进行土壤污染的修复，德国在1995年一年就投资60亿美元净化土壤污染，英国、法国、日本、俄罗斯等也相应投巨资进行环境污染的修复。美国在90年代中，每年都投资几百亿美元进行污染环境的修复，如果采用传统的修复方法(物理和化学方法)来治理美国本土陆地上的环境污染，就需要投资1.7万亿美元，而如果采用微生物修复技术，而只需3400～6000亿美元的投资，也就是传统方法所需投资的1/5～1/3。在今后若干年内，美国市场对微生物修复技术服务及其微生物产品的需求将以每年15%或更高的速度增长，到2000年微生物修复技术的纯利润将超过5亿美元。　　针对严重污染的环境，我国尚未采取大规模的治理措施，仅在少数地区开展了治理，并以物理化学方法(如洗脱、吸附)为主，不仅投资成本高，而且也造成了二次污染。我们的国土面积比美国略大，且环境污染还更为严重，对全国范围的污染环境进行修复，若采用传统方法，即使考虑劳动力相对便宜的因素，其投资规模将仍然非常庞大，如采用微生物修复技术，不仅其投资规模大为缩小(仅需传统方法的1/5～1/3)，而且还没有二次污染。综上所述，环境污染的微生物修复技术是我国今后治理环境污染必须发展方向，具有广阔的市场和发展前景。自本世纪70年代以来，发达国家就十分重视微生物技术在环境领域的应用，并开展了大规模的科研活动。已开发了一系列的微生物技术及其产品，并在世界上广泛应用于污水处理、大气净化及污染环境介质治理等诸多方面。当前，环境微生物技术在国际上已进入蓬勃发展的轨道。随着全球范围内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法，市场对环境微生物技术的需求越来越广泛。　　我国的微生物技术处于刚刚起步阶段。该技术的进一步开发需要得到社会、同行及主管部门的广泛支持，大力开展以污染控制技术为主体的微生物技术的研究，将大力推进微生物技术在环境保护中的应用，并发展带动整个环保科技的发 展，解决我国目前和未来面临的严峻的环境保护问题，并为环保市场提供高品质的环境保护高技术。应该充分认识到环境保护和社会、经济发展的重大意义。化学工程学院化学工程与工艺专业2008级3班牛三保0843084029