微生物在环境保护中的作用和地位毕业论文.docx

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1、微生物在环境保护中的作用和地位摘要：随着生物科技的发展和现在社会的环保要求日益强烈,人类越发重视利用微生物在处理环境污染物和环境监测等方面的应用，并取得了不少的成果。本文对当前人类环境现状和环境保护中所面临的各种问题做了简要的分析，并从废水、废气、固体废弃物处理及环境监测等几个方面介绍了微生物在环境保护中的应用和研究进展，分析了生物处理工艺的特点及优越性，展望了生物技术未来的发展方向和前景。关键词：微生物环境保护应用近年来，随着工业的高度发展、人口的急剧增长，人类在生产和生活劳动中产生的大量废弃物，如生活垃圾、工业生产形成的“三废”（废水、废弃、废渣）、农业生产中大量使用的化肥、农药等，进入人

2、类赖以生存的环境，造成对生态系统的压力，当超过一定限度时，生态系统的结构与功能受到破坏，导致生态环境恶化与失衡，从而给人类自身带来严重危害。当前，如何提高人类对保护和合理利用自然资源的认识，防止自然环境受到污染和破坏；加强对受到污染和破坏的环境的综合治理；协调好人类与环境的关系，保障经济社会的持续发展都是环境保护进程中面临的非常现实的问题。通过对生态的研究，我们知道，微生物在地球生态系统物质循环过程中充当分解者的角色，起着“天然环境卫士”的作用。而且微生物种类繁多，分布广泛，资源丰富，是人类最宝贵、最具开发潜力的资源库。在污染物的降解转化、资源的再生利用、无公害产品的生产开发、生态保护等方面微

3、生物都能发挥重要作用。此外，由于环境污染物一般来讲性质相对稳定，难于用物理或化学方法将其进行无害化处理，而生物过程是以酶促反应为基础，反应过程是常温常压和接近中性的条件下进行的，这与物理、化学法相比，利用微生物处理环境污染物具有投资省，费用少，耗能低，效果好，过程稳定，操作简便的优点，更重要的是可基本达到无害化。因此，最大限度地利用微生物所具有的净化环境的作用,无疑对环境保护具有重要意义。1微生物对污染物的降解与转化人类在生产与生活中常常会释放到水体、大气和土壤各种各样的污染物，造成对环境和人类自身不利的影响，这些物质包括农药、污泥、烃类、合成聚合物、重金属及放射性物质等。总体上可分为无毒和有

4、毒两大类，前者如纤维素、淀粉、后者如苯酚、多氯联苯、氰化物、重金属等。各种污染物对人类的危害有的短时间内直接表现出来，而有的则具有长期性和积累的特点。微生物在自然界分布广泛，具有遗传多样性和代谢类型多样性，因此释放于环境中的几乎所有的有机物都能被微生物降解与转化。同时，微生物具有个体小、繁殖快、易变异和适应力强的特点。微生物可以通过形成诱导酶、产生新的突变体和产生新的酶系、与其他微生物进行共代谢、获得降解性质粒等多种途径实现对污染物的分解和转化。1.1化学农药的微生物降解化学农药包括各种人工合成的除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学药物，目前生产中使用的农药主要是有机氯、有机磷、有机硫农药。大部分的农

5、药会在土壤中残留，吸附于土壤，并以空气、地表水扩散至更远的范围，从而对生态系统中的动植物、微生物以及人类自身造成影响。农药在土壤中残留的时间除与土壤和气候有关外，更主要的是决定于药物本身的性质与结构，例如一般有机氯农药的残留时间长，有机磷农药的残留时间段，因此有机氯农药残害性更大。实验表明，环境中农药的清除主要是靠细菌、放线菌、真菌等微生物的降解作用。例如DDT（二氯二苯三氯乙烷）可以被芽孢杆菌属、棒杆菌属、诺卡菌属的一些种类降解，五氯硝基苯可以被链霉菌属、诺卡菌属的一些和总类降解，敌百虫可被曲霉、青霉等真菌降解。微生物降解农药主要通过脱卤作用、脱烃作用，对酚、胺、脂的水解作用、氧化作用、还原

6、作用以及环裂解、缩合等方式把化学农药的分子结构改变而达到的。微生物降解化学农药可分为两种类型，一种是将农药作为碳源或氮源直接利用，这种情况下农药很快被微生物降解，另一种是通过共代谢作用降解。例如氟乐灵（三氟-2,6-二硝基-N,N-二丙基-4-三氟甲苯胺）是一种除草剂，可被一些曲霉作为唯一碳源。六六六是一种难以被降解的农药，直肠梭菌在有蛋白胨存在时可降解丙体六六六，由于微生物不能直接从共代谢农药中获得能量和碳源，其降解速度很慢。1.2烃类化合物的微生物降解烃类是相对分子质量为16-1000的碳氢化合物，包括烷烃、烯烃、炔烃、脂环烃。存在状态有气体（甲烷、乙烷、乙炔、乙烯等）、挥发性液体（汽油、

7、苯）和固体(蜡）。烃是石油产品的主要组成成分。随着石油的开采、运输、加工和利用，由于各种污染导致烃类物质进入水体、土壤和大气，因此，污染土壤和水体的生态修复成为人们研究的重点，而在众多的石油污染重，烃是最常见的污染源。在这些污染物中，短链烃容易挥发，对环境影响较小，中链烃易于被环境中的微生物降解，不会造成长期的危害，而长链烃常温下通常处于固态，生物可利用性差，故对环境的危害是持久的。微生物对烃类的降解主要是在加氧酶的催化作用下，将分子氧参入到基质中形成含氧的中间产物，然后转化为其他物质参与代谢过程。1.3微生物对其他有机物的降解在工业生产与日常生活中，一些有机化合物如表面活性剂、多氯联苯、氰和

8、腈等会造成环境污染及对人类健康产生危害。一些微生物对这些复杂有毒的化合物也具有降解的能力。表1几种有机化合物的微生物降解种类（应用举例）危害降解微生物表面活性剂（清洁剂、乳化剂、湿润剂）高浓度对软体动物、鱼类、甲壳动物、藻类有毒芽孢杆菌、假单胞菌等多氯联苯（绝缘油、软化剂、涂料添加剂）引起人和动物中毒蜡样芽胞杆菌、产碱杆菌、不动杆菌、解脂假丝酵母等氰和腈（石油化工人造纤维）剧毒物诺卡氏菌、脸皮链孢霉、木霉、假单胞菌、无色杆菌等1.4微生物对重金属的转化自然界存在多种重金属，如汞、砷、铅、镉等，这些金属并不是生物所必需的元素，达到一定浓度时会对生物产生抑制或致死作用。它们产生毒性的一般范围为1-

9、100mg/ml,汞和镉在0.01-0.001mg/ml，即可产生毒害作用。值得注意的是，进入生物体内的有毒元素可以再体内积累，可导致生物慢性中毒。土壤和水体等环境中的有毒元素主要来自工业废水、废渣和垃圾。金属的存在形式不同，其毒性作用也不同。微生物不能降解重金属，但可通过改变其存在状态而改变其毒性。汞造成的环境污染最早受到关注，其微生物转化及其环境意义也具有代表性。有机汞作为农药和消毒剂曾普遍应用于农业生产和日常生活，大量的含汞废电池随垃圾进入环境。全球由于汞矿开采、煤和石油的燃烧，每年向环境释放约40000t的汞，对生态环境造成了严重威胁。微生物对汞的转化作用主要包括3方面：无机汞的甲基化

10、，无机汞的还原，有机汞的还原。自然界汞大量以汞矿形式存在（HgS),溶解性很低，在有氧条件下被硫杆菌转化为毒性2=很高的可溶性Hg,并可进一步还原为单质汞。许多细菌和真菌可通过甲基化作用将维生素2=2=B12上的甲基结合于Hg形成可溶性的甲基汞和二甲基汞。甲基汞的毒性比单质汞和Hg强2=100倍，并能在水生生物体内富集。一些细菌细胞能产生汞还原酶，能将有机或无机Hg还原成Hg，大大减轻其毒性。2微生物与污水处理水源的污染对环境和人类自身造成的危害最大，因此，工业和生活污水在排放前需要进行净化处理，达到国家规定的标准后才能排放或供生产与生活实用。工业废水种类较多，如发酵、制药、印染、造纸、塑料、

11、电镀、冶炼及炼焦等，其成分差异很大。因此，不同的废水采用的处理方法会有差异，总的可分为物理法、化学法和生物法，实际中往往是多种方法的结合。对于生活污水、发酵废水等含有机物废水应用最广的是生物法，但对于冶炼、电镀等含金属离子的特种废水则不适于微生物方法去除。污水处理一般可分为三级。一级处理又称为预处理，是通过格栅过滤等措施出去粗固体。二级处理为常规处理，可通过物理、化学、生物等不同方法出去可溶性有机物。三级处理又称为高级处理，主要是出去氮、磷和其他无机物以及消毒等。微生物对废水处理是指微生物征程的代谢过程对废水中各种污染物进行迁移和转化，使废水得到净化的过程。微生物在常规条件下经过酶催化即完成，

12、因此，处理费用低廉，微生物具有来源广，易培养，繁殖快，对环境适应性强和易事先变异等特性，能适应各种各样的废水，处理水质范围特别广。2.1废水中有机物的降解人类在生活和生产中所产生的污水按主要成分，可分为有机污水、无机污水和综合污水。有机污水是指污水中污染物主要是有机物质，一般具有生物可降解性。生活污水常具有如下特征：水质浑浊、色深、具有恶臭、呈微碱性，但一般不含有毒物质；固体物质含量很低，仅占总重量的0.1%0.2%；有机杂质约占60%,有机成分占全部悬浮物总量的四分之三以上。生物处理去除有机污水中的有机物质的原理是利用微生物的新陈代谢过程。微生物群体依靠细胞壁将污水中的有机物质吸收消化，同时

13、产生一定的代谢物质，再作为其他微生物的养料，进行吸收消化，周而复始，直至污水中的有机物质全部分解。而且微生物分解有机物的能力是惊人的，微生物几乎能分解自然界中存在的一切有机物。2.2废水中重金属的去除重金属污染主要来源于这些重金属：铅、铜、汞、铋、镉、砷、铬、氟、镍。我国每年有1200万吨粮食遭到重金属污染，直接经济损失超过200亿元。2009年，我国重金属污染事件致使4035人血铅超标、182人镉超标，引发32起群体性事件。2009年，我国1/6的耕地受到重金属污染,重金属污染土壤面积至少有2000万公顷。废水中重金属微生物处理法的原理是利用细菌、真菌（酵母）、藻类等生物材料及其生命代谢活动

14、去除和（或）积累废水中的重金属，并通过一定的方法使金属离子从微生物体内释放出来，从而降低废水中重金属离子的浓度。虽然国际上对微生物处理重金属废水的研究已经取得了长足发展，确认了微生物修复的应用前景。然而，有关微生物对重金属的吸附、沉淀机理还不是很明确，该项技术尚处于实验室阶段，大规模利用微生物处理重金属废水的情况还很少，很多因素限制了它的大规模使用。2.3废水中脱氮除磷氮（N）、磷（P）是植物的重要无机营养源，但是他们在水体中的含量过高则将导致水体的富营养化污染问题。由于化肥、洗涤剂等，尤其是大量城市污水的排放，使天然水体（尤其滞留性水体）中N、P的含量持续升高，导致藻类大量繁殖，使水体缺氧并

15、产生毒素，从而进一步导致水质的恶化，不仅影响了水体的使用功能，同时对水处理及其人体健康也产生了很大的危害。污水脱氮技术主要有活性污泥法脱氮工艺,包括A/O(缺氧/好氧)工艺,可使NH4+一N去除率达80%以上,A2/O工艺,改进的氧化沟工艺和SBR工艺都可使总氮(TN)去除率达90%以上。其基本原理是借助与不同微生物的共同协调作用以及合理的人为运行控制，从而将生物去碳过程转化而产生及原废水中存在的氨氮转化氮气而从废水中脱除。3微生物在大气污染治理中应用随着现代工业的迅速发展，人类向大气中排放大量有毒有害的气体，对环境造成了严重污染。利用物理化学方法处理废弃虽然处理效果较好，但要求高温高压条件，

16、需要大量的催化剂和其他化学药剂，而且严重腐蚀设备，并可使废弃得到降解和转化。同成规的废弃处理方法相比，微生物法以其处理效果好、设备简单、投资及运行费用低、安全性好、无二次污染、易于管理等优点，逐渐应用于空气污染控制中。3.1煤炭中硫的脱除煤炭是我国最主要的一次性能源，约占我国能源消耗量的70。煤炭中通常含有025-7的硫，在燃烧过程中生成的S02随烟道气排入大气，造成酸雨。2000年预计我国一次性能源消耗量将超过12亿吨，S02排放量将超过3822万吨。目前可以进入工业化的技术多为物理方法和化学方法，虽然处理效果好，但成本较高，存在二次污染。利用微生物脱硫与化学和物理方法脱硫相比具有投资少、运

17、行成本低、能耗少、可有效减少环境污染等优点。微生物脱硫技术的研究主要集中在以下几个方面，即煤炭脱硫、烟道气脱硫及生产废气脱硫。3.2二氧化碳的微生物固定由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气。随着大气中CO2等增温物质的增多，使得能够更多地阻挡地面和近地气层向宇宙空间的长波辐射能量支出，从而使地球气候变暖，由此而带来的负面影晌，就是偏热带和温带的旱、涝灾害发生频繁，以及冰山熔化，海平面上升，沿海三角洲被淹没。光能和化能自养生物把大气中的二氧化碳固定为有机碳活细胞的组分。然后，一部分有机碳通过食物链在生态系中转移。3.3含硫化氢气体的净化硫化氢

18、(H2S)是一种对人体和环境有着很大危害的有毒有害气体，它的存在不仅会引起设备和管路的腐蚀，而且严重威胁人身健康安全。国内外已有处理H2S气体的很多方法，依其弱酸性和强还原性而进行脱硫可分为物理法、化学法、生物法。生物法脱硫是20世纪80年代发展起来的常规脱硫替代新工艺，通过微生物菌群的作用，可将硫化物转化为单质硫并回收。4微生物在垃圾处理中应用4.1城市垃圾微生物处理随着城市化进程在全球范围的加速，城市化带来的环境污染和人类聚居状况恶化等问题，已成为世界各国共同关心的问题。城市生活垃圾是在城市日常生活及为城市生活提供服务的活动中产生的固体废弃物，是城市环境的主要污染物之一。目前，城市生活垃圾

19、处理处置的方法主要包括卫生填埋、堆肥化、焚烧三种，其中前两种处理方式均属于生物处理技术。具体来说，MSW生物处理技术就是城市生活垃圾中固有的或外添加的微生物，在一定控制条件下，进行一系列的生物化学反应，使得MSW中的不稳定的有机物代谢后释放能量或转化为新的细胞物质，从而MSW逐步达稳定化的一个生化过程。4.2农村垃圾微生物处理伴随着经济迅猛增长和农村城镇化水平的提高，农村生活水平及生活方式发生了重大变化，随之而来的生活垃圾污染开始侵蚀农村，农村生态环境遭遇到前所未有的威胁。农村垃圾日益增加，最根本的原因当然是生产发展和生活富足所致。但也有其他多方面的原因。归纳起来，其主要有：使用量大、重复利用

20、率、回收机制不健全，回收价格太低、农村群众的环境观念和公益观念的淡薄。目前微生物在农村垃圾处理的应用主要有：高温好氧堆肥、厌氧发酵和生物质气化，高温好氧堆肥技术原理是将垃圾经过55以上高温发酵一段时间以后，便可达到无害化目的，同时经过生物氧化过程，可减容1/41/3而实现减量化；厌氧发酵技术的原理是使有机物在厌氧环境中，通过微生物发酵作用，产生可燃气体沼气，将有机物转化为能源，可用作生活燃料，同时沼气和沼渣是优质肥料，该技术使有机物充分资源化；生物质气化技术的原理是利用农村丰富的有机废弃物资源，如秸秆、柴草、谷壳等废弃物，经高温热解、投送燃烧产生可燃气体，农户每家配备1台有机废弃物净化炉，可充

21、分利用秸秆、生活垃圾和干粪等有机废弃物，减少农村生产生活垃圾对环境的污染，实现有机废弃物的资源化利用。5污染环境的生物修复土壤中有机污染物,由于它的持久性和对人体健康的潜在威胁,越来越受到人们的关注。残留在土壤中的有机污染物,不仅影响土壤的正常功能,降低土壤环境质量,而且还可以通过生物富集进入食物链,危及人体健康。在污染土壤修复中,生物与物理化学修复相比具有非破坏性、经济性和安全性的优点,使其成为有前途的污染环境修复技术之一。土壤生物修复是利用土著性微生物、植物和小动物等生物体,将土壤中的危险染物原位降解成二氧化碳和水或转化成为无毒害物质,减少其对环境风险的过程及其工程技术系统的影响。对于有机

22、污染土壤而言,生物修复就是利用土壤生物体将有机污染物做为唯一碳源和能源,或者通过共代谢作用,从其它化合物获得碳源和能源后,降解有机污染物大分子结构,使其成为简单、无害的形式。6微生物在环境中的其他应用6.1EM在水产养殖中的应用实践有益微生物可广泛应用于种植业、养殖业、环境保护、人体保健等领域。应用EM微生态制剂可解决水产养殖的水质、废水处理等为题。应用微生态制剂还可以建立生物体的消化管或其他外界环境中的正常菌群，抑制有害微生物，合成并提供营养素和消化酶，增强机体抵抗力和免疫力，促进机体的生长发育。6.2光合作用在环境中的应用光合细菌广泛存在于自然界的水田、湖泊、江河、海洋、活性污泥及土壤内，

23、是一类以光作为能源，能在厌氧有光照或黑暗好氧的条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨作为供氢体兼碳源的微生物，也能通过多种方式和途径转化不同类型的有机物和无机物。并具有独特的抗病、促生长以及提高畜禽生产性能的作用，因而在畜禽以及水产动物养殖中具有应用的潜力。光合细菌包括产氧光合细菌（蓝细菌）和不产氧光合细菌两大类，在实际中应用的大部分是不产氧光合细菌。不产氧光合细菌包括紫细菌、绿细菌和日光杆菌属、红色杆菌属等总共27个属66个种。研究表明，光合细菌的菌体无毒，营养丰富，蛋白质含量高达64%-66.0%，而且氨基酸组成齐全、合理，含有人体需要的8种必须氨基酸。光合细菌还含有丰富的B族维生素，含有

24、较高浓度的类胡萝卜素且种类繁多。迄今已从光合细菌中分离出80种以上的类胡萝卜素，并不断有新的报道。除此之外，细胞内还含有碳素储存物质糖原和聚-羟基丁酸、辅酶Q、抗病毒物质和生长促进因子，具有很高的饲料价值，在养殖业上有广阔的应用前景。6.3微生物法脱硫从石油、油渣及废矿中提取金属微生物法可以除去煤中21%-63%的有机硫和90%的无机硫，脱硫后煤质可以提高。可从石油中提取钒、铜等重要金属。利用某些细菌与含铀的矿物做底物一起培养，可以从低浓度的矿物中提取铀，当矿中铀含量为1%时，铀提取率可达96%。6.4微生物采油现行工艺只能采取30%-40%的石油，其余石油黏在岩石上，微生物采油技术原理是：细

25、菌代谢产生大量CO2，与石油混溶，使之膨胀而降低黏度，还可产生大量有机酸，产生过量气体，驱出石油。同时，细菌在油层中产生表型活性剂，改变石油特性，易于采取。在石油开采中，微生物多糖能够降低原油的黏度，便于石油的开采和充分利用。微生物还可以清除甲烷，减少矿井爆炸的危险性。6.5微生物勘探油气微生物勘探是一种依靠地表微生物进行油气勘探的方法。地下油气藏中的微渗漏轻烃移到地表，在近地表环境这种轻烃可作为地表土壤中某一特定种类的微生物唯一的食物来源。通过在油气藏上方土壤中好烃微生物类群的形成而预测下伏油气藏的存在。7微生物在环境工程中的监测作用环境监测是了解环境现状的重要手段，它包括环境化学分析、物理

26、测定和生物监测三个部分。生物监测是一个利用生物对环境污染所发出的各种信息来判断环境污染状况的过程，其包括细菌发光检测、抑制代谢检测、遗传毒性试验等微生物检。生物长期生活于自然环境中，不仅能够对多种污染作出综合反映，也能对污染的历史状况作出反映。因此，生物监测取得的结果具有重要的参考价值。微生物监测是生物监测重要组成部分具有其独特的作用。8微生物在环境应用中的前景环境微生物开发前景是不可限量的。自本世纪70年代以来，发达国家就十分重视生物技术在环境领域的应用，并开展了大量的科研活动。已开发了一些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。而且微生物

27、在可再生能源方面亦将发挥重大作用。9结束语综上所述，现在生物技术是环境保护广泛应用和十分重要的技术，其在污水的生物净化、工业清洁生产、工业废弃物、城市生活垃圾的处理、有毒有害物质的降解、废物资源化、环境生物监测、环境修复和污染严重的工业企业的清洁生产等方面发挥着重要的作用。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，市场对微生物保护环境的技术需求也将会越来越广泛，且随着现代生物技术的不断发展，在未来的社会发展中，运用现代生物技术预防和治理环境污染，改善生态环境具有巨大的潜力和优势。参考文献:1王建龙,文湘华.现代环境生物技术J.清华大学出版社,2001.52于忠民.污水生物处理应用

28、微生物研究与进展J.污染防治技术,1998,11(4):2463林鑫,胡莜敏,李洪林.微生物技术在环境保护中的应用J.东北大学出版社,2006,64龚莉萍.微生物在环境保护中的应用现状及发展趋势.环境科学,2001,23(2):71-745罗先群等.利用生物技术处理城市生活垃圾的研究.辽宁城乡环境科技,1999,20(3):33-356陶有胜.微生物法在空气污染控制中的应用J.环境科学动态,1995(3):97谢炜平,马军营.微生物在煤炭脱硫中的应用J.信阳农业高等专科学校学报.1998,8(3):61-628陈玉成.污染土壤生物修复工程J.化学工业出版社,2003:17-309张本兰.有机磷农药(乐果)生产废水的生化处理新技术J.环境科学进展,1994,2(2):12-17