随着生物科技的发展和现在社会的环保要求日益强烈,微生物日益被用到环境保护中去,微生物的降解,过滤重金属方法广泛的应用到了垃圾处理,空气处理等领域,而且取得了显著的效果。
(一)微生物对废水的处理
(1)废水中重金属的去除
由于藻类对重金属离子具有较强的富集能力,利用其生物吸附作用可从工业污水中去除有毒、放射性金属和回收稀有、贵重金属。比如汞是对环境影响Zz大的一 类重金属。环境中存在的汞有多种形态:元素汞(Hg0)、无机汞离子(HgCl、HgO、HgCl2、HgBr等)、有机汞化合物,如Hg(CH3)2、 Hg(C2H5)2和Hg(C6H5)2等。除了人工合成的有机汞制剂外,细菌具有合成甲基汞的能力,即生物甲基化,它会使汞的生物毒性大大增强。而另一 些微生物又可使甲基汞降解、还原,降低其毒性。例如铜-绿色假单胞菌,变形杆菌可使汞离子转化成元素汞,经10小时后挥发掉汞达75%。假单胞菌K62能 使无机汞和有机汞形成元素汞。Shariat从土壤、沉积物和污水处理厂中分离到21种细菌能使甲基汞脱除甲基,对甲基汞降解达20-84%,细菌对甲基 汞的降解及还原作用在于其含有的两种诱导酶:有机汞裂解和汞还原酶。真菌中黑曲霉、青霉、粗糙脉菌和燕麦核腔菌对无机汞或有机汞化合物具有一定的抗性。从 受汞污染的土壤中分离到的烟草头孢霉对汞化合物有较强的抗性,同时该菌对多种重金属均具有抗性,抗性顺序为:Ca≥Zn≥Pb≥Co≥Cd≥Cr。
该法具有高效、经济、简便、选择性好等优点,尤其适用于低浓度及一般方法不易去除的金属。如用菌藻共生体从无营养液的含As(Ⅲ)、As(V)的废水 中除砷率可达80%以上,含营养液的As(V)去除率>70%,As(Ⅲ)去除率>50%;用啤酒酵母菌 (Saccharomycescerevisiae)和盐泽螺旋藻(Spirulinasubsala)对Cd、Ni、Cu有明显吸收;用固定在聚砜基质 上的真菌可除去Cd、Cu、Pb、Ni;Pb的去除还可用林可链霉素和黑根霉菌。
(2) 废水中其它物质的去除
染料废水是难以降解的一大类工业废水,在厌氧微生物环境中,偶氮染料可通过还原作用完全生物降解。将优势菌的不完全厌氧-接触氧化工艺用于处理印染工 业废水,脱色率达90%以上。用专性厌氧菌硫酸盐还原菌混合培养物对偶氮染料、三苯甲烷染料、蒽醌染料的废水进行脱色,脱色率在1小时之内可达 69.9-98.8%。微生物处理电镀废水,对各种金属离子的一次净化率达89.9%以上。蔗渣浆,用白腐菌处理含氯漂剂漂白的废水,脱色率可达 91.2%,BOD5去除率为92.5%,CODcr去除率为88.7%。屠宰废水、橄榄加工厂废水、啤酒废水等用微生物处理均可取得较好的效果。
(二)微生物对空气的治理
(1) 微生物脱硫技术
工业“革命”以来,煤炭是世界能源的重要组成部分。我国是世界上Zz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Yy位,62%的城市大气SO2日平均浓度超过G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。就在前几年,我 们到处可以看到春季雨后,地面上残留一些黄色的粉末,那就是酸雨。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G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。
近几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。
很多学者利用细菌研究了大量的脱硫技术。如利用氧化亚铁硫杆菌已使脱硫率达95%以上,日本利用该菌已使H2S脱除率达99.99%,中国利用该菌对 炼油厂催化干气和工业废气脱硫,H2S去除率分别为71.5%和46.91%,Saleem等用脱氮硫杆菌的耐受株T.denitrificansF,在 厌氧条件下脱硫率达80%。
(2)微生物过滤法
过滤发在50年代中期Zz先应用于处理空气中低浓度的臭味物质。到80年代,德、美、荷兰等国相继用此法控制生产过程中的挥发性气体和有毒气体。其过程 为:废气(预处理)生物过滤器→CO2,H20,无机盐类废气在反应器里停留时间很短,处理率可达90%以上。生物过滤法还可去除空气中的异昧、挥发性物 质(VOCs)和有害物质,包括控制(去除)城市污水处理设施中的臭味、化工过程中的生产废气、受污染土壤和地下水中的挥发性物质、室内空气中低浓度物质 等。
(3)微生物在空气其他方面的处理
微生物还可用来固定CO2,实现CO2的资源化,同时产生很多附加值高的产品。生物技术用于有机废气具有费用低、效率高等优点,在德国、荷兰、日本及北美国家得到广泛应用。毕立锋等还进行了微生物净化NOx的研究。
(三)微生物用于垃圾的处理
在我国人口急剧上升,每天由于人类活动,生活的垃圾也越来越多,每天都有大量的固体废弃物,如各种垃圾的产生,特别是大城市的固体废弃物的产量更是惊 人。这些固体废弃物都应该进行无害化处理,但目前几乎95%的垃圾未经这样的处理,一般只是简单地堆集起来或倾入江河中。固体废弃物中不仅含有各种无机 物,如玻璃、金属等,还含有大量的有机物,包括可降解的淀粉、蛋白质、废纸、烃类等和很难降解的塑料等,其中的很大部分是可以回收利用的,因此提倡垃圾的 分类包装,回收可再生的资源,是一箭双雕之举。
(1)城市垃圾微生物处理
目前城市主要可以分为三大类:化学法(如絮凝沉淀法)、物理法(过滤)和生物法(如活性污泥法)。这三类方法也可以结合使用。在污染物的处理中,虽然 物理、化学方法作出了一定的贡献,但由于这些方法存在投资大、成本高、二次污染的问题,而逐渐被生物法所代替。可见微生物有非凡之效。
现在发展了新的城市垃圾生物处理工艺。这种工艺是先经过过筛,回收可再生资源后,引入具有特定功能的微生物(主要是一些能高效降解有机物质,如纤维 素、脂肪、蛋白质的微生物)进行好氧处理或厌氧发酵,加速发酵过程,同时还可以收集所产生的沼气。经过充分发酵后的垃圾是一种很好的农业肥料。如果实现垃 圾处理工厂化,可以使发酵周期缩短(1-2星期),并且处理量较大。发酵过程可以实现全自动化控制,发酵后形成的肥料的质量也能得到保证。
(2)农村垃圾微生物处理
中国一个Zz大的发展中国家,Zz大的农业国,国家统计局数据显示,2006年底我国大陆城镇人口5.77亿,农村人口7.37亿,农村人口占我国人口总 量56%,农业依旧是经济支柱。近几年来自中央建设新农村的口号的提出,服务三农,解决农村就业,保留农村的那方“净土”,首先考虑的是环境质量。目前农 村垃圾没有合理的安置和处理,房前屋后,处处可见。
21世纪有望沼气的农村主要的能源之一,沼气已经被世界公认为新世纪可代替能源第Yy选择,有着不可比拟的特点,在农村流传这样一句话:一日三餐不见炊 烟,描绘沼气能源给村子带来的巨大变化,由于适用范围广,我国能源短缺严重,生物资源丰富的综合原因,成未来适合我国国情的的较佳能源选择,面对能源价格 的不断上涨,环境不断高涨,沼气再一次成为解决能源的焦点话题之一,我国为实现可持速发展战略,建设社会主义新农村,农村的市场特别广大。
沼气发酵微生物---是在缺氧条件下降解有机质产生沼气的一群微生物。沼气常形成于富含有机质的沼泽、塘、湖等水下缺氧沉积物中,是一种可燃性气体, 其主要成分为甲烷(占55~70%)和二氧化碳(占30~45%)。它分为几个过程①水解作用;②发酵作用;③产乙酸和产氢作。
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