微生物在重金屬污染處理上的應用

微生物在重金屬污染處理上的應用

　　微生物重金屬篇一：微生物在重金屬污染處理上的應用

　　由于人類(lèi)對重金屬的開(kāi)采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動(dòng)的日益增多，造成了不少重金屬如Pb，As，Hg，Cd，Cu等進(jìn)人大氣、水、土壤中，由此引起嚴重的環(huán)境污染。而以各種化學(xué)狀態(tài)或化學(xué)形態(tài)存在的重金屬，在進(jìn)入環(huán)境或者生態(tài)系統后就會(huì )存留、積累和遷移，造成危害。

　　重金屬指的是密度在4g／cm3以上大約60種元素或密度在5．0g／cm3以上的45種元素，主要包括有Hg、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Ag、Co、Ni等。某些重金屬像Cu、Zn、Cr、Ni、Co等是生物體新陳代謝所必須的微量元素，適量的攝取可促進(jìn)生物體正常生長(cháng)，但如果生物體對其的攝人量超過(guò)所需范圍后，就會(huì )影響到生物的生長(cháng)發(fā)育。而其它某些重金屬如：Hg、Cd、Pb、As等元素，就算濃度很低，也會(huì )對人體及其他生物體造成毒害作用，這類(lèi)重金屬應該嚴格控制其使用。隨著(zhù)城市化、工業(yè)化、農業(yè)化的集約發(fā)展，大量有毒重金屬通過(guò)各種方式被排放到環(huán)境中，人類(lèi)和一切動(dòng)植物賴(lài)以生存的土壤、水體、大氣等環(huán)境受到嚴重的重金屬污染。由于重金屬不能被降解消除，會(huì )隨著(zhù)土壤、水體及大氣的遷移和流動(dòng)在環(huán)境中進(jìn)行遷移富集，并最終通過(guò)食物鏈進(jìn)人人體，危害到人類(lèi)身體健康。如震驚世界的“水俁病”和“骨痛病”就是因為汞污染和鎘污染所致。因此，尋找科學(xué)、合理、有效的重金屬污染處理方法成為人類(lèi)生態(tài)環(huán)境保護領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

　　1.微生物修復技術(shù)以及作用機制

　　生物修復技術(shù)是利用生物的生命代謝活動(dòng)來(lái)降低環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無(wú)害，從而使污染的土壤部分地或者完全地恢復到原始狀態(tài)。相比常規的物理、化學(xué)修復方法，它的最大特點(diǎn)是經(jīng)濟高效且不會(huì )形成二次污染，一些科學(xué)家形象地稱(chēng)之為替環(huán)境“天然排毒”。微生物修復技術(shù)是指利用天然存在的或者是所培養的功能微生物群，在適宜環(huán)境條件下，促進(jìn)或強化微生物代謝功能，從而來(lái)達到降低有毒污染物活性或降解成無(wú)毒物質(zhì)的生物修復技術(shù)，它已經(jīng)成為污染土壤生物修復技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。其原理主要是利用微生物對土壤中重金屬元素具有特殊富集、吸收、降解能力。

　　微生物在重金屬污染環(huán)境下逐漸形成了一些對重金屬有抗性的種群,包括細菌、放射菌、真菌等,它們能夠通過(guò)生物解毒對重金屬污染物產(chǎn)生抗性,并且能夠在重金屬污染的環(huán)境中生長(cháng)繁殖。目前，對微生物修復重金屬污染的具體機

　　理還不是很清楚，但不同類(lèi)型的微生物對重金屬的修復機理各不相同，像原核微生物主要通過(guò)減少重金屬離子的攝取，同時(shí)增加細胞內重金屬的排放來(lái)控制胞內金屬離子濃度。而細菌的修復機理主要在于改變重金屬的形態(tài)從而改變其生態(tài)毒性。真核微生物它能夠減少破壞性較大的活性游離態(tài)重金屬離子，原理是其體內的金屬硫蛋白可以螯合重金屬離子。不同類(lèi)型微生物對重金屬污染的耐性也不同，通常認為：真菌>細菌>放線(xiàn)菌。

　　研究者一般認為,微生物抗金屬的機制主要有生物吸附、胞外沉淀、生物轉化、生物累積和外排作用。

　　2.研究與應用

　�。�1）重金屬污染的微生物修復技術(shù)是利用微生物的生物活性對重金屬的親合吸附或將其轉化為低毒產(chǎn)物，從而降低重金屬的污染程度。目前應用微生物的高效降解、轉化能力在治理重金屬污染方面已取得了一些良好效果。其治理過(guò)程分為：

　�、俑咝�生物降解能力和在極端環(huán)境下微生物的篩選、鑒定；

　�、谥亟饘傥廴疚锷�物降解基因的分離、鑒定和特殊工程菌的構建；

　�、凵�物恢復技術(shù)的實(shí)際應用和工程化。

　�。�2）篩選污染物高效降解菌株的研究是微生物修復技術(shù)重要的的第1步。根據微生物對重金屬污染物的作用機制，選擇高效微生物的標準就包括有：①對重金屬污染物有較高的耐性；

　�、趯Νh(huán)境的適應性比較強；

　�、蹖χ亟饘傥廴疚锏慕到庑�率高、專(zhuān)一性強；

　�、懿粫�(huì )影響環(huán)境中原有的生物多樣性。

　　我國對生物修復高效降解微生物的篩選來(lái)源于對農藥高效降解微生物的研究，現已經(jīng)篩選出大量的可用于生物修復技術(shù)開(kāi)發(fā)的微生物。像肖偉等從寶鋼電鍍污泥中分離得到一系列高六價(jià)鉻抗性菌株能耐受40mmol/LCr6+。

　�。�3）由于大多數微生物對重金屬的抗性系統主要是由質(zhì)粒上的基因編碼，且抗性基因也可在質(zhì)粒與染色體間相互轉移，因此許多研究工作開(kāi)始采用質(zhì)粒來(lái)提高細菌對重金屬的累積作用，并取得了良好的應用效果。李福德就利用過(guò)復合功能菌處理電鍍廢水并取得了很好的去除效果。

　　3.總結與展望

　　利用微生物處理重金屬污染已取得了一定成果，國外利用微生物來(lái)治理Hg+,Cd3+、Pb、Cu2+、Zn、Ag2+等重金屬離子技術(shù)也已經(jīng)投入市場(chǎng)并取得了預期效果。但國內利用微生物來(lái)處理重金屬污染起步比較晚，因此利用微生物處理重金屬污染機理還不是很明確，很多研究也還處在實(shí)驗性階段，并沒(méi)有投入實(shí)際應用。隨著(zhù)對微生物處理重金屬機理的不斷深入，接下來(lái)的工作主要從以下幾個(gè)方面大力著(zhù)手：

　　(1)需要加大實(shí)驗力度，馴化和篩選高效高活的菌株，培育具有超量蓄積重金屬能力的微生物，對微生物的重金屬抗性基因結構及功能也要進(jìn)行研究。

　　(2)運用紫外線(xiàn)誘變技術(shù)，在含有重金屬的模擬環(huán)境中，利用紫外線(xiàn)照射微生物細胞，以此誘導基因突變，引起微生物遺傳性狀發(fā)生改變，來(lái)獲得高活力變異菌株，并提高菌種活性，減少重金屬對微生物的毒害。

　　(3)自然界微生物種類(lèi)雖然很多，但發(fā)現并運用于重金屬污染治理的相對較少。如何才能有效利用轉基因技術(shù)，將微生物中具有重金屬抗性的基因克隆到不具有重金屬抗性基因的微生物上，從而培育出大量抗重金屬微生物。

　　微生物重金屬篇二：關(guān)于微生物處理重金屬

　　硫酸鹽還原菌(Sulfate-ReducingBacteria,簡(jiǎn)稱(chēng)SRB)是一種厭氧的微生物；廣泛存在于土壤、海水、河水、地下管道以及油氣井等缺氧環(huán)境中。

　　研究表明在無(wú)氧或極少氧情況下,它能利用金屬表面的有機物作為碳源,并利用細菌生物膜內產(chǎn)生的氫,將硫酸鹽還原成硫化氫,從氧化還原反應中獲得生存的能量。

　　Srb不是嚴格的厭氧菌，它能耐受一定濃度（約4.5mg/l）的環(huán)境溶解氧，但在接近飽和的溶解氧濃度（9.0mg/L）下不能存活。

　　當環(huán)境中氯化鈉含量小于0.818%時(shí)srb菌株課正常生長(cháng)，含量在0.972%—2.28%時(shí)可在沉積物中生長(cháng)，大于2.45%時(shí)srb生長(cháng)完全受到抑制。

　　厭氧條件下srb生長(cháng)的適宜ph區間在6.5--7.5小于5.5或大于8.0時(shí)srb不能生長(cháng)。有氧條件下srb在ph為8--8.5時(shí)仍能生存乃至增殖。

　　SRB的代謝機理

　　SRB處理法的原理是利用SRB在厭氧條件下，通過(guò)稱(chēng)之為異化的硫酸鹽還原作用，將硫酸鹽還原為H2S，H2S與廢水中的重金屬離子反應生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而去除重金屬離子[21]。

　　關(guān)于SRB的合成代謝甚少，但對其分解代謝已有人作了不少研究[22]，可以簡(jiǎn)單地將SRB的代謝過(guò)程分為3個(gè)階段：分解代謝、電子傳遞、氧化，這一過(guò)程可以看出，有機物不僅是SRB的碳源，也是其能源，SRB利用SO4作為最終電子受體，將有機物作為細胞合成的碳源和電子供體，同時(shí)將SO42-還原為硫化物。SRB在利用多種多樣的化合物作為電子供體時(shí)表現出了很強的能力和多樣性，迄今發(fā)現可支持其生長(cháng)的基質(zhì)已超過(guò)100種。

　　2.2影響SRB還原硫酸鹽的因子及特點(diǎn)

　　影響SRB還原硫酸鹽的因子主要有：不同的有機碳源細菌，pH值，污泥量，硫酸根離子的溶度，COD/sulfate，活性碳量，重金屬，H2S濃度，溫度和磷酸鹽濃度等等。SRB處理法的特點(diǎn)是：處理費用低；處理效果好；處理廢水和重金屬種類(lèi)多，出水的COD低和對重金屬的毒害作用小等優(yōu)點(diǎn)，因而具有長(cháng)遠的研究?jì)r(jià)值。

　　隨著(zhù)城市污水排放量增大，用SRB凈化城市污水也引起了人們的關(guān)注。有人曾采用SRB對哈爾濱城市生活廢水進(jìn)行了處理試驗，結果各項指標均達到了排放標準。同時(shí)也表明，

　　SRB不僅可使固體懸浮物凝集沉淀，而且可以降低BOD，這是其它類(lèi)型絮凝劑無(wú)法比擬的。

　　綜上以及查閱有關(guān)資料顯示：srb在厭氧的條件下，能將含有硫酸根的重金屬污水中的重金屬沉淀。

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