如何处理污水中的微生物
处理污水的微生物篇一：微生物在污水处理中的应用
微生物在废水处理中的应用
摘要
工业飞速的发展，废水量也因此而与日俱增，寻找有效的污水处理方法十分紧要。应用微生物菌群处理废水，具有高效、低成本以及反应条件温和等优点。本文主要介绍应用微生物处理污水的过程、方法及其优缺点。
关键词：
生物菌群；厌氧微生物处理；好氧微生物处理；氧化塘
一、前言
随着工业生产的飞速发展，工业废水量急剧增加。各种工业废水如：造纸废水、石油炼厂废水、印染废水、纺织工业废水等源源不断地排入江河湖海，严重污染水体，引起人类许多疾病，甚至造成群体中毒事件。严重影响了人类的健康生活，也是经济的可持续发展受到制约。
微生物在地球生态系统物质循环过程中作为分解者起着“天然环境卫士”的作用，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，微生物都能发挥重要作用。当今人类所面临的诸如环境污染、资源短缺、生态破坏、健康危害等重要问题，都有可能从微生物资源的开发研究中寻找到解决的办法。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。
二、应用微生物技术处理废水简介
水中的微生物在其活动过程中，能吸收和转化某些污染物质，并将大量的有机物分解成无机盐类、二氧化碳和水，从而使水体得到自净。污水生物处理主要是根据水体自净原理，利用微生物的催化作用和代谢活性、好氧或厌氧分解和转化污水中的污染物质。
在现有的众多废水处理技术中,生物菌群处理污水技术以其高效、低成本以及反应条件温和等优点受到各国环保专家的推崇，已在大多数国家得到广泛应用。
（一）、生物菌群处理污水的特点
1、处理条件温和，处理过程高效。高温、高压以及昂贵的催化剂并不是必要条件。所以,其成本费用相对较低。
2、生物菌群来源广，易培养、繁殖，易适应环境条件，经简单驯化便可用于污水处理。
3、适用范围广：大多数有机物质都可被相应的微生物菌群降解。
4、无需添加化学催化剂，避免再次污染。
（二）、生物菌群处理污水的过程
在生物菌群处理污水的过程中,根据环境来区分可分为好氧处理以及厌氧处理二个过程。
1、好氧微生物处理：在有氧条件下，水体中有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，处理过程中，溶解性的有机物可直接被微生物吸收降解，而大分子的有机污染在微生物产生的各类胞外酶的作用下分解为小分子有机物，一部分通过合成途径成为细胞结构的一部分，以剩余污泥的形式从水体中去除；另一部分继续氧化分解，通过不同途径进入三羧酸循环，最终被彻底分解为二氧化碳、水，同时还形成硝酸盐和硫酸钡等简单的有机物。在整个过程当中,溶解氧气的消耗、微生物的增殖以及有机物的降解这三个过程是同时同步进行的。
2厌氧微生物处理：活性污泥法与生物膜法是在有氧条件，由好氧微生物降解污水中的有机物，最终产物是水和二氧化碳。高浓度有机废水和污泥中的有机物一般采用厌氧生物处理，即在无氧的条件下，由兼性及专性厌氧细菌降解有机物，最终产物是二氧化碳和甲烷。总的来说可分为四个阶段，第一是水解阶段。起先,复杂的有机物在发酵性细菌产生的胞外酶作用下缓慢地分解成为具有溶解性的有机分子;第二是酸化阶段。在此过程当中,具有溶解性的小分子有机物进入酸化菌的细胞内分解为VFA。需要注意的是,这一过程需要胞内酶的催化;第三是产生乙酸的阶段。在第二个步骤后形成的丙酸、丁酸、乙醇等产物会在这个阶段转化为乙酸、H2、CO2等物质。最后一个部分是甲烷的产生阶段。
三、应用微生物处理废水方法
目前,污水的微生物处理主要有好氧微生物处理（活性污泥法和生物膜法）、厌氧微生物处理和氧化塘法。
（一）、好氧微生物处理
1、活性污泥法
活性污泥法是利用河流自净原理的人工强化污水处理工艺，利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝、吸附、降解废水中污染物，并在氧的作用下，微生物通过自身的生命活动——氧化、还原、合成等过程，将这些物质氧化为二氧化碳、水等物质。从而达到降低水体中有机污染物浓度的目的。
活性污泥系统主要由活性污泥反应器——曝气池、曝气系统、二沉池、污泥回流系统和剩余污泥排放系统组成。
活性污泥中固体物质包括有机成分和无机成分，有机成分主要是有栖息在活性污泥上的微生物群体和污水带入的有机固体物质所组成，其中包括某些难为细菌摄取、利用的所谓“难降解有机物质“。活性污泥的无机部分，则全部由污水带入。
活性污泥中的微生物主要由各种细菌、原生动物及微型后生动物组成。它们在活性污泥中组成了一个小型的相对稳定的生态系统。
从1914年活性污泥法在英国首先得到应用，至今已有100多年的历史。活性污泥法在污水处理进程中一直发挥着巨大的作用，在当前的污水处理领域中，是应用最广泛的处理技术之一。
在实际运行中常用的活性污泥工艺有：氧化沟、间歇式活性污泥法、AB法等。
2、生物膜法
生物膜法是与活性污泥法并行的一种好氧型生物废水处理方法，主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。其工艺是使含有营养物质和接种微生物的污水在滤料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在滤料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。生成的生物膜上繁殖着大量的微生物，它们吸附和降解水中的有机污染物，能起到与活性污泥同样的净化污水作用。
生物膜具有高度的亲水性，污水不断流过其表面的过程中，在其外侧总是存在着一层附着水层，生物膜在表面及一定深度生长繁殖着大量的各种类型的微生物，并形成有机污染物---细菌---原生动物的食物链。
生物膜形成与成熟后，微生物不断增殖，生物膜的厚度不断增加，增厚一定程度后，氧不能进入的膜内部即转变为厌氧状态，形成厌氧生物膜层，这样，生物膜便由好氧和厌氧两层构成，有机物的降解主要是在好氧层内进行的。
生物膜中的微生物主要包括细菌、真菌、原生动物及后生动物等，与活性污泥相比，生物膜中微生物的种类和数量更丰富。
在生物膜法废水处理过程中,有以下几个步骤:废水首先通过布水装置均匀洒到生物滤池表面,之后一部分废水呈薄膜流动状流过滤料,并由上层滤料往下层滤料进行逐层地滴流,最终由排水系统排出池外,而另一部分废水则而呈薄膜状被吸附于滤料周围,成为附着水层。通常,生物膜法也被称为生物过滤法。这种方法的优势在于上文所言的比活性污泥法产生的剩余污泥相对较少，对废水水质、水量的变化也有较好的适应性。
生物膜法因其具有抗负荷冲击能力强、动力消耗低、不需污泥回流、不存在污泥膨胀、管理运转容易等优点，而在工业废水处理中得到广泛应用。常用的生物膜法工艺有：生物滤池（普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池）、生物转盘等。
（二）、厌氧生物处理
厌氧处理法,也称厌氧消化、厌氧发酵或厌氧稳定技术。通常是在无氧的条件下,由专性厌氧菌和兼性厌氧菌去降解有机污染物的方法。一般用于不溶性有机物质,如高浓度的工业废水、纤维素含量高的污水等。
参与厌氧消化的微生物类群总体上可分为两大类，即不产甲烷微生物和产甲烷微生物。不产甲烷微生物有：发酵细菌（梭状杆菌、拟杆菌、丙酸杆菌属等）、产氢产乙酸菌和同型产乙酸菌；产甲烷微生物与其他细菌相比，种类较少，但形态各异，有球形、杆型螺旋型等，常见的有甲烷杆菌属、甲烷球菌属等。
厌氧生物处理工艺，也可分为厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法两大类。厌氧生物膜法有：普通消化池、厌氧接触池等，厌氧生物膜包括厌氧生物池、厌氧流化床、厌氧生物转盘等。
厌氧生物生物处理反应器今后处理能力会不断提高，适用范围会不断扩大，出水水质会不断改善，所化时间会不断减少。
（三）氧化塘法
又称生物塘法或稳定塘法,一般是指利用自然或人工的水塘中的微生物和藻类的共生作用去除废水中有机污染物的一种需氧生物处理方法。在氧化塘中,废水中的有机物主要是通过有机菌藻共生作用去除的。氧化塘中同时可以进行好氧和厌氧性分解作用和光合作用,三种作用互相影响。
四、应用微生物处理废水前景
19世纪末，污水生物处理的出现标志着人类将微生物应用于环保工程的开始，经过近百年的发展，微生物不仅在污水处理中得到广泛应用，在环境保护工程中已得到广泛应用。当前，微生物应用在国际上已蓬勃发展，随着全球内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法，应用微生物处理废水必将受到更多的重视。
五、结束语
随着我国经济的高速增长，工业化和城市化的步伐加快，对水资源的需求也日益增加，进而产生了大量污水，加剧了对环境的污染，应用微生物处理污水具有快速高效，费用较低，无二次污染等优点，但已有的微生物处理污水的方法还存在着大规模处理效率低，效果不明显等缺点，因此，将多种方法组合利用、研究新的处理方法及更好的反应器十分重要。
处理污水的微生物篇二：微生物在污水处理中的应用
《环境生物技术论文》
题目：微生物在污水处理中的应用
摘要：本文主要阐述了各种微生物在不同种类污水中的应用，以及它们不同的应用机理。
关键词：微生物生活污水工业污水农业污水重金属农药
1.世界水资源现状
环境保护是我国的基本国策。世界经济发展的实践证明，为实现经济的持续稳定的发展，必须解决好发展与环境保护的矛盾。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。污水主要来源于生活污水和工业污水。生活污水如不经过处理则会使水源不适应生活需要,同时造成对水生生物的毒害作用,破坏水产资源,还可传播肠道传染病;工业污水中有的无机物和有机物,使动、植物生长条件恶化,鱼类生产受损,人类的生活及健康受到不良影响。而微生物法处理这两类废水是最经济又简便易行,且效果比较好的方法。微生物法是根据微生物在自然界中物质循环中的作用,利用微生物对有毒物质进行转化,从而化害为利、变废为宝,保护和控制自然环境的一种方法。另外,微生物能将水体中的有机污染分解,从而使水体得到净化。
2.原理
利用微生物处理污水实际就是通过微生物的新陈代谢活动,将污水中的有机物分解,从而达到净化污水的目的.微生物能从污水中摄取糖，蛋白质，脂肪，淀
粉及其它低分子化合物。微生物新陈代谢类型有需氧型和厌氧型两种,因此,净化方法分为好氧净化和厌氧净化.
3方法
3.1好氧净化
氧存在条件下，许多好氧微生物通过分解代谢、合成代谢和物质矿物化，在把有机物氧化分解成CO2和H2O等过程中，获寻C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧净化就是模拟上述原理，把微生物置于一定的构筑物内通气培养，高效率净化污水的方法。
3.2厌氧净化
微生物在严格厌氧条件下，有机物发酵或消化过程中，大部分有机物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等气体。污水的生物厌氧净化就是根据污水经厌氧发酵后既到净化，又获得了生物能源CH4的原理。微物细胞能量转移的电子受体，由好氧条件下分子氧改变为厌氧条件下的有机物。在厌氧件下，不溶于水而难分解的大分子有机污物，被微生物的胞外酶降解为可溶性物质，再由产甲烷厌氧细菌和产氢细菌降解成低分子有酸类和醇类、并放出H2和CO2；有机酸类和类经产甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌还可利用H2还原CO2，形成CH4。
微生物处理优点：微生物具有来源广，易培养，繁殖快，对环境适应性强，易变异的特征在生产上较容易的采集菌种进行培养繁殖，并在特定条件下进行驯化，使之适应不同的水质条件，从而通过微生物的新陈代谢使有机物无机化。加之微生物的生存条件温和，新陈代谢时不需要高温高压，它是不需要投加催化剂的.生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行费用相对较低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物处理的人工生态系统中，物质的迁移转化效率之高是任何天然的或农业生态系统所不能比拟的。
4．水污染物的类型及处理
4.1.1活性污泥法
活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力活性污泥法又称曝气法，是利用含有好氧微生物的活性污泥，在通气条件下，使污水净化的生物学方法。此法是现今处理有机废水的最主要的方法。所谓活性污泥是指由菌胶团形成菌、原生动物、有机和无机胶体及悬浮物组成的絮状体。在污水处理过程中，它具有很强的吸附、氧化分解有机物或毒物的能力。在静止状态时，又具有良好沉降性能。活性污泥中的微生物主要是细菌，占微生物总数的90％～95％。,并多以菌胶团的形式存在，具有很强的去除有机物的能力，原生动物起间接净化作用。活性污泥是由细菌、霉菌、酵母菌、原生动物、藻类等大量微生物和一些原生动物凝聚而成的绒絮状泥粒,具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力,活性污泥中的细菌多数以菌胶团的形式存在,只有少数以游离态存在,菌胶团是活性污泥的主体,具有粘性,能使水中的有机物粘附在颗粒上,然后加以分解利用,菌胶团原生物及丝状细菌提供了栖息和生活场所,其中的细菌具有很强的分解有机物的能力,而且由于菌体细胞包埋在胶质中,可避免被原生动物吞噬。活性污泥中的细菌类群随不同污水而呈现不同的优势菌群,如菌胶团属、假单孢菌属、芽孢杆菌属、八叠球菌属、螺菌属等。活性污泥中丝状细菌有球衣细菌、白硫细菌属,球衣细菌附着在菌胶团上或菌胶团交织在一起,成为活性污泥的骨架,球衣细菌在含有机物较纸的污水中出现,对有机物有很强的分解能
力。因此,可以根据污水成分含量的不同,人为地增添一些优势菌种,加速废水有机物的分解。活性污泥去废水中有机物可分为三个阶段:微生物细胞内营养物质的吸收;活性污泥的增殖;微生物的氧化分解作用。活性污泥法根据曝气方式不同，分多种方法，目前最常用的是完全混合曝气法。污水进入曝气池后，活性污泥中的细菌等微生物大量繁殖，形成菌胶团絮状体，构成活性污泥骨架，原生动物附着其上，丝状细菌和真菌交织在一起，形成一个个颗粒状的活跃的微生物群体。曝气池内不断充气、搅拌，形成泥水混合液，当废水与活性污泥接触时，废水中的有机物在很短时间内被吸附到活性污泥上，可溶性物质直接进入细胞内。大分子有机物通过细胞产生的胞外酶将其降解成为小分子物质后再渗入细胞内。进入细胞内的营养物质在细胞内酶的作用下，经一系列生化反应，使有机物转化为C02、H2O等简单无机物，同时产生能量。微生物利用呼吸放出的能量和氧化过程中产生的中间产物合成细胞物质，使菌体大量繁殖。微生物不断进行生物氧化，环境中有机物不断减少，使污水得到净化。当营养缺乏时，微生物氧化细胞内贮藏物质，并产生能量，这种现象叫自身氧化或内源呼吸。
活性污泥中微生物作用：
一提高出水水质方面的作用
1通过某些原生动物的分泌物,在沉降过程中促进游离细菌的絮凝作用,提高细菌的沉降效率和去除率。
2原生动物捕食细菌,提高细菌活动能力,提高对可溶性有机物的摄取能力。
3原生动物和细菌一起,共同摄食病原微生物。
二在活性污泥系统中的指示作用
1当活性污泥性能良好时,活性污泥表现为絮凝体较大,沉降性好,镜检观察出现的生物有钟虫属、盖虫属、有肋木盾纤虫属、独缩虫属、聚缩虫属、各类吸管虫属、轮虫类、累枝虫属、寡毛类等固着型种属或匍匐型种属。
2活性污泥恶化时,絮凝体较小,出现的生物有豆形虫属、滴虫属和聚屋滴虫属等快速游泳型的生物。当污泥严重恶化时,微型动物大面积死亡或几乎不出现,污泥沉降性下降,处理水质能力差。
3活性污泥从恶化恢复到正常,在这段过渡期内出现的生物有漫游虫属、管叶虫属等慢速游泳型或匍匐型的生物。
4活性污泥膨胀时丝状菌是导致污泥膨胀的主要生物,由于丝状菌大量繁殖,活性污泥呈棉絮状,颗粒细碎且颜色相对较浅。
4.1.2生物膜法
生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。生物膜法具有以下特点：（1）对水量、水质、水温变动适应性强；（2）处理效果好并具良好硝化功能；（3）污泥量小（约为活性污泥法的3／
4）且易于固液分离；（4）动力费用省。
该法是以生物膜为净化主体的生物处理法。生物膜是附着在载体表面，以菌胶团为主体所形成的粘膜状物。生物膜的功能和活性污泥法中的活性污泥相同，
其微生物的组成也类似。净化污水的主要原理是附着在载体表面的生物膜对污水中有机物的吸附与氧化分解作用。生物膜法根据介质与水接触方式不同，有生物滤池、生物转盘法、塔式生物滤池法等。
在生物滤池由于滤料间隙的空气不断地溶于水中，水层中保有比较充足的溶解氧而流过的废水中所含的大量有机物质，可作为微生物的营养源，因此水层中需氧微生物能够大量生长繁殖。微生物的代谢作用使部分有机物质被氧化分解为简单的无机物，并释放出能量。这些能量一部分供微生物自身生长活动的需要，另一部分被转化合成为新的细胞物质。另外，废水通过滤池时，滤料截留了废水中的悬浮物质，并吸附了废水中的胶体物质，使大量繁殖的微生物有了栖息场所，从而在滤料表面逐渐生长起一层充满微生物及原生动物的“生物膜”。膜的外侧有附着水层，废水不断地从滤池上淋洒下来，就有一层废水不断沿生物膜上部表面流下，这部分废水为流动水层。流动水层和附着水层相接触，附着水层由于生物净化作用，所含有机物质浓度很低，流动水层通过传质作用把所含的有机物传递给附着水层，从而不断地得到净化。同时由于生物膜上的微生物的增殖，膜的厚度不断增加，当达到一定厚度时，生物膜层内由于得不到足够的氧，由需氧分解转变为厌氧分解，微生物逐渐衰亡、老化，使生物膜从滤料表面脱落，随水流至。生物滤池的滤料上再生成新的生物膜，如此不断更新。就部分滤料来说，处理废水效能呈周期性变化。在生物膜形成的初期，微生物的代谢活动旺盛，净化功能最好；随着生物膜逐渐加厚,内部出现厌氧分解现象,净化的功能逐渐减退；到生物膜脱落时为最低。但就整个滤池来说,滤料上生物膜的脱落是参差交替的。因此,在正常情况下，整个滤池的处理效果是基本稳定的。
需氧生物膜上的微生物种类很多,有细菌真菌、藻类原生动物和后生动物,以及肉眼可见的微型动物。生物滤池中上层、中层、下层构成生物膜的微生物，种类也有区别。
4.2工业废水
工业废水是水体污染的主要污染源。包括钢铁工业废水，食品工业废水，印刷废水，化工废水等。随着工业化的发展，含有重金属离子的废水产生量越来越多。重金属离子已成为最重要、最常见的污染物之一。由于重金属在生物体内的富集、吸收与转化，从而通过食物链危害人体健康。如致癌、致畸等，故而处理重金属污染刻不容缓。
微生物处理技术在生活污水处理中的应用已经非常成熟并且全面普及，但是在工业污水的处理中还存在着一定的技术问题。相对于生活污水来说，工业污水的成份要复杂的多，大多数工业污水的COD值都相当高，可生化性差，这就给微生物处理带来了相当大的难度，有些工业污水甚至还有很高的氨氮指标，增加了微生物处理的难度。但是微生物技术的许多优势注定了它将是工业污水治理的一个方面，而且目前已经有很多行业的工业污水开始采用微生物处理技术并且得到了稳定的运行数据。
这里主要讲述关于污水中重金属的处理。目前可用的微生物法有生物吸附法、硫酸盐还原菌净化法和利用微生物的转化作用去除重金属。
4.2.1生物吸附法
生物吸附是利用生物量（如发酵工业的剩余菌体）通过物理化学机制，将金属吸附或通过细胞吸收并浓缩环境中的重金属离子，由于重金属具有毒性，如果浓度太高，活的微生物细胞就会被杀死。所以，必须控制控制被处理水的重金属浓度。
例如陈小霞等人用小球藻富集铬离子，研究表明小球藻富集铬离子的机制主要表现是表面吸附和主动运输。在生长期和稳定期小球藻富集的铬以有机铬存在，而在衰亡期，小球藻富集的铬以无机铬存在。
利用工业发酵后剩余的芽孢杆菌菌体或酵母菌吸附重金属，具体做法是首先用碱处理菌体，以便增加其吸附重金属的能力。然后通过化学交联法固定这些细胞，固定化的芽孢杆菌对重金属的吸附没有选择性（微生物在结合无机污染物上表现出选择性，多于大多数合成的化学吸附剂，微生物对金属的吸附和累积主要取决于不同配位体结合部位对对金属的选择性）。可以去除废水中的Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn去除率可达99%。吸附在细胞上的重金属可以用硫酸洗脱，然后用化学方法回收重金属，经过碱处理后的固定化细胞还可以重新用于吸附重金属。
4.2.2硫酸盐还原菌净化法
脱硫弧菌属硫酸盐还原菌是厌氧化能细菌，它最大的特征就是在无自由氧的条件下，在有机质存在时通过还原硫酸根变成硫化氢，从中获得生长能量而大量繁殖;它繁殖的结果是使溶解度很大的硫酸盐变成了极难溶解的硫化物或硫化氢。这类细菌分布广泛，海洋、湖泊、河流及陆地上都能存在。在没有自由氧而有硫酸盐及有机物存在的地方它就能生长繁殖，其生长温度为25~35摄氏度，PH值为6.2~7.5.该细菌的'作用可将废水中的硫酸根变成硫化氢，使废水中浓度较高的重金属Cu、Pb、Zn等转变为硫化物而沉淀，从而使废水中的重金属离子得以去除。
4.2.3利用微生物的转化作用去除重金属
微生物可以通过氧化作用、还原作用、甲基化作用和去烷基化作用对重金属和重金属类化合物进行转化。
细菌胞外的荚膜或粘膜层可产生多种胞外多聚体，胞外多聚体能够吸附自然条件下或废水处理设施中的重金属。其主要成分是多糖、蛋白质和核酸。
真菌的细胞壁内含几丁质，这和N----乙酰葡糖胺多聚体是一种有效的金属于放射性核素结合的生物吸附剂。经过氢氧化物处理的各类真菌暴露出来的几丁质、脱乙酰壳多糖和其他金属结合的配位体，形成菌丝层，可以有效的去除废水中的重金属。
六价铬具有强烈的毒性，其毒性是三价铬的100倍，而且能在人体内沉淀。由于六价铬很容易通过胞膜进入细胞，然后在细胞质、线粒体和细胞核中被还原为三价铬，三价格在细胞内与蛋白质结合为稳定的物质并且和核酸相作用，而细胞外的三价铬是不能参透细胞的，细菌利用细胞中的NADH作为还原剂，在厌氧或好氧的状态下，将六价铬还原为三价铬。如阴沟肠杆菌能抗10000μmol/l铬酸盐，在厌氧的条件下能使六价铬还原为三价铬，三价铬可以通过沉淀反应与水分离而被去除。
4.3农业废水
它面广而量大且分散。农田使用农药，化学农药主要是人工合成的生物外源性物质，很多农药本身对人类及其他生物是有毒的，而且很多类型是不易生物降解的顽固性化合物。农药残留很难降解，人们在使用农药防止病虫草害的同时，也使粮食、蔬菜、瓜果等农药残留超标，污染严重，同时给非靶生物带来伤害，每年造成的农药中毒事件及职业性中毒病例不断增加。同时，农药厂排出的污水和施入农田的农药等也对环境造成严重的污染，破坏了生态平衡，影响了农业的可持续发展，威胁着人类的身心健康。农药不合理的大量使用给人类及生态环境
处理污水的微生物篇三：废水的微生物处理
废水的微生物处理
袁良兵丁鹏鹏姜鹏吕强朱文涛
摘要：根据废水所含物质不同，选用不同的微生物处理，各种微生物代谢的底物不同，利用微生物处理生活、农业、工业废水等，本文主要介绍一些处理废水的微生物的处理有害物质的简单原理，并对废水处理过程作简单介绍。
关键词：废水微生物处理简单原理
引言：
随着工业的高速发展和人口的膨胀,水环境污染问题越来越严重地威胁着人类的生存环境,制约着社会和经济的进一步发展。因此,治理废水,保护世界上水资源免受污染已成为全球性课题。在目前所发展的废水处理技术中,废水生物处理法已成为世界各国处理城市污水和工废水,控制水污染的主要手段。废水生物处理是除物理化学法外的另一类水处理方法,它利用微生物生命活动过程对废水中污染物进行转移和转化作用,使废水得到净化的处理方法。其主要特征是应用微生物在为充分发挥微生物的作用而专门设计的生化反应器中,将废水中染物转化为微生物细胞以及简单形式的无机物与物理化学方法相比,生物处理法具有一系列特点。
由于污染物的生化转化过程不需要高温、高压,在温和的条件下经过酶催化即可高效并相对彻底完成,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实现变异等特性,适当地对其加以培养繁殖,特别是在一定特定条件下进行驯化,就能使之很好地适应各种有毒的工业废水环境;通过有针对性地对菌种进行筛选、培养和驯化,可以使大多数的有机物质实现生物降解处理,因此对废水水质的使用面越来越宽;废水生物处理法不加投药剂,可以避免对水质造成二次污染。另外,生物处理效果良好,不仅去除了有机物、病原体、有毒物质,还能去处臭味、提高透明度、降低色度等。所有这些优点都使生物处理法处理废水成为废水处理方法的首要选择[1]。
根据污水中的污染物不同，可将污水分为:含重金属离子废水的处理、含硫化物废水的处理啤酒废水的处理、染料废水的处理、含油废水的处理、核工业废水中钚的处理、抗生素工业废水的处理[]、医院污水的处理[]、有不同的处理方法，但大致都需经几个相同的阶段：一级处理、二级处理和三级处理。一级处理仅是物理分离，去除大块物体，然后将这些水静置处理数小时，使其悬浮固体颗粒沉淀下来。经一级处理的污水含有高浓度的营养物质，这也是一些主要的污水处理厂进行二级处理的原因。二级处理过程主要与微生物过程紧密相连。同时由于污水的污染物不同，
其处理的方法也存在着一些差别。
污水的厌氧处理
厌氧处理是利用兼性好样菌和专性厌氧菌分解有机物产甲烷的过程。经过这一次处理既净化了污水，又获得了能量物质。厌氧反应器是第三代的厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB）,反应的温度要保持约为35摄氏度，所以要有供热系统和冷却系统，有搅拌装置，收集产生甲烷的储存罐。参与厌氧的微生物有4类；a.产胞外酶的微生物，主要为梭状芽孢杆菌，是不容性的有机物变为可溶性的有机物；b.产酸细菌，主要为厌氧异养细菌，如梭状芽孢杆菌、链球菌、大肠杆菌、病状杆菌，它们利用第一类细菌产生的物质产乙酸、甲酸、二氧化碳、乙醇、甲醇、甘油、丙酸等，其中80%为乙酸；c.肠杆菌科细菌和一些产芽孢的细菌，它们利用丙酸、丁酸等产乙酸、氢气、二氧化碳；d.产甲烷细菌，如甲烷杆菌属、甲烷八叠球菌属、甲烷球菌属，这些菌利用乙酸、甲酸、氢气、二氧化碳合成甲烷。
在厌氧处理过程中式许多细菌协同完成的，其中有产甲烷细菌。产甲烷细菌是是严格厌氧的生物，已经知道产甲烷细菌的底物有三个等级，并且它们都能释放出适合ATP合成的自由能。
第一等级的底物包括用于CO2型底物。CO2+4H2→CH4+2H2O
4COO-+4H+→CH4+3CO+2H2O
4CO+2H2O→CH4+CO2
第二等级的反应包括将含有甲基的化合物还原成甲烷的甲基集团。还原作用在甲醇或甲基胺作为底物的情况下，各种还原成甲烷的反应按下列进行：
4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O
4CH3NH3Cl+2H2O→3CH4+CO2+4NH4Cl
CO2型底物有CO2、HCOOH、HCOO-、CO;
甲基类底物有甲醇、甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、巯甲基、二甲基巯；乙酸型底物有乙酸。[2]
含有汞等重金属的污水处理
现在汞广泛应用于工业生产并且是许多农药的活性组成成分，由此汞被带到环境中。由于汞在生物组织中有独特的浓缩作用，同时它本身的巨毒性，所以汞在环境中有相当大的重要性。汞的主要来源是汞矿的开采和化石燃料的燃烧，人为来源包括电池和电线生产、化学工业和城市废物的燃烧。
汞的毒害机理：汞经过甲基化作用，产生甲基汞。甲基汞是可溶性的，而且可以在水生食物链特别是鱼中浓缩，或者由微生物进一步甲基化产生称为二甲基汞CH3-Hg-CH3得到挥发性复合物。在代谢过程中，汞的甲基化是由CH3-Br12提供甲基的。甲基汞和
二甲基汞与蛋白质结合，积累在动物组织中，特别是肌肉中，是一种强烈的神经毒素，最终导致鱼的死亡。
甲基汞是一种主要的环境毒素，它的积累是淡水湖中非常问题，从人类所食用的鱼中可以发现甲基汞浓度的增加，汞可以引起人或动物肝脏和肾脏的损伤。
处理方法：美国田纳西大学的研究人员发布公报说，他们在研究中发现，汞对靠近食物链底端的生物，如鱼及水生贝类的污染相当严重，并通过它们最终对人类健康造成影响，但有些细菌具有破坏这一“污染链”的作用。
研究发现，一种细菌所合成的MerB酶可以降低甲基汞的毒性，从而减小汞对环境的污染。这种酶的三维结构能首先击破甲基汞中汞原子与碳原子的关键链接，然后在甲基汞电子四周制造静电场，对甲基汞的毒素进行分解。
有一种微生物与NADPH相连的酶称为汞还原酶转移2个电子到Hg2+，使它还原成Hg0，Hg2是挥发性的，但它对人和微生物是无毒的，细菌转化Hg2+为Hg0，然后使更多的CH3Hg+转化为Hg2+。
汞抗性在革兰氏阴性菌铜绿假单胞菌进行了深入地研究，汞的抗性基因位于质粒上，这些基因称为mer基因，排列在一个操纵子上，有调节蛋白MerR(merR产物)控制，MerR具有阻碍蛋白和激活蛋白的功能，在无Hg2+时，MerR与mer操纵子的操纵基因结合，使merTPCAD发生转录，但当Hg2+存在时，它与MerR形成一个复合体，具有mer操纵子转录激活蛋白的功能。汞还原酶是mer基因的产物，MerD是merD的产物，也具有调节作用，而merP编码周质Hg2+结合蛋白，这个MerP蛋白结合Hg2+，把Hg2+转移到一个膜蛋白MerT(MerT的产物)上，该蛋白可把Hg2+转移懂啊细胞内，在汞还原酶的作用下进行还原反应，最终使Hg2+还原为Hg0,Hg0是挥发的，可从细胞中释放出来。
异生素的生物降解
异生素是指自然界中不存在的，有化学合成的化合物。因此，在自然界中，能利用它们的生物不存在，但许多异生素化合物易受微生物侵袭。
最广泛发布的异生素是农药，它通常是有害废物的组成，农药有不同的化学类型，如氯苯氧烷基羧酸、替代脲、硝基酚、有机氮，有机磷等等，其中一部分物质可以作为某些微生物的碳源和电子供体，二另一些则不能。
含氯农药的有效降解发生在无氧环境中，在这些反应中，无氧生物降解与分子还原脱氯有关，脱氯的衍生物要比最初含氯分子毒性小得多，如一种硫酸盐还原细菌脱硫念珠菌属还原3-氯苯甲酸酯为苯甲酸酯和Cl-;这个还原反应的电子来自于乙酸盐、甲酸盐或H2，还原反应与穿过细胞质膜质子梯度的建立有关，脱硫念珠菌属用于驱动ATP的合成，因此，3-氯苯甲酸酯为苯甲酸酯的还原脱氯作用是一个典型的厌氧呼吸[2]。硝基酚的代谢途径及其机理研究硝基酚是重要的化工原料,常作为医药、染料农
药等合成的前体。这类化合物能在环境中长期残留,已经对土壤、水体和大气造成了严重的污染。苯环结构的对称性和稳定性使硝基芳烃化合物不易发生化学应,而环境中的许多微生物却能够利用这些污染物作为碳源、氮源和能源来生长,能把这些污染物完全降解。
a.42硝基酚代谢途径研究。微生物通过氧化代谢途径完成对42硝基酚的代谢,根据中间产物的不同,可以分为对苯二酚途径和苯三酚途径。从2004年开始,日本、美国和中国学者相继阐明了RhodococcusopacusSAO101、Arthrobactersp.JS443和Pseudomonassp.WBC23菌株中的42硝酚代谢的分子机理。其中前两株菌均为革兰氏阳性菌,都是经1,2,42苯三酚途径降解42硝基酚,而WBC23菌株通过对苯二酚途径降解42硝基酚。与苯三酚代谢途径相比,WBC23菌株中无论是代谢途径、酶和基因,还是代谢操纵子的结构特点都与之完全不同。其中的42硝基酚单加氧酶(PnpA)催化42硝基酚氧化为对苯二醌,其与数据库中最为相似的是来自PseudomonasputidaU菌株的32羟基苯乙酸单加氧酶,但其氨基酸水平一致性仅为25%。对苯二醌还原酶(PnpB)也是参与42硝基酚代谢途径的关键酶,催化对苯二醌还原为对苯二酚。参与42硝基酚下游代谢途径的酶包括:PnpC和PnpD是对苯二酚双加氧酶的两个亚基,催化对苯二酚开环生成γ2羟基粘康酸半醛(γ2HMSA);而PnpE和PnpF分别是γ2HMSA脱氢酶和马来酰乙酸还原酶,催化γ2HMSA经马来酰乙酸生成β2酮己二酸酯,继而进入TCA循环。b.22硝基酚的代谢途径研究。目前报道的22硝基酚的代谢途径以氧化代谢途径为主,2007年Xiao等从活性污泥中新筛选到一株能够利用邻硝基酚作为唯一碳源、氮源和能源生长的Alcaligenenssp.NyZ215菌种,并克隆了长约10kb的邻硝基酚降解基因簇,其中包括邻硝基酚22单加氧酶、邻苯二醌还原酶和邻苯二酚1,22双加氧酶的基因,这3个基因与邻硝基酚代谢的起始反应相关。在蛋白质序列水平上,邻硝基酚22单加氧酶(OnpA)与PseudomonasstutzeriAN10中功能已知的水杨酸羟化酶有26%的一致性。体外实验表明,OnpA在NADPH存在的条件下能将邻硝基酚转化为邻苯二酚,同时释放亚硝酸根离子。邻苯二酚1,22双加氧酶(OnpC)能催化邻苯二酚生成顺式2顺式粘康酸。邻苯二醌还原酶OnpB在邻硝基酚代谢中扮演了重要的角色,很可能是邻苯二醌还原酶在体内将由OnpA产生的中间产物邻苯二醌催化转化为邻苯二酚。
(1)氯代硝基苯类化合物的微生物降解途径和机理研究
氯代硝基芳香类化合物的代表42氯硝基苯(42chloronitrobenzene,4CNB)常用于有机化合物合成中间体、染料和农药等,是一种诱变剂和致癌剂,近年来倍受环境学家关注。4CNB分子中氯离子和硝中国基础科学·工业生物技术专刊2009·5·ChinaBasicScience80基的易得电子特性和其立体结构特征,使它们任何一个单独存在都增加了苯环裂解的难度。当二者共同存在时,苯环裂解难度会更大,因而在环境中更加难以降解。
我国学者分离获得了多株氯代硝基苯降解菌株,并首次在分子水平上系统报道了氯代硝基苯代谢途径中的酶及其基因。研究结果表明,这些菌株采用还原途径代谢氯代硝基苯,代谢途径包括了部分还原硝基、双加氧酶催化开环、脱氢、脱羧、脱氨等步骤。目前已经完成了该菌中4CNB关键降解基因的鉴定,包括对氯硝基苯还原酶(CnbA)和变位酶(CnbB)(可催化4CNB转化成开环底物22氨基52氯酚)、22氨基52氯酚开环酶(CnbCa和CnbCb,能将22氨基52氯酚开环氧化为22氨基52氯酚粘康酸半醛)以及一个全新的脱氨酶。
(2)氯代硝基苯类化合物的微生物修复研究
在对4CNB微生物代谢机理深入研究的基础上,我国学者已经开始利用降解菌进行污染土壤的微生物修复尝试。Liu等证明4CNB降解菌Comamonassp.CNB21能够直接或者通过与植物耦联进行污染土壤的生物修复,该菌株能够在污染土壤中定植和存活,并在2天内完全消除2g(4CNB)/Kg(土壤)土壤中的4CNB,而加入菌种CNB21对土壤本身的微生物群体影响不大。Niu等同时开展了PseudomonasZWL73菌对4CNB的生物修复研究,发现ZWL73菌培养物加入到含有1g(4CNB)/kg(土壤)的土壤环境中,在8天后4CNB的浓度下降99%,降解效果显著。分子生态学分析证明在其生物修复过程中微生物生态整体结构变化不显著,而Acidobacteria和氨氧化菌群明显受到影响。Zhao等将ZWL73菌应用于硝基苯污染土壤的微生物修复,减毒效果显著,并对生物修复过程中的硝化细菌和氨氧化菌群进行了生态学分析。
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