摘要：微生物技術(shù)修復(fù)水污染以其效率高,、成本低,、無(wú)二次污染等特點(diǎn)日益受到人們的重視。微生物在水體污染治理中的作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：水體污染的微生物檢測(cè),，以及微生物制劑技術(shù),，生物膜法，生物柵修復(fù)技術(shù),，生物吸附劑等方面在理水體污染的作用

重金屬污染以及富營(yíng)養(yǎng)化治理工程中的研究成果及主要方法,，提出了微生物修復(fù)研究中存在的問(wèn)題并對(duì)今后的研究重點(diǎn)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：水污,；治理,；微生物作用

水體污染是指排入水體的污染物在數(shù)量上超過(guò)了該物質(zhì)在水體中的本底含量和水體的環(huán)境容量，從而導(dǎo)致水體的物理特征,、化學(xué)特征和生物特征發(fā)生不良變化,，破壞了水體固有的生態(tài)系統(tǒng)。近年來(lái),，隨著對(duì)環(huán)境資源開(kāi)發(fā)利用力度的日益增加，過(guò)度開(kāi)發(fā)造成的環(huán)境污染也日益顯著,，我們也為此付出了幾百倍于西方國(guó)家的環(huán)境代價(jià),，其中以水環(huán)境的污染尤為突出，許多流域的水污染負(fù)荷已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了水環(huán)境的容量［１－２］,。這些污染物主要來(lái)自于工業(yè)廢水,、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水等，涉及到有毒有機(jī)污染物,、重金屬以及導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮,、磷元素營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。傳統(tǒng)的水污染治理方法主要為物理及化學(xué)方法,，物化方法雖然具有一定的成效,，但都存在著對(duì)環(huán)境干擾大、運(yùn)行成本高,、容易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn),。利用微生物來(lái)修復(fù)污染水體可以最大程度地克服傳統(tǒng)物化方法的缺點(diǎn)，并且微生物資源豐富,、實(shí)地操作性強(qiáng),，正日益成為水污染修復(fù)的研究熱點(diǎn)［３］。

１.微生物修復(fù)技術(shù)概述［４］

微生物修復(fù)技術(shù)是２０世紀(jì)８０年代以來(lái)出現(xiàn)和發(fā)展的治理環(huán)境污染的微生物工程技術(shù),。它以微生物的代謝活動(dòng)為基礎(chǔ),，通過(guò)對(duì)有毒有害物質(zhì)進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，修復(fù)受破壞的生態(tài)平衡以達(dá)到治理環(huán)境的目的。微生物修復(fù)的關(guān)鍵是能針對(duì)處理體系中的污染物找到相應(yīng)的高效降解菌株,。在水污染治理中，高效降解菌株既可以從長(zhǎng)期污染的水體或廢水生物裝置中篩選,、分離,、富集培養(yǎng)得到，也可以通過(guò)誘變,、原生質(zhì)體融合、基因工程等技術(shù)來(lái)構(gòu)建,。微生物修復(fù)作用若要有效、持續(xù)地運(yùn)行,，從菌種選育、劑型開(kāi)發(fā)到處理工藝的選擇,、優(yōu)化實(shí)施都非常重要,。

２.微生物修復(fù)污染水體的研究進(jìn)展

2.１微生物修復(fù)有毒有機(jī)物污染水體

通常排放的工業(yè)廢水中常能檢測(cè)到包括多環(huán)芳烴,、鹵代烴,、雜環(huán)類(lèi)化合物在內(nèi)的各種有毒有機(jī)物，這些污染物質(zhì)的共同特點(diǎn)是毒性大,、成份復(fù)雜,、化學(xué)耗氧量高。盡管這類(lèi)污染物屬于難降解有機(jī)物,，但已發(fā)現(xiàn)一些好氧及厭氧微生物能夠通過(guò)不同代謝途徑將其降解,、礦化,，這就為微生物修復(fù)有毒有機(jī)物污染的水環(huán)境提供了可能,。以多環(huán)芳烴（ＰＡＨｓ）為例，許多細(xì)菌,、真菌、藻類(lèi)都具有降解轉(zhuǎn)化多環(huán)芳烴的能力,。目前人們已分離出多種以多環(huán)芳烴為惟一碳源和能源的微生物,，另外還發(fā)現(xiàn)一些絲狀真菌如白腐真菌、美麗小克銀漢霉菌（Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｅｌｌａｅｌｅｇａｎｓ）等能對(duì)四環(huán)以上的ＰＡＨｓ進(jìn)行共代謝反應(yīng),。一般來(lái)說(shuō),，多環(huán)芳烴苯環(huán)數(shù)量越少，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，就越容易被微生物降解,。共代謝作用可以提高微生物降解多環(huán)芳烴的效率,，增大微生物對(duì)碳源和能源的利用范圍，使復(fù)雜的多環(huán)芳烴被降解的機(jī)會(huì)增大,。尤其是利用各種微生物之間的各類(lèi)共代謝作用進(jìn)一步提高廢水的可降解性,。但是共代謝工藝的過(guò)程調(diào)控非常困難，很難保證共代謝促進(jìn)作用達(dá)到最佳的程度,，而且處理后的產(chǎn)物復(fù)雜,，在實(shí)際操作中依靠共代謝過(guò)程使有毒有機(jī)污染物徹底降低到清潔水平的做法存在風(fēng)險(xiǎn)。微生物降解多環(huán)芳烴的一般途徑都需要氧氣的參與,，通過(guò)產(chǎn)生加氧酶催化苯環(huán)裂解是ＰＡＨｓ降解的重要步驟,。細(xì)菌降解多環(huán)芳烴的第一步是產(chǎn)生雙加氧酶，通過(guò)加氧產(chǎn)生羥基化反應(yīng)來(lái)斷開(kāi)苯環(huán),。多環(huán)芳烴苯環(huán)的降解主要取決于微生物產(chǎn)生加氧酶的能力,。有毒有機(jī)物的生物處理技術(shù)已經(jīng)取得較快的發(fā)展，根據(jù)不同的水質(zhì),，不同的微生物作用機(jī)理,，形成了許多技術(shù)路線，包括共代謝技術(shù),、細(xì)胞固定化技術(shù),、好氧生物反應(yīng)器技術(shù)、厭氧－膜生物反應(yīng)器技術(shù),、厭氧水解酸化預(yù)處理技術(shù)等,。每種技術(shù)路線都是針對(duì)如何最大限度提高有機(jī)廢水的可生化性以及如何提高有效微生物對(duì)底物的適應(yīng)性和降解活性而設(shè)計(jì)的

。但是值得注意的是：篩選或構(gòu)建的高效菌株引入水體后必須是對(duì)環(huán)境無(wú)害的,，尤其是基因工程菌必須限制在一個(gè)可控制的范圍內(nèi),，而且微生物在降解污染物的過(guò)程中不應(yīng)產(chǎn)生比有機(jī)物母體毒性更大更不易分解的代謝物，必須考慮轉(zhuǎn)化產(chǎn)物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的安全性［５］,。

２.２微生物修復(fù)重金屬污染水體

國(guó)內(nèi)外應(yīng)用微生物技術(shù)修復(fù)重金屬污染水體的實(shí)例很多,，所用的生物資源也非常豐富，從細(xì)菌,、放線菌到酵母菌,、霉菌以及海藻類(lèi)等都有涉及。所進(jìn)行的研究多是從篩選耐受菌株開(kāi)始,，進(jìn)而研究其耐受機(jī)理,。能耐受高濃度重金屬的微生物本身會(huì)存在一種使細(xì)胞免受重金屬毒害的保護(hù)制，而這種機(jī)制很可能就是微生物對(duì)重金屬所產(chǎn)生的作用方式,。微生物對(duì)重金屬產(chǎn)生的作用方式有３類(lèi)：一是吸附作用,，微生物是一種特殊的離子交換劑,，菌體細(xì)胞表面存在著各種離子基團(tuán)，能夠進(jìn)行物理吸附和伴隨生化反應(yīng)的生物吸附,。微生物吸附是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,，細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)的差異決定了微生物吸附效果的差異，并且吸附力還會(huì)受到環(huán)境酸堿度,、溫度,、金屬離子的初始濃度以及共存離子的影響。二是絮凝作用,，一些微生物能產(chǎn)生具有絮凝活性的代謝物,，如一些多糖類(lèi)、蛋白類(lèi)的高分子物質(zhì),。這些物質(zhì)含有多種官能團(tuán),，分泌到細(xì)胞外能使水中的膠體懸浮物互相凝聚沉淀。到目前為止,，已開(kāi)發(fā)出的對(duì)重金屬離子有絮凝作用的生物有細(xì)菌,、霉菌、放線菌,、酵母菌和藻類(lèi)等１２個(gè)品種,。三是產(chǎn)生生物化學(xué)反應(yīng)，微生物通過(guò)產(chǎn)生氧化－還原,，甲基化和去甲基化等生化反應(yīng)將毒性重金屬離子轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)或沉淀,，此過(guò)程與代謝和酶密切相關(guān)。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學(xué)法,，該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌（ＳＢＲ）通過(guò)異化的硫酸鹽還原作用,，將硫酸鹽還原成Ｈ２Ｓ，重金屬離子和Ｈ２Ｓ反應(yīng)生成溶解度很低的金屬硫化物而被去除,。

３.微生物治理水體污染的方法

３.１水體污染的微生物檢測(cè)

傳統(tǒng)的生物監(jiān)測(cè)以水蚤,、藻類(lèi)或魚(yú)類(lèi)等為受試對(duì)象，實(shí)驗(yàn)周期比較長(zhǎng),，操作過(guò)程過(guò)于繁瑣,。目前針對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法的不足，提出了新的生物毒性監(jiān)測(cè)技術(shù)—發(fā)光細(xì)菌法,。發(fā)光細(xì)菌是一類(lèi)含有熒光素,、熒光酶、ＡＴＰ等發(fā)光物質(zhì),，在有氧條件下通過(guò)細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)而產(chǎn)生微弱熒光,。發(fā)光細(xì)菌在毒性物質(zhì)的作用下，細(xì)胞活性下降,，導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度降低。因此可以根據(jù)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度的變化來(lái)快速判斷毒性物質(zhì)的毒性大小。

３.２利用宏基因組學(xué)原理治理水體污染

宏基因組學(xué)主要研究從環(huán)境樣品獲得的基因組中所包含的微生物的遺傳組成及其群落功能,，避免了傳統(tǒng)微生物學(xué)基于純培養(yǎng)研究的限制,，為充分認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)利用未培養(yǎng)微生物、并從完整的群落水平上認(rèn)識(shí)微生物的活動(dòng)提供了可能,。對(duì)這些未培養(yǎng)微生物多樣性及群落功能的研究將大大擴(kuò)展對(duì)生命的了解,，應(yīng)用宏基因組技術(shù)可以有效地從環(huán)境中分離新的基因、發(fā)現(xiàn)化合物合成途徑和生物催化劑,，用于各種復(fù)雜污染物的處理,。宏基因組技術(shù)獲得的微生物生態(tài)學(xué)信息可以在廢水處理的各種反應(yīng)器系統(tǒng)、污染物降解過(guò)程中微生物的作用和調(diào)控,、富營(yíng)養(yǎng)作用,、營(yíng)養(yǎng)物循環(huán)及微生物對(duì)環(huán)境和氣候相互作用的監(jiān)測(cè)等研究中發(fā)揮重要作用［６］。

３.3微生物制劑技術(shù)

選育高效菌株制成為微生物復(fù)合制劑處理污染水體,。其過(guò)程以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ),，通過(guò)生物體內(nèi)產(chǎn)生的具有催化功能的特殊蛋白質(zhì)作為催化劑，凈化污水,、分解淤泥,、消除惡臭。微生物制劑技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是能迅速提高污染介質(zhì)中的微生物濃度,，并可望在短期內(nèi)提高污染物的生物降解速率,，另外生物反應(yīng)通常條件溫和，投資省,、費(fèi)用少,、消耗低，而且效果好,、過(guò)程穩(wěn)定,、操作簡(jiǎn)便。其缺點(diǎn)是保持良好的水體改善效果,，需根據(jù)水體變化情況,，不斷投加，可作為水體生態(tài)修復(fù)過(guò)程中的輔助措施,。微生物制劑技術(shù)適合封閉緩流水體,，在藻類(lèi)大量爆發(fā)前使用，可彌補(bǔ)微生物制劑通常見(jiàn)效時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn),。

３.４生物膜法處理技術(shù)

將微生物群體附著于某些載體的表面上呈膜狀,，通過(guò)與污水接觸，生物膜上的微生物攝取污水中的有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)吸收并以同化,。生物膜具有固定細(xì)菌,，對(duì)環(huán)境變化耐受能力強(qiáng),，降解效率高、產(chǎn)生污泥少的特點(diǎn),。主要工藝方法有生物廊道,、生物濾池、物接觸氧化池等,。生物膜法對(duì)于受有機(jī)物及氨氮輕度污染水體有明顯的效果,，日本、韓國(guó)等都有對(duì)江河大水體修復(fù)的工程實(shí)例,。

３.５生物柵修復(fù)技術(shù)

生物膜一種為參與污染物凈化的微生物,、原生動(dòng)物、小型浮游動(dòng)物等提供附著生長(zhǎng)條件的設(shè)施,。生物柵修復(fù)技術(shù)是將生物膜技術(shù)與水生植物加以結(jié)合用以擴(kuò)大生物附著表面積的一種新穎污染凈化技術(shù),。在曝氣的件下，微生物生存的基礎(chǔ)環(huán)境由原來(lái)的氣,、液兩相轉(zhuǎn)變成氣,、液、固三相,，這種轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸飫?chuàng)造了更豐富的存在形式,，形成更為復(fù)雜復(fù)合式生態(tài)系統(tǒng)。污染水體流經(jīng)時(shí),，懸浮物被填料和根系阻擋截留,，有機(jī)質(zhì)通過(guò)植物、生物膜的吸附及同化,、異化作用而除去［７］,。

３.６投放微生物法

最常投放的微生物有光合細(xì)菌（ＰＳＢ）和高效微生物群（ＥＭ）。光合細(xì)菌能將富營(yíng)養(yǎng)化水體中的磷吸收轉(zhuǎn)化,、氮分解釋放,、有機(jī)物迅速轉(zhuǎn)化為可被水生物吸收的營(yíng)養(yǎng)物。光合細(xì)菌有游離態(tài)和固定化兩種,，采用人工培養(yǎng)高密度光合細(xì)菌,，通過(guò)一定的方法投入水體，可加速水體的物質(zhì)循環(huán),，最終達(dá)到凈化水體的目的成都府南河綜合治理工程中,，在疏浚底泥、人工曝氣的基礎(chǔ)上,，曾用水面潑灑法向水體投放ＰＳＢ,，同時(shí)放養(yǎng)一定數(shù)量的魚(yú)類(lèi)，并在淺水區(qū)引種水生植物,，重建了該水體的生態(tài)平衡,。高效微生物群菌是采用獨(dú)特的發(fā)酵工藝把經(jīng)過(guò)仔細(xì)篩選出的好氣性和兼氣性微生物加以混合后培養(yǎng)出的微生物群落,。含

有１０個(gè)屬８０多種微生物，其中主要的代表性微生物有光合細(xì)菌,、乳酸菌,、酵母菌和放線菌４類(lèi)。各種微生物在其生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的有用物質(zhì)及其分泌物質(zhì),，成為微生物群體相互生長(zhǎng)的基質(zhì)和原料，通過(guò)相互間的共生關(guān)系,，形成了一個(gè)復(fù)雜而穩(wěn)定的微生物系統(tǒng),，發(fā)揮多種功能。例如福州市內(nèi)河的治污計(jì)劃,，將投入３２０個(gè)裝有投放高效微生物群混合液的濾料網(wǎng)箱,，并在底泥中注入高效微生物群菌的固體制劑，在河水和底泥中大量繁殖,，以削減河水及底泥中的污染物,，消除水體惡臭，治理周期約２個(gè)月［８］,。

３.７微生物對(duì)水體重金屬的轉(zhuǎn)化機(jī)制和生物吸附劑治理重金屬水體污染的作用

微生物對(duì)重金屬離子具有一定的適應(yīng)性,，并在重金屬化合物環(huán)境中生長(zhǎng)、代謝,。其代謝產(chǎn)物或細(xì)胞自身的一些還原物將氧化態(tài)的毒性金屬離子還原為無(wú)毒性或低毒性的沉淀,，通過(guò)微生物氧化還原以及甲基化、去甲基化等作用實(shí)現(xiàn)重金屬離子價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變及無(wú)機(jī)態(tài)和有機(jī)態(tài)之間的轉(zhuǎn)化,，實(shí)現(xiàn)有毒有害的金屬元素轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或低毒賦存形態(tài)的重金屬離子或沉淀物,，從而達(dá)到水體或生態(tài)環(huán)境的污染治理目的。

生物吸附劑是利用一些微生物如細(xì)菌,、真菌,、藻類(lèi)對(duì)重金屬的吸附作用，并以這些微生物為主要原料通過(guò)明膠,、纖維素,、二氧化硅、海藻酸鹽,、聚丙烯酰胺,、二異氰酸苯酯、膠原,、金屬氫氧化物沉淀等材料固定化顆粒制得,。生物吸附應(yīng)用于重金屬?gòu)U水的凈化在工藝上是可行的，在技術(shù)上更表現(xiàn)極大的優(yōu)越性和競(jìng)爭(zhēng)力,，無(wú)論是從吸附性能,、ｐＨ值適應(yīng)范圍還是

運(yùn)行費(fèi)用等方面都優(yōu)于其他方法,。

４.微生物在治理水體污染中的前景

微生物因其多樣性，適應(yīng)性強(qiáng),，在治理水體污染中有很大的潛力,，因此要大力開(kāi)發(fā)微生物，研究其在治理水體污染中的機(jī)理和作用,，使其更好的為人類(lèi)服務(wù),。

參考文獻(xiàn)：

［１］　胡麗娜．水體中的主要污染物及其危害［Ｊ］．環(huán)境科學(xué)與管理，２００８,，３３（１０）：６２．

［２］　黃先玉,，劉沛然．水體污染生物檢測(cè)的研究進(jìn)展［Ｊ］．環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，１９９９,，７（４）：１４－１５．

［３］　程凡升,，蔡婷，金劍,，等．水體宏基因組學(xué)研究進(jìn)展及應(yīng)用［Ｊ］．北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),，２０１０，２５（１）：７７－８０．

［４］　楊清海．中國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)技術(shù)進(jìn)展［Ｊ］．遼東學(xué)院學(xué)報(bào),，２００８,，１５（２）：７４－７５．

［５］　曾宇，秦松．光合細(xì)菌法在水處理中的應(yīng)用［Ｊ］．城市環(huán)境與城市生態(tài),，２０００,，１３（６）：２９－３１．

［６］　張娟娟．福州市內(nèi)河生物治污試驗(yàn)啟動(dòng)［ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｘｉｎｈｕａｎｅｔ．ｃｏｍ，２０００－０８－１０．

［７］　陶成,，鄧天龍,，李澤琴．水體重金屬污染的微生物治理研究與應(yīng)用［Ｊ］．化學(xué)工程師，２００３,，（０２）：４６－４７．

［８］　陳堅(jiān),，任洪強(qiáng)，堵國(guó)成．環(huán)境生物技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展［Ｍ］．中國(guó)輕工出版社,，２００１：３７－４０．