摘要：自然界中的微生物资源十分丰富，而微生物降解在环境污染治理过程中的地位也十分重要。微生物的代谢方式具有多样性，而对于降解污染物，主要有好氧净化和厌氧净化两大类型。微生物在净化某些工业废水中的降解作用中起着十分重要的作用。

关键词： 水体  微生物  好氧  厌养  净化  降解作用

自然界有着丰富的微生物资源，由于微生物具有分布广泛，种类多样，繁殖迅速等特点，使其在自然界物质循环和转化中起着巨大的生物降解作用，并且在环境污染治理过程中占据重要的地位，是整个生物圈维持生态平衡不可缺少的、重要的组成部分。[1]

水体有天然水体和人工水体。天然水体有海洋、湖泊、江河等，人工水体有水库、运河、下水道、各种污水处理系统等。[2]由于雨水的冲刷，将土壤中各种有机物和无机物，动植物残体带入水体，工业废水和生活污水不断的排入，水生动植物死亡等都为水体中微生物提供了丰富的有机营养。

水体中微生物来源主要有以下四个方面：水体中固有的微生物；来自土壤的微生物；来自生产和生活的微生物；来自空气的微生物。[3]

海洋中微生物群落分布和数量受到海洋环境变化、人类活动等因素的影响。在沿海带，由于沿海城市人口密集、工厂多，污水和工业废水的流入，故沿海带海水中大量的有机物，每毫升海水含菌1.0×105个。在外海，人类活动较少，每毫升海水含菌10~250个。此外在涨潮时由于海水受到稀释，含菌量明显较少，退潮时含菌量明显增加。距海面0~10m的深处含菌量较少，浮游藻类较多。5~10m以下至20~30m处的微生物数量较多，而且随着海水深度的增加，50m以下微生物的数量随着海水深度的增加而减少。在海底由于沉积有很丰富的有机物，微生物数量增多。[4]

常见的海洋微生物有假单胞菌属(Pseudomonas)、弧菌属(Vibrio)、黄杆菌属(Flavobacteium)、无色杆菌属(Achromobacter)和芽孢杆菌属(Bacillus)等。[4]

河流、湖泊、小溪和池塘等水体中微生物种类和土壤中差不多，分布规律与海洋相似。影响微生物群落的分布，种类和数量的因素有水体类型、受污水污染程度、有机物的含量、溶解氧量、水温、pH及水深等。沿海岸水域有机物较多，微生物种类和数量也较多。地下水、自流井、山泉及温泉等经过厚土层过滤，有机物含量和微生物数量都较少。

微生物的体积小而表面积大，繁殖速度惊人，能不断地与周围环境快速进行物质交换。污水通过能满足微生物生长、繁殖条件下的设备，微生物便从污水中获取营养成分，同时降解和利用有害物质，从而使污水得到净化。

1.微生物的好氧和厌氧净化

微生物的代谢方式具有多样性，能从污水中摄取淀粉、糖、脂肪、蛋白质等高分子化合物及其他低分子化合物。[3]

1.1 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，在把污水中的有机物氧化分解成CO2、H2O等的过程中，获得C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧净化处理，就是模拟这种生物净化原理，把微生物置于一定的构筑物内通气培养，达到高效率净化污水的目的。

活性污泥法或生物过滤法处理污水，已是国内外净化污水和工业废水的重要方法。当污水与悬浮的活性污泥接触时或通过以细菌为主形成的生物膜时，微生物便对污水中的有机物质进行吸附、吞噬、氧化、分解和转化，从而完成净化污水的过程。[5]

1.2 厌氧净化

微生物在严格厌氧条件下，对有机物质发酵或消化过程中，大部分有机物被分解生成H2、CO2、H2S和CH4等气体。污水的微生物厌氧净化处理，就是根据污水经厌氧发酵后既得到净化，又获得了生物能源CH4的原理。微生物细胞能量转移的电子受体，由在好氧条件下的分子氧改变为厌氧条件下的有机物。在厌氧发酵中，难分解的大分子物质先在微生物的胞外酶（如纤维素酶、果胶酶、脂酶、蛋白酶）作用下，分解为可溶性物质，再通过非产甲烷氏氧细菌和产氢细菌降解成低分子的有机酸类和醇类，并放出H2和CO2；有机酸类和醇类在产甲烷细菌作用下，形成H2、CO2和CH4。甲烷细菌还可利用H2还原CO2形成CH4。[6]

厌氧发酵法净化污水在密闭容器内进行，常被广泛应用于用好氧方法难以净化的有机污染物含量高或含不溶性有机物较多的污水和废水。国内已有在处理造纸、抗菌素发酵的废水中采用此法。

2.微生物在净化某些工业废水中的降解作用

工业废水和废料中所含的物质成分、温度、pH值等差异较大。有些有毒物质可被微生物降解，有些却不易被降解。

自然界中能降解烃类的微生物有几百种，多数为细菌、酵母菌和真菌，降解是由他们所产生的酶和酶系完成的。一般来说，直链化合物比支链化合物、饱和化合物比非饱和化合物、脂肪烃比芳香烃容易被较多种类的微生物降解和同化。直链烃的降解是末端甲基先被氧化形成醇、醛后再生成脂肪酸，由脂肪酸形成醋酸，最后氧化成CO2和H2O。微生物对单环芳烃及其衍生物的降解与直链烃有些类似。能降解苯和酚的微生物种类很多，有细菌中的许多属、放线菌等。[7]

氰（腈）是剧毒物质。人们发现对氰有不同程度降解能力的微生物约50种，有茄病镰刀霉、假单孢菌属、诺卡氏菌属等属。它们能产生一种氰水解酶，把氰中的碳、氮转变为CO2、NH3；镰刀霉还可利用氰作为合成细胞所需要的碳源和氮源，使污水得到净化和解毒。早有人报道，用珊瑚色诺卡菌降解腈纶废水中的丙烯腈速度快效果好，1g菌体在25min内可降解250mg丙烯腈。[8]

某些污染物对人体有致癌性，如多环芳烃就是一类致癌性物质。许多细菌能降解多种多环芳烃，如产碱杆菌、棒状杆菌、诺卡氏菌、假单胞菌属的某些种就能降解蒽和菲。活性污泥中的许多细菌对多环芳烃有较缓慢的降解作用。硝基化合物对人类也有致癌作用，我国应用肠杆菌、克氏杆菌和假单胞菌等属的细菌，降解制造三硝基甲苯炸药过程中的污水，效果很好。[7]

塑料、合成纤维等许多制品的废物，生活污水中的洗涤剂、表面活性剂等，都难以利用普通活性污泥中的微生物进行降解和去除。有人培育出一种体内具有两种酶的假单胞菌O-3号细菌，该菌可利用聚乙烯醇作碳源并对其进行降解。活性污泥中投入此菌时，能大大提高净化含聚乙烯醇污水的效率。

人们早已能合成有机化合物，但自然界中的微生物体内却未有分解这些人工合成的化合物的酶系。经探索已选育出一些经过驯化、诱导后具有降解人工合成物质的酶系的特殊功能微生物。例如，2，4-D、DDT等一些农药，就可以被微生物降解而消除污染。[9]

3.遗传工程菌在净化工业废水中的降解作用

为了提高污水生物净化的效率，人们应用分子遗传学技术不仅对现有的微生物进行改造，而且在研究创造具有新的特殊功能的微生物。由于分子遗传学的发展，人们发现假单胞杆菌属中许多种的细胞里，具有调控多种性状的质粒，这些质粒基因控制着烃化合物分解的酶系合成。应用质粒工程技术把分别降解芳烃、多环芳烃、萜烃的质粒接合到降解酯烃的细菌体内，创造出一种具有多质粒的所谓“超级菌”新菌种。这种菌在消除石油污染中，不仅能把60%的烃降解，而且只在几小时内就可达到自然菌种要用一年多时间的净化效果。人们采用把一种细菌的调控还原酶的质粒转移到另一种菌体中的技术，使得到新质粒的细菌对汞的还原能力大大增强。用这种细菌既解除含汞废水中的汞毒，又可回收到汞。总之，遗传工程菌的研究和应用，必将对生物净化污水起到变革性作用。[7]

4.污水中微生物种类变化与净化的关系

污水中生活的微生物，由极为适应于污水的多种微生物类群组成。它们在污水中的生物膜上或活性泥中形成一个小的生态系统和食物链的缩影。食物链中的每一步都有一部分有机物被转变为CO2，使污水逐渐得到净化。

活性污泥中主要有细菌，还有酵母菌、霉菌、单细胞藻类等。此外，还有大量原生动物和少数后生动物。当然，污水性质和污染程度的不同，微生物种类和数量会有很大差别。[5]

污水中原生动物的种类和数量与生物处理的效果有着密切关系，故又可作为污水处理的指示生物，进行处理效果的预报。一般说来, 游动鞭毛虫类或自由生活的纤毛虫类占较大优势时，往往说明净化效果较差或废水处于培育活性污泥初期。当发现有固定纤毛虫类时，活性污泥已经形成。轮虫对水有自净作用。如活性污泥中有大量轮虫和多种纤毛虫出现，说明净化度较高，污水处理效果好。水蚯蚓对水也有自净作用，其种类与数量随污染的减轻而减少。在净化效果较好的污水中，还会出现线虫及颤蚯蚓等后生动物。[10]

自然界中丰富的微生物资源开创了污水处理的新领域。污染物进入水体后，会发生沉降、凝聚和扩散等过程，还会发生非生物和生物降解与合成的过程。微生物降解污水污染物的实质也就是污染物被微生物生化代谢的过程。微生物不仅在污水污染物的降解中起到了举足轻重的作用，还在其他领域污染物的治理中也发挥了重要的作用。例如：封闭式微生物好氧发酵是城市污泥处理的关键技术；AOC工艺采用了微生物自身消化式的内循环处理技术，有效地解决了因大量有机污泥排放而造成第二公害的问题；而污水微生物厌氧消化处理则是国际上的一个研究热点和难点。由此可见，微生物处理污染物是十分有效的方法，更是需要我们关注和投入精力的重要方面。

参考文献：

[1]王家玲主编, 环境微生物学,高等教育出版社,北京,1988, 3 p50

[2]王翊亭著, 环境学导论, 清华大学出版社, 北京, 1985, p77

[3]周群英, 高廷耀编著,环境工程微生物学,高等教育出版社,北京,2000, p20 p25

[4]林永成著, 海洋微生物及其代谢产物, 化学工业出版社, 北京, 2003, p68 p70

[5]李汉昭著, 活性污泥法概述, 中国建筑工业出版社,北京，1977，p12 p20

[6]郑元景等编著，污水厌养生物处理，中国建筑工业出版社，北京， 1988，8，p26

[7]崔志成著, 工业废水处理, 冶金工业出版社, 北京, 1999, p8 p28 p50

[8]王昭文著, 重金属废水治理技术,冶金工业出版社,北京, 1993, p30

[9]余必敏编, 工业废水处理与利用,科学出版社,北京, 1979,  p84

[10]耿安朝著, 废水生物处理发展与实践,东北大学出版社, 沈阳, 1997, p18