摘要：本文对水体自净的过程作了介绍，指出了从有机污染物进入水体后所经历的一系列微生物参与其中的变化；通过对自净前有机污染物的来源追踪到转化过程中微生物的利用情况最终揭示微生物在转化中所起的关键作用，并着重对碳、氮源污染物中微生物的转化进行了专业分析；自净后所余留的磷、氮等元素又恰是造成富营养化的元凶，微生物在富营养化防治上到底还起到什么作用呢？

关键词：水体自净 好氧分解 厌氧分解 碳源污染物 氮源污染物 富营养化 脱氮除磷

1.水体自净及其净化过程

江、河、湖、海在接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生物（微生物、动物、植物）等因素的综合作用得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态，叫作水体自净[1]。

1.1水体自净的大致过程：

1.1.1有机污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体物沉降至河底。

1.1.2水体中好氧细菌利用溶解氧把有机物分解为简单的有机物和无机物，并用以组成自身有机体，水中溶解氧急速下降至零，此时鱼类绝迹，原生动物、轮虫、浮游甲壳动物死亡，厌氧细菌大量繁殖，对有机物进行厌氧分解。有机物经细菌完全无机化后，产物为二氧化碳、水、磷酸根、氨和硫化氢。氨和硫化氢继续在硝化细菌和硫化菌作用下生成硝酸根和硫酸根。

1.1.3水体中溶解氧在异氧菌分解有机物时被消耗，大气中的氧刚溶于水就迅速被消耗掉，尽管水中藻类在白天进行光合作用放出氧气，但复氧速度仍小于耗氧速度，氧垂曲线下降。在最缺氧点，有机物的耗氧速度等于河流的复氧速度。再往下流的有机物渐少，复氧速度大于耗氧速度，氧垂曲线上升。如果河流不再被有机物污染，河流中溶解氧恢复到原有浓度，甚至达到饱和。

1.1.4随着水体的自净，有机物缺乏和其他原因（例如阳光照射、温度、pH变化、毒物及生物的拮抗作用等）使细菌死亡。

1.2水体净化中的好氧分解与厌氧分解：

简单来说有机污染物的生物净化机理的本质就是将微生物转化为无机物，主要依靠的是好氧分解与厌氧分解。分别适用了好氧有机物呼吸和厌氧无机盐呼吸的原理。而水体自净的天然过程中厌氧分解(开始)到好氧分解(后续) [2]。详细情况见下表：

2.各类有机污染物的来源：

2.1碳源污染物的转化包括了糖类，蛋白质，脂类，石油和人工合成的有机化合物等[3]。

2.1.1糖类污染物特别难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。而这类多糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。

2.1.1.1.纤维素的转化：β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基(β1-4糖苷键)，来源于棉纺印染废水，造纸废水，人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。

2.1.1.2半纤维素的转化：存在于植物细胞壁的杂多糖，来源于造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。

2.1.1.3木质素的转化：存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松柏醇，香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。

2.1.2油脂的转化：来源于毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂。

2.1.3石油的转化：石油是含有烷烃，环烷烃，芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物，石油污染主要出现在采油区和石油运输事故现场以及石化行业的工业废水中。石油成分的生物降解性与分子结构有关：A.链长度中链 (C10~C24)>长链 (C24以上)>短链B.链结构分直链和支链、不饱和及饱和、烷烃和芳烃。

2.1.4人工合成的难降解有机化合物的生物降解法：对于自然生态环境系统，如果一种化合物滞留可达几个月或几年之久，或在人工生物处理系统，几小时或几天之内还未能被分解或消除即为难降解物。人合成的难降解有机化合物种类：稳定剂，活性剂，人工合成的聚合物，杀虫剂，除草剂以及各种工艺流程中的废品等。

2.2氮源有机污染物的转化包括了蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等[4]。

2.2.1蛋白质的转化：水中来源于生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等。

2.2.2典型含氮有机物如氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及硝基化合物的转化：水中来源于化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。

2.3另有硫源、磷源等污染物的转化，此处不再赘述。

3.降解水中有机污染物的微生物

水体中含有众多污染物待降解，在其转化过程中微生物自然起着不可或缺的作用[5]。

3.1降解纤维素的微生物：好氧细菌——粘细菌，镰状纤维菌和纤维弧菌。厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌，无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。放线菌——链霉菌属。真菌——青霉菌，曲霉，镰刀霉，木霉及毛霉。

3.2降解半纤维素的微生物：大多数能分解纤维素的微生物都可以分解半纤维素。许多芽孢杆菌，假单胞菌，节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉，曲霉，小克银汉霉，青霉及镰刀霉。

3.3降解木质素的微生物：只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的只有软腐菌能够对木质素进行降解[6]。

3.4降解油脂较快的微生物：细菌——荧光杆菌，绿脓杆菌，灵杆菌；丝状菌——放线菌，分支杆菌；真菌——青霉，乳霉，曲霉。途径可通过水解+β氧化。

3.5降解石油的微生物：有很多，据报道有200多种。细菌——假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属；线菌——诺卡氏菌；酵母菌——假丝酵母；霉菌——青霉属，曲霉属；藻类——蓝藻和绿藻。

3.6降解氯苯类微生物：细菌有产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体及过共代谢完成氯苯的完全降解。

3.7降解涤剂剂微生物：细菌——假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌；放线菌——诺卡氏菌。

3.8降解塑料的微生物：目前发现的种类很少，而且降解速度缓慢。他们主要是细菌、放线菌、曲霉中的某些成员。

3.9降解农药如杀虫剂、除草剂等微生物有：细菌——假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌；线菌——诺卡氏菌；真菌——曲霉。

3.10降解蛋白质的微生物：种类很多如好氧细菌——链球菌和葡萄球菌；好氧芽孢细菌——枯草芽孢杆菌,巨大芽孢杆菌,蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌；兼性厌氧菌——变形杆菌、假单胞菌；厌氧菌——腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌；此外，还有曲霉，毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌)。

3.11降解含氮有机物的微生物：细菌——紫色杆菌,假单胞菌；放线菌——诺卡氏菌；真菌——氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀霉)，木霉及担子菌等。

4.微生物在水体富营养化防治上的作用

水体富营养化定义：水体从贫养湖向富养湖发展，主要是自然、缓慢的发展过程[6]。但由于某些自然因素，尤其是人类将富含氮、磷的城市生活污水和工业废水排放入湖泊、河流、海洋，使上述水体的氮磷营养过剩，促使水体中藻类过量生长，使淡水水体发生“水华”，或称“水花”，使海洋发生“赤潮”，造成水体富营养化，大量消耗水中的溶解氧，从而导致鱼类等窒息和死亡[7]。

水体富营养化的污染源有：农田化肥，牲畜粪便，污水灌溉，城镇地表径流，矿区地表径流，大气沉降，水体人工养殖等[8]。

而造成水体富营养化的氮磷的来源主要有两方面：一是天然的，如从天然降水中接纳氮磷等营养物质，从地表土壤的侵蚀和淋溶中得到氮磷物质；二是人为的，如城市中人们排放出的含有大量氮磷营养物质的生活污水进入水体，农业施用化学肥料和牲畜粪便经雨水冲刷和渗透，最终进入水体[9]。

对于水体富营养化的防治运用到微生物方面的则有：从源头着手对污水进行深度处理即脱氮除磷。城市污水的二级处理主要去除的是污水中的SS和BOD物质，但出水中的N、P含量仍然较高。如TN≥11mg/l、NH3-N≥6mg/l。脱氮的方法有化学法和生物法。生物法脱氮的主要原理是利用好氧将氨氮转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，然后在缺氧的条件下进行生物反硝化将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氮气和氮氧化物，从废水中脱出，达到脱氮的目的。除磷的方法也有化学法和生物法两种，化学法除磷是通过化学沉淀的方式，主要投加药剂有氧化钙(形成磷酸钙)、硫酸铝、氯化铁等，化学法除磷效90%左右；生物率可达法除磷的主要原理是细菌在静止状态时过量吸收磷(以多聚磷酸盐形式储存在细胞内)，而当细菌处于厌氧状态时其细胞中的磷又释放出来，如此反复从而将污水中的磷转化到污水厂每天排放的剩余污泥中。磷的去除是借助于污泥的排放而实现的[10]。

另可使用化学杀藻剂：硫酸铜、硫酸汞等。

还可使用生物杀藻剂：细菌、真菌、病毒等[11]。

总结：“流水不腐，户枢不蠹。”千万年来水正是由于它所具有的自净作用而长保其纯净本色。可是工业革命至今不过短短百十年，全世界几乎所有的水都遭到了污染，有的只是污染程度上的差别而已，甚至连南极的冰川之中最近也被查出有农药DDT的残留，这自然是我们人类所不能推脱干系的又一之于环境的“功劳”了。现有的水体依靠其本身的微生物资源的自净速率已远远赶不上水体正在遭受污染的速度了，我们作为环境工程系在读的本科生，有没有想过利用新添加的微生物来加速水体自净呢？正如土壤的生物修复那样，利用人为投加的目的菌株亦或是用特异构建的降解功能菌来改善。也许在前人的努力下，这早已不再仅是停留在了理论之上，但是怎样来寻找到更低能耗的材料却更高效地去实现水体自净的目的却是我们应当为之思考，为之努力，为之奋斗的方向。

参考文献：

[1]周群英,高廷耀编著,环境工程微生物学,高等教育出版社,北京,1988

[2]顾夏声,李献文,竺建荣编,水处理微生物学,中国建筑工业出版社,北京,1988

[3]潘伟明,微生物在水体自净中的作用,食品伙伴网,

http://www.foodmate.net/lesson/hjwshw/w7-1.ppt；

[4]徐亚同编著,废水中氮磷的处理,华东师范大学出版社,上海,1996

[5]王家玲编著,环境微生物学,高等教育出版社,北京,1988

[6]周群英,高廷耀编著,环境工程微生物学(第二版), 高等教育出版社,北京,2000

[7]佚名,“赤潮”与水体富营养化,我爱化学网,

http://www.52hx.net/article/Article_Print.asp?ArticleID=158；

[8]金岚,水体富营养化的机理,中国水网，

http://www.chinawater.net/center/bbs_view.asp?kind=19&id=73556；

[9]金相灿,刘鸿亮主编,中国湖泊富营养化,高等教育出版社,北京,1988；

[10]刘延华,冯生华,用先进的除磷脱氮技术治理富营养化,中国知网,

http://202.121.62.140/kns50/scdbsearch/scdetail.aspx?QueryID=12&CurRec=3

[11]佚名,水体富营养化,环境教育网，

http://courseware.ecnudec.com/zsb/zdl/hjwsw/6/2.doc。