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文章來(lái)源自 3 e d u 教育網(wǎng) 生物工程系:jaues
摘要:社會(huì)的高速發(fā)展,環(huán)境污染日益嚴(yán)重,微生物原本就與人們的生活密切相關(guān),它作為一種新型的污染處理材料,應(yīng)用在污水、廢氣的處理,土壤污染治理等方面。利用微生物作用的生化法因其投資少、處理效率高、運(yùn)行成本低、且微生物的來(lái)源廣泛,繁殖迅速,容易培養(yǎng),處理污染簡(jiǎn)便,有著良好的發(fā)展前景。環(huán)境污染的發(fā)生主要由人類(lèi)活動(dòng)所致,但微生物與環(huán)境質(zhì)量也密切相關(guān)。一方面微生物具有污染環(huán)境的作用,但另一方面微生物也具有很強(qiáng)的修復(fù)環(huán)境和保護(hù)環(huán)境的能力。因此,控制和消除微生物對(duì)環(huán)境的污染,最大限度地利用微生物所具有的凈化環(huán)境的作用,無(wú)疑對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。在我國(guó)創(chuàng)建和諧新型社會(huì)它有舉足輕重的地位。 關(guān)鍵詞:環(huán)境污染微生物土壤污染治理 當(dāng)前社會(huì)是高速發(fā)展,變化的社會(huì),隨著人類(lèi)工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展和全球人口的急速增加,使人類(lèi)賴(lài)以生存的自然環(huán)境嚴(yán)重惡化,當(dāng)代人類(lèi)的生產(chǎn)活動(dòng)勢(shì)必造成環(huán)境污染。污染物長(zhǎng)期殘留在環(huán)境之中,對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康危害極大。生態(tài)環(huán)境是人類(lèi)和其他生物賴(lài)以生存的空間,生命質(zhì)量和環(huán)境密切相關(guān)已成為全球共識(shí)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,環(huán)境污染問(wèn)題以引起全社會(huì)的高度重視。這是全世界的共同問(wèn)題。在我國(guó)過(guò)去幾十年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中,由于忽視了發(fā)展中的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題,目前環(huán)境狀況十分嚴(yán)峻,已經(jīng)影響了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)雖然采取了大量控制措施,但環(huán)境質(zhì)量下降的趨勢(shì)仍在繼續(xù)。據(jù)中國(guó)國(guó)家環(huán)保局《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示,我國(guó)1999年大氣污染物的排放量,如二氧化硫1857.5萬(wàn)噸,飄塵1159.0萬(wàn)噸,全國(guó)廢水年排放量達(dá)到401.1億噸,工業(yè)固體廢棄物年產(chǎn)生量7.8億噸、排放量達(dá)3881萬(wàn)噸,其中100萬(wàn)噸排入河流,危險(xiǎn)廢棄物產(chǎn)生量1015.5萬(wàn)噸。大量積累的未經(jīng)處理的工業(yè)廢棄物(高達(dá)59.7億噸)堆放在室外,占地達(dá)5.02萬(wàn)公頃,城市垃圾的產(chǎn)量也非常巨大(僅北京市就年產(chǎn)城市垃圾1000萬(wàn)噸以上),造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。生態(tài)環(huán)境的破壞和惡化極為嚴(yán)重,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,環(huán)境保護(hù)的壓力將進(jìn)一步加重。微生物是自然界中的分解者,在好氧條件下,它能將有機(jī)污染物徹底的氧化,分解成CO2、H2O、PO42-、NO3-等無(wú)機(jī)物,在厭氧條件下,能將有機(jī)物降解,轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸、CO2、H2、CH4等。微生物種類(lèi)繁多(我國(guó)約有微生物26萬(wàn)種),代謝類(lèi)型多樣,每一種微生物都有獨(dú)特的酶系與功能。因此,它們是自然界進(jìn)行自?xún)糇饔玫闹髁?也是我們對(duì)污染物進(jìn)行生物處理的“有力武器”,是環(huán)境治理的主要工具。自然界存在著豐富的微生物種群,這些微生物雖然個(gè)體微小,但在環(huán)境污染凈化中卻扮演著不容忽視的重要作用。微生物是通過(guò)水和風(fēng)的散播得以存在各處的,無(wú)論在水表、海底或在土壤中都有微生物的身影。微生物由于自身的生理特性,可以通過(guò)自發(fā)的或人為的遺傳、變異等生物過(guò)程適應(yīng)環(huán)境的變化,使之能以各種污染物尤其是有機(jī)污染物為營(yíng)養(yǎng)源,通過(guò)吸收、代謝等一系列反應(yīng),將環(huán)境中的污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無(wú)害的無(wú)機(jī)物。因而,在生物圈中微生物充當(dāng)著分解者的角色。大約90%的陸地生產(chǎn)者都要通過(guò)分解者作用最終形成無(wú)機(jī)物歸還大地。如果沒(méi)有微生物的作用,僅歷年積累下的生物殘?bào)w就會(huì)堆積如山。微生物的這種作用雖然會(huì)造成人類(lèi)生存資源的損失,但對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)乃至全球的生物的生存、延續(xù)和發(fā)展卻是不可缺少的,更是社會(huì)環(huán)境治理又一法寶。 一、當(dāng)前社會(huì)環(huán)境保護(hù)的狀況 目前環(huán)境污染的地區(qū)許多,我國(guó)是世界上環(huán)境污染最為嚴(yán)重的國(guó)家之一,大氣、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。太原、蘭州、廣州、濟(jì)南。北京、等五個(gè)城市位于世界十大空氣污染最嚴(yán)重的城市中之列,全國(guó)600多個(gè)城市中、大氣質(zhì)量符合國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的不足1%。全國(guó)范圍的酸雨危害的程度和區(qū)域日益擴(kuò)大。全國(guó)每年污水排放達(dá)360億噸,僅10%的生活污水和70%的工業(yè)廢水得到處理,其中約有一半工業(yè)污水處理設(shè)施的出水達(dá)不到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。其他未經(jīng)處理的污水直接排入江河湖海,致使我國(guó)的水環(huán)境遭受?chē)?yán)重污染和破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國(guó)七大水系和內(nèi)陸河流的110個(gè)重點(diǎn)河段中,屬4類(lèi)和5類(lèi)水體的占39%;城市地面水污染普遍嚴(yán)重,并呈進(jìn)一步惡化的趨勢(shì),136條流經(jīng)城市的河流中,屬4類(lèi)、5類(lèi)和超過(guò)5類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的高達(dá)76.8%;約50%的城市地下水受到不同程度的污染;全國(guó)大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富營(yíng)養(yǎng)化程度逐年加劇;城市垃圾和工業(yè)固體廢棄物與日俱增,工業(yè)廢棄物累計(jì)堆積量已超過(guò)66億噸,占地超過(guò)5萬(wàn)公頃,使200多個(gè)城市陷入垃圾包圍之中,現(xiàn)在世界上也沒(méi)有一方凈土,人們就連世界上最高山峰---珠穆朗瑪峰也不曾放過(guò)。 日前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)仍然保持著高度發(fā)展的趨勢(shì),環(huán)境保護(hù)的壓力將進(jìn)一步加重,由人類(lèi)活動(dòng)所造成的環(huán)境污染和環(huán)境質(zhì)量的惡化已成為制約我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的障礙。據(jù)中國(guó)社會(huì)科學(xué)院1998年度調(diào)查和估計(jì),我國(guó)環(huán)境污染和生態(tài)破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失每年超過(guò)2000億元人民幣。如何在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)控制環(huán)境污染,改善環(huán)境質(zhì)量,以實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展之目標(biāo)是我國(guó)目前亟待解決的重要問(wèn)題,也是重中之重。 現(xiàn)在環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越為人民所關(guān)注,世界各國(guó)都建立“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略,并圍繞它制定和實(shí)施本國(guó)的環(huán)境保護(hù)及其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策?？沙掷m(xù)發(fā)展要求在保持經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí),必須保護(hù)好人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境。環(huán)境和經(jīng)濟(jì)及貿(mào)易掛鉤是當(dāng)前國(guó)際政治及經(jīng)濟(jì)關(guān)系發(fā)展中的新形勢(shì)。例如,在日元貸款中,環(huán)保貸款已成為非常重要的組成部分。ISO14000系列國(guó)際環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn),將要求企業(yè)承擔(dān)相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)責(zé)任,并對(duì)達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)給予認(rèn)證。沒(méi)有得到認(rèn)證的企業(yè)的產(chǎn)品,在出口時(shí)將有可能面臨被國(guó)外政府以未承擔(dān)環(huán)境保護(hù)的責(zé)任而拒絕進(jìn)口;同時(shí),國(guó)外大型企業(yè)也可能因害怕和這些未達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)合作而影響其形象,從而中止和這些企業(yè)的合作。至2003年,ISO9000系列質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)將和ISO14000系列環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),從而將進(jìn)一步強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)對(duì)企業(yè)發(fā)展的重要意義。為準(zhǔn)確評(píng)估我國(guó)微生物應(yīng)用現(xiàn)狀,加強(qiáng)微生物應(yīng)用技術(shù)研究和交流,完善微生物安全管理法律法規(guī)體系,提高微生物安全管理水平,中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)擬于2008年7月在廣西桂林舉辦“首屆全國(guó)微生物污染防治監(jiān)測(cè)新技術(shù)與環(huán)境安全管理研討交流會(huì)”。為我國(guó)環(huán)境保護(hù)近一步改善。 二、目前微生物治理環(huán)境污染問(wèn)題的特點(diǎn) 隨著社會(huì)的發(fā)展?？萍嫉娜招略庐?科技的發(fā)展也充分證明微生物技術(shù)是環(huán)境保護(hù)的理想武器,這一技術(shù)在解決環(huán)境問(wèn)題過(guò)程中所顯示的獨(dú)特功能和顯著優(yōu)越性充分體現(xiàn)在它是一個(gè)純生態(tài)過(guò)程,從根本上體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想。我國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中,也出現(xiàn)了突出的環(huán)境污染問(wèn)題。大氣、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。當(dāng)前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)仍然保持著高度發(fā)展的態(tài)勢(shì),環(huán)境保護(hù)的壓力依然很大。環(huán)境污染和已成為制約我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。微生物技術(shù)在處理環(huán)境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和以及無(wú)二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn),加之其技術(shù)開(kāi)發(fā)所預(yù)示的廣闊的市場(chǎng)前景,受到了各國(guó)政府、科技工作者和企業(yè)家的高度重視。隨著生物技術(shù)研究的進(jìn)展和人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題認(rèn)識(shí)的深入,人們已越來(lái)越意識(shí)到,現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,為從根本上解決環(huán)境問(wèn)題提供了無(wú)限的希望。在改良環(huán)境中沒(méi)有其他技術(shù)所可代替和比擬的。 微生物技術(shù)是環(huán)境保護(hù)廣泛應(yīng)用和十分重要的技術(shù),其在水污染控制、大氣污染治理、土壤的肥力修復(fù)、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開(kāi)發(fā)、廢物資源化、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境修復(fù)和污染嚴(yán)重的工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)等方面,發(fā)揮著重要的作用。現(xiàn)代微生物技術(shù)的發(fā)展,尤其是基因工程、細(xì)胞工程和酶工程等生物高技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用,使微生物處理具有更高的效率、更低的成本和更好的專(zhuān)一性,為微生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用展示了更為廣闊的前景。微生物技術(shù)不僅適用于環(huán)境污染治理,如今還廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè),成為環(huán)境質(zhì)量預(yù)報(bào)和報(bào)警中的重要組成部分。微生物技術(shù)雖然廣泛應(yīng)用于污水處理、垃圾處置、河道治理等領(lǐng)域,但在環(huán)境中的應(yīng)用同時(shí)存在較大的不確定性和潛在風(fēng)險(xiǎn):一是微生物自身可能對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響;其次是微生物在用于污染物降解和處理過(guò)程中,也可能產(chǎn)生新的有毒或污染物質(zhì),所以在此同時(shí)也要加一些必要的化工處理。兩者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。 三、微生物技術(shù)在環(huán)境污染方面的治理與發(fā)展 水是人類(lèi)寶貴的自然資源,是生物界萬(wàn)物之源,它關(guān)系到人類(lèi)的命運(yùn)的發(fā)展,占人體的75%。水是再生資源,但一旦水的再生過(guò)程受到破壞,水環(huán)境被污染,將帶來(lái)嚴(yán)重后果。我國(guó)人均水資源十分貧乏,在全世界149個(gè)國(guó)家中居第109位,人均水占有量不到世界人均水占有量的1/4,被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)之一。 目前空氣、垃圾、土地資源的污染越來(lái)越嚴(yán)重,不但影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,甚至已威脅到人類(lèi)的健康、智力乃至生存,因此全球各國(guó)近幾年都在尋找新的途徑和方法,以治理和解決環(huán)境污染問(wèn)題。以下這些方面進(jìn)一步加強(qiáng)微生物與環(huán)境的保治,以及該方面的進(jìn)一步應(yīng)用。 1.微生物對(duì)水的處理 1.1。廢水中的脫氮除磷 廢水中氮、磷是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的根源,利用生物脫氮除磷已進(jìn)行了廣泛的研究。污水脫氮技術(shù)主要有活性污泥法脫氮工藝,包括A/O(缺氧/好氧)工藝,可使NH4+一N去除率達(dá)80%以上,A2/O工藝,改進(jìn)的氧化溝工藝和SBR工藝都可使總氮(TN)去除率達(dá)90%以上。生物膜脫氮有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物流化床、浮動(dòng)床、浸沒(méi)式、三級(jí)生物濾池脫氮系統(tǒng)等,其中三級(jí)生物濾池的反硝化速度最高達(dá)1.0kgN/(m3.d),出水TSS<1.00mg/1。 生物脫氮中,有反硝化能力的微生物有變形桿菌、微球菌屬、假單胞菌屬、芽胞桿菌屬等。 污水生物處理中,除磷常與脫氮工藝一起應(yīng)用,常見(jiàn)的除磷技術(shù)有:phostrip工藝,能使總磷(TP)≤1mg/L以下:Bardenpho系統(tǒng);A/O系統(tǒng);改良UCI工藝;A2/0工藝。除磷過(guò)程一般認(rèn)為在有氧條件下攝取磷,在厭氧條件下釋放磷,其中不動(dòng)桿菌屬〔Acinetobacter)是除磷的優(yōu)勢(shì)菌種。 1.2。廢水中有機(jī)物的降解 在我的家鄉(xiāng)有個(gè)水庫(kù),養(yǎng)魚(yú)的人在其里投入大量家禽的排泄 論微生物與環(huán)境保護(hù)有機(jī)物的生物降解中,白腐菌是值得一提的。白腐菌是一類(lèi)提子真菌,在廢水治理中,其降解污染物的范圍十分廣泛。白腐脈射菌(Ph1ebiaradiata)I-5-6在高C低N培養(yǎng)條件下,對(duì)多環(huán)芳烴類(lèi)、氯代烴類(lèi)、酚類(lèi)、氯代酚類(lèi)、烷基苯類(lèi)和硝基苯類(lèi)化合物有顯著的降解作用。白腐菌中金孢展齒革菌(PhanerochaeteChrysospriumBurdsall)可降解多環(huán)芳烴、DDT、TNT、CCl4、氰化物、氯代芳香化合物、酚類(lèi)、胺類(lèi)、農(nóng)藥、染料、雜酚油、煤焦油、重油等。還可降解林丹、氯丹、多氯聯(lián)苯、2,3,7,8-TCDD和二氯苯胺等有機(jī)氯化物。此外,用微生物降解的有機(jī)物包括:四氯乙烯、甲醇、苯胺、甲胺磷、三氯乙烯、硝酸甘油。 1.3。廢水中重金屬的去除 由于藻類(lèi)對(duì)重金屬離子具有較強(qiáng)的富集能力,利用其生物吸附作用可從工業(yè)污水中去除有毒、放射性金屬和回收稀有、貴重金屬。比如汞是對(duì)環(huán)境影響最大的一類(lèi)重金屬。環(huán)境中存在的汞有多種形態(tài):元素汞(Hg0)、無(wú)機(jī)汞離子(HgCl、HgO、HgCl2、HgBr等)、有機(jī)汞化合物,如Hg(CH3)2、Hg(C2H5)2和Hg(C6H5)2等。除了人工合成的有機(jī)汞制劑外,細(xì)菌具有合成甲基汞的能力,即生物甲基化,它會(huì)使汞的生物毒性大大增強(qiáng)。而另一些微生物又可使甲基汞降解、還原,降低其毒性。例如銅-綠色假單胞菌,變形桿菌可使汞離子轉(zhuǎn)化成元素汞,經(jīng)10小時(shí)后揮發(fā)掉汞達(dá)75%。假單胞菌K62能使無(wú)機(jī)汞和有機(jī)汞形成元素汞。Shariat從土壤、沉積物和污水處理廠中分離到21種細(xì)菌能使甲基汞脫除甲基,對(duì)甲基汞降解達(dá)20-84%,細(xì)菌對(duì)甲基汞的降解及還原作用在于其含有的兩種誘導(dǎo)酶:有機(jī)汞裂解和汞還原酶。真菌中黑曲霉、青霉、粗糙脈菌和燕麥核腔菌對(duì)無(wú)機(jī)汞或有機(jī)汞化合物具有一定的抗性。從受汞污染的土壤中分離到的煙草頭孢霉對(duì)汞化合物有較強(qiáng)的抗性,同時(shí)該菌對(duì)多種重金屬均具有抗性,抗性順序?yàn)?Ca≥Zn≥Pb≥Co≥Cd≥Cr。 該法具有高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、選擇性好等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于低濃度及一般方法不易去除的金屬。如用菌藻共生體從無(wú)營(yíng)養(yǎng)液的含As(Ⅲ)、As(V)的廢水中除砷率可達(dá)80%以上,含營(yíng)養(yǎng)液的As(V)去除率>70%,As(Ⅲ)去除率>50%;用啤酒酵母菌(Saccharomycescerevisiae)和鹽澤螺旋藻(Spirulinasubsala)對(duì)Cd、Ni、Cu有明顯吸收;用固定在聚砜基質(zhì)上的真菌可除去Cd、Cu、Pb、Ni;Pb的去除還可用林可鏈霉素和黑根霉菌。 1.4。廢水中其它物質(zhì)的去除 染料廢水是難以降解的一大類(lèi)工業(yè)廢水,在厭氧微生物環(huán)境中,偶氮染料可通過(guò)還原作用完全生物降解。將優(yōu)勢(shì)菌的不完全厭氧-接觸氧化工藝用于處理印染工業(yè)廢水,脫色率達(dá)90%以上。用專(zhuān)性厭氧菌硫酸鹽還原菌混合培養(yǎng)物對(duì)偶氮染料、三苯甲烷染料、蒽醌染料的廢水進(jìn)行脫色,脫色率在1小時(shí)之內(nèi)可達(dá)69.9-98.8%。微生物處理電鍍廢水,對(duì)各種金屬離子的一次凈化率達(dá)89.9%以上。蔗渣漿,用白腐菌處理含氯漂劑漂白的廢水,脫色率可達(dá)91.2%,BOD5去除率為92.5%,CODcr去除率為88.7%。屠宰廢水、橄欖加工廠廢水、啤酒廢水等用微生物處理均可取得較好的效果。 2、微生物對(duì)空氣的治理 2.1。微生物脫硫技術(shù) 工業(yè)“革命”以來(lái),煤炭是世界能源的重要組成部分。我國(guó)是世界上最大的產(chǎn)煤國(guó)和煤消耗國(guó),煤炭占我國(guó)一次能源的3/4,高硫煤儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的1/3,并且高硫煤開(kāi)采比例也逐年上升,而黃鐵礦硫約占總硫的60%。煤中通常含有0.25%~7%的硫,如我國(guó)西南地區(qū)煤平均含硫量為3.23%,西北地區(qū)為3.05%,中南地區(qū)為2.02%,華北地區(qū)為1.65%。煤炭中的硫分為可燃硫和不燃硫。不燃硫主要是硫酸鹽,可燃硫包括無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫?？扇剂蚪?jīng)燃燒生成SO2隨煙氣排入大氣,導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染,造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)數(shù)百億元。據(jù)報(bào)道,1997年,我國(guó)的SO2年排放量已達(dá)2346萬(wàn)噸,居世界第一位,62%的城市大氣SO2日平均濃度超過(guò)國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn);全國(guó)酸雨區(qū)面積已占國(guó)土面積的30%,華中酸雨區(qū)酸雨頻率高達(dá)90%以上。就在前幾年,我們到處可以看到春季雨后,地面上殘留一些黃色的粉末,那就是酸雨。預(yù)計(jì)2000年我國(guó)一次能源的消耗量將超過(guò)12億噸。SO2年排放量將會(huì)達(dá)到3822萬(wàn)噸?！吨袊?guó)21世紀(jì)議程》中指出:“發(fā)展少污染的潔凈煤技術(shù)是中國(guó)政府履行國(guó)際公約、承擔(dān)相應(yīng)國(guó)際義務(wù)的重要方面,也是促進(jìn)中國(guó)以煤為主的能源系統(tǒng)向環(huán)境無(wú)害的可持續(xù)發(fā)展的模式轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略組成部分?！笨梢?jiàn)潔凈煤是中國(guó)能源的未來(lái)。 近幾年來(lái)研究人員把煤的物理選煤技術(shù)之一的浮選法和微生物處理相結(jié)合,即把煤粉碎成微粒與水混合,并將微生物加入溶液中,讓微生物附著在黃鐵礦表面,使其表面變成親水性,能溶于水。在浮選中其難以附著在氣泡上,下沉至底部,從而把煤和黃鐵礦分開(kāi)。由于它僅處理黃鐵礦的表面,因此脫硫時(shí)間只需數(shù)分鐘即可,從而大幅度縮短了處理時(shí)間,可脫除無(wú)機(jī)硫約70%。另外,該法在把煤中的黃鐵礦脫硫時(shí),灰分也可同時(shí)沉底,所以也具有脫去灰分的優(yōu)點(diǎn)。目前,浮選法微生物脫硫已成為國(guó)際上潔凈煤技術(shù)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。 很多學(xué)者利用細(xì)菌研究了大量的脫硫技術(shù)。如利用氧化亞鐵硫桿菌已使脫硫率達(dá)95%以上,日本利用該菌已使H2S脫除率達(dá)99.99%,中國(guó)利用該菌對(duì)煉油廠催化干氣和工業(yè)廢氣脫硫,H2S去除率分別為71.5%和46.91%,Saleem等用脫氮硫桿菌的耐受株T.denitrificansF,在厭氧條件下脫硫率達(dá)80%。 2.2。微生物過(guò)濾法 過(guò)濾發(fā)在50年代中期最先應(yīng)用于處理空氣中低濃度的臭味物質(zhì)。到80年代,德、美、荷蘭等國(guó)相繼用此法控制生產(chǎn)過(guò)程中的揮發(fā)性氣體和有毒氣體。其過(guò)程為: 廢氣(預(yù)處理)生物過(guò)濾器→CO2,H20,無(wú)機(jī)鹽類(lèi) 廢氣在反應(yīng)器里停留時(shí)間很短,處理率可達(dá)90%以上。生物過(guò)濾法還可去除空氣中的異昧、揮發(fā)性物質(zhì)(VOCs)和有害物質(zhì),包括控制(去除)城市污水處理設(shè)施中的臭味、化工過(guò)程中的生產(chǎn)廢氣、受污染土壤和地下水中的揮發(fā)性物質(zhì)、室內(nèi)空氣中低濃度物質(zhì)等。 2.3。微生物在空氣其他方面的處理 微生物還可用來(lái)固定CO2,實(shí)現(xiàn)CO2的資源化,同時(shí)產(chǎn)生很多附加值高的產(chǎn)品。生物技術(shù)用于有機(jī)廢氣具有費(fèi)用低、效率高等優(yōu)點(diǎn),在德國(guó)、荷蘭、日本及北美國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。畢立鋒等還進(jìn)行了微生物凈化NOx的研究。 3、微生物用于垃圾的處理 在我國(guó)人口急劇上升,每天由于人類(lèi)活動(dòng),生活的垃圾也越來(lái)越多,每天都有大量的固體廢棄物,如各種垃圾的產(chǎn)生,特別是大城市的固體廢棄物的產(chǎn)量更是驚人。這些固體廢棄物都應(yīng)該進(jìn)行無(wú)害化處理,但目前幾乎95%的垃圾未經(jīng)這樣的處理,一般只是簡(jiǎn)單地堆集起來(lái)或傾入江河中。固體廢棄物中不僅含有各種無(wú)機(jī)物,如玻璃、金屬等,還含有大量的有機(jī)物,包括可降解的淀粉、蛋白質(zhì)、廢紙、烴類(lèi)等和很難降解的塑料等,其中的很大部分是可以回收利用的,因此提倡垃圾的分類(lèi)包裝,回收可再生的資源,是一箭雙雕之舉。 3.1。城市垃圾微生物處理 目前城市主要可以分為三大類(lèi):化學(xué)法(如絮凝沉淀法)、物理法(過(guò)濾)和生物法(如活性污泥法)。這三類(lèi)方法也可以結(jié)合使用。在污染物的處理中,雖然物理、化學(xué)方法作出了一定的貢獻(xiàn),但由于這些方法存在投資大、成本高、二次污染的問(wèn)題,而逐漸被生物法所代替。可見(jiàn)微生物有非凡之效。 現(xiàn)在發(fā)展了新的城市垃圾生物處理工藝。這種工藝是先經(jīng)過(guò)過(guò)篩,回收可再生資源后,引入具有特定功能的微生物(主要是一些能高效降解有機(jī)物質(zhì),如纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)的微生物)進(jìn)行好氧處理或厭氧發(fā)酵,加速發(fā)酵過(guò)程,同時(shí)還可以收集所產(chǎn)生的沼氣。經(jīng)過(guò)充分發(fā)酵后的垃圾是一種很好的農(nóng)業(yè)肥料。如果實(shí)現(xiàn)垃圾處理工廠化,可以使發(fā)酵周期縮短(1-2星期),并且處理量較大。發(fā)酵過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制,發(fā)酵后形成的肥料的質(zhì)量也能得到保證。 3.2。農(nóng)村垃圾微生物處理 中國(guó)一個(gè)最大的發(fā)展中國(guó)家,最大的農(nóng)業(yè)國(guó),國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2006年底我國(guó)大陸城鎮(zhèn)人口5.77億,農(nóng)村人口7.37億,農(nóng)村人口占我國(guó)人口總量56%,農(nóng)業(yè)依舊是經(jīng)濟(jì)支柱。近幾年來(lái)自中央建設(shè)新農(nóng)村的口號(hào)的提出,服務(wù)三農(nóng),解決農(nóng)村就業(yè),保留農(nóng)村的那方“凈土”,首先考慮的是環(huán)境質(zhì)量。目前農(nóng)村垃圾沒(méi)有合理的安置和處理,房前屋后,處處可見(jiàn)。 21世紀(jì)有望沼氣的農(nóng)村主要的能源之一,沼氣已經(jīng)被世界公認(rèn)為新世紀(jì)可代替能源第一選擇,有著不可比擬的特點(diǎn),在農(nóng)村流傳這樣一句話(huà):一日三餐不見(jiàn)炊煙,描繪沼氣能源給村子帶來(lái)的巨大變化,由于適用范圍廣,我國(guó)能源短缺嚴(yán)重,生物資源豐富的綜合原因,成未來(lái)適合我國(guó)國(guó)情的的最佳能源選擇,面對(duì)能源價(jià)格的不斷上漲,環(huán)境不斷高漲,沼氣再一次成為解決能源的焦點(diǎn)話(huà)題之一,我國(guó)為實(shí)現(xiàn)可持速發(fā)展戰(zhàn)略,建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村,農(nóng)村的市場(chǎng)特別廣大。 沼氣發(fā)酵微生物---是在缺氧條件下降解有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生沼氣的一群微生物。沼氣常形成于富含有機(jī)質(zhì)的沼澤、塘、湖等水下缺氧沉積物中,是一種可燃性氣體,其主要成分為甲烷(占55~70%)和二氧化碳(占30~45%)。它分為四個(gè)過(guò)程①水解作用;②發(fā)酵作用;③產(chǎn)乙酸和產(chǎn)氫作用; 論微生物與環(huán)境保護(hù)沼氣微生物使自然界中缺氧環(huán)境的有機(jī)質(zhì)降解,進(jìn)入碳、氮等物質(zhì)循環(huán)圈。所產(chǎn)生的甲烷最終又被氧化為二氧化碳。產(chǎn)生于深海沉積物中的甲烷則可能轉(zhuǎn)化為甲烷水合物,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為天然氣。中國(guó)廣大農(nóng)村正在利用沼氣微生物的作用,以秸稈、糞便等制取沼氣,作為一種再生性補(bǔ)充能源,同時(shí)也有利于農(nóng)村生態(tài)平衡,保持、提高土壤肥力并改善環(huán)境衛(wèi)生。是最經(jīng)濟(jì),最實(shí)用的能源發(fā)展方向。 沼氣是我國(guó)目前大力發(fā)展的四大重點(diǎn)可再生能源項(xiàng)目之一?！吨袊?guó)新能源和可再生能源發(fā)展優(yōu)先項(xiàng)目》就把農(nóng)村沼氣這一項(xiàng)目作為重點(diǎn)。國(guó)家《2000-2015年新能源和可再生能源發(fā)展規(guī)劃要點(diǎn)》曾提出沼氣在我國(guó)具有巨大的市場(chǎng)空間,為此,中央出臺(tái)了《農(nóng)村沼氣建設(shè)國(guó)債項(xiàng)目管理辦法》,國(guó)家計(jì)委印發(fā)了《新能源基本建設(shè)項(xiàng)目管理的暫行規(guī)定》。國(guó)家不但財(cái)政補(bǔ)貼的標(biāo)準(zhǔn)在提高,財(cái)政補(bǔ)貼的總額也在逐年增加。2002年,國(guó)家在農(nóng)村沼氣建設(shè)方面投入的資金為3億元人民幣;2003年,國(guó)家10億元農(nóng)村沼氣建設(shè)國(guó)債資金項(xiàng)目啟動(dòng),項(xiàng)目涉及全國(guó)24個(gè)省的540個(gè)縣、6000多個(gè)村,103萬(wàn)農(nóng)戶(hù);2004年、2005年農(nóng)村沼氣建設(shè)國(guó)債資金均為10億元人民幣;2006年,國(guó)家安排國(guó)債投資25億元用于農(nóng)村戶(hù)用沼氣建設(shè)項(xiàng)目,比2005年增加1.5倍,計(jì)劃新增沼氣用戶(hù)250萬(wàn)戶(hù);2007年農(nóng)村沼氣建設(shè)國(guó)債資金在2006年25億元人民幣的基礎(chǔ)上增加了20%以上。家寶溫也在報(bào)告中提出,并把之列入“十一五計(jì)劃。既有好政策,又有好效果,既保護(hù)環(huán)境。又改善能源,一舉多得。 4、污染土壤的微生物修復(fù)與治理 目前工業(yè)的迅速發(fā)展,大量的人造化學(xué)物質(zhì)排放入環(huán)境中,對(duì)資源和環(huán)境構(gòu)成越來(lái)越嚴(yán)重的破壞?；剂系拈_(kāi)采和使用,工業(yè)三廢的排放,給我們賴(lài)以生存的環(huán)境造成難以估量的污染,在我的家鄉(xiāng),年年村民一到谷雨后,就要購(gòu)買(mǎi)一些工業(yè)化肥,其實(shí)那樣只是短期的效果,但是日積月累給土壤和水帶來(lái)大量的有機(jī)污染,從此下去我國(guó)賴(lài)以生存的土地就會(huì)嚴(yán)重破壞。導(dǎo)致無(wú)法耕作。 自“綠色革命”以來(lái),對(duì)蔬菜無(wú)公害無(wú)污染越來(lái)越嚴(yán)格,大家都喜歡綠色食品。人們?cè)谑褂棉r(nóng)藥防止病蟲(chóng)草害的同時(shí),也使糧食、蔬菜、瓜果等農(nóng)藥殘留超標(biāo),土壤污染嚴(yán)重,同時(shí)給非靶生物帶來(lái)傷害,破壞了生態(tài)平衡,影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,威脅著人類(lèi)的身心健康。 土壤中的微生物,包括細(xì)菌、真菌、放線菌和藻類(lèi)等,在它們中有一些具有農(nóng)藥降解功能的種類(lèi)。我們可以利用其特點(diǎn),使細(xì)菌由于其生化上的多種適應(yīng)能力和容易誘發(fā)突變菌株,從而在農(nóng)藥降解中占有主要地位,例如假單胞菌對(duì)敵敵畏;曲霉菌、鐮孢霉菌對(duì)敵百蟲(chóng);芽孢桿菌、曲霉、青霉、假單胞桿菌、瓶型酵母等等對(duì)甲胺磷。 在土壤及高溫堆肥體系中,對(duì)農(nóng)藥分解起主要作用的是細(xì)菌類(lèi),這與農(nóng)藥類(lèi)型、微生物降解農(nóng)藥的能力和環(huán)境條件等有關(guān),如在高溫堆肥體系當(dāng)中,由于高溫階段體系內(nèi)部溫度較高(大于50℃),存活的主要是耐高溫細(xì)菌,而此階段也是農(nóng)藥降解最快的時(shí)期。通過(guò)微生物的作用,把環(huán)境中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等無(wú)毒無(wú)害或毒性較小的其他物質(zhì)。 針對(duì)嚴(yán)重污染的環(huán)境,我國(guó)尚未采取大規(guī)模的治理措施,僅在少數(shù)地區(qū)開(kāi)展了治理,并以物理化學(xué)方法(如洗脫、吸附)為主,不僅投資成本高,而且也造成了二次污染。我們的國(guó)土面積比美國(guó)略大,且環(huán)境污染還更為嚴(yán)重,如采用微生物修復(fù)技術(shù),不僅其投資規(guī)模大為縮小(僅需傳統(tǒng)方法的1/5~1/3),而且還沒(méi)有二次污染。綜上所述,環(huán)境污染的微生物修復(fù)技術(shù)是我國(guó)今后治理環(huán)境污染必須發(fā)展方向,具有廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景,而且有合理的利用和處理。 四、微生物技術(shù)前景展望 自上世紀(jì)70年代以來(lái),發(fā)達(dá)國(guó)家就十分重視微生物技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用,并開(kāi)展了大規(guī)模的科研活動(dòng)。已開(kāi)發(fā)了一系列的微生物技術(shù)及其產(chǎn)品,并在世界上廣泛應(yīng)用于污水處理、大氣凈化及污染環(huán)境介質(zhì)治理等諸多方面。地球上“清潔工”的隊(duì)伍十分龐大,其中干得最出色的是細(xì)菌和真菌。原來(lái),細(xì)菌和真菌都不含葉綠素,不能進(jìn)行光合作用自己制造有機(jī)養(yǎng)料,它們屬于異養(yǎng)生物,必須從別的生物提內(nèi)吸取營(yíng)養(yǎng),營(yíng)寄生或腐生。它們最大的本領(lǐng),就是把已經(jīng)死亡的復(fù)雜的有機(jī)物,分解為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物,這一過(guò)程,就是它們清除大自然“垃圾”的過(guò)程,這就是自然界物質(zhì)循環(huán)中絕對(duì)不可缺少的過(guò)程。當(dāng)前,環(huán)境微生物技術(shù)在國(guó)際上已進(jìn)入蓬勃發(fā)展的軌道。隨著全球范圍內(nèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)的高度重視和越來(lái)越嚴(yán)厲的環(huán)境法,市場(chǎng)對(duì)環(huán)境微生物技術(shù)的需求越來(lái)越廣泛。 在我國(guó)微生物技術(shù)是環(huán)境保護(hù)廣泛應(yīng)用和十分重要的技術(shù),其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開(kāi)發(fā)、廢物資源化、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境修復(fù)和污染嚴(yán)重的工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)等方面,發(fā)揮著重要的作用。現(xiàn)代微生物技術(shù)的發(fā)展,尤其是基因工程、細(xì)胞工程和酶工程等生物高技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用,使微生物處理具有更高的效率、更低的成本和更好的專(zhuān)一性,為微生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用展示了更為廣闊的前景。微生物技術(shù)不僅適用于環(huán)境污染治理,如今還廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè),成為環(huán)境質(zhì)量預(yù)報(bào)和報(bào)警中的重要組成部分。 微生物技術(shù)雖然廣泛應(yīng)用于污水處理、垃圾處置、河道治理等領(lǐng)域,事物都有兩面性,有好有壞,在環(huán)境中的應(yīng)用同時(shí)存在較大的不確定性和潛在風(fēng)險(xiǎn):一是微生物自身可能對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響;其次是微生物在用于污染物降解和處理過(guò)程中,也可能產(chǎn)生新的有毒或污染物質(zhì)。我們要揚(yáng)長(zhǎng)避短,尊重自然,學(xué)習(xí)自然,從而改造自然。 我們可以設(shè)想,如果沒(méi)有微生物的分解作用,地球上的動(dòng)、植物殘?bào)w和有機(jī)物將得不到分解,那么至今為止幾十億年來(lái)生命活動(dòng)的結(jié)果,將是把地球上所有的生命構(gòu)成元素以動(dòng)植物殘?bào)w的形式堆積起來(lái),植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)將會(huì)枯竭,生產(chǎn)者將不能生產(chǎn),消費(fèi)者將得不到食物,地球上的生命也就無(wú)法維持了。因此,微生物的分解作用是地球上生命波浪式發(fā)展、螺旋式進(jìn)化的原動(dòng)力之一。所以,我們說(shuō),不能小看這支龐大的“清潔工”。在自然界的重大作用,如果沒(méi)有它們,自然界的生態(tài)平衡就打破,地球上的生命就要終止。 目前為了規(guī)范微生物的研究和使用,保護(hù)人體健康和生態(tài)環(huán)境,我國(guó)已出臺(tái)了一些法律法規(guī),如《病原微生物實(shí)驗(yàn)室生物安全管理?xiàng)l例》、《病原微生物實(shí)驗(yàn)室生物安全環(huán)境管理辦法》等。2005年11月,國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)出了《關(guān)于加強(qiáng)環(huán)保用和可能造成環(huán)境危害的微生物進(jìn)出口環(huán)境安全及衛(wèi)生檢疫管理的通知》(環(huán)發(fā)〔2005〕123號(hào)),標(biāo)志著我國(guó)政府進(jìn)一步加強(qiáng)了環(huán)保用微生物的進(jìn)出口環(huán)境安全管理。2004年6月,上海市發(fā)布了《上海市微生物菌劑使用環(huán)境安全管理辦法》,成為我國(guó)微生物環(huán)境安全領(lǐng)域的第一部地方性法規(guī)。國(guó)家環(huán)保總局正在制定《環(huán)保用微生物菌劑環(huán)境安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》和《環(huán)保用微生物菌劑檢測(cè)規(guī)程》等技術(shù)規(guī)范我國(guó)的微生物技術(shù)處于剛剛起步階段。該技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)需要得到社會(huì)、同行及主管部門(mén)的廣泛支持,大力開(kāi)展以污染控制技術(shù)為主體的微生物技術(shù)的研究,將大力推進(jìn)微生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用,并發(fā)展帶動(dòng)整個(gè)環(huán)?？萍嫉陌l(fā)展,解決我國(guó)目前和未來(lái)面臨的嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。是當(dāng)前社會(huì)的污染需要,是新型的社會(huì)的發(fā)展方向,為我國(guó)環(huán)保市場(chǎng)提供高品質(zhì)的環(huán)境保護(hù)高技術(shù)。這樣才能真正做到環(huán)境保護(hù)和社會(huì)協(xié)調(diào)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,使我國(guó)早日走向和諧之路! 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