微生物在环境保护中的作用和地位（华南师范大学生命科学学院，广东广州 510631）摘要：随着生物科技的发展和现在社会的环保要求日益强烈,人类越发重视利用微生物在处理环境污染物和环境监测等方面的应用，并取得了不少的成果。

本文对当前人类环境现状和环境保护中所面临的各种问题做了简要的分析，并从废水、废气、固体废弃物处理及环境监测等几个方面介绍了微生物在环境保护中的应用和研究进展，分析了生物处理工艺的特点及优越性，展望了生物技术未来的发展方向和前景。

关键词：微生物环境保护应用近年来，随着工业的高度发展、人口的急剧增长，人类在生产和生活劳动中产生的大量废弃物，如生活垃圾、工业生产形成的“三废”（废水、废弃、废渣）、农业生产中大量使用的化肥、农药等，进入人类赖以生存的环境，造成对生态系统的压力，当超过一定限度时，生态系统的结构与功能受到破坏，导致生态环境恶化与失衡，从而给人类自身带来严重危害。

当前，如何提高人类对保护和合理利用自然资源的认识，防止自然环境受到污染和破坏；加强对受到污染和破坏的环境的综合治理；协调好人类与环境的关系，保障经济社会的持续发展都是环境保护进程中面临的非常现实的问题。

通过对生态的研究，我们知道，微生物在地球生态系统物质循环过程中充当分解者的角色，起着“天然环境卫士”的作用。

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。

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。

此外，由于环境污染物一般来讲性质相对稳定，难于用物理或化学方法将其进行无害化处理，而生物过程是以酶促反应为基础，反应过程是常温常压和接近中性的条件下进行的，这与物理、化学法相比，利用微生物处理环境污染物具有投资省，费用少，耗能低，效果好，过程稳定，操作简便的优点，更重要的是可基本达到无害化。

因此，最大限度地利用微生物所具有的净化环境的作用,无疑对环境保护具有重要意义。

1 微生物对污染物的降解与转化人类在生产与生活中常常会释放到水体、大气和土壤各种各样的污染物，造成对环境和人类自身不利的影响，这些物质包括农药、污泥、烃类、合成聚合物、重金属及放射性物质等。

总体上可分为无毒和有毒两大类，前者如纤维素、淀粉、后者如苯酚、多氯联苯、氰化物、重金属等。

各种污染物对人类的危害有的短时间内直接表现出来，而有的则具有长期性和积累的特点。

微生物在自然界分布广泛，具有遗传多样性和代谢类型多样性，因此释放于环境中的几乎所有的有机物都能被微生物降解与转化。

同时，微生物具有个体小、繁殖快、易变异和适应力强的特点。

微生物可以通过形成诱导酶、产生新的突变体和产生新的酶系、与其他微生物进行共代谢、获得降解性质粒等多种途径实现对污染物的分解和转化。

1.1化学农药的微生物降解化学农药包括各种人工合成的除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学药物，目前生产中使用的农药主要是有机氯、有机磷、有机硫农药。

大部分的农药会在土壤中残留，吸附于土壤，并以空气、地表水扩散至更远的范围，从而对生态系统中的动植物、微生物以及人类自身造成影响。

农药在土壤中残留的时间除与土壤和气候有关外，更主要的是决定于药物本身的性质与结构，例如一般有机氯农药的残留时间长，有机磷农药的残留时间段，因此有机氯农药残害性更大。

实验表明，环境中农药的清除主要是靠细菌、放线菌、真菌等微生物的降解作用。

例如DDT（二氯二苯三氯乙烷）可以被芽孢杆菌属、棒杆菌属、诺卡菌属的一些种类降解，五氯硝基苯可以被链霉菌属、诺卡菌属的一些和总类降解，敌百虫可被曲霉、青霉等真菌降解。

微生物降解农药主要通过脱卤作用、脱烃作用，对酚、胺、脂的水解作用、氧化作用、还原作用以及环裂解、缩合等方式把化学农药的分子结构改变而达到的。

微生物降解化学农药可分为两种类型，一种是将农药作为碳源或氮源直接利用，这种情况下农药很快被微生物降解，另一种是通过共代谢作用降解。

例如氟乐灵（三氟-2,6-二硝基-N,N-二丙基-4-三氟甲苯胺）是一种除草剂，可被一些曲霉作为唯一碳源。

六六六是一种难以被降解的农药，直肠梭菌在有蛋白胨存在时可降解丙体六六六，由于微生物不能直接从共代谢农药中获得能量和碳源，其降解速度很慢。

1.2烃类化合物的微生物降解烃类是相对分子质量为16-1000的碳氢化合物，包括烷烃、烯烃、炔烃、脂环烃。

存在状态有气体（甲烷、乙烷、乙炔、乙烯等）、挥发性液体（汽油、苯）和固体(蜡）。

烃是石油产品的主要组成成分。

随着石油的开采、运输、加工和利用，由于各种污染导致烃类物质进入水体、土壤和大气，因此，污染土壤和水体的生态修复成为人们研究的重点，而在众多的石油污染重，烃是最常见的污染源。

在这些污染物中，短链烃容易挥发，对环境影响较小，中链烃易于被环境中的微生物降解，不会造成长期的危害，而长链烃常温下通常处于固态，生物可利用性差，故对环境的危害是持久的。

微生物对烃类的降解主要是在加氧酶的催化作用下，将分子氧参入到基质中形成含氧的中间产物，然后转化为其他物质参与代谢过程。

1.3微生物对其他有机物的降解在工业生产与日常生活中，一些有机化合物如表面活性剂、多氯联苯、氰和腈等会造成环境污染及对人类健康产生危害。

一些微生物对这些复杂有毒的化合物也具有降解的能力。

1.4微生物对重金属的转化自然界存在多种重金属，如汞、砷、铅、镉等，这些金属并不是生物所必需的元素，达到一定浓度时会对生物产生抑制或致死作用。

它们产生毒性的一般范围为1-100mg/ml,汞和镉在0.01-0.001mg/ml，即可产生毒害作用。

值得注意的是，进入生物体内的有毒元素可以再体内积累，可导致生物慢性中毒。

土壤和水体等环境中的有毒元素主要来自工业废水、废渣和垃圾。

金属的存在形式不同，其毒性作用也不同。

微生物不能降解重金属，但可通过改变其存在状态而改变其毒性。

汞造成的环境污染最早受到关注，其微生物转化及其环境意义也具有代表性。

有机汞作为农药和消毒剂曾普遍应用于农业生产和日常生活，大量的含汞废电池随垃圾进入环境。

全球由于汞矿开采、煤和石油的燃烧，每年向环境释放约40000t的汞，对生态环境造成了严重威胁。

微生物对汞的转化作用主要包括3方面：无机汞的甲基化，无机汞的还原，有机汞的还原。

自然界汞大量以汞矿形式存在（HgS),溶解性很低，在有氧条件下被硫杆菌转化为毒性很高的可溶性Hg2=,并可进一步还原为单质汞。

许多细菌和真菌可通过甲基化作用将维生素B12上的甲基结合于Hg2= 形成可溶性的甲基汞和二甲基汞。

甲基汞的毒性比单质汞和Hg2= 强100倍，并能在水生生物体内富集。

一些细菌细胞能产生汞还原酶，能将有机或无机Hg2= 还原成Hg，大大减轻其毒性。

2 微生物与污水处理水源的污染对环境和人类自身造成的危害最大，因此，工业和生活污水在排放前需要进行净化处理，达到国家规定的标准后才能排放或供生产与生活实用。

工业废水种类较多，如发酵、制药、印染、造纸、塑料、电镀、冶炼及炼焦等，其成分差异很大。

因此，不同的废水采用的处理方法会有差异，总的可分为物理法、化学法和生物法，实际中往往是多种方法的结合。

对于生活污水、发酵废水等含有机物废水应用最广的是生物法，但对于冶炼、电镀等含金属离子的特种废水则不适于微生物方法去除。

污水处理一般可分为三级。

一级处理又称为预处理，是通过格栅过滤等措施出去粗固体。

二级处理为常规处理，可通过物理、化学、生物等不同方法出去可溶性有机物。

三级处理又称为高级处理，主要是出去氮、磷和其他无机物以及消毒等。

微生物对废水处理是指微生物征程的代谢过程对废水中各种污染物进行迁移和转化，使废水得到净化的过程。

微生物在常规条件下经过酶催化即完成，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事先变异等特性，能适应各种各样的废水，处理水质范围特别广。

2.1 废水中有机物的降解人类在生活和生产中所产生的污水按主要成分，可分为有机污水、无机污水和综合污水。

有机污水是指污水中污染物主要是有机物质，一般具有生物可降解性。

生活污水常具有如下特征：水质浑浊、色深、具有恶臭、呈微碱性，但一般不含有毒物质；固体物质含量很低，仅占总重量的0.1%～0.2%；有机杂质约占60%, 有机成分占全部悬浮物总量的四分之三以上。

生物处理去除有机污水中的有机物质的原理是利用微生物的新陈代谢过程。

微生物群体依靠细胞壁将污水中的有机物质吸收消化，同时产生一定的代谢物质，再作为其他微生物的养料，进行吸收消化，周而复始，直至污水中的有机物质全部分解。

而且微生物分解有机物的能力是惊人的，微生物几乎能分解自然界中存在的一切有机物。

2.2 废水中重金属的去除重金属污染主要来源于这些重金属：铅、铜、汞、铋、镉、砷、铬、氟、镍。

我国每年有1200万吨粮食遭到重金属污染，直接经济损失超过200亿元。

2009年，我国重金属污染事件致使4035人血铅超标、182人镉超标，引发32起群体性事件。

2009年，我国1/6的耕地受到重金属污染,重金属污染土壤面积至少有2000万公顷。

废水中重金属微生物处理法的原理是利用细菌、真菌（酵母）、藻类等生物材料及其生命代谢活动去除和（或）积累废水中的重金属，并通过一定的方法使金属离子从微生物体内释放出来，从而降低废水中重金属离子的浓度。

虽然国际上对微生物处理重金属废水的研究已经取得了长足发展，确认了微生物修复的应用前景。

然而，有关微生物对重金属的吸附、沉淀机理还不是很明确，该项技术尚处于实验室阶段，大规模利用微生物处理重金属废水的情况还很少，很多因素限制了它的大规模使用。

2.3 废水中脱氮除磷氮（N）、磷（P）是植物的重要无机营养源，但是他们在水体中的含量过高则将导致水体的富营养化污染问题。

由于化肥、洗涤剂等，尤其是大量城市污水的排放，使天然水体（尤其滞留性水体）中N、P的含量持续升高，导致藻类大量繁殖，使水体缺氧并产生毒素，从而进一步导致水质的恶化，不仅影响了水体的使用功能，同时对水处理及其人体健康也产生了很大的危害。

污水脱氮技术主要有活性污泥法脱氮工艺,包括A/O(缺氧/好氧)工艺,可使NH4+一N去除率达80%以上,A2/O工艺,改进的氧化沟工艺和SBR工艺都可使总氮(TN)去除率达90%以上。

其基本原理是借助与不同微生物的共同协调作用以及合理的人为运行控制，从而将生物去碳过程转化而产生及原废水中存在的氨氮转化氮气而从废水中脱除。

3 微生物在大气污染治理中应用随着现代工业的迅速发展，人类向大气中排放大量有毒有害的气体，对环境造成了严重污染。

利用物理化学方法处理废弃虽然处理效果较好，但要求高温高压条件，需要大量的催化剂和其他化学药剂，而且严重腐蚀设备，并可使废弃得到降解和转化。