微生物對環(huán)境治理的應用

微生物對環(huán)境治理的應用第1頁/共26頁微生物對環(huán)境治理的應用成員：黃貽忠，楊磊，徐騰飛，章麗輝，吳姚平，馮津，賴傳文。第2頁/共26頁微生物是肉眼看不見或看不清的生物的總稱。包括原核生物（細菌，放線菌和藍細菌），真核生物（真菌和微型藻類），非細胞生物（病毒類）。微生物具有體積小、表面積大、繁殖力驚人等特點，能不斷與周圍環(huán)境快速進行物質交換。第3頁/共26頁我國水體污染問題目前，我國環(huán)境日益惡劣，其中水體污越來越嚴重。自2005年松花江污染事件以來，我國水污染事件愈演愈烈，幾乎全國平均每兩天就發(fā)生一起突發(fā)環(huán)境事故。第4頁/共26頁2005年松花江污染事件第5頁/共26頁

太湖藍藻爆發(fā)云南滇池藍藻第6頁/共26頁水污染的來源生活污水

生活污水中含有大量的無機物，有機物。無機物如氯化物，硫酸鹽，磷酸鹽和鈉，鉀，鈣，鐵等碳酸鹽，有機物有纖維素，淀粉，脂肪，蛋白質和尿素等。排放入環(huán)境中促使浮游植物生長和大量繁殖，形成赤潮和水華。工業(yè)廢水

工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源。包括鋼鐵工業(yè)廢水，食品工業(yè)廢水，印刷廢水，化工廢水等。農(nóng)業(yè)廢水

它面廣而量大且分散。農(nóng)田使用農(nóng)藥，化肥，進入水體造成水體富營養(yǎng)化。第7頁/共26頁去除污水中的氮磷廢水中氮、磷是造成水體富營養(yǎng)化的根源，利用生物脫氮除磷已進行了廣泛的研究。污水脫氮技術主要有活性污泥法脫氮工藝，包括A/O（缺氧／耗氧）工藝，可使ＮＨ4+_Ｎ去除率達80

%以上，A2/O工藝。改進的氧化溝工藝和SBR工藝都可使總氮(TN)去除率達90%以上。生物膜脫氮有生物濾池、生物轉盤、生物流化床、浮動床、浸沒式、三級生物濾池脫氮系統(tǒng)等，其中三級生物濾池的反硝化速度最高達1.0kgN/(m３?d)。第8頁/共26頁SBR工藝流程圖第9頁/共26頁生物脫氮中，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。這些細菌分解硝酸鹽的過程如下：

NO3+硝酸鹽還原酶NO2+

亞硝酸還原酶NO氧化還原酶N2O

氧化亞氮還原酶

N2第10頁/共26頁污水生物處理中，除磷常與脫氮工藝一起應用，常見的除磷技術有：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/O工藝。除磷過程一般認為在有氧條件下攝取磷，在厭氧條件下釋放磷，其中不動桿菌屬(Acinetobacter)是除磷的優(yōu)勢菌種。第11頁/共26頁厭氧狀態(tài)放磷過程如下：好氧／缺氧狀態(tài)吸磷過程如下：第12頁/共26頁微生物治理水有機物污染原理微生物治理水污染主要利用微生物的生命活動過程,將污水中的有機物分解，從而達到凈化污水的目的，微生物能從污水中攝取糖，蛋白質，脂肪，淀粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化.第13頁/共26頁微生物治理水有機物污染原理好氧凈化

氧存在條件下，許多好氧微生物通過分解代謝、合成代謝和物質礦物化，在把有機物氧化分解成CO2和H2O等過程中，獲尋C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化就是模擬上述原理，把微生物置于一定的構筑物內(nèi)通氣培養(yǎng)，高效率凈化污水的方法。第14頁/共26頁微生物治理水有機物污染原理厭氧凈化

微生物在嚴格厭氧條件下，有機物發(fā)酵或消化過程中，大部分有機物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的生物厭氧凈化就是根據(jù)污水經(jīng)厭氧發(fā)酵后既到凈化，又獲得了生物能源CH4的原理。微物細胞能量轉移的電子受體，由好氧條件下分子氧改變?yōu)閰捬鯒l件下的有機物。在厭氧件下，不溶于水而難分解的大分子有機污物，被微生物的胞外酶降解為可溶性物質，再由產(chǎn)甲烷厭氧細菌和產(chǎn)氫細菌降解成低分子有酸類和醇類、并放出H2和CO2；有機酸類和類經(jīng)產(chǎn)甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2，形成CH4。第15頁/共26頁治理水有機物污染的微生物在治理水體有機物污染的應用中，細菌和藻類充當著主力軍的作用。很多種細菌都可以對有機污染物進行降解。細菌藍細菌顫藍菌(Oscillatoria)也有一定降解萘的能力鄰單孢菌(Plesiomoas.sp)DLL-1對甲基對硫磷高毒有機磷殺蟲劑具有高效降解作用。白腐真菌甚至可降解毒性為一般化合物20～30倍的硝基苯類化合物。第16頁/共26頁毛霉(Mucorales)可降解油脂廢水根霉菌可降解油類污染物青霉菌(Penicillium)可降解偶氮和蒽型染料酵母菌(Saccharomyces)可降解石油烴霉菌可降解石油烴、莠去津等魯氏酵母菌(Saccharomycesrouxii)WY-3可降解甲胺磷。第17頁/共26頁藻類能有效地富集和降解有機化合物,污水中的有機化合物可作為藻類生長所需的重要碳源，有大量研究表明單種藻類對BOD的去除比單種細菌或原生動物更有效。普通小球藻對BOD最大去除率可達83%。小球藻對DDT在1h內(nèi)即可達到最大富集量。藍藻(Cyanobacterium)對DDT的富集較綠藻還高得多。綠藻還可降解硝基苯類化合物。第18頁/共26頁微生物治理大氣污染的應用微生物用于煙氣脫硫，不需高溫、高壓、催化劑，設備要求簡單。利用自養(yǎng)生物脫硫，營養(yǎng)要求低，無二次污染，處理費用為濕法脫硫的50%。目前公認的硫酸鹽還原的最初幾點是Postgate在1969年證實的。

so42-

硫酸酰苷酰轉移酶

APS

腺苷酰硫酸還原酶SO42-

亞硫酸鹽還原酶s2-第19頁/共26頁很多學者利用細菌研究了大量的脫硫技術。如利用氧化亞鐵硫桿菌已使脫硫率達95%以上，日本利用該菌已使H2S脫除率達99.99%，中國利用該菌對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80%。第20頁/共26頁由日本鋼管公司京濱制作所開發(fā)的Bio-SR工藝流程圖第21頁/共26頁生物過濾法在50年代中期最先應用于處理空氣中低濃度的臭味物質。到80年代，德、美、荷蘭等國相繼用此法控制生產(chǎn)過程中的揮發(fā)性氣體和有毒氣體。其過程：廢氣預處理氣體分布器

生物過濾器CO2,H2O,無機鹽等第22頁/共26頁廢氣在反應器中停留時間很短，處理率可達90%以上。生物過濾法還可去除空氣中的異味、揮發(fā)性物質（VOCs）和有害物質，包括控制（去除）城市污水處理設施中的臭味、化工過程中的生產(chǎn)廢氣、受污染土壤和地下水中的揮發(fā)性物質、室內(nèi)空氣中低濃度物質等。微生物還可用來固定CO2，實現(xiàn)CO2的資源化，同時產(chǎn)生很多附加值高的產(chǎn)品。生物技術用于有機廢氣具有費用低、效率高等優(yōu)點，在德國、荷蘭、日本及北美國家得到廣泛應用。第23頁/共26頁微生物應用的展望微生物在污染治理中具有廣泛的應用前景，為提高微生物降解能力，擴大其應用范圍，分離、重建高效、廣譜降解微生物具有重要意義。同時，在微生物對污染物的適應及其降解遺傳學機制，微生物凈化的高效性及安全性，研究成果從實驗室研究向工程應用的轉移，以及高效、準確評估技術的應用等方面，尚需加大投入和作進一步研究。我國的環(huán)境微生物技術研究尚處于起步階段，與國際先進水平還有很大差距，應根