微生物处理重金属污染
摘要：重金属污染的修复是目前研究的热点之一，其中生物治理技术尤其得到了广泛关注。利用菌类微生物的表面结构特性及其生化代谢作用，通过生物化学法、生物絮凝法等将重金属元素分离或降低其毒性，可达到治理污染的目的。基因工程技术在这一领域的应用，加强了菌类和微藻的吸附、代谢、絮凝功能，提高了重金属污染的处理能力。固定化技术的应用提高了治理重金属污染的效率及稳定性，有力地推动了重金属微生物治理技术的发展。文章综述了近年来国内外在利用微生物及植物技术治理重金属污染方面的研究进展，并对其发展方向进行了展望。
关键词：重金属；微生物；研究现状；应用前景
Review on Microbiological for Heavy Metal
Pollution
LI Dong-xiao
Abstract：Development in the treatment of heavy metal pollution at home and abroad by means of microbiological techniques were summarized，and present studies and application prospects of Biological chemical method，Biological flocculation method. the application of gene engineering technique and immobilized microorganism technique to heavy metal pollution treatment were introduced. The prospects of development of treatment technology for heavy metal pollution were also discussed.
Key words：heavy metal pollution；microorganism；status; review
1.前言
由于工业的发展,重金属的使用越来越广泛,伴随而来的重金属污染问题也日趋严重。特别是重金属废水,因其中的铅、铬、镉等可通过食物链最终在生物体内累积,破坏正常的生理代谢活动甚至产生“三致”(致癌、致畸、致突变)作用,而成为一种对生态环境危害极大的工业废水。因此,寻找一种能有效地治理重金属废水污染的技术已显得紧迫而重要。
治理重金属的传统方法有:中和沉淀法、化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法、蒸发和凝固法、离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、液膜法、反渗透和电渗析法等。它们各有优点,但又不同程度地存在着投资大、能耗高、操作困难、易产生二次污染等不足,特别是在处理低含量重金属污染时,其操作费用和原材料成本相对过高[1]。利用微生物体系制备的生物吸附剂处理和回收重金属,是目前实践证明最有发展前途的一种新方法。它与传统的处理方法相比,具有以下优点[2]: (1)在低浓度下,金属可以被选择性地去除; (2)节能,处理效率高; (3)操作时的pH值和温度条件范围宽; (4)易于分离回收重金属; (5)吸附剂易再生利用; (6)对钙、镁离子吸附量少;(7)投资小,运行费用低,无二次污染。
2. 重金属污染的微生物处理方法
2.1 生物化学法
生物化学法指通过微生物处理含重金属废水,将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法,该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用,将硫酸盐还原成H2S,重金属离子和H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除,同时H2SO4的还原作用可将SO2-4转化为S2-而使废水的pH值升高,从而形成重金属的氢氧化物而沉淀。中国科学院成都生物研究所从电镀污泥、废水及下水道铁管内分离筛选出35株菌株,从中获得高效净化Cr(VI)复合功能菌[3]。
袁建军等[4]利用构建的高选择型基因工程菌生物富集模拟电解废水中的汞离子,发现电解废水中其他组分的存在可以增大重组菌富集汞离子的作用速率,且该基因工程菌能在很宽的pH范围内有效地富集汞。但高浓度的重金属废水对微生物毒性大,故此法有一定的局限性,不过,可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株,微生物处理重金属废水一定具有十分良好的应用前景。
2.2 生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的具有絮凝能力的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。生物絮凝剂又称第三代絮凝剂，是带电荷的生物大分子，主要有蛋白质、黏多糖、纤维素和核糖等。目前普遍接受的絮凝机理是离子键、氢键结合学说。目前对于硅酸盐细菌絮凝法的应用研究已有很多[5-6]，有些已取得显著成果[7]。运用基因工程技术，在菌体中表达金属结合蛋白分离后，再固定到某些惰性载体表面，可获得高富集容量絮凝剂。
Masaaki Terashima 等[8]利用转基因技术使E.coli表达麦芽糖结合蛋白（pmal）与人金属硫蛋白（MT）的融合蛋白pmal-Ml并将纯化的pmal-MT 固定在Chitopeara 树脂上，研究其对Ca2+和Ga2+的吸附特性，该固定了融合蛋白的树脂具有较强的稳定性，并且其吸附能力较纯树脂提高十倍以上。
2.3生物吸附法
生物吸附是对于经过一系列生物化学作用使重金属离子被微生物细胞吸附的概括理解, 这些作用包括络合,螯合,离子交换,吸附等。活的微生物和死的微生物对重金属离子都有较大的吸附能力,藻类中的某些种属对于重金属的吸附容量可达400Hg/kg(生物干重),例如甲囊马尾藻(Sargassummatans)。
吸附法分为物理吸附法和离子吸附法两种,前者使用具有高度吸附能力的硅胶、活性碳、多孔玻璃、石英砂和纤维素等,吸附剂将生物细胞吸附到表面上使之固定化。这是一种最古老的方法,操作简单,反应条件温和,载体可反复利用,但结合不牢固,细胞易脱落。后者根据细胞在离解状态下可因静电引力(即离子键合作用)而固着于带有异相电荷的离子交换剂上,如DEAE2纤维素、DEAE2Sephadex,CM2纤维素等。
Green使用藻类去除水的金,Tsezos,Mara2no使用真菌吸附水中的铀,Ferguson和Breuer 等利用泥炭藓去除水中的Fe,Al,Pb,Cu,Cd,Zn等金属离子。Barkley利用藻类吸附有机废水中的Cd,Cu等金属离子。MarkSpinti等把泥炭藓固定在多孔的聚合砜基质中成功地应用于去除含Zn,Cd,Mg等金属离子的酸性矿井水中,用聚合砜固定泥炭藓制成的球状小粒机械强度大,化学性能稳定,容易再生,不膨胀不收缩。生物吸附法以其独特的优点近年来在含重金属废水处理领域引起了人们普遍的关注,进行了广泛的研究,取得了可喜的成果。但生物吸附技术还只是处于经验、实验室阶段,在实用化和工业化应用中还存在着诸多问题有待研究解决,还需通过进一步的研究和开发工作完善此项技术。
3. 重金属污染微生物处理技术
3.1基因工程技术在微生物治理重金属污染中的应用
运用基因工程技术构建具有高效降解能力的菌株是目前的研究热点，国内外学者均进行了大量研究，主要致力于应用基因工程技术，在微生物表面表达特异性金属结合蛋白或金属
结合肽进而提高富集容量，或在微生物细胞膜处表达特异性金属转运系统的同时，在细胞内表达金属结合蛋白或金属结合肽，从而获得具有高富集容量和高选择性的高效菌株。构建出的菌株处理能力均显著提高，高选择性重组菌的构建使得重金属的再资源化成为可能[9]。由于人们对大肠杆菌的认识较深入，且其具有致病性弱，对生长环境要求不高，易于检查和培养的优点，适于作污水处理菌。
由于人们对大肠杆菌的认识较深入，且其具有致病性弱，对生长环境要求不高，易于检查和培养的优点，适于作污水处理菌。目前研究中多以大肠杆菌为受体菌，运用基因重组技术构建出多种高效菌株[10]。Deng 等[11]构建的基因重组菌E.coli JM10，在含镍废水的处理试验中，对Ni2+富集能力比原始菌株增加了 6 倍多。Zhao 等[12]的研究表明，基因工程菌E.coli JM109较宿主菌具有更强的Hg2+耐受性和更高的Hg2+富集量，去除率达96%以上。
Sousa 等[13]构建了表达酵母金属硫蛋白（CUP1）、哺乳动物金属硫蛋白（HMT21A）和外膜蛋LamB 的融合蛋白的基因工程菌E.coli，该菌种的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15 倍~20 倍。
邓旭等[14]研究了转MT-like 基因衣藻对不同重金属离子的抗性和对Cd2+富集行为，结果表明，转基因衣藻对Pb2+、Zn2+和Cd2+三种重金属离子的抗性得到明显增强，其中以对Zn2+的抗性增强最为显著。转基因藻对Cd2+的富集能力经MT-like 蛋白表达后较野生藻细胞有较大增加，最大达到144.48μmol/g ，为野生藻的8.3 倍。曾文炉等[15]以转mMT-Ⅰ聚球藻7002 为对象，研究了其在含Cd2+、Pb2+和Hg2+的培养基中的生长特性及其对重金属的净化性能，结果表明，无论从生长速率还是对重金属的耐受特性来看，转mMT-Ⅰ聚球藻7002 均明显优于野生藻。
3.2固定化技术在微生物治理重金属废水中的应用
固定化微生物技术是通过采用化学或物理的方法将游离微生物定位于限定的空间区域内，使其保持活性并可反复利用的一种新型生物技术[16]。具有微生物细胞密度高、反应速度快、稳定性强、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易和剩余污泥少等优点。利用此技术，可将筛选出的优势微生物（主要是菌体和藻类）加以固定，构成一种高效、快速、能连续处理的废水处理系统，可以有效地减少二次污染[17]
Kacar等[18]用海藻酸钙固定真菌(Phanerochaete chrysosporium)(包括活的和加热灭活的2种形态菌体)，去除30~500 g/L的含Hg(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的废水。吸附平衡为1 h，最佳pH值分别为5. 0和6·0;适宜温度为l5~45℃。用10 mmol/LHCl解析，回收吸附率达原来的97%。是一种新型有效的生物吸附剂。
Chang等[19]则是利用假单孢兰绿藻(Pseudomonas aerugi-nosaPu 21)制备了2种固定化生物吸附剂:一种是用死的微生物细胞制备的，一种是用活的微生物细胞制备的。实验表明，假单孢兰绿藻活的和死的细胞对重金属离子Pb、Cu和Cd都具有很大的吸附能力，活的比死的细胞吸附能力大。不同生长阶段的假单孢兰绿藻对Pb、Cd显示出不同的吸附能力。随着溶液pH值的增加，其吸附能力增强。pH最佳范围在5·0~6·0之间。用稀盐酸解吸后，对于Pb、Cu的吸附能力仍保持在原吸附能力的98%以上，对Cd的吸附能力保持在80%以上。
以上大量研究表明，固定化菌类和藻类可以有效地去除废水中的重金属。固定化微生物细胞用来富集重金属，实际上起着生物离子交换树脂的作用，但固定化细胞比离子交换更经济，且不受Ca2+、Mg2+、Na+和K+等离子的影响[20]，在废水处理和受污染水环境的修复中更实用。因此，固定化微生物技术在处理重金属废水领域中有着广阔的应用前景。
3.3淋滤技术在微生物治理重金属污染中的应用
利用微生物的直接转化作用或其代谢产物的间接转化作用，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其它金属)分离浸提出来的一种技术。用于难浸提矿石或贫矿中金属的溶出与回收，又称微生物湿法冶金。
一些嗜酸细菌被广泛用于铜、金等金属的浸提。如在氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌作用下，污泥中难溶性金属硫化物被氧化成金属硫酸盐而溶出，通过固液分离即可达到取出或提取重金属的目的。目前，可用来进行生物淋滤的细菌有硫杆菌属(Thiobacillus)、铁氧化钩端螺旋菌(Leptospirillumferrooxi2dans)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)、酸菌属(Acidianus)、嗜酸菌属(Acidiphilium)以及其它与硫杆菌联合生长的兼性嗜酸异养菌。其中，应用最广泛的是氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)，其次是氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)和铁氧化钩端螺旋菌(Leptospirillumferrooxidans)。
Markosyan等首次报道在同样的酸性矿水中还存在另一种依靠亚铁的生物氧化以获得能量的无机化能自养菌2铁氧化钩端螺旋菌(Leptospirillumferrooxi2dans)。Helle和Onken发现在硫杆菌溶液中添加铁氧化钩端螺旋菌(L.ferrooxidans)可显著提高生物淋滤的速率。Rawling等认为在大规模的连续搅拌池式反应器(CSTR)中，铁氧化钩端螺旋菌(L.ferrooxi2dans)数量超过氧化亚铁硫杆菌(T.ferrooxidans)的主要原因是它可适应更高的氧化还原电位、温度以及对亚铁具有更高的亲合力。Eh超过690mV时，该菌对亚铁的生物氧化活性就高于氧化亚铁硫杆菌，因而在生物淋滤中的应用越来越受到重视。
生物淋滤法耗酸少，运行成本低、实用性强，是经济有效、具有潜力的重金属去除方法，它具有化学浸提法(酸或有机络合剂)不可替代的优越性。然而，生物淋滤法采用的主要细菌如硫杆菌增殖慢、生物淋滤滞留时间长是限制其大规模应用的主要障碍。另外，脱毒污泥的后续处置，特别是如何使其作为一种新型的、高附加值的资源在土地利用中发挥更大的效益，尚有待探索。
3.4表面展示技术在微生物治理重金属污染中的应用
微生物表面展示(surface display)技术是一种新的基因工程技术，它使表达的外源肤(或蛋白质的结构域)以融合蛋白形式展示在噬菌体或微生物细胞的表面，被展示的多肽或蛋白质可以保持相对独立的空间结构和生物活性。为研究某些多肤或蛋白质(如受体、膜蛋白、抗原和抗体等)在哺乳类和细菌细胞表面的结构、性质和作用，需要将它们展示于细胞表面。可溶性蛋白在细菌表面的展示技术已得到广泛的研究和应用。随着展示技术的发展，人们可以更有效的认识、改造和创建各种生物大分子。
噬菌体表面展示系统是最早发展起来的，现在最常用的噬菌体表面展示系统主要有:丝状噬菌体、K噬菌体、T4噬菌体和T7噬菌体展示系统。噬菌体表面展示技术具有表面展示技术的基本优点，而且技术发展相对成熟，但由于载体自身的限制，使得该展示系统存在着很大缺点。比如，外源蛋白的插入可能影响噬菌体的装配，使其失去感染力;多肽或蛋白质与噬菌体外壳蛋白融合表达时存在不可预测的偏差性等。
细菌表面展示系统是继噬菌体表面展示系统之后发展起来的。根据载体蛋白的来源可将其分为革兰氏阴性细菌表面展示系统和革兰氏阳性细菌表面展示系统。目前常用的革兰氏阴性细菌表面展示系统载体蛋白主要有外膜蛋白、脂蛋白、表面附属结构亚单位以及近年来研究及应用较多的冰晶核蛋白和自体转运蛋白等。革兰氏阳性细菌表面展示系统较革兰氏阴性细菌表面展示系统发展稍晚。目前常用的载体蛋白主要有SPA蛋白、M6蛋白以及S-层蛋白等。
酵母表面展示系统是近年发展起来的一种重要的真核蛋白表面展示系统。酿酒酵母是具有细胞壁的单细胞真核微生物，是目前常见的酵母表面展示系统载体蛋白来源。根据交配型的差异分为MATa和MATA两种单倍体，其细胞表面分别表达a或A凝集素，它们是酵母细胞壁上的两种甘露糖蛋白，可介导细胞间的性黏附使细胞融合。目的蛋白可分别与a或A 凝集素融合，展示于酵母细胞表面。
杆状病毒表面展示系统属于高等真核生物展示系统。该展示系统以杆状病毒为载体，外源基因插入病毒的衣壳蛋白基因或囊膜蛋白基因后经过加工处理，与衣壳蛋白或囊膜蛋白
进行融合表达并在病毒粒子或感染细胞表面进行展示。作为一种真核生物展示系统，杆状病毒表面展示系统允许大片段外源基因的插入，能有效地在病毒粒子表面展示外源蛋白，而且可以对外源蛋白进行糖基化加工和折叠等翻译后修饰，尤其适合需进行特异的翻译后加工才能有效折叠和具有生物活性的高等真核生物细胞表面蛋白和分泌蛋白的展示。
3.5植物菌根修复技术在微生物治理重金属污染中的应用
植物修复是近些年发展起来的一种环境友好的低成本的土壤修复技术，对于重金属污染土壤的修复来说，主要包括依赖于超富集植物和高生物量作物的植物提取技术，利用植物的吸收和沉淀作用来固定重金属的植物稳定技术，以及针对于可挥发性元素（如Hg、Se等）的植物挥发技术。丛枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）是自然界中分布最广的一类菌根，AM真菌能与陆地上绝大多数的高等植物共生，常见于包括重金属污染土壤在内的各种生境中。自从Bradley等1981年在Nature上报道石楠菌根降低植物对过量重金属Cu和Zn的吸收以后，人们对AM与重金属的研究也产生了浓厚的兴趣，之后的研究涉及重金属污染下的菌根生理、生态、应用等多个方面。
转基因（金属硫蛋白）植物往往对重金属有更强的抗性，在植物修复中可能更具有优势，AM真菌与转基因植物应用于重金属污染修复也是未来的研究方向之一。Janouskova等研究了G. intra-radices对于转基因（金属硫蛋白）烟草和非转基因烟草生长和Cd吸收的影响，发现在所有情况下AM真菌都改善了P营养，在沙培条件下增加了生物量；在土培条件下，生物量降低或没改变，转基因烟草地上部Cd吸收量比非转基因烟草的低。Janouskova等研究还发现AM真菌显著促进转基因烟草和非转基因烟草的生长，但降低转基因烟草对Cd的植物提取效率，增加非转基因烟草的提取效率，并认为与菌种、植物耐性和土壤中Cd水平等多种因素有关。AM真菌对转基因植物的作用尚需进一步研究。
4. 结语
生物法治理重金属污染有一定的局限性，尤其是微生物法受离子浓度、pH、温度等外界条件的影响较大。但由于其显著优点，生物治理法已经对重金属废水的传统处理过程起到显著的补充作用，再加上近年来基因工程技术、分子生物学技术以及固定化技术的不断发展及其在重金属污染治理中的有效应用，使得重金属污染的生物治理技术取得长足进展，其研究和发展必有广阔的前景。构建与筛选同时具有高富集量、高选择性、高适应性等特点的工程菌，以及培育转基因重金属积累植物将是今后的研究热点。微藻在有效去除废水中重金属元素的同时，还具有修复富营养化水源的巨大潜力，这方面的研究近年来逐渐增多[21]。目前在微生物与植物的协同净化作用领域已有不少研究，如果在重金属废水治理领域，能将植物治理法与微生物治理法有效的结合起来，那么处理能力将大大提高，微生物与废水不易分离的缺点也将得到有效解决。
参考文献
[1] 张慧，李宁，戴友芝.重金属污染的生物修复技术[J].化工进展，2004，23(5): 562~565.
[2]OmarH H. Adsorption of zinc ions by scenedes mus oblipuus and S quadricauda and its effect on growth andmetabolism[J]. Biologia Plantarum，2002，45(2):261~266.
[3]李福德.微生物治理电镀废水方法.电镀与精饰，2002，24(2): 35~37
[4]袁建军，卢英华.高选择性重组基因工程菌治理含汞废水的研究.泉州师范学院学报，2003，21(6): 71~75
[5] 胡筱敏，邓述波，牛力东，等.一株芽抱杆菌所产絮凝剂的研究[J]. 环境科学研究，2001，14（1）：36-40.
[6] Deng S B，Bai R B，Hu X M，et al. Characteristics of a bioflocculant produced by Bacillus mucilaginosus and its use in starch wastewater treatment[J]. Applied Microbiology and Biotechnology，2003，60（5）：588-593.
[7] 李文鹏，刘士清，廖昌珑.胨冻样芽孢杆菌（Bacillus mu－cilaginosus YNUCC0001）架凝剂生产、絮凝特性及其系统发育学分析[J].土壤通报，2005，36（4）：583-587.
[8]程树培，崔益斌，杨柳燕.高絮凝性微生物育种生物技术研究与应用进展[J].环境科学进展，1995，12(1):65~69.
[9] 邓旭，郑杨春，李清彪，等.基因工程技术在重金属废水处理中的应用[J].水处理技术，2005，31（5）：62-65.
[10] 郭杨，王世和.基因工程菌在重金属及难降解废水处理中的应用[J]. 安全与环境工程，2007，14（4）：57-61.
[11] Deng X，Li Q B，Lu Y H，et al. Bioaccumulation of nickel from aqueous solutions by genetically engineered Escherichia coli[J]. Water Research，2003，37（10）：2505-2511.
[12] Zhao X W，Zhou M H，Li Q B，et al. Simultaneous mer－cury bioaccumulation and cell propagation by genetically engineered Escherichia coli[J]. Process Biochemistry，2005，40（5）：1611-1616.
[13] Sousa C，Kotrba P，RumL T，et al. Metalloadsorption by Escherichia coli cells displaying yeast and mammalian met－allothioneins anchored to the outer membrane protein lamb[J]. Journal of Bacteriology，1998，180（9）：2280-2284.
[14] 邓旭，魏斌，胡章立.转基因衣藻对重金属的抗性及对镉离子的富集[J]，生物技术，2007，17（6）：66-68.
[15] 曾文炉，赵飞飞，曹照根，等.转小鼠金属硫蛋白-Ⅰ基因聚球藻7002 净化重金属废水的研究[J]. 环境科学，2008，29（3）：738-744：
[16] 王里奥，崔志强，钱宗琴，等.微生物固定化的发展及在废水处理中的应用[J].重庆大学学报（自然科学版），2004，27（3）：125-129.
[17] 徐雪芹，李小明，杨麒，等.固定化微生物技术及其在重金属废水处理中的应用[J]. 环境污染治理技术与设备，2006，7（7）：99-105.
[18] KacarY.，Arpac，Tan S.，et a1. Biosorption ofHg( II)and Cd( II) from aqueous solutions: Comparison of biosorptive capacity of alginate and immobilized live and heat inactivated Phonerochaete chrysosporium. Process Biochemistry，2002，37(6): 601~610 [19] Chang J. S.，LawR. and ChangC.C. Biosorption of lead，copper and cadmium by biomass ofPseudomonas aerugi-nosaPU21. Wat. Res.，1997，31(7): 1651~165
[20] BarkleyN. P. Extraction ofmercury from groundwater using immobilized algae. J. AirWasteManage.，1991，41(10): 1381~1392
[21] 高政权，孟春晓.微藻与水环境修复[J].环境科学与技术，2008，31（3）：30-34.
微生物处理重金属废水的常规研究进展2010-8-23 来源：谷腾水网点击：37 重金属废水的常规处理方法主要包括：化学沉淀法、离子交换法、蒸发浓缩法、电解法、活性炭和硅胶吸附法和膜分离法等，但这些方法存在去除不彻底、费用昂贵、产生有毒污泥或其他废料等缺点。因此，人们一直致力于研究与开发高效环保型的重金属废水处理技术和工艺。微生物处理法是利用细菌、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。近年来，国际上在微生物处理重金属废水的研究中取得了较多成果，该技术在投资、运行、操作管理和金属回收、废水回用等方面优越于传统的治理方法，展现出广阔的应用前景。我国在微生物处理废水重金属这方面的研究尚处于起步阶段，因此，本文就微生物处理重金属废水的机理及其影响因素做一概述，以期促进国内该领域的研究。 1微生物处理重金属废水的机理 1.1微生物对重金属的吸附作用 微生物的吸附作用是指利用某些微生物本身的化学成分和结构特性来吸附废水中的重金属离子，通过固液两相分离达到去除废水中的重金属离子的目的。生物吸附剂为自然界中丰富的生物资源，如藻类、地衣、真菌和细菌等。微生物结构的复杂性以及同一微生物和不同金属间亲和力的差别决定了微生物吸附金属的机理非常复杂，至今尚未得到统一认识。根据被吸附重金属离子在微生物细胞中的分布，一般将微生物对金属离子的吸附分为胞外吸附、细胞表面吸附和胞内吸附。 1.1.1胞外吸附 一些微生物可以分泌多聚糖，糖蛋白，脂多糖，可溶性氨基酸等胞外聚合物质（extracellularpolymericsubstances，EPS），EPS具有络合或沉淀金属离子作用。如蓝细菌能分泌多糖等胞外聚合物，一些白腐真菌可以分泌柠檬酸（金属螯合剂）或草酸（与金属形成草酸盐沉淀）。Suh等研究发现，当茁芽短梗霉（Aureobasidiumpullulans）分泌EPS时，Pb2 便积累于整个细胞的表面，且随着细胞的存活时间增长，EPS的分泌量增多，积累于细胞表面的Pb2 水平就越高，从最初的56.9上升到215.6mg/g（干重）；当把细胞分泌的EPS提取出来后，Pb2 便会渗透到细胞内，但Pb2 的积累量显著减少（最高量仅为35.8mg/g干重）。 1.1.2细胞表面吸附 细胞表面吸附是指金属离子通过与细胞表面，特别是细胞壁组分（蛋白质、多糖、脂类等）中的化学基团（如羧基、羟基、磷酰基、酰胺基、硫酸脂基、氨基、巯基等）的相互作用，吸附到细胞表面。如将酵母细胞壁上氨基，羧基，羟基等化学基团进行封闭，则会减少其对Cu2 的吸收量，表明这些基团在结合Cu2 方面具有重要的作用，这也间接证明了细胞壁上蛋白质和糖类在生物吸附中的作用。 金属离子被细胞表面吸附的机制包括离子交换、表面络合、物理吸附（如范德华力、静电作用）、氧化还原或无机微沉淀等。不同的微生物对不同金属的吸附作用机制不同（表1）。Kratochvil等认为，离子交换是许多非活性真菌和藻类吸附金属离子的主要机理，主要是细胞表面的羧基，其次是硫酸脂基和氨基在生物吸附中发挥了重要作用。Davis等也认为离子交换是褐藻吸附金属离子的主要机制，特别是以前被认为的物理和化学的结合机制都可以用离子交换来解释。细胞表面功能基团中的氮、氧、硫、磷等原子，可以作为配位原子与金属离子配位络合。例如Zn、Pb可以与产黄青霉（P.chrysogenum）表面的磷酰基和羧基形成络合物，溶液中的阴离子（EDTA、SO42-、Cl-、PO33-等）可以与细胞竞争重金属阳离子，形成络合物，从而降低产黄青霉对Zn、Pb的吸附量，这也间接地说明细胞表面对金属离子的吸附确实存在络合机制。关于氧化还原和无机微沉淀的机制也有少量报道。如Lin采用X 射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）以及光电子能谱（XPS）技术，研究了废弃酵母吸附Au3 的过程，发现还原性糖（细胞壁肽聚糖层的多糖水解产物）半缩醛基团中的自由醛基，可以
请教一下如何提高活性污泥活性？ 作者: kevin-ww 发布日期: 1970-01-01 取自污水处理厂二沉池的回流活性污泥，请教一下有什么简便易行的提高活性的方法？ 相关回复： 作者: mistjo 发布日期: 2008-12-03 加大曝气量，增加处理水中营养物含量，要注意CNP的比例。 作者: guoyc1978 发布日期: 2008-12-03 投加些营养，闷爆 作者: zhaowu_81 发布日期: 2008-12-03 添加微量元素，调节C、N、P的比例，连续曝气1周，当絮凝效果好停止。 就可以用具体废水进行驯化了。 作者: whthongtao 发布日期: 2008-12-04 1.这个问题在于是否需要提高污泥的活性，来自二沉池的污泥，一般来说，活性是很高的，如果确实需要提高活性，也就是提高污泥中的MLVSS，按按100：5：1配置CNP比例即可。如果是SBR反应器，曝气时间不要太长，一次运行3、4个小时就好了。 2.2楼提到了加大曝气量，不知道和谁比较。曝气过度肯定是不利的，注意CNP的比例是比较恰当的， 3.3楼说闷爆是不对的，闷爆主要是适用于培养污泥开始的情况。 4.微量元素是否需要添加值得商榷，生活污水中就含有大量的微量元素，自来水中也是一样很多。连续曝气一周的后果，污泥基本失去活性了。 作者: ysqlym 发布日期: 2008-12-05 用低强度的超声波处理一下。呵呵，我跟导师以前做过的课题。 作者: hktk001653 发布日期: 2008-12-05 超声波，适当曝气，只要把活性调到合适就成， 看MLSS和ｍＬＶＳＳ的比例，后者越高，可近似表示污泥里面的微生物越多。前者越高，说明污泥含的无机物越高，那么肯定污泥的活性就不好
活性污泥中常见微生物 微生物在调试过程中起着很重要得指示左右，通过镜检而根据活性污泥中得微生物可以发现该活性污泥得好差，其指示作用有:（１) 着生得缘毛目多时,处理效果良好,出水BOD5与浊度低。（如小口钟虫、八钟虫、沟钟虫、褶钟虫、瓶累枝虫、微盘盖虫、独缩虫)这些缘毛目得种类都固定在絮状物上，并随之而翻动,其中还夹杂一些爬行得栖纤虫、游仆虫、尖毛虫、卑气管叶虫等，这说明优质而成熟得活性污泥。 (２) 小口钟虫在生活污水与工业废水处理很好时往往就就是优势菌种。 （3）如果大量鞭毛虫出现,而着生得缘毛目很少时,表明净化作用较差。 (4）大量得自由游泳得纤毛虫出现,指示净化作用不太好,出水浊度上升. （5)如出现主要有柄纤毛虫，如钟虫、累枝虫、盖虫、轮虫、寡毛类时，则水质澄清良好,出水清澈透明，酚类去除率在90％以上. (6）根足虫得大量出现，往往就是污泥中毒得表现. （7) 如在生活污水处理中,累枝虫得大量出现，则就是污泥膨胀、解絮得征兆。 （８)而在印染废水中，累枝虫则作为污泥正常或改善得指示生物。 (９）在石油废水处理中钟虫出现就是理想得效果。 （10）过量得轮虫出现，则就是污泥要膨胀得预兆。 (11)另在一些对原生动物不宜生长得污泥中，主要瞧菌胶团得大小用数量来判断处理效果。
如何根据活性污泥中得微生物来判断污泥得状况？ （1)活性污泥净化性能良好时出现得微生物有钟虫、累枝虫、楯纤虫、盖纤虫、聚缩虫及各种后生动物及吸管虫类等固着性生物或匍匐型生物，当这些生物得个数达到100０个／mL以上，占整个生物个体数80％以上时,可以断定这种活性污泥具有较高得净化效果。 （2)活性污泥净化性能恶化时出现得生物有多波虫、侧滴虫、屋滴虫、豆形虫等快速游泳得生物。这时絮体很碎约１0０ｕｍ大小。严重恶化时只出现多波虫、屋滴虫.极端恶化时原生动物与后生动物都不出现。 （3）活性污泥由恶化状态进行恢复时出现得生物为漫泳虫、斜叶虫、斜管虫、尖毛虫等缓慢游泳型或匍匐型生物. (4）活性污泥分散解体时出现得生物为蛞蝓简变虫、辐射变形虫等肉足类.这些生物出现数万个以上时絮体变小，使处理水浑浊。当发现这些生物剧增时可通过减少回流污泥量与送气量，能在某种程度上抑制这种现象. （５）活性污泥膨胀时出现得微生物为球衣菌、各种霉菌等，这些丝状微生物引起污泥膨胀,当SVＩ在２00以上时,这些丝状微生物呈丝屑状。膨胀污泥中得微型动物比正常污泥少。 (6）溶解氧不足时出现得微生物为贝氏硫黄细菌等.这些微生物适于溶解氧浓度低时生存.这些微生物出现就是，活性污泥呈黑色、腐败发臭。 （7)曝气过量时出现得微生物，若过曝气时间持续很长时,各种变形虫与轮虫为优势生物。 (８）废水浓度过低时大量出现得微生物为游仆虫等. (9）BOD负荷低时出现得微生物.表壳虫、鳞壳虫、轮虫、寡毛虫等为优势生物,这些生物多时也就是硝化进行得指标。 (10）冲击负荷与毒物流入时出现得生物.因为原生动物对环境条件得变化反应比细菌为快，所以可通过观察原生动物得变化情况来瞧冲击负荷与毒物对活性污泥得影响。原生动物中对冲击负荷与毒物反映最灵敏得楯纤虫，当楯纤虫急剧减少时，说明发生了冲击负荷与流入少量毒物。
重金属污染土壤的治理是当今世界的一大难题，由于土壤中重金属污染是一个不可逆的过程，且土壤中的重金属具有非降解性及难以清除性。采用传统方法修复重金属污染土壤是非常困难和昂贵的[1]。而生物修复法能克服传统方法中的缺点，越来越受到重视[2]。土壤中微生物种类繁多，数量庞大，有的不仅参与土壤中污染物的循环过程，还可作为环境载体吸附重金属等污染物[3]。由于微生物对重金属具有积累和解毒作用的功能，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，使土壤重金属污染生物处理技术的发展和应用倍受关注。虽然近年来人们已经对土壤重金属污染的微生物效应、微生物学评价及修复机制做了大量的研究，但往往这些研究都是独立进行，缺乏相互之间的联系，造成很多结论的不统一性，对它们的综合评价产生一定的影响。因此，系统综述土壤重金属污染的微生物效应、微生物学评价及微生物的修复作用等方面的研究进展，研究和运用微生物与重金属间的相互关系和作用特点，对重金属污染土壤的微生物修复具有重要的意义[4]。 1土壤重金属污染的微生物效应及毒性 1.1重金属污染对土壤微生物活性的影响 当土壤受外来重金属污染物污染时，微生物为了维持生存可能需要更多的能量，而使土壤微生物的代谢活性发生不同程度的反应[5]86。微生物的代谢商（qCO 2）是微生物活性反应指标之一，它反映了单位生物量的微生物在单位时间里的呼吸作用强度[6]138。土壤微生物的代谢商通常随着重金属污染程 度的增加而上升。Chander 等[7]613研究认为，含高浓度重金属的土壤中微生物利用有机碳更多地作为能量代谢，以CO 2的形式释放，而低浓度重金属的土壤中微生物能更有效地利用有机碳转化为生物量碳，土壤中的重金属含量的高低影响了微生物的呼吸及代谢，进而影响了土壤的呼吸作用。张玲和叶正钱[6]139研究了铅锌矿区污染土壤的微生物活性，在矿口处土壤基础呼吸为33.69mg/（kg ·d ），明显高于其他地段，在远离矿口800m 的地方土壤基础呼吸为24.57mg/（kg ·d ），明显高于对照的4.06mg/（kg ·d ），矿口土壤的土壤基础呼吸和微生物代谢商分别是对照土壤的1.6倍和2.3倍。Fliepbach 等[8]1202也研究认为，代谢商是评价重金属微生物效应的敏感指标，它可以反映出土壤重金属污染程度。 1.2重金属污染对土壤微生物生物量的影响 土壤微生物生物量代表着参与调控土壤中能量和养分循环以及有机质转化所对应生物量的数量，而且土壤微生物碳或氮转化速率较快，可以很好地表征土壤总碳或总氮的动态变化，是比较敏感的生物学指标[8]1201。大量的研究表明，由于土壤重金属污染造成微生物生物量发生变化。Khan 等[9]30研究指出，Pb 污染矿区土壤的微生物生物量受到严重影响，靠近矿区附近土壤的微生物生物量明显低于远离矿区土壤的微生物生物量。Fliepbach 等[8]1201研究结果表明，低浓度的重金属能刺激微生物生长，可增加微生物生物量碳，而高浓度重金属污染则导致土壤微生物生物量碳的明显下降。Khan 等[9]31采用室内培养实验，研究了Cd 、Pb 和Zn 对红壤微生物生 土壤重金属污染的微生物效应研究进展 王彬杨胜翔徐卫红 （西南大学资源环境学院，重庆 400716） 摘 要 文章综述了土壤重金属污染的微生物效应、重金属污染土壤的微生物学评价及微生物的修复机制等方面的研究进展，并对今后土壤重金属污染的微生物修复的研究重点进行了展望。 关键词 重金属污染 土壤微生物 修复 收稿日期：2007-11-28，修改稿收到日期：2008-01-07 第23卷第2期 2008年6月广州环境科学 GUANGZHOU ENVIRONMENTAL SCIENCES Vol.23，No.2Jun.2008 6
污水处理常见微生物照片 微生物的指示作用 (1) 着生的缘毛目多时，处理效果良好，出水BOD5和浊度低。(如小口钟虫、八钟虫、沟钟虫、褶钟虫、瓶累枝虫、微盘盖虫、独缩虫)这些缘毛目的种类都固定在絮状物上，并随窗之而翻动，其中还夹杂一些爬行的栖纤虫、游仆虫、尖毛虫、卑气管叶虫等，这说明优质而成熟的活性污泥。 (2) 小口钟虫在生活污水和工业废水处理很好时往往就是优势菌种。 (3) 如果大量鞭毛虫出现，而着生的缘毛目很少时，表明净化作用较差。 (4) 大量的自由游泳的纤毛虫出现，指示净化作用不太好，出水浊度上升。 (5) 如出现主要有柄纤毛虫，如钟虫、累枝虫、盖虫、轮虫、寡毛类时，则水质澄清良好，出水清澈透明，酚类去除率在90%以上。 (6) 根足虫的大量出现，往往是污泥中毒的表现。 (7) 如在生活污水处理中，累枝虫的大量出现，则是污泥膨胀、解絮的征兆。 (8) 而在印染废水中，累枝虫则作为污泥正常或改善的指示生物。 (9) 在石油废水处理中钟虫出现是理想的效果。 (10) 过量的轮虫出现，则是污泥要膨胀的预兆。 另在一些对原生动物不宜生长的污泥中，主要看菌胶团的大小用数量来判断处理效果。 变形虫（阿米巴）amoeba. 顾名思义，变形虫是能变形的。不过这种变形也是有限度的。 一些种类的变形虫能向四外伸出假足，以探查水中的化学成分，决定移动方向。而有些种类根本没有假足。 他们猎食时覆盖它的猎物，把猎物裹起来，这样就产生了一个食物泡，食物泡可以消化吸收猎物。 大多数变形虫对人体无害,但有几种变形虫能产生人类疾病：阿米巴痢疾，主要发生在贫穷国家。 变形虫食性广,单细胞藻类,细菌,小原生动物，真菌，有机碎片等皆是它们的食物. 变形虫生命力强,在条件不好时，可以形成一个包囊(休眠体)度过难关.
重金属污染的微生物修复及一般性分析 环境科学系陈汉忱苏冠勇汪渝松姜炳棋 摘要：耐受重金属微生物资源的筛选与分子鉴定及抗性研究；SBR工艺去除城市污泥 中重金属的研究；固定化微生物技术及其在重金属废水处理中的应用；汞对有效微生物 的毒性效应。 关键词难受重金属微生物SBR工艺固化微生物技术汞毒性 正文 微生物技术在环境方面的应用越来越广泛并且日益成熟，采用微生物处理重金属污染技术还不是很成熟，下面将从四个方面逐步探讨微生物处理重金属污染技术的可行性、方法、一些具体的应用实例以及一些关键的影响因素。 耐受重金属微生物资源的筛选与分子鉴定&抗性研究 首先应对微生物处理进行预先的筛选和条件最优化试验，而且如有必要，应作微生物重金属抗性研究 [例]吸附重金属离子菌种的筛选及其吸附试验研究 实验步骤：从汽车制造厂排污口采集废水及污泥样品进行富集、分离纯化，筛选出可吸附重金属的菌种。进行吸附实验后测定重金属离子浓度。将一定量的溶液溶解在一定量的去离子水中，用ICP测定其浓度。从上述吸附实验中选择出吸附重金属离子效果最好的菌种。接入到50mL模拟重金属离子水溶液中。在一定条件下进行吸附，测定重金属离子的残留浓度。 实验结果： （1）菌体本身的影响
（2）pH的影响 由图2可以看出，pH值为5时WNO4对于Pb2+的吸附效果最好，其吸附率为97.1%。 重金属抗性形成的可能机制：生物吸附作用在细菌、真菌和藻类细胞上有许多结构组分具有结合重金属的能力，大量研究证实，胞外多糖带有负电荷，可以作为重金属的有效生物吸附剂，阻止重金属离子进入细胞。将动胶菌属的细菌产生的胞外多糖萃取并除去，会大大降低细菌吸附重金属的能力，进而增加其对金属的敏感性；其它蓝细菌、藻类和真菌也可
土壤重金属污染现状及其治理进展 摘要：土壤作为人类赖以生存的关键资源，在人类的生产生活中占据着至关重 要的位置。然而，现阶段我国土壤重金属污染问题日渐严重，引起社会各界的广 泛关注。毋庸置疑，土壤重金属污染一方面严重影响农作物的正常产量，另一方 面对人类的身体健康造成了严重的威胁。因此，怎样合理治理土壤重金属污染问 题成为当前重点研究的对象。本文针对现阶段我国土壤重金属污染现状加以分析，并提出相应的解决策略，希望能够保护我国土壤资源的良性发展。 关键词：土壤；重金属污染；污染现状；治理方法 1、何为重金属污染 重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。重金属指比重大于 5 的 金属，（一般指密度大于 4.5 克每立方厘米的金属），约有 45 种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、 锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并 非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒，汞，镉，铅，砷，铬称为“五毒”元素，含有汞、镉、铬、铅及砷等生物毒性显著的重金属元素 及其化合物对环境的污染较大。 2 重金属污染的特点 2.1重金属污染的特点 重金属产生毒性的浓度范围较低；一般情况下，重金属不能被微生物降解， 只能发生形态的转化；毒性与存在的形态和价态有关；重金属污染多为复合污染，来源较为复杂，常以无机和有机混合物的形式进入环境，同时含有多种金属，共 同产生一定的协同作用或拮抗作用，对生物和生态系统产生影响；重金属通过食 物链进行生物放大，进入人体，对人体产生慢性中毒。 2.2 重金属污染在土壤中的特点 在土壤环境中重金属污染特点可以分为两部分：一是土壤环境中重金属自身 的特点，二是区别与水体和大气等介质中的特点。重金属在土壤中形态变换较为 复杂，多为过渡元素，有着较多的价态变化，且随环境 Eh，pH 配位体[2]的不同 呈现不同的价态、化合态和结合态，毒性与价态和化合物的种类有关，有机态比 无机态的毒性大；重金属在土壤环境不易被察觉，不会降解和消除，迁移转化形 式多样化，分布呈区域性；在生物体内积累和富集，在人体内呈慢性毒性过程。 3土壤重金属污染的现状 根据相关调查研究表明，现阶段我国约有近 20% 的土地已经受到了严重的重 金属污染，其总计面积约为 0.11 亿 km2，其将引起的后果不堪设想。不仅如此， 我国农业粮食产量正在以每年一千万吨产量的速度持续锐减，遭受重金属污染的 粮食产量达到了上千万吨，直接导致经济损失达到 200 亿余元。土壤重金属污染 详细的表现如下： 3.1土壤重金属污染呈现区域性分布 根据可靠数据调查表明，我国土壤重金属污染总体呈现区域性分布的现象。 其中，我国的东、中、西部地区由于区域不同，污染程度存在一定的差异性，以 中部地区污染较为严重，东部与西部地区的污染相对较弱。究其原因在于，中部 地区的煤炭矿区与金属矿区较多，其开采过程中导致土壤受到重金属的污染。
1.微生物：微生物是肉眼难以看清需要借助光学显微镜或电子显微镜才能观察到的一切微小生物的总称。 2.微生物的特点 （1）体积大、面积大（比面积大）。 （2）种类多，目前已知的微生物种类有10万多种而且这一类数目还在不断增加。 （3）分布广。广泛分布于土壤、空气和水等自然环境以及高温、高盐等极端环境。 （4）生长旺，繁殖快。大多数微生物在几十分钟内可繁殖一代，即由一个分裂为两个。如果条件适宜，10h就可以繁殖为数亿个。 （5）适应强，易变异。这一特点使微生物较适应外界环境条件的变化。 3.水中常见微生物种类:细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、病毒。 4.原核微生物：是一类细胞核无核膜包裹只存在称为核区的裸露的DNA，无细胞器的原始单细胞生物。 5.革兰氏染色：丹麦医生（革兰）于1884年发明了一类不同类型细菌的染色方法，根据此染色法，细菌可以分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。 6.菌落：单个细胞在固体培养基生长繁殖时产生大量细胞排序便以此母细胞为中心而聚集到一起形成一个肉眼可见的具有一定形态结构的子细胞群。 7.菌胶团：有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌基团。 8.芽孢：某些细菌（特别是杆菌）在生活史中的一个阶段，细胞内会形成一个圆型或椭圆型的对不良环境条件具有较强抗性的休眠体。 9.酵母菌：单细胞出芽生殖的真菌总称。 10.真核微生物：是一类细胞核具有核膜与核仁分化的较高等的微生物，细胞质中有线粒体等多种细胞器的生物。 11.硝化作用：由氨氧化成硝酸的过程。 12.生物监测：利用水生生物个体，种群，群落对水体污染或变化所产生的状况的一种监测方法。 13.体内积累速率=吸收速率-（体内分解速率+排泄速率） 14.余氯：氯加入水中后，一部分被能与氯结合的杂质消耗掉，剩余的部分称为余氯。 15.培养基：由人工配制的适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的混合营养物。 16.生物浓缩系数（富集因子）：BCF=物质在生物体内的浓度/物质在环境介质中的浓度。 17.烈性噬菌体:大多数噬菌体感染细菌细胞后产生大量的子噬菌体并能使细菌细胞裂解。1.试述微生物在给排水工程的应用。 （1）污染水体。了解水中的致病菌并设法去除，防止传染病的蔓延使水生色或者产生气味。（2）阻塞作用。影响水厂的正常运行：冷却器、凝结器阻塞。 （3）利用微生物处理废水：利用有益微生物分解污水中的有机污染物。 （4）利用微生物进行自净：自然生态系统利用细菌和藻类互生的原理让细菌分解有机污染物，即氧化塘法。
重金属污染来源、分布、治理方法 摘要：文章阐明了重金属污染物来源与分布，同时对国内外土壤重金属污染治理的研究工作做了系统的综述，提出了土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法，利用环境矿物材料治理土壤重金属污染物的方法，具有成本低、效果好、无二次污染及有用金属可回收利用等优点，展现出广阔的环境矿物学研究与应用前景。并提醒人们要提高土壤质量意识，保护生态环境。 重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。 随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降，并可通过食物链危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起世界各国的广泛重视。目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染，如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地；。 南方相对较轻，如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。从中国土壤资源状况看，到2000年底中国人均耕地仅为0.1 hm2，而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等，土壤资源将进一步减少。因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染，改良土壤质量,将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。 重金属污染原理 重金属，特别是汞、镉、铅、铬等具有显著和生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)。重金属污染的特点是：(1)除被悬浮物带走的外，会因吸附沉淀作用而富集于排污口附近的底泥中，成为长期的次生污染源；(2)水中各种无机配位体(氯离子、硫酸离子、氢氧离子等)和有机配位体(腐蚀质等)会与其生成络合物或螯合物，导致重金属有更大的水溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出来；(3)重金属的价态不同，其活性与毒性不同。其形态又随pH和氧化还原条件而转化。(4)在其危害环境方面的特点是：微量浓度即可产生毒性(一般为1～10毫克/升，汞、镉为0.01～0.001毫克/升)；在微生物作用会转化为毒性更强的有机金属化合物(如洋－甲基汞)；可被生物富集，通过食物链进入人体，造成慢性路线。亲硫重金属元素(汞、镉、铅、锌、硒、铜、砷等)与人体组织某些酶的巯基(-SH)有特别大的亲合力，能抑制酶的活性，亲铁元素(铁、镍)可在人体的肾、脾、肝内累积，抑制精氨酶的活性。六价铬可能是蛋白质和核酸的沉淀剂，可抑制细胞内谷胱甘肽还原酶，导致高铁血红蛋白，可能致癌，过量的钒和锰(亲岩元素)则能损害神经系统的机能。 本文主要从土壤中重金属污染物来源与分布、土壤中重金属污染物的现行治理方法入手，提出土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法。旨在保护环境，提高土壤的环境质量。 1 土壤中重金属污染物来源与分布
重金属废水的微生物废水处理工艺 一、微生物法治理电镀废水技术 1．主要技术内容 （1）基本原理用从电镀污泥中获得的SR系列复合功能菌，高效还原六价铬为三价铬，三价铬、锌、铜、镍和镉等二价金属离子被菌体富集，再经固液分离，废水被净化，污泥中金属再用微生物或化学法回收，固液分离的上清液可以回用。 （2）技术关键本技术的关键是菌体的培养和“菌废比”的合理调控，这是保证处理水质达到排放标准或回用的重要条件。一般采用厌氧技术培养菌体，培养液可以是生活污水，粪便，高浓度有机废水，也可以人工配制。采用中温发酵技术。根据废水中的金属离子的浓度和培养的菌体的浓度决定“菌废比”，具体情况具体决定。 （3）工艺流程微生物治理电镀废水工艺流程见图9-24。 2．主要技术指标 （1）净化能力本技术对废水成分变化的适应性强，各金属离子浓度的范围为：铬1mg／L～1000mg ／L，锌1mg／L～1000mg／L，铜1mg／L～1000mg／L，镍1mg／L～500mg／L，镉1mg／L～500mg／L。本技术不仅能处理单一的金属废水，也可处理混合的金属废水。废水的pH值可在4～8范围内变化。每天处理废水量可达1m3～1000m3以上。 （2）特点利用微生物高效快速还原六价铬，无二次污染，能回收菌泥中的金属，因此，使用周期长，管理方便。如果能利用生活污水、食品加工废水等培养微生物，可以实现以废治废。 （3）出水水质处理后排放水中六价铬、总铬、锌、铜、镍、镉等金属低于国家GB8978-1996污水综合排放标准，见表9-15。
3．投资分析对于日处理100t废水的规模而言，1992年价格为总投资30万元，其中土建15万元，设备10万元，其他5万元。 本技术主要设备使用期可达40年，运行费用约为每吨废水0.20元。 4．主要设备微生物法治理电镀废水技术的主要设备有培菌池，生物反应器，调节池，泵房，沉淀池，消毒池，主控室，化验室等。 二、硫酸盐生物还原法处理含锌废水 硫酸盐生物还原法处理含锌废水其原理是利用硫酸盐还原菌SRB在厌氧条件下产生硫化氢，硫化氢和废水中的重金属反应，生成金属硫化物沉淀以去除重金属离子。 1．废水处理工艺流程见图9-25。
水中重金属污染治理办法 重金属是指比重大于5的金属（一般来讲密度大于4.5克每立方厘米的金属），包括金、银、铜、铁、铅等，重金属在人体中累积达到一定程度，会造成慢性中毒。对什么是重金属，其实目前尚没有严格的统一定义，在环境污染方面所说的重金属主要是指汞（水银）、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。 重金属具有高毒性、持久性、难降解性等特点已越来越受到国内外学者的关注。通过自然途径进入水体中的重金属一般不会对水体造成污染，但由于人类活动导致的大量含有重金属的污染物进入水环境中，不但造成重大的经济损失，而且对生态系统和人类健康产生重大影响。 1.我国水体重金属污染现状 随着全球经济的迅速发展,重金属通过矿山开采、金属冶炼加工、化工废水的排放、农药化肥的滥用,生活垃圾的弃置等人为污染及地质侵蚀、风化等天然源的形式进入水中,而重金属污染又具有易被生物富集、并有生物放大效应、且毒性大等特点,因此水中的重金属污染不仅污染了水环境,也严重危害了人类及各类生物的生存。 我国各大江河湖库普遍受到不同程度的重金属污染，其底质的污染率高达80.1％，而且已经开始影响到水体的质量。通过研究矿区地表水、浈水河、大沂河、黄河、香港河流、松花江、巢湖、太湖、红枫湖、南湖、黄浦江、钦州湾、胶州湾、长江、南黄海等水体中痕量金属含量及其变化，得到以下结论：(1)地表水受到重金属的复合污染，铅锌矿区水体中 Ph严重污染、Hg中度污染，Zn轻度污染。(2)受水环境条件影响，重金属主要赋存在悬浮物和沉积物中。一般悬浮颗粒物中重金属的含量比沉积物中高几倍，是水体溶解态重金属的几百倍。水体中污染物的含量很低，市区河段高于非市区河段。(3)湖泊支流中的含量普遍高于湖区，河口污染较严重。(4)水体中重金属含量与pH值有关，碱性条件易沉淀于底泥，酸性条件易释放。(5)长江口水体中重金属的含量：枯水期大于洪水期，底层大于表层，而且各种金属相关性较好，说明其来源相同。(6)南黄海表层海水中重金属含量比临近海湾海水低，高于外海，重金属分布：近岸海区大于中部地区。 (7)海水中重金属分布受径流、大气干湿沉降、pH、盐度和自身性质等复合因子控制，在局部海区某个因子起主要作用，Pb主要受大气沉降影响，Cd受盐度和pH 影响，Hg受海水中有机碳影响较多，As与沉积物再悬浮有关。(8)胶州湾东北部海域污染较为严重，西南部相对较轻；春夏季表层含量大于底层含量，秋季底层含量高于表层含量。 2.水中重金属污染治理办法 随着重金属污染的日益加剧,水中重金属的去除和处理也变得迫在眉睫。水体
利用微生物技术处理废水 摘要随着工业的发展,污水成分已愈来愈复杂。某些难降解的有机物质和有毒物质,需要运用微生物的方法进行处理,污水具备微生物生长和繁殖的条件,因而微生物能从污水中获取养分,同时降解和利用有害物质,从而使污水得到净化。废水生物处理是利用微生物的生命活动,对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用,从而使废水得到净化的一种处理方法。废水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点而备受人们的青睐。 关键词污水生物处理好氧生物处理厌氧生物处理水质 1. 污水生物处理的特征 1.1 污水与污水生物处理 污水中的污染物质成分极其复杂，一般生活污水的主要成分是代谢废物和食物残渣，工业废水可能含有较多的金属、酚类、甲醛等化学物质。此外污水中还含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物处理就是以污水中的混合微生物群体作为工作主体，对污水中的各种有机污染物进行吸收、转化，同时通过扩散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用，以去除水中的污染物。因此，污水生物处理实际上是水体自净的强化，不同的是，在去除了污水中的污染物后，必须将微生物从出水中分离出来，这种分离主要是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的。 1.2 生化需氧量及生物处理的应用 在污水处理中，通常是以有机物在氧化过程中所消耗的氧量这一综合性指标来表示有机污染物的浓度，如生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。生化需氧量是指在特定的温度和时间（通常这5 d、20℃下，微生物分解污水中有机物所消耗的氧量，称为BOD5。BOD5约占生化需氧总量的2/3，故采用BOD5来表示污水中可降解有机物的浓度是比较合适的。但污水中有机物并不是都能较快降解的，在工业废水中，可以结合COD等指标表示有机污染物的浓度。 只有BOD高的废水才适宜采用生物处理，COD很高但BOD不高的废水不宜采用生物处理。对于有毒的废水，只要毒物能降解，就可用生物法处理，关键是控制毒物浓度和驯化
微生物处理重金属污染 摘要：重金属污染的修复是目前研究的热点之一，其中生物治理技术尤其得到了广泛关注。利用菌类微生物的表面结构特性及其生化代谢作用，通过生物化学法、生物絮凝法等将重金属元素分离或降低其毒性，可达到治理污染的目的。基因工程技术在这一领域的应用，加强了菌类和微藻的吸附、代谢、絮凝功能，提高了重金属污染的处理能力。固定化技术的应用提高了治理重金属污染的效率及稳定性，有力地推动了重金属微生物治理技术的发展。文章综述了近年来国内外在利用微生物及植物技术治理重金属污染方面的研究进展，并对其发展方向进行了展望。 关键词：重金属；微生物；研究现状；应用前景 Review on Microbiological for Heavy Metal Pollution LI Dong-xiao Abstract：Development in the treatment of heavy metal pollution at home and abroad by means of microbiological techniques were summarized，and present studies and application prospects of Biological chemical method，Biological flocculation method. the application of gene engineering technique and immobilized microorganism technique to heavy metal pollution treatment were introduced. The prospects of development of treatment technology for heavy metal pollution were also discussed. Key words：heavy metal pollution；microorganism；status; review 1.前言 由于工业的发展,重金属的使用越来越广泛,伴随而来的重金属污染问题也日趋严重。特别是重金属废水,因其中的铅、铬、镉等可通过食物链最终在生物体内累积,破坏正常的生理代谢活动甚至产生“三致”(致癌、致畸、致突变)作用,而成为一种对生态环境危害极大的工业废水。因此,寻找一种能有效地治理重金属废水污染的技术已显得紧迫而重要。 治理重金属的传统方法有:中和沉淀法、化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法、蒸发和凝固法、离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、液膜法、反渗透和电渗析法等。它们各有优点,但又不同程度地存在着投资大、能耗高、操作困难、易产生二次污染等不足,特别是在处理低含量重金属污染时,其操作费用和原材料成本相对过高[1]。利用微生物体系制备的生物吸附剂处理和回收重金属,是目前实践证明最有发展前途的一种新方法。它与传统的处理方法相比,具有以下优点[2]: (1)在低浓度下,金属可以被选择性地去除; (2)节能,处理效率高; (3)操作时的pH值和温度条件范围宽; (4)易于分离回收重金属; (5)吸附剂易再生利用; (6)对钙、镁离子吸附量少;(7)投资小,运行费用低,无二次污染。 2. 重金属污染的微生物处理方法
重金属污染相关处理技术 推荐的大气重金属污染治理技术如下： 种类处理技术适用途径及原理 含铅废 气物理除尘：布袋过滤、静电除尘、气动 脉冲除尘、文丘里管、湿式洗涤器（包 括泡沫吸收塔、喷淋塔） 用于较大铅尘的处理 化学吸收：稀醋酸吸收、氢氧化钠吸收 基于铅颗粒可溶于硝酸、醋酸和碱液而对铅烟尘中 微细颗粒的铅蒸汽进行净化 含铬废 气干、湿两级组合旋风除尘器 第一级旋风分离器主要收集粗颗粒的三氧化二铬 干尘后，烟尘进入淋洗除尘器净化，淋洗液循环使 用富集铬酸钠后进行回收
推荐的含重金属废水处理技术如下： 种类处理技术适用途径及原理 含铅废 水化学沉淀法：氢氧化钠沉淀法、碳酸盐 沉淀法 利用铅化合物的溶度积原理进行废水中重金属铅 的分离、处理的过程，主要针对废水中铅离子的处 理 离子交换树脂法 离子交换树脂法对处理无机铅和有机铅都有效，一 般用于二级或深度处理上，以保证达标排放或者回 用 吸附除铅法：活性炭、 腐植酸煤 采用不同性能的固体吸附剂，吸附水中的铅离子混凝过滤：投加无机絮凝剂并无烟煤～ 硅砂双层滤料（滤层厚各为400mm）或 者硅砂滤料（滤层厚各为600～700mm） 许多无机絮凝剂在水中形成的矾花絮体具有巨大 的比表面积，对含铅废水的吸附去除作用较强
进行过滤 含铬废 水化学法：亚硫酸盐还原法、硫酸亚铁还 原法、钡盐法、铁氧体法 利用化学反应将铬去除 离子交换法 废水中的六价铬在接近中性条件下主要以CrO42— 存在，而在酸性条件下主要以Cr2O72－存在。由于 废水中六价铬是以阴离子状态存在，因此，用OH 型阴离子交换树脂除去 电解法 采用铁板做阳极和阴极，在直流电作用下，铁阳极 不断溶解，产生的亚铁离子，在酸性条件下将六价 铬还原成三价铬随反应的进行，氢离子的浓度逐渐 减少，pH值逐渐升高，溶液从酸性转变为碱性， 使溶液中的Cr3＋生成氢氧化物沉淀集成膜分离集成膜分离法采用集成膜组件，截留有机物的分子
污水处理中的微生物原理 编辑说明：此章在很多书上都有涉及，但深层次讲解的少，编写此章的目标是，使入门者真正理解各类微生物特点和会用生物相分析系统环境，使本章作为中控室、化验室观测生物相的必要知识。编写时要注意多涉猎专业书籍，结合微生物学和一些论文，力图达到不仅知道结论，还要深究原因。 我们在第三章已经说过: 生物处理方法的核心（或者说城镇污水处理厂的运行核心）是，使用设施、设备，控制曝气量、水量、污泥量、营养物质等，创造出适宜微生物存活和生长的环境，并有意的引导微生物的生长向我们需要去除的污染物性质方向发展，最终达到污水处理的目的。所以，凡是采用了微生物处理方法的城镇污水处理厂，微生物原理是污水处理的核心知识，一个好的运营师，可以通过微生物的状态和变化就可判断外部环境、内部环境的各种变化，并提前采取措施将出现的问题苗头消灭。 在活性污泥法中，微生物生活于活性污泥中，在生物膜法中，微生物生活于生物膜中，存在地方虽不一样，但生物种群是基本一致的。另：微生物种群非常多，按世代期（可理解为生长周期）分，从几个小时长一代到几十天长一代不等，活性污泥是由人为控制泥龄的，一般在10～25天之间，不会超过30天，所以种群是人为遴选优化过的，具有去除污染物针对性更强，但难以降解的污染物去除效果不好的特点；而生物膜法的污泥变化是由生物自行生长脱落决定的，所以各种世代期不同的种群在理论上均有存在，具有去除污染物更彻底，但处理量有限制的特点。 在微生物学领域里，习惯将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块也称为菌胶团，这是广义的菌胶团。如上所述，菌胶团是活性污泥（绒粒）的结构和功能的中心，表现在数量上占绝对优势（丝状膨胀的活性污泥除外），是活性污泥的基本组分。它的作用表现在： 1、有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力。一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。 2、菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境，例如去除毒物、提供食料、溶解氧升高。 3、为原生动物、微型后生动物提供附着场所。 4、具有指示作用：通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能。例如新生菌胶团颜色浅、无色透明、结构紧密，则说明菌胶团生命力旺盛，吸附和氧化能力强，即再生能力强。老化的菌胶团，颜色深，结构松散，活性不强，吸附和氧化能力差。 第一节活性污泥中的微生物（要求化验室强记，中控室熟悉）在污水处理中，活性污泥中的微生物形成了一个类似于社会的环境，各个种
重金属污染的微生物处理法 1现状：湘江告急！ 1966年，湘江检测出铬、铅、锰、锌、砷等重金属；1978年，湘江已成国内污染最为严重的河流之一；1990年代之后，湘江水质呈恶化趋势，工业污染导致的重金属污染日益严重。 作为“有色金属之乡”的湖南，采选、冶炼、化工等企业多分布于湘江流域，重金属污染由此而来。相当长时期内，湖南的汞、镉、铬、铅排放量位居全国第一位，砷、二氧化硫和化学耗氧量(COD)的排放量居全国前列。 作为湖南的母亲河，湘江和湘江流域重金属污染的后果越来越严重：湘江流域局部的正常供水被打断，流域内4000万人口的饮用水安全受到威胁；因重金属超标危害人体健康的事故时有发生；鱼类大幅减少，数以千亩计的农田不能耕种，有相当地域的鱼类、粮食、蔬菜不能食用。 污染背后，既有历史包袱沉重、粗放式经营、科学技术落后等客观原因，也有长期以来高污染企业与当地政府之间“躲猫猫”似的拉锯战。 湘江已不堪重负。 3含量：湘江表层 沉积物中不同重金属的含量变化并不相同，Mn沿程变化比较显著,呈锯齿状, 其他 六种金属含量沿程变化不大， Cu、Cd 、Pb及Zn的含量沿程大致呈下降趋势，这
说明株洲霞湾的工业废水污染是长株潭段底泥重金属Cu、Cd 、Pb和Zn的主要来 源，随着水的自净作用重金属浓度逐渐降低；重金属Cr、Ni的含量则沿程呈现上 下波动分布。所有采样点中霞湾段、湘潭湘江三大桥以及长沙南大桥采样点的污染情况比较严重,所有采样点中大部分重金属元素都在这几个断面出现不同程度的 高值。与长江干流背景值比较得出，湘江长株潭段底泥重金属中, Zn、Pb及Cd的 含量均远远超出长江干流背景最高值，这说明三种元素的污染已相当严重。重金 属相关性分析表明，Cd、Pb、Cu、Zn相互之间有显著相关性，沿岸工厂的排污有 可能是它们共同的污染来源，有机质与重金属元素的相关性均达到显著水平，说 明沉积物中有机物和粘土矿物对重金属的分布与富集起着重要的作用。 形态分析则表明，七种重金属元素中，Cr 和 Ni 主要存在于残渣态中，对环 境的影响不是很大，Mn 、Cu、Pb 的铁锰氧化物结合态较高，对周围生态系统构 成一定的威胁。Zn、Cd 虽主要存在于残渣态，但酸溶态也占有相当比例，潜在生
污水处理常见微生物照片 微生物在调试过程中起着很重要的指示左右，通过镜检而根据活性污泥中的微生物可以发现该活性污泥的好差，其指示作用有： (1) 着生的缘毛目多时，处理效果良好，出水BOD5和浊度低。(如小口钟虫、八钟虫、沟钟虫、褶钟虫、瓶累枝虫、微盘盖虫、独缩虫)这些缘毛目的种类都固定在絮状物上，并随窗之而翻动，其中还夹杂一些爬行的栖纤虫、游仆虫、尖毛虫、卑气管叶虫等，这说明优质而成熟的活性污泥。 (2) 小口钟虫在生活污水和工业废水处理很好时往往就是优势菌种。 (3) 如果大量鞭毛虫出现，而着生的缘毛目很少时，表明净化作用较差。 (4) 大量的自由游泳的纤毛虫出现，指示净化作用不太好，出水浊度上升。 (5) 如出现主要有柄纤毛虫，如钟虫、累枝虫、盖虫、轮虫、寡毛类时，则水质澄清良好，出水清澈透明，酚类去除率在90%以上。 (6) 根足虫的大量出现，往往是污泥中毒的表现。 (7) 如在生活污水处理中，累枝虫的大量出现，则是污泥膨胀、解絮的征兆。 (8) 而在印染废水中，累枝虫则作为污泥正常或改善的指示生物。 (9) 在石油废水处理中钟虫出现是理想的效果。 (10) 过量的轮虫出现，则是污泥要膨胀的预兆。 另在一些对原生动物不宜生长的污泥中，主要看菌胶团的大小用数量来判断处理效果。 相关微生物的图片提供如下： 1、变形虫（阿米巴）amoeba. 顾名思义，变形虫是能变形的。不过这种变形也是有限度的。 一些种类的变形虫能向四外伸出假足，以探查水中的化学成分，决定移动方向。而有些种类根本没有假足。他们猎食时覆盖它的猎物，把猎物裹起来，这样就产生了一个食物泡，食物泡可以消化吸收猎物。 大多数变形虫对人体无害,但有几种变形虫能产生人类疾病：阿米巴痢疾，主要发生在贫穷国家。 变形虫食性广,单细胞藻类,细菌,小原生动物，真菌，有机碎片等皆是它们的食物. 变形虫生命力强,在条件不好时，可以形成一个包囊(休眠体)度过难关.