微生物在环境保护和再生的应用

2017-12-25刘恩东

绿色科技 2017年22期

刘恩东

摘要：指出了随着社会经济的快速增长，对于自然资源的消耗问题也变得越来越严重。近些年来，环境保护的意识已经不断地深入人心，在我国可持续性发展的基本国策影响之下，建设循环环保型社会的目标越来越近。但是随着人类活动地不断扩大，对自然环境的破坏也越来越严重。矿物的开采，工业活动剧增，生物难降解化学物质的泄露等情況都给环境保护问题带来了巨大的压力。随着生物技术的不断发展，通过生物技术来对环境污染问题进行治理的应用已经越来越广泛，着重对生物治理技术进行了阐述，并对微生物技术前景进行了展望。

关键词：环境污染；生物技术；微生物；污染治理

中图分类号：X17

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）22007803

1 引言

微生物在整个自然环境状态下处于十分重要的地位，在自然界的基本物质循环中，微生物作为分解者，起到清理的重要作用。并且微生物由于其易于繁衍，数量大种类多，在自然界中随处可寻。作为大自然的保护者，是人类需要进行开发利用的生物资源，其在污染治理环节上能够做到无公害，纯自然，能够进一步保证生态环境的稳定性。污染处理问题，是环保工作中的重点，传统处理方式中采用的化学，物理处理方法，都存在着一些弊端，如化学物质的再次污染，采用微生物的方式对环境污染进行处理，有着成本低，高收益，风险低等优点，但是微生物污染处理领域尚处于起步状态。在进行微生物技术进行污染处理的过程中，很容易由于处理不当造成更大的问题，因此对于微生物技术的研究有着十分重要的意义。微生物技术，其核心主要是通过对微生物进行诱变育种，使用生物学中的基因工程对微生物进行改造，成为工程微生物对特点的污染源进行治理。随着理论知识的不断深入，微生物技术在环境保护中的应用将会变得越来越成熟。

2 环境问题背景

随着世界经济的发展，环境问题已成为全球社会性的问题，正成为制约经济发展的一个瓶颈，治理环境已到了刻不容缓的地步。如何解决好这一问题，关系到人类社会的生存。自然环境是人类的共同财富，环境效益具有公共性，而环境被破坏带来的影响也是公共性的。企业生产所产生的生产污水、有害气体，且化工厂等地点在进行施工的过程中难免会产生一些污染气体，这些行为对自然环境造成了一定的负担，而化工厂本身并没有为这一行为负责。上述的几种经济发展行为可以说是环境的不经济性或负经济性。

3 微生物在环境治理中的应用原理

3.1 微生物处理重金属污染物的一般原理

微生物对污染源处的金属残留物质进行处理的根本原理是通过微生物对金属物质的吸附，根据特殊种类的微生物特性来说，由于微生物本身的化学结构，可以对金属等物质进行分解，吸取金属污染液体中一些金属离子。经过了微生物的初步处理之后，可以通过两相分离来对污染中的金属物质进行过滤。

3.2 微生物处理有机污染物的一般原理

微生物对污染源中的有机物污染处理，主要是通过将这些有机物进行吸收，作为资深的营养然后经过生理过程中之后转化成为无害的物质。这一过程在生物学中又被成为降解过程。微生物在进行环境治理的过程中所起到的作用主要由三个方面组成：降解作用、共代谢作用以及毒素清除作用。

3.3 微生物技术的特点

随着自然科学理论知识的不断推进，经过在对自然环境污染的治理技术不断发展，已经逐渐将微生物环境治理技术列为重点，微生物技术应用与环境治理有着十分明显的好处，主要体现在效率高，成本低，风险成本低等方面。且使用微生物来对环境污染进行治理有着无残留，副作用小，减少了二次污染事件的发生。并且随着生物技术的不断发展，微生物技术也随之不断进步，有着十分广阔的前景，被更多的政府企业、专家学者所重视，现代微生物技术的进步，为人们带来了根治环境污染的可能性。

就目前的实际情况来说，微生物技术已经初步应用到一些环境污染治理之中，并且取代了化学治理与物理治理，是当今环境污染治理领域最为重要的一项技术。使用微生物进行水质控制，大气污染以及一些有害物质的降解过程中都起到了显著地作用。在进行能源的开发过程中，也可以使用微生物来对化工生产所产生的副作用进行清除。使用微生物对污水，有毒气体等污染源进行清理，最终通过微生物的生理代谢功能将其转化成为无毒无害的物质，环保绿色，进一步维持了生态环境的稳态。特别是在现在基因技术地不断发展，对微生物实施基因工程将其改造之后，能够变成功能性更加单一的工程微生物，能够在环境污染治理过程中对症下药。且根据一些微生物的特性，还可以通过微生物的生活状态对环境质量进行检测。

4 微生物技术

微生物技术（Biotechnology）是指利用生物有机体或组成部分发展新产品或新工艺的一种技术体系架构。微生物技术的理论建立于1980年，人们开始意识到环境的重要性，开始努力寻找一些新型技术来对环境污染问题进行治理，然后微生物技术就在这样的环境中应运而生。其根本技术是以基本的生物技术为根本，生物手段进行控制，使用微生物来对有机污染物进行分解，对无机污染物进行吸附。

微生物技术理论就是应用于认识和解决环境问题过程的生物技术体系、包括对环境污染效应的认识、环境质量评价和环境污染的生物处理技术等。微生物生物技术是在解决环境再生问题中最安全有效的方法，且成本低廉，例如把纤维物质转化为沼气、乙醇。微生物处理是指利用生物来除去环境中的生物垃圾和有毒物质的过程。生物垃圾包括工农业生产过程中所产生的废弃物。微生物技术最早应用于环境污染治理的是利用农业废物沤制堆肥。微生物处理生物垃圾和有毒废弃物，在种类繁多的微生物中也不难找到可以用来清除污水、污物中有害物质的种类，利用它们对这些有机、无机的污染物质的吸收转化功能，对环境保护和再生将起到积极的作用。

4.1 微生物在环境治理中的降解，过滤作用

使用微生物来对环境污染问题进行解决，其原理在于微生物是生态系统中的分解者，其代谢方式多样化，能够处理自然界中大多数的物质，特别是针对一些有机化合物的降解，并且由于其繁殖能力强、成本低、环境适应能力强。通过生物手段来对微生物进行合理控制，就可以实现对环境污染问题进行处理。目前微生物技术已经在一些领域投入了实际应用，如在对由于矿物开采所导致的石油污染问题、农药土壤残留问题，以及许多化学用品使用所造成的残留，针对多氯联苯、偶氮化合物、氰等物质有着十分明显的降解效率。对于毒性十分剧烈的化学物质多氯联苯，许多国家都进行了对其降解处理的研究，美国使用微生物小球诺卡氏菌，酿酒酵母等多种微生物混合使用来对这一有机化合物降解，实验结果表明，这些微生物配合使用之下能够使得多氯联苯得到完全降解。日本神奈川县黄精科学中心与民企合作，对微生物进行研发，发现了一种PCB的微生物（PseudomonasSN24992），这一微生物与传统微生物的环境治理能力相比可以降解10倍以上的PCB。100mg/L的PCB，15 d内可分解64.5%，而且溶液中还剩有抗药性十分强烈的有机溶剂。由于炸药等物质所产生的化工污染物RDX和TNT，中科院微生物研究所进行了针对性研究，研发出了活性污泥的方法来对这些物质及西宁分离，其中包括棒状杆菌，能够完全降解炸药残留物RDX，芽孢杆菌可以对TNT残留物质进行残留，使用这两种物质与一些气杆菌，埃希氏菌等进行混合使用，能够在短短4 d之内降解90%以上的物质。这些案例都能说明，对于不同的环境污染找到相应的降解微生物，就可以达到高效降解处理的目的，微生物技术能够使得化工产业所造成的环境污染问题得到更好地解决。

4.2 污染水源的治理

4.2.1 生物膜降解

生物膜是與微生物技术混合进行使用的一种技术，在污水处理的过程中设置相应的生物薄膜能够有效过滤经过微生物处理过后的一些污染物质，其主要过称为：污水通过微生物过滤之后，对污水中的一些物质进行吸附，当生物薄膜吸附到一定程度时，即可使用生物薄膜上所收集到的有机物质进行微生物培养。微生物借助生物薄膜上的有机物质进行快速繁衍，进一步的对污染物质进行降解处理。生物膜的主要组成部分主要是由一些菌类生物，原生动物，后生动物以及一些高等动物共同组成，具有吸附能力强，且由于表面附着有大量的微生物能够对所处吸附的物质进行高效降解处理。生物薄膜，从组成上看可以分成厌氧层与好氧层，由于微生物所生存环境不同，分别在氧气浓度不同的区域生存。生物膜中好氧层与污水表面有一层水薄膜。附着水与微生物直接进行接触，许多的有机物由于氧气浓度高而被氧化，有机物浓度得到有效的降低，流动水层则由于氧气浓度低，有机物浓度高。生物膜是一种基于微生物技术所衍生出的新技术，已经被广泛运用到水质污染的治理之中。

4.2.2 活性污泥治理

活性污泥处理污水，是结合微生物技术的另外一种有效处理污水的新型技术，一般活性污泥通过人工进行培育，然后通过生物手段对其进行整理，最终投入使用。能够有效对水质污染区域的有机物进行吸附，通过微生物的分解作用将其进行分解成为无害物质排放出去。在对活性污泥进行培养可以发现，微生物放在富含有机物的污水进行培养，经过一段时间之后，就会产生少量的絮状污泥，将其进行纤维观察可以发现有着多种物质生存在该污泥中。这些絮状物充满了微生物，就是所需要的活性污泥，将这些污泥放入需要进行污水处理的位置中，例如印刷，炼油等化工产业附近的水源中，能够有效地控制化工物质对水质的污染。近些年来，相关研究人员对微生物品种进行进一步的筛选得出了适合品种，并且投入使用，取得了十分显著地效果。

5 微生物技术前景展望

放眼世界，微生物技术的发展已经十分蓬勃，大量的学者针对微生物技术的实际应用提出了自己的科研成果。随着世界对环境污染的进一步重视，微生物技术已经成为了行业内的热门话题，国际上的许多国家已经将适合进行环境污染处理的微生物投入到量产阶段，形成了自己的规模市场。国际上环保行业已经成为了一种巨大的市场，并且市场需求十分巨大。

5.1 新物种的探寻

微生物种类的多样化，发现更多适合进行污水处理的微生物以及微生物的合理应用，能够极大程度上提高微生物的降解效率。因此对于微生物种类的发现十分重要。如我国中科院微生物研究所，于青海西藏等地盐碱湖区域所发现的古细菌物种，这一品种于后续的试验中发现其对蒸发过程起到了高效的催化作用。瓜伊马斯盆地温室环境下蕴含有大量油物质的水域中发现了一种菌种，能够十分高效地解决石油污染问题。

5.2 基因工程与微生物技术相结合

在进行研究微生物技术的过程中，需要对生物学有着深入的了解，只有在对生物的各种基本结构，代谢过程等知识有了一定的了解基础上，才能对微生物进行合理地利用。并且生物学科中的基因工程同样也在微生物技术带来了新的道路，通过对微生物的一些基因进行改造，能够有效提高微生物的降解作用。包括原生质体融合技术，质粒分子育种，降解性质粒DNA的重组技术等，能够在微生物技术应用中取得显著地效果。Chakrabayty最早采用了基因工程的生物技术，向菌种中植入4种单胞菌遗传基因，经过了融合重组之后，所得到的工程菌，在实际应用中能够在数小时之内将海上溢油进行大部分降解，而使用大自然中已经存在的微生物菌种需要几年的时间才能达成一样的效果。基因工程与微生物技术相结合，还存在着一定的风险性问题，在未来的进一步发展过程中，合理使用基因工程，将会为微生物工程带来技术性变革。

5.3 微生物保护技术的研究

就目前对微生物的治理研究中，其重点一般都放在提高微生物的降解效率等方面，对微生物的成本进行节省。基础研究与投入使用时分开来进行的，因此需要进一步加强实际应用与理论研究进行结合。并且就微生物环境治理技术来说，对微生物种类的筛选十分重要，需要进行高精度的分离，大量对微生物进行培养，对微生物的控制也需要十分注意，防止微生物的过度生长对环境造成一定的影响。微生物技术领域有待挖掘的方面有许多，重点应该放在对微生物的种类筛选以及微生物的低成本培养技术上，以追求微生物的降解效率最大化。

6 结语

通过对微生物环境保护应用进行分析研究，指出了我国微生物治理技术仍然处于起步阶段，需要大力发展这方面的技术，采用微生物技术来实现生物治理，能够更好地解决污染问题，并且可以带动整体环保工作的进行。以解决目前我国由于经济的快速发展所带来的环境污染问题，从而进一步为环保工作带来新的突破。

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