微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)和污染物轉(zhuǎn)化中的作用-重金屬的微生物轉(zhuǎn)化

典型重金屬的微生物轉(zhuǎn)化原理及應(yīng)用主要內(nèi)容1.典型重金屬的微生物轉(zhuǎn)化原理2.重金屬微生物轉(zhuǎn)化的應(yīng)用重金屬的微生物轉(zhuǎn)化1.1金屬離子的毒性當(dāng)今人們主要關(guān)心的是：汞、砷、鉛、錫、銻、銅、鎘、鉻、鎳和釩。它們以空氣、水和土壤的污染物以及食品殘?jiān)惛鞣N各樣的化學(xué)形態(tài)存在于環(huán)境中。金屬在一定濃度時(shí)對(duì)微生物有毒害作用。重金屬在很低濃度時(shí)，對(duì)大多數(shù)微生物即有明顯毒性。1.2影響金屬離子毒性的因素種類、濃度、存在狀態(tài)（包括價(jià)態(tài)、絡(luò)合態(tài)、共存離子性質(zhì)）如：六價(jià)鉻比三價(jià)鉻毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；有機(jī)錫比無機(jī)錫毒，有機(jī)錫中的烷基錫比芳香基錫毒，烷基錫中三烷基又比其他烷基錫毒。1.3金屬離子微生物轉(zhuǎn)化微生物轉(zhuǎn)化：主要是氧化還原和甲基化作用。（1）汞的微生物轉(zhuǎn)化

1）汞的形態(tài)無機(jī)汞（大多難溶）：

Hg2+2→

Hg0+Hg2+

（注：Hg2+2

=

Hg+

—Hg+）零價(jià)的金屬汞與一價(jià)汞鹽幾乎不溶于水二價(jià)汞鹽除了硫化汞、碘化汞外幾乎均可溶解（1）汞的微生物轉(zhuǎn)化

1）汞的形態(tài)有機(jī)汞（易溶）：Hg和無機(jī)離子如鹵素原子、硫酸根、硝酸根、磷酸根、氰化物、羥基等形成有機(jī)汞。2）汞化合物的毒性

難溶的汞（無機(jī)汞）——生物吸收困難，毒性很小易溶的汞（易溶）——容易吸收，毒性很強(qiáng)（其中甲基汞的毒性最強(qiáng)）毒性體現(xiàn)：神經(jīng)麻痹以致引起死亡。2）汞化合物的毒性

日本的水俁灣甲基汞中毒事件就是典型的汞污染事件。這類汞中毒一般都不是通過直接飲用水被汞污染造成，而是由于甲基汞在食物鏈積累并由水中的魚類向上傳遞給人而引起的。水中的甲基汞到底是怎么來的？魚類體表粘液中有許多含有甲基化輔酶的微生物，他們將無機(jī)汞轉(zhuǎn)化為甲基汞，動(dòng)物和人體腸道中的細(xì)菌大部分也具有這種功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。3）汞的甲基化

汞的甲基化是由微生物依靠甲基化輔酶形成的。汞甲基化微生物：細(xì)菌——甲烷菌、匙形梭菌、熒光假單胞菌、大腸埃希氏菌、產(chǎn)氣腸桿菌、巨大芽孢桿菌真菌——粗糙鏈孢霉、黑曲霉、釀酒酵母等。汞的生物循環(huán)厭氧沉積物有氧區(qū)域大氣層區(qū)域汞的轉(zhuǎn)化（2）其它重金屬的轉(zhuǎn)化其它重金屬的轉(zhuǎn)化與汞的情況十分相似，重金屬普遍可以被微生物甲基化，而且甲基化的重金屬普遍毒性大為提高，這些金屬包括砷、硒、鉛、錫、鎘、銻等。砷的生物循環(huán)砷的轉(zhuǎn)化（3）微生物對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)化作用轉(zhuǎn)化類型金屬微生物氧化作用還原作用甲基化AsSbAsHgSeAsHgPbCdSeSn假單孢菌屬，放線菌屬，產(chǎn)堿桿菌屬銻細(xì)菌屬小球藻假單孢菌屬，葡萄球菌，曲霉屬棒狀桿菌，鏈球菌屬曲霉屬，毛霉屬，鐮孢霉，擬青霉屬芽孢桿菌屬、產(chǎn)甲烷梭菌，曲霉屬假單孢菌屬，氣單孢菌屬假單孢菌屬假單孢菌屬曲霉屬，頭孢霉屬，青霉屬假單孢菌屬重金屬微生物轉(zhuǎn)化的應(yīng)用

重金屬微生物轉(zhuǎn)化的應(yīng)用微生物轉(zhuǎn)化主要應(yīng)用在對(duì)含重金屬的廢水處理中。主要是利用微生物在自然條件下或人工誘導(dǎo)下產(chǎn)生的抗重金屬毒性的酶，通過酶與重金屬結(jié)合形成失活晶體或促進(jìn)重金屬排出體外等機(jī)制對(duì)重金屬進(jìn)行解毒。2.1電鍍廢水的生物處理（1）基本原理用從電鍍污泥中獲得的SR系列復(fù)合功能菌，高效還原六價(jià)鉻為三價(jià)鉻，三價(jià)鉻、鋅、銅、鎳和鎘等二價(jià)金屬離子被菌體富集，再經(jīng)固液分離，廢水被凈化，污泥中金屬再用微生物或化學(xué)法回收，固液分離的上清液可以回用。2.1電鍍廢水的生物處理（2）技術(shù)關(guān)鍵本技術(shù)的關(guān)鍵是菌體的培養(yǎng)和“菌廢比”的合理調(diào)控，這是保證處理水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或回用的重要條件。一般采用厭氧技術(shù)培養(yǎng)菌體，培養(yǎng)液可以是生活污水，糞便，高濃度有機(jī)廢水，也可以人工配制。采用中溫發(fā)酵技術(shù)。根據(jù)廢水中的金屬離子的濃度和培養(yǎng)的菌體的濃度決定“菌廢比”，具體情況具體決定。2.1電鍍廢水的生物處理（3）工藝流程2.1電鍍廢水的生物處理（4）技術(shù)關(guān)鍵

本技術(shù)對(duì)廢水成分變化的適應(yīng)性強(qiáng)，各金屬離子濃度的范圍為：鉻1mg／L～1000mg／L，鋅1mg／L～1000mg／L，銅1mg／L～1000mg／L，鎳1mg／L～500mg／L，鎘1mg／L～500mg／L。本技術(shù)不僅能處理單一的金屬廢水，也可處理混合的金屬廢水。廢水的pH值可在4～8范圍內(nèi)變化。每天處理廢水量可達(dá)1m3～1000m3以上。2.2硫酸鹽生物還原法處理含鋅廢水（1）基本原理

硫酸鹽生物還原法處理含鋅廢水其原理是利用硫酸鹽還原菌SRB在厭氧條件下產(chǎn)生硫化氫，硫化氫和廢水中的重金屬反應(yīng)，生成金屬硫化物沉淀以去除重金屬離子。（2）工藝流程2.2硫酸鹽生物還原法處理含鋅廢水2.2硫酸鹽生物還原法處理含鋅廢水（3）工藝說明生物反應(yīng)器是一個(gè)厭氧反應(yīng)系統(tǒng)，微生物在厭氧條件下分解有機(jī)物，還原硫酸鹽生成硫化氫，硫化氫與廢水中的鋅離子反應(yīng)生成不溶性的硫化鋅。反應(yīng)生成的硫化鋅沉淀同厭氧污泥混在一起，當(dāng)其濃度達(dá)到一定程度以后，為了保證生物反應(yīng)器的正常運(yùn)行，就必然排放一部分污泥。由于污泥中鋅含量較高，可以回收。2.2硫酸鹽生物還原法處理含鋅廢水（4）技術(shù)關(guān)鍵利用微生物方法處理重金屬廢水時(shí)，由于廢水中常缺乏微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，包括有機(jī)物、氮、磷等，因此，在廢水中需加入所缺的營養(yǎng)物質(zhì)。在硫酸鹽還原菌處理含鋅廢水的污泥床工藝中，有機(jī)物和鋅離子的去除率分別達(dá)到73.8％和99.63％。2.2硫酸鹽生物還原法處理含鋅廢水（4）技術(shù)關(guān)鍵利用微生