微生物群体的初步调查研究[文献综述].doc

1、 1 毕业论文 文献综述 生物工程 微生物群体的初步调查研究 1 前言 随着我国社会与经济的不断发展 ,城市污水排放量迅速增加 ,大量未经处 理的城市污水直接排入湖泊水体 ,使其受到严重污染。南湖是一个较大的封闭 性内陆湖泊 ,由于污水的长期排入 ,水体水质已属劣 V 类 ,湖泊的水体功能已 基本丧失。为了改善南湖水体的水质状况 ,有必要对南湖周边排污口现状及水体中水质变化规律进行深入研究 ,为南湖的综合治理奠定基础。 2 污染水体生物修复技术 2. 1 植物修复技术 在发生逆向演替的水生生态系统中施加一定的人为影响 ,有目的地引种 优良水草品种或原有的已被破坏的植物重新恢复起来 ,促进退化水

2、体生态系统中水生植被的恢复 ,实现水体生态系统的良性循环。王寿兵等研究了黑美人等 21 种观赏性植物在城市河道污水中的生长情况 . 结果表明 ,黑美人、 绿罗、 豆瓣绿等 10 种植物不适合在城市河道污。水中种植 ;裂叶喜林芋、 佛手蔓绿绒、 马蹄莲等 11 种植物可在城市河道污水中生长。另一种是人工浮床技术。人工浮床是利用漂浮栽培的技术在被污染的水体中种植挺水植物和陆生植物 ,利用植物直接吸收水体中的氮、 磷等营养元素 ,同时在植物根系形成生物膜 ,利用微生物的分解和合成代谢 ,有效去除水中的有机污染物和其他营养元素。杨婷婷等采用原位围隔高羊茅草坪浮床来净化重污染河道水体 ,本文研究了不同高

3、羊茅草坪浮床覆盖率对冬季重污染河道水体的净化能力 ,以期确定其最佳覆盖密度。试验结果表明 ,高羊茅浮床对富营养化水体中的氮、 磷、 COD 等均具有极强的去除能力 ,并能有效提高水体透明度。作为植物修复的特点具有成本低、 能耗小的优点 ,且该技术治理效果显著、 投资相低、 能耗小的优点 ,且该技术治理效果显著、 投资相对较少、 后期管理简单等。但是 ,由于受污染水体 的特异性 ,对某一水体具有修复功能的植物并不一定适合其他污染水体 ,在空间上存在很大的差异性 ,另外在时间上也存在着差2 异 ,许多植物都不适在冬季时期。 1 2. 2 生物操纵技术 “生物操纵” 技术就是利用调整生物群落结构的方

4、法控制水质 :其主要原理是调整鱼群结构 ,保护和发展植食性的浮游动物 ,从而控制藻类的过度生长。其核心是利用浮游动物滤食浮游藻类 ,增加水体透明度。许明等在苏州重污染河道里放养黄尾密鲴以改善重污染水体水质。不仅进行了静态试验 ,而且在苗家河开展了示范区研究。结果表明 :黄尾密鲴单位体 重 (g)的好氧量为 0. 339mg/ (L - h) ,窒息点仅为 0. 25mg/ L ;黄尾密鲴在浮圈中主要摄食悬浮有机物 ,其占食物总量的 79. 74 %;静态试验和现场试验均表明黄尾密鲴 24h 都在摄食 ,日食率可达到 50 %以上。就生物操纵的特点是投资少 ,效果好 ,最后能彻底改善水体的生态环

5、境。但是 ,如果仅仅依赖生物操纵难以长期显著改善水质 ,还必须实施其他辅助措施 ;另外还要取决于浮游生物食性鱼群削减的效果。 1 2. 3 微生物修复技术 生物修复中可利用的微生物 (细菌、真菌 )等对 水体中污染物的降解起主要作用 ,针对受污染河流等水体的特点和治理技术工程实施的可行性 ,采用原位修复技术则更具有经济和技术合理性。种是补充污染物高效降解微生物光和细菌、硝化细菌等。另一种是用促生液中含有的促进微生物生长、解毒及污染物降解的有机酸、营养物质、缓冲剂的组分 ,促进土著微生物的繁殖和生长 ,增强微生物降解污染物的能力。卫明等应用微生物技术对长宁区新渔浦临空经济园区黑臭河段进行生态修复

6、的实验研究中试验结果证明 :应用微生物技术对城市黑臭河道进行生物修复 ,在技术上是切实可行的。蔡娟等采用新型复合酶制剂 (Bz 剂 )处理城市受污染景观水体。研究结果表明 :该制剂的使用对 COD、 N H3 - N、 TP 等有明显的净化效果。微生物修复技术具有费用省、环境影响小、不会产生 “二次污染” 或污染物转移等优点。但是 ,微生物降解的专一性导致其对水体修复的宏观效果有时不佳 ,另外微生物的活性受温度、 酸碱性等环境条件的影响较大。 1 2.4 微生物或微生物促生液技术 生物修复中可利用的生物包括微生物 (细菌 真菌 ) 原生动物和高等动（植）物等多种生物，其中，微生物对水体中污染物

7、的降解起着主要作用 因此，可针对受污染水体的 特点和治理技术工程实施的可行性，采用原位修复技术则更具经济和技术合理性原位3 修复技术分为两种，一种是补充污染物高效降解微生物（如光和细菌 硝化细菌等）；另一种是补充促生液中含有的促进微生物生长 解毒及污染物降解的有机酸 营养物质 缓冲剂的组分，促进土著微生物的繁殖和生长，增强微生物降解污染物的能力徐亚同等在上奥塘水体生物修复试验中利用微生物进行水体修复取得了良好的效果 卫明等应用微生物技术对长宁区新渔浦临空经济园区黑臭河段进行生态修复实验，结果证明，应用微生物技术对城市黑臭河道进行生物修复，在技术上是切实可行 的。 2 2.5 生物膜技术 生物膜

8、技术是一项不断发展的技术，它使微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状，通过与污水接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物作为营养吸收并加以同化，从而使污水得到净化周勇等将生物填料应用于城市重污染河道治理，研究了将生物填料应用于城市重污染河道治理，研究了随时间的推移，填料垂直方向上生物膜的重量 组成成分 膜活性变化规律以及生物填料对水质的改善效果，结果表明，该生物填料生物膜活性以比基质耗氧速率表示为 0.153 0.174 mg/(g h)；在挂膜进行到第 40 天 悬挂 密度为 24 根 /m 时，对水质的改善效果达到最佳，对 TN TP COD 叶绿素（ Chla）浊度的去除率分别为 53%

9、， 35%， 50%， 5%， 44%李璐等采用生物接触氧化工艺对河道污水开展了分流处理的试验研究，选择滇池入湖污染负荷最高的大清河为研究对象，考察了在冬季枯水期 春季枯水期及夏季丰水期其对污染物的去除效果，结果表明，生物接触氧化工艺对水质变化具有较好的适应性，通过调整运行参数，可以使对 COD 的去除率稳定在 50%左右；对 TP 的去除率从冬季的 20%逐渐上升至春季的 50%以上，但在夏季 的雨期， TP 会随进水水质及气候的变化而波动较大；对 TN 的去除受水温及 DO 的影响较大，冬季的去除率为 5%左右，春季上升至 18%以上，夏季进一步提高至 30%以上 陈书玉等在闸北区夏长浦河

10、道运用生物接触氧化工艺技术治理水质，探索出一套适合上海中心城区中 小黑臭河道就地处理的经济合理技术。 2 3 水体富营养化与微生物修复 3.1 水体富营养化及成因 水体富营养化是指水体接纳过量的氮、磷等营养物质，使藻类以及其他水生生物异常繁殖，水体透明度和溶解氧变化，造成水质恶化，加速水体老化，使水生生态 系统和水体功能受到影响和破坏，影响水资源利用，给饮用、工农业供水、水产养殖、旅游以4 及水上运输等带来巨大损失，并对人体健康构成危害的现象 .。 水体富营养化分为天然富营养化和人为富营养化。天然富营养化要经过几千年甚至几万年才能完成，而人类经济活动可导致湖泊在几年内就出现富营养化。可见人为富

11、营养化是目前水体富营养化的主要原因。水体中藻类生长离不开碳、氮、磷 3 种关键元素的存在，而这 3 种元素也是引起水体富营养化的决定因素。在受氮、磷元素影响的水体中，尤其是封闭水体，藻类会不断大量繁殖，消耗水体中大量溶解氧 (DO)，而藻类的死亡和解体又会将从水体中所吸收的氮、磷元素释放回水体，从而造成水体中藻类的恶性循环繁殖。另外水体中可供藻类利用的碳、氮远远多于可利用的磷元素，磷元素通常被认为是水体富营养化的限制因子。对于水体富营养化状况，英国国家环境署规定，在静止水体中，总磷浓度 0.086 mg L1 为富营养化的临界值。国际上一般认为湖水中总磷浓度 0.02 mg(P) L1 际上一

12、般认为湖水中总磷浓度 0.02 mg(P) L1、总氮浓度 0.2 mg(N) L1 是水体富营养化的发生浓度。我国考虑到湖泊总氮、总磷等 营养盐浓度普遍较高的实际情况，对总氮、总磷标准进行适当调整后通过界定叶绿素含量、总氮、总磷、 COD、透明度等水质指标值，对我国湖泊富营养化程度进行了分类。【 3】 3.2 水体微生物修复 生物修复 (Bioremediation)是一种利用特定的生物 (植物、微生物或原生动物 ) 吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。而微生物修复是生物修复的一类，其基本原理是利用自然界中微生物对污染物的生物代谢作用。微生物修复的基本思想

13、是在人为促进条件下，通过提供氧气，添加氮、磷营养盐，接种 经过驯化培养的高效微生物等来强化其修复过程，迅速去除污染物质。目前，水体微生物修复的研究已成为学术界广泛关注的热点问题，正处于相当活跃的发展时期。可以看出利用微生物技术对水体生态环境进行修复将会是 21 世纪初环境生物技术的主攻方向之一。【 3】 4 固定化微生物技术对受污染缓流水体底泥生态修复的研究 我国城市湖泊污染类型主要以富营养化为主 ，而受污染缓流水体底泥中污染物质的长期缓慢释放是水体生态修复的难点。湖泊治理、 修复的方法可分为物理法、 化学法和生物法三大类型。物理法主要以工程疏浚为主 ,具有见效快的 优点 ,但投资大 ,并且由

14、于富有养分的底泥被挖走后不利于其后的生态系统恢复。化学法主要以投放试剂为5 主 ,能有针对性地控制某些污染指标 ,但不能从根本上控制水体污染 ，且给水体带入了新的化学物质。固定化微生物法是国际上较先进的水体治理方法。本研究采用固定化微生物技术对受污染缓流水体湖泊底泥进行了生态修复试验 ，研究了采用固定化微生物技术对底泥中营养物质降解与释放。这对以后开展类似湖泊的治理工作将有非常重要的意义。【 4】 5 蓝藻毒素及危害 5. 1 微囊藻毒素 蓝藻毒素是细胞内毒素 ,细胞破裂释放出来并表现 毒性 ,主要由铜绿微囊藻、 鱼腥藻、 颤藻以及绿微囊藻等产生。而微囊藻毒素是由蓝藻的部分属产生的环肽化合物，

15、出现频率最高、 产量最大、 危害最严重 2 。 MC 是存在于细胞内的毒素 ,只有当蓝藻细胞死亡或破裂时，才会释放到水体中 ，释放到水体中的 MC 会存在很长时间，直到被光解或生物降解。有报道表明 ,MC 能够在干燥的藻渣中存在 6 个月 ，重新润湿后 ，它们就释放到了周围水体中 3 。 MC 是一类单环七肽物质 ,由于环状结构和间隔双键 ,微囊藻毒素具有相当的稳定性，加热到 300 时仍不能使之分解，而且 尽管它们是多肽类物质 ，但普通的蛋白质水解酶对其不起作用。微囊藻毒素在阳光下也较稳定 ，但在蓝藻色素存在的条件下或在微生物的作用下，光降解速度加快。 5. 2 微囊藻毒素危害 5. 2.

16、1 微囊藻毒素对水生植物的危害 蓝藻类可抑制水生高等植物生长 ,特别是富营养化水体中的蓝藻毒素对水生高等植物往往有致命的伤害作用 4 。黎明 5 等通过微囊藻与金鱼藻等混合实验 ,结果表明富营养化水体中原有的优势微藻也会使组建的金鱼藻生产力下降 ，使其对营养物的生态幅变窄。 Singh6 等研究发现在初始的 50 mg/L MCs 可完全抑制灰色念珠藻和鱼腥藻的生长 ，并使得藻细胞溶解 ,同时发现 MCs 对二氧化碳的吸收和光合作用有不良影响。 5. 2. 2 微囊藻毒素对水生动物的危害 鱼类等对 MC 也很敏感。有些滤食性、 杂食性和肉食性鱼类受蓝藻毒素影响致死的事件屡有报道 7 。另在甲壳

17、动物、 贝类等都会有富集作用 8 。鱼类肝脏是 MC 作6 用的主要靶器官。微囊藻细胞在胃中溶解后 ,微囊藻毒素释放到肠腔中 ，经肠上皮吸收后 ，由胆汁酸转运系统积聚在肝中。毒素和蛋白磷酸酶结合后，破坏了细胞内蛋白磷酸化 /去磷酸化 的平衡，使激酶失去正常的抑制，导致微丝和中间纤维的过磷酸化，造成肝细胞的崩塌和解离 7 。姚雁鸿 9 等研究了淡水常见养殖品种银鲫在有毒微囊藻环境条件下的生长和消化酶活性以及微囊藻毒素在鱼体内的积累情况。结果表明有毒微囊藻能显著的抑制银鲫的生长和显著降低银鲫消化酶活性 ，而且毒素会在银鲫体内积累。 6 结论 目前，河流水体富营养化问题的日趋严重 随着研究的深入，水

18、体生态修复技术将在城市河流的污染防治以及生态恢复中发挥重要的作用 以某一种方法与技术很难达到治理的要求 必须根据被修复水体环境现状，以生物生态 技术为主，配合选择合适的物理 化学方法，同时，采用多种方法或技术的组合，在流域内的社会 经济能力所能承受的前提下开展生态修复。 河道水体污染主要以藻毒素污染为主 ,而藻毒素中最为主要的即是微囊藻毒素(MC) ,其有很大的毒性 ,同时进一步加大了蓝藻水华的负面影响 ,使得河道水体受到更加严重的污染。不仅破环水环境 ,同时对水生物造成影响 ,对人类同样有着重大的毒害作用 ,影响着人类健康。对于所存在的水体污染 ,目前均已采取了各种修复技术 ,各种修复技术均

19、有其优势之处 ,同时也存在一定的问题和弊端 ,故我们在实际 使用时 ,应采用综合手段，可更有效地处理水体污染。 7 参考文献 1 姜彩虹，张美玲 . 上海市内不同水质的河道春季浮游细菌群落结构分析 . 微生物学通报， 2009（ 04） 2 胡嘉东，张锡辉等 . 典型城市河流中嗅味物质和微生物菌落特征 . 环境科学研究 ， 2009（ 01） 3 刘材材，项凌云等 。 长江口异养细菌生态分布特征及其与环境因子的关系 。 海洋环境科 2009(S1) 4 郑焕春，周青 . 微生物在富营养化水体生物修复中的作用 . 中国生态农业学报， 2009（ 01） 5王霞静，黎明等 . 城市河道污染水体生物

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