摘要：本文對水體自凈的過程作了介紹，指出了從有機污染物進入水體后所經(jīng)歷的一系列微生物參與其中的變化；通過對自凈前有機污染物的來源追蹤到轉(zhuǎn)化過程中微生物的利用情況最終揭示微生物在轉(zhuǎn)化中所起的關(guān)鍵作用，并著重對碳、氮源污染物中微生物的轉(zhuǎn)化進行了專業(yè)分析；自凈后所余留的磷、氮等元素又恰是造成富營養(yǎng)化的元兇，微生物在富營養(yǎng)化防治上到底還起到什么作用呢？

關(guān)鍵詞：水體自凈 好氧分解 厭氧分解 碳源污染物 氮源污染物 富營養(yǎng)化 脫氮除磷

1.水體自凈及其凈化過程

江、河、湖、海在接納了一定量的有機污染物后，在物理的、化學的和水生物（微生物、動物、植物）等因素的綜合作用得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài)，叫作水體自凈[1]。

1.1水體自凈的大致過程：

1.1.1有機污染物排入水體后被水體稀釋，有機和無機固體物沉降至河底。

1.1.2水體中好氧細菌利用溶解氧把有機物分解為簡單的有機物和無機物，并用以組成自身有機體，水中溶解氧急速下降至零，此時魚類絕跡，原生動物、輪蟲、浮游甲殼動物死亡，厭氧細菌大量繁殖，對有機物進行厭氧分解。有機物經(jīng)細菌完全無機化后，產(chǎn)物為二氧化碳、水、磷酸根、氨和硫化氫。氨和硫化氫繼續(xù)在硝化細菌和硫化菌作用下生成硝酸根和硫酸根。

1.1.3水體中溶解氧在異氧菌分解有機物時被消耗，大氣中的氧剛?cè)苡谒脱杆俦幌牡?，盡管水中藻類在白天進行光合作用放出氧氣，但復(fù)氧速度仍小于耗氧速度，氧垂曲線下降。在最缺氧點，有機物的耗氧速度等于河流的復(fù)氧速度。再往下流的有機物漸少，復(fù)氧速度大于耗氧速度，氧垂曲線上升。如果河流不再被有機物污染，河流中溶解氧恢復(fù)到原有濃度，甚至達到飽和。

1.1.4隨著水體的自凈，有機物缺乏和其他原因（例如陽光照射、溫度、pH變化、毒物及生物的拮抗作用等）使細菌死亡。

1.2水體凈化中的好氧分解與厭氧分解：

簡單來說有機污染物的生物凈化機理的本質(zhì)就是將微生物轉(zhuǎn)化為無機物，主要依靠的是好氧分解與厭氧分解。分別適用了好氧有機物呼吸和厭氧無機鹽呼吸的原理。而水體自凈的天然過程中厭氧分解(開始)到好氧分解(后續(xù)) [2]。詳細情況見下表：

2.各類有機污染物的來源：

2.1碳源污染物的轉(zhuǎn)化包括了糖類，蛋白質(zhì)，脂類，石油和人工合成的有機化合物等[3]。

2.1.1糖類污染物特別難溶的多糖，且當一些難溶解的多糖數(shù)量較大時才會使自凈時間大大增加，從而對環(huán)境造成污染。而這類多糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉。

2.1.1.1.纖維素的轉(zhuǎn)化：β葡萄糖高聚物，每個纖維素分子含1400~10000個葡萄糖基(β1-4糖苷鍵)，來源于棉紡印染廢水，造紙廢水，人造纖維廢水及城市垃圾等，其中均含有大量纖維素。

2.1.1.2半纖維素的轉(zhuǎn)化：存在于植物細胞壁的雜多糖，來源于造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。

2.1.1.3木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化：存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細胞壁中，由松柏醇，香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。

2.1.2油脂的轉(zhuǎn)化：來源于毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂。

2.1.3石油的轉(zhuǎn)化：石油是含有烷烴，環(huán)烷烴，芳香烴及少量非烴化合物的復(fù)雜混合物，石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)和石油運輸事故現(xiàn)場以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。石油成分的生物降解性與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)：A.鏈長度中鏈 (C10~C24)>長鏈 (C24以上)>短鏈B.鏈結(jié)構(gòu)分直鏈和支鏈、不飽和及飽和、烷烴和芳烴。

2.1.4人工合成的難降解有機化合物的生物降解法：對于自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，如果一種化合物滯留可達幾個月或幾年之久，或在人工生物處理系統(tǒng)，幾小時或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除即為難降解物。人合成的難降解有機化合物種類：穩(wěn)定劑，活性劑，人工合成的聚合物，殺蟲劑，除草劑以及各種工藝流程中的廢品等。

2.2氮源有機污染物的轉(zhuǎn)化包括了蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、腈化物、硝基化合物等[4]。

2.2.1蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化：水中來源于生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革廢水等。

2.2.2典型含氮有機物如氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈類化合物及硝基化合物的轉(zhuǎn)化：水中來源于化工腈綸廢水、國防工業(yè)廢水、電鍍廢水等。

2.3另有硫源、磷源等污染物的轉(zhuǎn)化，此處不再贅述。

3.降解水中有機污染物的微生物

水體中含有眾多污染物待降解，在其轉(zhuǎn)化過程中微生物自然起著不可或缺的作用[5]。

3.1降解纖維素的微生物：好氧細菌——粘細菌，鐮狀纖維菌和纖維弧菌。厭氧細菌——產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌，無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。放線菌——鏈霉菌屬。真菌——青霉菌，曲霉，鐮刀霉，木霉及毛霉。

3.2降解半纖維素的微生物：大多數(shù)能分解纖維素的微生物都可以分解半纖維素。許多芽孢桿菌，假單胞菌，節(jié)細菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉，曲霉，小克銀漢霉，青霉及鐮刀霉。

3.3降解木質(zhì)素的微生物：只有真菌中的黃孢原毛平革菌，疑似的只有軟腐菌能夠?qū)δ举|(zhì)素進行降解[6]。

3.4降解油脂較快的微生物：細菌——熒光桿菌，綠膿桿菌，靈桿菌；絲狀菌——放線菌，分支桿菌；真菌——青霉，乳霉，曲霉。途徑可通過水解+β氧化。

3.5降解石油的微生物：有很多，據(jù)報道有200多種。細菌——假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬；線菌——諾卡氏菌；酵母菌——假絲酵母；霉菌——青霉屬，曲霉屬；藻類——藍藻和綠藻。

3.6降解氯苯類微生物：細菌有產(chǎn)堿桿菌、不動桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體及過共代謝完成氯苯的完全降解。

3.7降解滌劑劑微生物：細菌——假單胞菌、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌；放線菌——諾卡氏菌。

3.8降解塑料的微生物：目前發(fā)現(xiàn)的種類很少，而且降解速度緩慢。他們主要是細菌、放線菌、曲霉中的某些成員。

3.9降解農(nóng)藥如殺蟲劑、除草劑等微生物有：細菌——假單胞菌、芽孢桿菌、產(chǎn)堿桿菌、黃桿菌；線菌——諾卡氏菌；真菌——曲霉。

3.10降解蛋白質(zhì)的微生物：種類很多如好氧細菌——鏈球菌和葡萄球菌；好氧芽孢細菌——枯草芽孢桿菌,巨大芽孢桿菌,蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢桿菌；兼性厭氧菌——變形桿菌、假單胞菌；厭氧菌——腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌；此外，還有曲霉，毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌(放線菌)。

3.11降解含氮有機物的微生物：細菌——紫色桿菌,假單胞菌；放線菌——諾卡氏菌；真菌——氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病鐮刀霉)，木霉及擔子菌等。

4.微生物在水體富營養(yǎng)化防治上的作用

水體富營養(yǎng)化定義：水體從貧養(yǎng)湖向富養(yǎng)湖發(fā)展，主要是自然、緩慢的發(fā)展過程[6]。但由于某些自然因素，尤其是人類將富含氮、磷的城市生活污水和工業(yè)廢水排放入湖泊、河流、海洋，使上述水體的氮磷營養(yǎng)過剩，促使水體中藻類過量生長，使淡水水體發(fā)生“水華”，或稱“水花”，使海洋發(fā)生“赤潮”，造成水體富營養(yǎng)化，大量消耗水中的溶解氧，從而導(dǎo)致魚類等窒息和死亡[7]。

水體富營養(yǎng)化的污染源有：農(nóng)田化肥，牲畜糞便，污水灌溉，城鎮(zhèn)地表徑流，礦區(qū)地表徑流，大氣沉降，水體人工養(yǎng)殖等[8]。

而造成水體富營養(yǎng)化的氮磷的來源主要有兩方面：一是天然的，如從天然降水中接納氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，從地表土壤的侵蝕和淋溶中得到氮磷物質(zhì)；二是人為的，如城市中人們排放出的含有大量氮磷營養(yǎng)物質(zhì)的生活污水進入水體，農(nóng)業(yè)施用化學肥料和牲畜糞便經(jīng)雨水沖刷和滲透，最終進入水體[9]。

對于水體富營養(yǎng)化的防治運用到微生物方面的則有：從源頭著手對污水進行深度處理即脫氮除磷。城市污水的二級處理主要去除的是污水中的SS和BOD物質(zhì)，但出水中的N、P含量仍然較高。如TN≥11mg/l、NH3-N≥6mg/l。脫氮的方法有化學法和生物法。生物法脫氮的主要原理是利用好氧將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，然后在缺氧的條件下進行生物反硝化將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮氣和氮氧化物，從廢水中脫出，達到脫氮的目的。除磷的方法也有化學法和生物法兩種，化學法除磷是通過化學沉淀的方式，主要投加藥劑有氧化鈣(形成磷酸鈣)、硫酸鋁、氯化鐵等，化學法除磷效90%左右；生物率可達法除磷的主要原理是細菌在靜止狀態(tài)時過量吸收磷(以多聚磷酸鹽形式儲存在細胞內(nèi))，而當細菌處于厭氧狀態(tài)時其細胞中的磷又釋放出來，如此反復(fù)從而將污水中的磷轉(zhuǎn)化到污水廠每天排放的剩余污泥中。磷的去除是借助于污泥的排放而實現(xiàn)的[10]。

另可使用化學殺藻劑：硫酸銅、硫酸汞等。

還可使用生物殺藻劑：細菌、真菌、病毒等[11]。

總結(jié)：“流水不腐，戶樞不蠹?！鼻f年來水正是由于它所具有的自凈作用而長保其純凈本色。可是工業(yè)革命至今不過短短百十年，全世界幾乎所有的水都遭到了污染，有的只是污染程度上的差別而已，甚至連南極的冰川之中最近也被查出有農(nóng)藥DDT的殘留，這自然是我們?nèi)祟愃荒芡泼摳上档挠忠恢诃h(huán)境的“功勞”了?，F(xiàn)有的水體依靠其本身的微生物資源的自凈速率已遠遠趕不上水體正在遭受污染的速度了，我們作為環(huán)境工程系在讀的本科生，有沒有想過利用新添加的微生物來加速水體自凈呢？正如土壤的生物修復(fù)那樣，利用人為投加的目的菌株亦或是用特異構(gòu)建的降解功能菌來改善。也許在前人的努力下，這早已不再僅是停留在了理論之上，但是怎樣來尋找到更低能耗的材料卻更高效地去實現(xiàn)水體自凈的目的卻是我們應(yīng)當為之思考，為之努力，為之奮斗的方向。

參考文獻：

[1]周群英,高廷耀編著,環(huán)境工程微生物學,高等教育出版社,北京,1988

[2]顧夏聲,李獻文,竺建榮編,水處理微生物學,中國建筑工業(yè)出版社,北京,1988

[3]潘偉明,微生物在水體自凈中的作用,食品伙伴網(wǎng),

http://www.foodmate.net/lesson/hjwshw/w7-1.ppt；

[4]徐亞同編著,廢水中氮磷的處理,華東師范大學出版社,上海,1996

[5]王家玲編著,環(huán)境微生物學,高等教育出版社,北京,1988

[6]周群英,高廷耀編著,環(huán)境工程微生物學(第二版), 高等教育出版社,北京,2000

[7]佚名,“赤潮”與水體富營養(yǎng)化,我愛化學網(wǎng),

http://www.52hx.net/article/Article_Print.asp?ArticleID=158；

[8]金嵐,水體富營養(yǎng)化的機理,中國水網(wǎng)，

http://www.chinawater.net/center/bbs_view.asp?kind=19&id=73556；

[9]金相燦,劉鴻亮主編,中國湖泊富營養(yǎng)化,高等教育出版社,北京,1988；

[10]劉延華,馮生華,用先進的除磷脫氮技術(shù)治理富營養(yǎng)化,中國知網(wǎng),

http://202.121.62.140/kns50/scdbsearch/scdetail.aspx?QueryID=12&CurRec=3

[11]佚名,水體富營養(yǎng)化,環(huán)境教育網(wǎng)，

http://courseware.ecnudec.com/zsb/zdl/hjwsw/6/2.doc。