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關(guān)鍵詞:分子生物技術(shù);微生物領(lǐng)域;環(huán)境
微生物技術(shù)是在多種學(xué)科上面相互緊密交叉的一門應(yīng)用學(xué)科,對(duì)環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)方面的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。本文主要介紹目前常用的分子生物技術(shù),分析分子生物技術(shù)在水、土壤、惡臭等方面的應(yīng)用,明確分子生物技術(shù)在環(huán)境工程微生物修復(fù)治理工作中的重要性,為在下一步的分子生物技術(shù)的研究提供一個(gè)良好的契機(jī),也為在環(huán)境工程的工作取得良好的效果而做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。
1與環(huán)境工程相關(guān)的分子微生物技術(shù)
1.1PCR核酸技術(shù)
PCR是一種利用脫氧核糖核酸半保留復(fù)制的原理,在體外擴(kuò)增位于兩段已知序列之間的DNA區(qū)段,從而得到大量復(fù)制的生物技術(shù),其應(yīng)用在整個(gè)行業(yè)中最為廣泛。PCR技術(shù)主要分為以下三種:PCR-SSCP技術(shù)、PCR-DGGE技術(shù)以及PCR-RFLP技術(shù)。(1)PCR-SSCP技術(shù)主要通過利用銀染法以及熒光的檢測(cè)技術(shù)等,對(duì)SSCP凝膠DNA譜帶進(jìn)行詳細(xì)的分析,應(yīng)用這種技術(shù)進(jìn)行分析,能夠簡(jiǎn)化測(cè)試的試驗(yàn)步驟,比較方便且精準(zhǔn);(2)PCR-DGGE技術(shù)是按照一定順序檢測(cè)生命物質(zhì)堿基,獲得變性試劑解鏈不同的內(nèi)容物質(zhì)反映,對(duì)樣本進(jìn)行檢測(cè),從而達(dá)到研究目的;(3)PCR-RFLP技術(shù)主要是利用限制性核酸內(nèi)切酶的特性進(jìn)行樣本分析,在基因組上尋找多態(tài)性位點(diǎn),從而揭示個(gè)體或群體間遺傳變異或評(píng)估種間親緣性關(guān)系的一種分子標(biāo)記技術(shù)。
1.2熒光原位雜交技術(shù)
熒光原位雜交技術(shù)是目前單個(gè)細(xì)胞水平上分析微生物群落結(jié)構(gòu)的常用分子生態(tài)學(xué)方法,根據(jù)目前已公布的、定位在不同分類等級(jí)的rDNA分子的特定位置,設(shè)計(jì)以rDNA為靶點(diǎn)的寡核苷酸探針,然后用熒光標(biāo)記探針,用于原位鑒定單個(gè)細(xì)胞.目前可利用此方法,使用一整套特異的寡核苷酸探針可進(jìn)行單個(gè)細(xì)胞的快速分類。
1.3基因重組技術(shù)此技術(shù)
是利用DNA體外擴(kuò)增或重組技術(shù)把需要的基因或DN段從供體生物基因組中抽取分離,或通過人工合成的方法獲取基因,并經(jīng)過一系列的切割、加工、修飾、連接反應(yīng)產(chǎn)生重組的DNA分子,再將其導(dǎo)入適合的受體細(xì)胞,從而獲得基因表達(dá)的過程。
2分子生物技術(shù)的應(yīng)用
工業(yè)的高速發(fā)展極大地促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。然而,工業(yè)污染已對(duì)我們正常的生活環(huán)境及個(gè)人健康造成了不可忽視的影響。分子生物技術(shù)應(yīng)用對(duì)環(huán)境污染的修復(fù)和治理成為現(xiàn)今行業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)。
2.1水處理中的應(yīng)用
微生物絮凝劑是由微生物菌體內(nèi)外分泌的生物大分子,并帶有電荷。相關(guān)的研究表明,微生物絮凝劑對(duì)生活污水及工業(yè)廢水的COD及SS的去除率可分別達(dá)到68%和91%。相比鐵鹽、鋁鹽等化學(xué)藥劑,微生物絮凝劑對(duì)活性污泥所產(chǎn)生的絮凝作用更高效,其產(chǎn)生的沉淀也更易過濾,且絮凝后的殘?jiān)缮锝到?,不?huì)造成二次污染。由此可見,微生物絮凝劑具有高效、無毒的優(yōu)點(diǎn)。
2.2土壤修復(fù)中的應(yīng)用
由于土壤生物修復(fù)技術(shù)具有環(huán)境友好、成本低、可原位處理等優(yōu)點(diǎn),因此成為了目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。有益微生物可通過自身代謝分解土壤中的有機(jī)污染,其分泌的有機(jī)酸、鐵載體等物質(zhì)能使重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的螯合態(tài)。此外,根際微生物還能協(xié)助植物生長(zhǎng),促進(jìn)超富集植物對(duì)土壤的修復(fù)效果。通過分子生物技術(shù)篩選具有高效代謝能力的菌種,并觀察分析微生物在修復(fù)過程中的群落動(dòng)態(tài)變化,可進(jìn)一步了解土壤生物修復(fù)的機(jī)理,建立土壤功能微生物資料庫(kù),促進(jìn)土壤生物技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)化。
2.3臭氣處理中的應(yīng)用
微生物的代謝作用可把臭氣分解成硫酸鹽、CO2、H2O等無害無味物質(zhì),特別適用于堆肥廠、污水處理廠、垃圾填埋場(chǎng)等環(huán)境衛(wèi)生處理設(shè)施的臭氣治理。目前常用的生物除臭工藝包括過濾除臭、滴濾除臭、曝氣式除臭以及洗滌式除臭。分子生物技術(shù)已廣泛用于分析臭氣處理設(shè)備中微生物代謝功能及群落的變化。通過擴(kuò)增除臭細(xì)菌某基因的可變區(qū),并結(jié)合相關(guān)的分子生物技術(shù),觀察除臭生物裝置中的微生物的多樣性、豐度及代謝功能在不同pH、碳源或其他制約條件下的變化,可篩選出最有利的菌種。因此,分子生物技術(shù)的應(yīng)用對(duì)臭氣治理具有非常重要的意義。
2.4對(duì)石油降解方面進(jìn)行分析研究
石油的成分復(fù)雜,包括一些對(duì)微生物有毒害的物質(zhì)。因此,如何鑒定、篩選、培養(yǎng)具有高效降解能力的菌種成為石油污染物生物處理技術(shù)的關(guān)鍵。為了更好的解決石油的污染問題,需要相關(guān)研究人員在分子生物與石油污染進(jìn)行深入細(xì)致的研究,并積極尋找有效可行的治理方法。分子生物技術(shù)在環(huán)境工程方面,主要具有環(huán)境治理效果好、無副作用、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。由于分子生物技術(shù)的眾多好處,得到了各方面的廣泛認(rèn)可,使得這項(xiàng)技術(shù)在我們行業(yè)的發(fā)展上起到了重要的作用。
3結(jié)語
我國(guó)現(xiàn)今所面臨的難題是,如何降低對(duì)環(huán)境的污染,如何能夠進(jìn)一步改善我們現(xiàn)在的生活環(huán)境。環(huán)境工程生物修復(fù)技術(shù)作為目前行業(yè)的熱點(diǎn),而分子生物技術(shù)儼然已成為環(huán)境工程微生物不可或缺的研究手段,這同時(shí)也在另一個(gè)層面讓我們充分的認(rèn)識(shí)、理解到分子生物技術(shù)在環(huán)境工程中的重要性。分子生物技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用是我們?cè)诃h(huán)境保護(hù)中的前沿陣地,我們?cè)诓粩嗟姆肿由镅芯恐羞M(jìn)行發(fā)掘和創(chuàng)新,為我們的環(huán)境工程事業(yè)做好有力的技術(shù)支持,同時(shí)也為我國(guó)在環(huán)境保護(hù)方面做出重要的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:食品安全 微生物 檢測(cè) 分子生物學(xué) 免疫學(xué)
一、前言
隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)食品檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求,傳統(tǒng)分析方法難以滿足當(dāng)前食品檢測(cè)的需要,靈敏度高、特異性強(qiáng)、簡(jiǎn)便快捷的生物技術(shù)逐漸在食品檢測(cè)行業(yè)發(fā)展起來。目前,國(guó)內(nèi)的食品安全問題的產(chǎn)生既有政府監(jiān)管不嚴(yán)、制度體系不完全的原因,也有食品檢測(cè)技術(shù)不夠科學(xué)先進(jìn)的原因。食品安全問題是由于食品中含有毒、有害物質(zhì),對(duì)人體健康產(chǎn)生危害而造成的公共衛(wèi)生問題。
二、生物技術(shù)分析
生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有幾百年的歷史,從最初的面包、醬油生產(chǎn),如今已延伸到食品領(lǐng)域的各個(gè)方面,得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和不斷的完善?,F(xiàn)代生物技術(shù)是建立在細(xì)胞生物學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)之上的高科技技術(shù),包括細(xì)胞工程、酶工程、基因工程、發(fā)酵工程等諸多類型的技術(shù)。生物技術(shù)是利用生物有機(jī)體及其組成部分,或是利用其組織、細(xì)胞、酶來進(jìn)行合成、轉(zhuǎn)化、降解,從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品等目的的技術(shù)。細(xì)胞工程是以動(dòng)物、植物細(xì)胞及細(xì)胞融合技術(shù)為基礎(chǔ)的一類生物技術(shù),主要用于食品生產(chǎn);酶工程是通過特定細(xì)胞酶來控制食品生產(chǎn)過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化;基因工程是通過重組基因來改造食品生物特性,起到生產(chǎn)特殊產(chǎn)品的作用;食品發(fā)酵技術(shù)如今已發(fā)展為發(fā)酵工程學(xué),用于預(yù)定食品及成分的生產(chǎn)。
三、分子生物學(xué)的應(yīng)用
1.基因芯片技術(shù)
基因芯片,即DNA微探針陣列(Microarray),是生物芯片的一種?;蛐酒夹g(shù)是在分子生物學(xué)與微電子技術(shù)等發(fā)展基礎(chǔ)上,將標(biāo)記了的基因探針與芯片上寡核苷酸點(diǎn)雜交后,用激光共聚焦熒光檢測(cè)系統(tǒng)等對(duì)芯片進(jìn)行掃描,來確定是否存在一些特異的微生物。理論上講,基因芯片技術(shù)可以在一次實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)出所有潛在的致病原,也可以在同一張芯片上檢測(cè)出某一致病原的各種遺傳學(xué)指標(biāo)?;蛐酒跀?shù)據(jù)處理和信息提取過程中,需要對(duì)圖象中雜交樣點(diǎn)進(jìn)行精確定位,因?yàn)闃狱c(diǎn)自動(dòng)識(shí)別的結(jié)果將會(huì)對(duì)芯片檢測(cè)結(jié)果的精度和準(zhǔn)確性產(chǎn)生很大影響。
2.基因探針技術(shù)應(yīng)用
基因探針技術(shù)依據(jù)2條堿基互補(bǔ)的DNA鏈在適當(dāng)條件下互補(bǔ)形成穩(wěn)定的DNA、RNA或DNA—DNA鏈的原理,通過DNA探針與待檢樣品之間是否形成雜交分子,從而判定樣品中是否存在某種微生物。從二十世紀(jì)90年代中期誕生開始,美國(guó)和法國(guó)等很多國(guó)家已普遍運(yùn)用。最近設(shè)計(jì)的DNA指紋圖譜自動(dòng)分析系統(tǒng),由于引入了化學(xué)發(fā)光標(biāo)志物,將會(huì)更好地對(duì)得到的圖譜與核酸堿基進(jìn)行比較,最終得到對(duì)微生物的鑒定。
四、免疫學(xué)技術(shù)的應(yīng)用
1.免疫熒光技術(shù)
免疫熒光技術(shù)就是先通過抗原和抗體的特異性結(jié)合反應(yīng),然后在熒光顯微鏡下來鑒別細(xì)菌的一種技術(shù)。具體操作方法是:首先把受檢標(biāo)本(測(cè)定其中的抗體或抗原)和酶標(biāo)抗原或抗體按不同的步驟與固相載體表面的抗原或抗體起反應(yīng),然后用洗滌的方法使固相載體上形成的抗原抗體復(fù)合物與其他物質(zhì)分開,最后結(jié)合在固相載體上的酶量與標(biāo)本中受檢物質(zhì)的量成一定的比例。加入酶反應(yīng)的底物后,底物被酶催化變?yōu)橛猩a(chǎn)物,產(chǎn)物的量與標(biāo)本中受檢物質(zhì)的量直接相關(guān),故可根據(jù)顏色反應(yīng)的深淺給受檢物質(zhì)做定性或定量分析。
2.酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)
酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)其實(shí)是免疫熒光技術(shù)和放射免疫技術(shù)的結(jié)合,其原理是將抗原或抗體吸附于固相載體,在載體上進(jìn)行免疫酶染色,底物顯色后,通過定性或定量分析有色產(chǎn)物量,從而確定樣品中待測(cè)物質(zhì)含量。目前的分類方法眾多。主要技術(shù)類型有雙抗體夾心法、間接法、捕獲法、競(jìng)爭(zhēng)法。這種技術(shù)具有可定量、反應(yīng)靈敏準(zhǔn)確、標(biāo)記物穩(wěn)定、適用范圍寬、結(jié)果判斷客觀、簡(jiǎn)便完全、檢測(cè)速度快以及費(fèi)用低等特點(diǎn),且同時(shí)可進(jìn)行上千份樣品的分析。
五、代謝學(xué)
1.阻抗法
阻抗法的原理為:微生物在生長(zhǎng)繁殖過程中,會(huì)使培養(yǎng)基中的電惰性底物代謝成活性底物,從而增加培養(yǎng)基中的電導(dǎo)性,使培養(yǎng)物中的阻抗降低;通過檢測(cè)培養(yǎng)基的電阻抗的變化情況,從而對(duì)檢測(cè)的細(xì)菌做鑒定。阻抗法具有高敏感性、特異性、快反應(yīng)性和高度重復(fù)性,非常適于臨床樣本細(xì)菌檢測(cè)、食品質(zhì)量與病原體檢測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)中的微生物過程控制及環(huán)境衛(wèi)生細(xì)菌學(xué)研究。
2.放射法
放射測(cè)量法(radiometry,RM)是多種物理、化學(xué)診斷新技術(shù)。其原理是根據(jù)細(xì)菌在生長(zhǎng)繁殖過程中可利用培養(yǎng)基中的“C”標(biāo)記的碳水化合物或鹽類的底物,代謝產(chǎn)生CO,然后通過儀器測(cè)量CO的含量增加與否,來確定樣品中有無細(xì)菌存在。這一方法具有快速、準(zhǔn)確度高和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。適合大批量樣品的細(xì)菌數(shù)檢驗(yàn),以及各類物品的無菌監(jiān)測(cè)。
六、PCR
該技術(shù)即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng),也稱無細(xì)胞克隆系統(tǒng),是1985年誕生的一項(xiàng)DNA體外擴(kuò)增技術(shù)。通過擴(kuò)增某些難以培養(yǎng)的微生物相應(yīng)的DN段,檢測(cè)擴(kuò)增產(chǎn)物含量,從而快速地對(duì)食品中致病菌進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)時(shí),首先在高溫下(95℃)使得蛋白質(zhì)變性,DNA雙鏈變成單鏈;再迅速降溫(55℃),每條DNA單鏈退火,這就是所謂的熱循環(huán)。之后溫度重新上升到95℃,開始新的循環(huán)。經(jīng)一套擴(kuò)增循環(huán)(21到31次)將1個(gè)單分子DNA擴(kuò)增到107分子。整個(gè)過程可以在1h內(nèi)通過自動(dòng)熱量循環(huán)器完成。這種測(cè)定方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)定結(jié)果迅速、靈敏度和特異性高、檢測(cè)成本低;但其存在的最大問題在于PCR產(chǎn)品的污染。
七、“干片”法
它主要是利用無毒的高分子材料為培養(yǎng)基載體,能快速、定性和定量檢測(cè)試紙和膠片的食品微生物。這種方法已經(jīng)達(dá)到作為定量常規(guī)法的水平。對(duì)有些項(xiàng)目的測(cè)定,幾乎可與標(biāo)準(zhǔn)方法相媲美。由于準(zhǔn)確度和精確度高,這種方法對(duì)于測(cè)定少量樣品,既不需要配制試劑,操作又簡(jiǎn)便快速,而且易于消毒保存,便于運(yùn)輸,攜帶方便,價(jià)格低廉,可隨時(shí)進(jìn)行;加之除“干片”外無其他任何廢液廢物,大大減少或消除對(duì)環(huán)境的污染,所以在實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和野外環(huán)境,防疫工作人員隨時(shí)都可以取樣檢查,大大減輕了勞動(dòng)的強(qiáng)度,提高了檢驗(yàn)的質(zhì)量。
八、恒溫?cái)U(kuò)增技術(shù)
隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,基于核酸(DNA或RNA)檢測(cè)的診斷方法(如各種PCR、Southern雜交和Northern雜交)已大量建立并獲得廣泛應(yīng)用。這給臨床診斷提供了快速、靈敏和準(zhǔn)確的方法。雖然這些方法在臨床實(shí)踐中也遇到一些問題,如假陽性與假陰性問題,但基因診斷具有一些特殊優(yōu)點(diǎn),如:需樣量少、快速靈敏和準(zhǔn)確、應(yīng)用范圍廣泛;因此,眾多學(xué)者不斷改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)探索新方法。
九、生物芯片技術(shù)
生物芯片是將大量生物識(shí)別分子按預(yù)先設(shè)置的排列固定于一種載體(如硅片、玻片及高聚物載體等)表面,利用生物分子的特意性親和反應(yīng),如核酸雜交反應(yīng),抗原抗體反應(yīng)等來分析各種生物分子的存在及其量的一種技術(shù)?;蛐酒淖畲髢?yōu)點(diǎn)在于其高通量。傳統(tǒng)方法檢測(cè)眾多基因要經(jīng)歷多次實(shí)驗(yàn)而且自動(dòng)化程度低,因而每次實(shí)驗(yàn)之間是存在系統(tǒng)誤差的?;蛐酒梢钥朔@個(gè)缺點(diǎn),眾多基因的探針的標(biāo)記、雜交等過程是在一次實(shí)驗(yàn)過程中完成的,而且自動(dòng)化程度高,數(shù)據(jù)客觀可靠?;蛐酒娜秉c(diǎn)在于其不能對(duì)待檢測(cè)基因在多細(xì)胞類型組織中的精確定位進(jìn)行判斷。另外很多蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)其功能主要不是依賴其是否表達(dá)或表達(dá)量的高低,而是依賴蛋白質(zhì)磷酸化-去磷酸化等方式。在這種情況下,用核酸類生物芯片就沒有什么意義了,正在研究開發(fā)中的蛋白類芯片可能會(huì)有所作為的。
關(guān)鍵詞:污水生物處理技術(shù);活性污泥法;生物膜法;固定化微生物技術(shù)
中圖分類號(hào):C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
一污水現(xiàn)狀
1.1我國(guó)水污染的現(xiàn)狀
隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化速度的加快, 城市生活污水的比例高達(dá)70%以上。人們?nèi)粘I町a(chǎn)生的污水主要含一些無毒有機(jī)物, 如糖類、淀粉、油脂、蛋白質(zhì)和尿素等,其中含氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)元素較高。在一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi),這些污染物質(zhì)大量排入天然水體并超過水體的自凈能力,導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。進(jìn)入水體的各種有機(jī)物使需氧菌大量繁殖,消耗溶解氧;也使得藻類及其他水生植物異常繁殖,引起水體透明度降低,溶解氧減少直至為零。此時(shí),需氧菌死亡,厭氧菌大量繁殖繼而分解,產(chǎn)生硫化氫、硫酸等物質(zhì),使水質(zhì)惡化、水體的功能退化、生態(tài)結(jié)構(gòu)破壞,這將會(huì)對(duì)我們所生存的環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的、無法估計(jì)的影響。所以,加強(qiáng)城市污水處理,對(duì)于保障城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義[2]。
1.2城市污水的來源
城市污水主要來源于城市居民生活中產(chǎn)生的污水、各工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水以及城市降水和部分受污染的地表水這三方面。生活污水含有較高的有機(jī)物,如淀粉、蛋白質(zhì)、油脂、氮、磷等無機(jī)物以及含病原微生物和較多的懸浮物。各工業(yè)企業(yè)在制造過程中產(chǎn)生的廢水排放量較大,污染含量高,較難進(jìn)行處理,對(duì)環(huán)境危害大。城市降水和受污染的地表水在城市污水中還沒有占到很大的比例,針對(duì)具體污水水質(zhì)選擇是否需要與其他污水混和稀釋后處理。
二微生物處理污水的機(jī)理及凈水方式
2.1微生物處理污水的機(jī)理
污水生物處理是除物理化學(xué)法外的另一類水處理方法,它利用微生物生命活動(dòng)過程對(duì)污水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化作用,使污水得帶凈化的處理方法。微生物處理污水的機(jī)理:利用微生物處理污水是以光合菌群和酵母菌群為主導(dǎo),協(xié)同其它有益微生物共同作用,產(chǎn)生抗氧化物質(zhì),通過氧化還原發(fā)酵等途徑分解氧化有機(jī)物,把有害有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害無毒物質(zhì)。
2.2微生物凈化水質(zhì)的方式
微生物用于污水處理一般主要對(duì)污水有害化合物中的有機(jī)物質(zhì)起降解,轉(zhuǎn)化的作用。其凈水方式有:
1、降解作用:細(xì)菌、真菌和藻類都可以降解有機(jī)污染物。如好氧革蘭氏陰性桿菌和球菌可以降解石油烴、有機(jī)磷農(nóng)藥、甲草胺、氯苯等;霉菌可以降解石油烴、敵百蟲、撲草凈等;藻類可以降解多種酚類化合物。例如,1989年,美國(guó)阿拉斯加州最早大規(guī)模應(yīng)用微生物降解油輪擱淺后泄漏的3.8t原油,在投入特殊的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽后,促進(jìn)了當(dāng)?shù)厥徒到饩纳L(zhǎng)和繁殖,加速了油污的分解。
2、共代謝:微生物的共代謝是指微生物能夠分解有機(jī)物基質(zhì),但是卻不能利用這種基質(zhì)作為能源和組成元素的現(xiàn)象。這類微生物有假單胞菌屬、不動(dòng)桿菌屬、諾卡式菌屬、芽孢桿菌屬等。
3、去毒作用: 微生物通過轉(zhuǎn)化、降解、礦化、聚合等反應(yīng),改變污染物的分子結(jié)構(gòu),從而降低或去除其毒性。如有機(jī)磷農(nóng)藥馬拉硫磷可以在微生物的水解作用下,被分解為含有一酸或二酸的物質(zhì)但是,微生物的作用是復(fù)雜的,有些微生物在凈化作用的同時(shí),也有毒化作用。這類微生物可以使無毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有毒物質(zhì),從而產(chǎn)生新的污染。如三氯乙烯能夠在微生物作用下轉(zhuǎn)化為氯乙烯,這是強(qiáng)致癌物質(zhì)。
三微生物處理污水的方法
目前,污水的微生物處理主要有活性泥法,生物膜法,厭氧處理法,氧化塘法、固定化微生物技術(shù)處理污水等,其中最主要的和應(yīng)用最廣泛的是固定化微生物技術(shù)處理污水。
3.1活性泥法
是一種應(yīng)用最廣、工藝比較成熟的廢水生物處理技術(shù)。其處理裝置是由曝氣池和沉淀池兩個(gè)部分組成。曝氣池高度充氣,污水在其中和活性泥不斷混合,水中的有機(jī)質(zhì)被污泥吸附,部分被氧化分解,部分隨污泥進(jìn)入沉淀池。沉淀污泥部分回流再生,部分為剩余污泥被排除。
3.2生物膜法
生物膜法是利用生物濾池處理污水,最初是從酒滴池開始的,并不斷得到改進(jìn),出現(xiàn)了塔式濾池,生物轉(zhuǎn)盤,浸沒法濾池等多種形式,其處理原理基本相同,都是依靠著生于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化有機(jī)物的,因此,又稱生物過濾法。處理過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移:空氣中的氧廢水生物膜此法比活性污泥法產(chǎn)生的剩余污泥少。
3.3厭氧處理法
厭氧處理法是在無氧條件下由兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機(jī)污染物的處理方法。通常用于不溶性有機(jī)物質(zhì),如纖維素含量高的污水,或高濃度的工業(yè)廢水,也經(jīng)常用于處理剩余污泥。厭氧生物處理一般分為四個(gè)階段: 水解,發(fā)酵,產(chǎn)乙酸,產(chǎn)甲烷。這些無機(jī)物質(zhì)主要是大量的生物氣體即沼氣。沼氣的主要成分是CH4和CO2。
3.4氧化塘法
又稱生物塘法或穩(wěn)定塘法,是利用一個(gè)天然的或人工修整的池塘,由于污水在塘內(nèi)
停留的時(shí)間較長(zhǎng),通過水中的微生物代謝活動(dòng)可以將有機(jī)物降解。在氧化塘中,廢水中的有機(jī)物主要是通過有機(jī)菌藻共生作用去除的。氧化塘中同時(shí)可以進(jìn)行好氧和厭氧性分解作用和光合作用,三種作用互相影響[3]。
3.5固定化微生物技術(shù)
3.5.1固定化微生物技術(shù)的介紹
固定化微生物技術(shù)是將微生物固定在載體上使其高度密集并保持其生物功能,在適宜的條件下增殖并滿足應(yīng)用之需的一種新的生物技術(shù)。這種技術(shù)應(yīng)用于污水處理有利于提高生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度,利于反應(yīng)后的固液分離,縮短處理的時(shí)間。固定化微生物方法多種多樣,但主要有結(jié)合固定化,交聯(lián)固定化,包埋固定化和系指微生物吸附在載體表面而固定化的方法[4]。
交聯(lián)固定化是利用兩個(gè)或兩個(gè)以上的功能基團(tuán),使微生物菌體相互連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),即使功能基團(tuán)直接與微生物細(xì)胞表面的反應(yīng)基團(tuán)如氨基、輕基等交聯(lián),形成共價(jià)鍵而達(dá)到固定微生物的目的。由于形成共價(jià)建過程中,往往會(huì)對(duì)微生物細(xì)胞活性造成極大的影響,而且適用于此類固定化交聯(lián)劑大多昂貴,因此此法在應(yīng)用上受一定的限制。包埋固定化方法是使微生物包埋在半透性的聚合物或膜內(nèi),或使微生物細(xì)胞擴(kuò)散進(jìn)人多孔性的載體內(nèi)部,這種固定化方法具有操作簡(jiǎn)單,能保持多酶系統(tǒng),且對(duì)微生物細(xì)胞活性影響較少,是目前制備固定化微生物最常用、研究最廣的方法。固定化材料常有聚乙烯醇(PVA),聚丙烯酞胺(ACAM),聚乙烯乙二醇(PEG)、瓊脂、光硬化樹脂,海藻酸鈣、角叉萊膠等。除此之外,還有依靠微生物自身的絮凝作用而形成的固定化微生物,此法固定化需時(shí)長(zhǎng),受環(huán)境因子影響大。如升流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器中顆粒污泥的形成即屬于微生物的自身固定化過程。
3.5.2固定化微生物技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
與普通懸浮生物處理法相比,固定化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:能在生物處理裝置內(nèi)維持高濃度的生物量,提高處理負(fù)荷、減少處理裝置容積;污泥產(chǎn)量少;可選擇性地固定優(yōu)勢(shì)菌種,提高難降解有機(jī)物的降解效率;抗毒物毒性強(qiáng);對(duì)水質(zhì)及pH的變化有較好的穩(wěn)定性。這些優(yōu)點(diǎn)使固定化技術(shù)在廢水處理中受到重視,特別是在難降解和有毒廢水處理中表現(xiàn)出更大的潛力。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)固定化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。根據(jù)所固定微生物的種類的不同,固定化方法也有所不同。常用的方法主要有3種:載體結(jié)合法、包埋法和交聯(lián)法。其中載體結(jié)合法中的物理吸附法和包埋法是目前研究最廣泛的方法上述各種微生物處理技術(shù),由于污水中的污染物質(zhì)是多種多樣的,在某些方面都存在一定的不足,所以一般一種污水的處理需要聯(lián)合使用幾種方法。四微生物技術(shù)處理污水的研究熱點(diǎn)和特點(diǎn)
4.1微生物處理污水的研究熱點(diǎn)
極端微生物是指那些在一般生物不能生存的條件下(如高酸、高堿、高溫、低溫、高壓、高鹽等)能生存的微生物。由于其特殊的生理機(jī)制,在環(huán)境保護(hù)中具有極大的應(yīng)用價(jià)值。Sandra等的研究表明,嗜熱微生物可用來對(duì)高溫排放廢水直接處理,省去了冷卻的環(huán)節(jié)和花費(fèi),并且從動(dòng)力學(xué)的角度講,提高溫度有利于提高反應(yīng)速率從而加快廢水出來的速度,縮短水力滯留時(shí)間,減少動(dòng)力消耗[5]。另有報(bào)道利用嗜堿細(xì)菌降解木質(zhì)素的研究[6]。極端微生物以其特殊的生理機(jī)制及其分泌的極端酶,正在成為研究熱點(diǎn),隨著研究的深人將進(jìn)一步推動(dòng)極端微生物在污水處理中的應(yīng)用。
4.2微生物技術(shù)處理污水的優(yōu)點(diǎn)
1、節(jié)約水資源,降低能耗和成本;
2、利用有益菌群原液比一般凈化槽處理污水,大大縮短曝氣時(shí)間,提高工效;
3、治污效果顯著,如有機(jī)氮、金屬離子、混濁度、COD(化學(xué)需氧量)、BOD(生化需氧量)等均下降至國(guó)標(biāo)以下標(biāo)準(zhǔn),而DO(溶解氧)上升,水質(zhì)得到改善;
4、處理污水中的重金屬等,消除毒害;
5、抑制病原菌,消除異味,改善空氣質(zhì)量;
6、可以清除糞尿惡臭,凈化生態(tài)環(huán)境,最大限度地減少畜禽的臭味,明顯地抑制了蚊蠅滋生。
利用微生物技術(shù)對(duì)環(huán)境治理尤其是對(duì)污水進(jìn)行處理在國(guó)內(nèi)已得到廣泛使用,但由于所用的微生物是天然微生物,處理效果不好。通過輻射誘變和化學(xué)誘變方法篩選出對(duì)污水有極高凈化能力的高效微生物,是微生物處理方法的發(fā)展方向,在我國(guó)將有很大的發(fā)展前景。
五對(duì)微生物技術(shù)的展望
固定化微生物技術(shù)在廢水處理等領(lǐng)域顯示出了較大的優(yōu)異性,引起了人們普遍的關(guān)注并對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究與應(yīng)用。它的優(yōu)勢(shì)主要是:
(1)容積小,使處理負(fù)荷大幅提高;
(2)污泥產(chǎn)量低[7];
(3)有利于優(yōu)勢(shì)菌種的固定,提高降解效率;
(4)物質(zhì)的承受能力強(qiáng);
(5)穩(wěn)定性好。
同時(shí)我們也應(yīng)該看到,要實(shí)現(xiàn)固定化微生物技術(shù)的工業(yè)化,還有許多問題需要進(jìn)一步研究解決:
(1)固定化載體的成本及使用壽命是決定其經(jīng)濟(jì)可行性的關(guān)鍵因素,因此,開發(fā)適合于固定化微生物細(xì)胞的高效生化反應(yīng)器和廉價(jià)固定化微生物載體,如何提高載體的使用壽命都有待解決[8];
(2)固定化微生物細(xì)胞球在廢水處理過程中可能對(duì)某些懸浮物質(zhì)或高分子物質(zhì)處理效果欠佳,還可能出現(xiàn)發(fā)脹上浮或堵塞粘結(jié)等現(xiàn)象,所以需對(duì)廢水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)預(yù)處理,或與其他工藝組合使用,發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)以達(dá)到最佳處理效果;
關(guān)鍵詞 生物技術(shù)專業(yè);微生物學(xué);實(shí)踐教學(xué)
中圖分類號(hào):G642.423文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1671-489X(2012)15-0115-02
2007年,教育部印發(fā)了關(guān)于實(shí)施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程(質(zhì)量工程)的通知,對(duì)高等學(xué)校的人才培養(yǎng)提出新的要求。因此,高等教育改革的質(zhì)量工程在各高校不斷深入進(jìn)行,目的是使學(xué)生具有良好的綜合素質(zhì)。當(dāng)前,生命科學(xué)以前所未有的深度和廣度迅速發(fā)展,它對(duì)生物相關(guān)專業(yè)人才提出扎實(shí)全面、復(fù)合創(chuàng)新及開拓型的培養(yǎng)要求。
微生物學(xué)是研究微生物及其生命活動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用的學(xué)科,是生物學(xué)科中理論性和實(shí)驗(yàn)性都很強(qiáng)的學(xué)科,實(shí)踐教學(xué)是不可或缺的重要教學(xué)環(huán)節(jié)[1]。隨著分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等學(xué)科的迅速發(fā)展,微生物的研究方法已成為許多生物技術(shù)領(lǐng)域的基本技術(shù)和手段,其基本理論和應(yīng)用研究在國(guó)際上一直是非?;钴S的領(lǐng)域[2]。如何通過該課程幫助學(xué)生理解和鞏固知識(shí),培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)方法及綜合分析能力,鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力,為專業(yè)奠定牢固的理論專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ),是微生物教學(xué)面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。
近年來,在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合學(xué)生特點(diǎn),以培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)為目標(biāo),筆者對(duì)微生物學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革進(jìn)行了積極的探索,下面簡(jiǎn)單介紹在生物技術(shù)專業(yè)微生物學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的一些改革工作。
1 優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容,及時(shí)引入新知識(shí)新熱點(diǎn)
微生物與生物化學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、微生物育種學(xué)等課程在內(nèi)容上相互交叉滲透,授課時(shí)間上有前有后,為避免與先修課程某些內(nèi)容重復(fù)、又為后續(xù)課程留有余地,突出本課程的特有內(nèi)容,必須對(duì)交叉內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合。作為生命科學(xué)中最活躍的分支科學(xué)之一,一批新的微生物學(xué)科正孕育和形成,如微生物基因組學(xué)、微生物蛋白質(zhì)組學(xué)、微生物代謝組學(xué)等。很多新技術(shù)、新方法如熒光PCR、生物芯片技術(shù)、生物信息學(xué)等在微生物學(xué)中廣泛應(yīng)用,完全按照微生物學(xué)教材已不能掌握更多的新知識(shí)、新理論。因此,在保證教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、完整性的前提下,向?qū)W生講授更多的有關(guān)科學(xué)前沿動(dòng)態(tài)的知識(shí),探索將課程中的經(jīng)典理論和前沿科技發(fā)展有機(jī)地融合在一起,力求讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)系統(tǒng)掌握本門課程的基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)操作技能。實(shí)踐中的具體做法是:教師通過上網(wǎng)檢索的方法,廣泛收集有關(guān)外文教材和教輔資料,從中吸取精華,同時(shí)注重吸收國(guó)內(nèi)重點(diǎn)大學(xué)在相關(guān)課程上的先進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),在講授過程中針對(duì)書上的興趣知識(shí)點(diǎn)進(jìn)一步查閱該領(lǐng)域的最新進(jìn)展,做到源于書本又高于書本。
比如在講到抗生素對(duì)細(xì)菌的作用時(shí),引出2010年在全球多個(gè)地區(qū)出現(xiàn)的新德里金屬β內(nèi)酰胺酶I型(NDM-1)超級(jí)細(xì)菌的案例,幫助學(xué)生更好地了解了抗生素在目前抗感染治療中的應(yīng)用及目前國(guó)內(nèi)外細(xì)菌對(duì)抗生素的耐藥現(xiàn)狀,部分興趣濃厚的學(xué)生在課外時(shí)間對(duì)目前國(guó)內(nèi)大型醫(yī)院的抗生素臨床使用展開探究。
2 開展課后科研,將理論教學(xué)融入實(shí)踐,培養(yǎng)學(xué)
生科研創(chuàng)新能力
微生物學(xué)是一門與生活實(shí)踐有密切聯(lián)系的應(yīng)用學(xué)科,教師在講述中要充分發(fā)揮微生物學(xué)與生活實(shí)踐有密切聯(lián)系的優(yōu)勢(shì),盡量多把生活、生產(chǎn)中一些與微生物生命活動(dòng)有聯(lián)系的有趣實(shí)例引入到課堂中,進(jìn)行剖析,用平時(shí)看得見的實(shí)例刺激學(xué)生的感官,激發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生思維。比如在給學(xué)生講緒論中微生物的廣泛性時(shí)提到“微生物無處不在,但肉眼看不見、用手摸不著”,學(xué)生理解起來較為抽象。因此,在微生物大類形態(tài)及培養(yǎng)基內(nèi)容結(jié)束之后,給學(xué)生出一道課外實(shí)驗(yàn)題,請(qǐng)學(xué)生以實(shí)驗(yàn)舉證“人類生活在微生物的海洋里”。各學(xué)生小組獨(dú)立選擇某一周圍環(huán)境,提交從該環(huán)境分離微生物的實(shí)驗(yàn)方案,根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過該課題的開展,幫助學(xué)生真正意義上理解微生物無處不在的涵義。
在理論教學(xué)結(jié)束原核微生物、真核微生物及病毒這三個(gè)章節(jié)之后,讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣,自主通過查閱文獻(xiàn)、互聯(lián)網(wǎng)或超市貨架信息等方式,用1周左右時(shí)間考慮確定開發(fā)某一個(gè)微生物相關(guān)產(chǎn)品。在選定研究課題之后,教師再向?qū)W生詳細(xì)介紹科研文獻(xiàn)的檢索方法和檢索途徑,然后小組內(nèi)部分工開展文獻(xiàn)調(diào)研、收集相關(guān)資料,并初步設(shè)計(jì)獲得既定的微生物產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)方案,同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生在小組內(nèi)和小組間展開學(xué)術(shù)交流,發(fā)表見解并互相補(bǔ)充。通過反復(fù)討論,在分析歸納的基礎(chǔ)上,通過方案的完善及修改,達(dá)成一致意見,并最終形成結(jié)論,以PPT的形式,由學(xué)生在課堂上作匯報(bào)交流。學(xué)生開展相關(guān)微生物產(chǎn)品的科研活動(dòng)期間,指導(dǎo)教師旁聽并適時(shí)加以引導(dǎo),既要防止學(xué)生討論偏離學(xué)習(xí)實(shí)際,又不能過多干預(yù)學(xué)生的思維。
在學(xué)生開展上述科研活動(dòng)的過程中,微生物實(shí)驗(yàn)室采取開放教學(xué),積極支持學(xué)生實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,這一方面可以鞏固教學(xué)內(nèi)容,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性;另一方面教師發(fā)揮引導(dǎo)作用,解疑答難,進(jìn)一步提高學(xué)生分析、綜合、研究、解決問題的能力。
3 完善考核機(jī)制,正確評(píng)估學(xué)生成績(jī)
建立一套適合實(shí)踐教學(xué)機(jī)制的考核方式,完善學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn), 正確評(píng)價(jià)學(xué)生成績(jī)。
1)取消期中考試,代之以實(shí)踐成績(jī),實(shí)踐環(huán)節(jié)成績(jī)由“人類生活在微生物的海洋里”的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)成績(jī)、微生物產(chǎn)品開發(fā)的書面報(bào)告成績(jī)及現(xiàn)場(chǎng)答辯成績(jī)?nèi)糠纸M成。實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置可以讓學(xué)生自己主動(dòng)學(xué)習(xí),查閱資料,把教學(xué)引向課堂外,培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)及主動(dòng)探究問題能力,
2)改革成績(jī)?cè)u(píng)定模式。打破長(zhǎng)期以來將期末考試作為課程主要成績(jī)的評(píng)定模式,對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行綜合評(píng)定,即由平時(shí)成績(jī)(30%)、實(shí)踐環(huán)節(jié)成績(jī)(30%)及期末考試(40%)組成。其中平時(shí)成績(jī)可以由考勤、作業(yè)和課堂表現(xiàn)三部分組成。這種成績(jī)綜合評(píng)價(jià)機(jī)制不但可促使學(xué)生重視平時(shí)學(xué)習(xí),而且有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性,有利于學(xué)生素質(zhì)和能力的全面提高。
近年來,在過去幾屆學(xué)生的微生物學(xué)課程的教學(xué)過程中,理論教學(xué)深入透徹地講解微生物學(xué)理論,實(shí)踐教學(xué)模塊突出訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)造力和動(dòng)手能力,致力于培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)。通過實(shí)踐教學(xué)的改革與研究,學(xué)生對(duì)微生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣更為濃厚了,普遍反應(yīng)從實(shí)踐教學(xué)中學(xué)到了書本上學(xué)習(xí)不到的東西。課后科研活動(dòng)的開展使學(xué)生的動(dòng)手能力得到鍛煉的同時(shí),也幫助學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備有了較為全面的認(rèn)識(shí),為大四年級(jí)的畢業(yè)論文課題研究及以后從事生物技術(shù)行業(yè)的研究工作奠定一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:微生物,環(huán)境保護(hù),治理技術(shù)
1.微生物技術(shù)治理污染水體的可行性及依據(jù)
環(huán)境中的污染物有些是作為微生物生長(zhǎng)的能源和基質(zhì),在微生物酶的作用下被礦化;有些則是在多種微生物的共同作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化,這個(gè)過程可能會(huì)產(chǎn)生中間產(chǎn)物。進(jìn)入水體的溶解性有機(jī)物,在有氧情況下被好氧微生物氧化分解,形成CO2、H02、N03-、P043-和S042-等無機(jī)物,水體得以凈化。不溶性固體有機(jī)物及死亡的生物體沉到水體底部,在底泥微生物作用下轉(zhuǎn)化成小分子的溶解性有機(jī)物進(jìn)入上層水體,也可被厭氧細(xì)菌轉(zhuǎn)化成甲烷和其他無機(jī)物。
水質(zhì)惡化的水體中污染物難以降解的主要原因是環(huán)境體系中不存在或存在少量可降解污染物的微生物。即使存在少量可降解污染物的微生物,也會(huì)由于競(jìng)爭(zhēng)和捕食作用等微生物的生態(tài)關(guān)系使其難以大量繁殖并發(fā)揮降解污染物的能力。水體的溫度、pH值、鹽度和溶解氧等外部環(huán)境條件不適的情況下也不利于微生物降解能力的發(fā)揮。加之在自然條件下微生物對(duì)水體的自凈速度是很慢的,必須采取人為的強(qiáng)化措施才能加快這一進(jìn)程。污染水體的微生物凈化技術(shù),本質(zhì)上是利用微生物的新陳代謝能力及基因的多樣性,把污染物轉(zhuǎn)化成無污染的終產(chǎn)物,重新進(jìn)入生物地球化學(xué)循環(huán)中。同時(shí),微生物的引入可以增加水中的生物多樣性,使水體的各級(jí)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定并保持平衡。
2.微生物技術(shù)的種類
微生物技術(shù)主要是利用微生物的代謝反應(yīng)過程和生物合成產(chǎn)物(包括酶)對(duì)污染環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、整治以及修復(fù)的單一或綜合性的現(xiàn)代化人工技術(shù)系統(tǒng)。它不僅包含了生物技術(shù)所有的特點(diǎn),還融合了環(huán)境污染防治以及其他工程技術(shù),目前己逐漸發(fā)展成為一種經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益俱佳的、能解決日益嚴(yán)重的(尤其是水污染)環(huán)境問題的有效手段之一。。按照微生物的來源,主要分為接種微生物技術(shù)和培養(yǎng)土著微生物技術(shù)。
2.1接種微生物技術(shù)
這種技術(shù)適用于當(dāng)水體中污染物的降解菌很少甚至沒有,在現(xiàn)場(chǎng)富集培養(yǎng)降解菌存在一定難度時(shí)的情況。它是通過向水環(huán)境中引入菌種來實(shí)現(xiàn)的。。向水環(huán)境中引入的菌種既可以從待治理水體的土著微生物中富集而得,也可以從其它環(huán)境中分離得到,甚至可以使用基因工程菌。因此,按其來源可分為土著微生物、外來微生物和基因工程菌。CBS(集中式生物系統(tǒng)),為美國(guó)CBS公司的科學(xué)家開發(fā)研制,并得到廣泛應(yīng)用。CBS系統(tǒng)是一個(gè)良性循環(huán)的微生物生態(tài)系統(tǒng)。含有多個(gè)屬、幾十種具備各種功能的微生物,主要包括光合菌、乳酸菌、放線菌,酵母菌等構(gòu)成了功能強(qiáng)大的“菌團(tuán)”。采用CBS治理重慶桃花溪河、成都府南河和重慶府川河都取得了很好的效果。例如,我們應(yīng)用土著微生物培養(yǎng)液和BBL1菌液對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化人工景觀湖水進(jìn)行凈化試驗(yàn),分別考察了曝氣、載體和底泥對(duì)凈化效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,含有生物促生劑的土著微生物培養(yǎng)液和BBLI菌劑均能降低水中的CODMn、氨氮、總磷和濁度。在有載體的狀態(tài)下,凈化作用更為顯著。底泥的存在強(qiáng)化了BBL1菌劑對(duì)氨氮的去除,去除率大于90%。又如,我們采用新型生物制劑Eclean治理北京動(dòng)物園富營(yíng)養(yǎng)化水體。試驗(yàn)結(jié)果表明,水體中的CODMn、TN、TP、濁度、葉綠素a和藻類濃度等各項(xiàng)指標(biāo)均有明顯下降,水質(zhì)明顯改善,藻類生長(zhǎng)基本得到控制。應(yīng)用優(yōu)勢(shì)菌劑處理城市湖泊水的試驗(yàn)表明,投加光合菌、硝化菌、復(fù)合菌的混合液對(duì)水中的濁度、葉綠素a有明顯的去除效果,投菌后的第8d對(duì)濁度的去除率就達(dá)到了88%。水體中存在一些有益微生物菌群(EM菌),包括光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌、芽抱桿菌、乳酸菌、枯草桿菌、放線菌和酵母菌等,對(duì)污染水體的治理是非常有效的。在使用EM菌處理南水塘藻型富營(yíng)養(yǎng)化源水的效果。在容器中按V(EM):V(源水)為1:10000的比例投加EM菌液并輔以低速間歇式曝氣處理8d-9d,藻類生物量得到明顯控制,葉綠素a、TN、TP及CODMn去除率分別達(dá)9.049%,45.25%,55.48%及8.237%,出水水質(zhì)接近國(guó)家地表VI類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。光合細(xì)菌可以通過光合作用,維持物質(zhì)循環(huán),降解廢棄有毒物,起到凈化水質(zhì)的作用。例如從豬的污水池中分離得到一株紫色非硫菌株,此菌株通過光合作用能夠使污水池中不穩(wěn)定的有機(jī)化合物減少80%一93%,能夠顯著改善垃圾池的氣味。
近年來,隨著環(huán)境微生物技術(shù)的發(fā)展,基因工程菌(GEM)在污染水體的治理方面越發(fā)顯示出優(yōu)勢(shì)。構(gòu)建高效的基因工程菌可以顯著提高污染物的降解效率。同時(shí),環(huán)境微生物尤其是細(xì)菌中的污染物降解基因、降解途徑等許多污染物降解機(jī)制的闡明為構(gòu)建具有高效降解性能的污染物降解基因工程菌提供了可能。
2.2培養(yǎng)土著微生物技術(shù)
這是一種污染水體的微生物強(qiáng)化治理技術(shù),它通過向水體中投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、無毒表面活性劑、電子受體或共代謝基質(zhì)來激活水環(huán)境中本身具有降解污染物能力的微生物(即土著微生物),充分發(fā)揮土著微生物對(duì)污染物的降解能力,從而達(dá)到水體修復(fù)的目的
2.2.1投加營(yíng)養(yǎng)物(激活劑)
生物激活劑一般是由礦物質(zhì)、有機(jī)酸、酶、維生素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)混合而成的天然復(fù)合品。例如采用生物激活劑Bio oxidator TM(Bo)和Nutra complex TM(NC)對(duì)上海植物園蘭室和牡丹園的湖水進(jìn)行治理。這兩種藥劑主要含有生物刺激劑、酶、氨基酸、腐植酸和尿素等成分。結(jié)果表明,施用生物激活劑BO和NC對(duì)水體COD、BOD、TP和濁度等均有明顯的去除效果,并可顯著提升水體溶解氧。
2.2.2投加表面活性劑
由于表面活性劑可以改變有機(jī)污染物的某些性質(zhì),增加污染物與微生物細(xì)胞接觸的幾率,從而顯著提高一些污染物的生物降解速度。近年對(duì)表面活性劑的研究有加強(qiáng)的趨勢(shì)用吸附-浮選法去除工業(yè)廢水中的Cr6+和Zn2+。。向廢水投加針鐵礦和氫氧化鐵,吸附金屬離子,然后用生物表面活性劑脂肽-105和地衣素-A作為浮選劑進(jìn)行固液分離。加入表面活性劑可以減少吸附在非水相液體表面的細(xì)菌,使其在蔥中生長(zhǎng)。
2.2.3投加共代謝基質(zhì)或電子受體
在污染水體的治理過程中,共代謝途徑對(duì)于難降解有機(jī)物的生物降解也是非常重要的。在好氧條件下,利用葡萄糖誘導(dǎo)順式1,2-二氯乙烯的生物降解,其降解效率、降解速率都明顯高于厭氧條件,說明葡萄糖誘導(dǎo)的共代謝過程發(fā)揮了決定性的作用另外,也有研究表明,腐殖酸和醒類物質(zhì)在有機(jī)物生物降解過程中,可起到電子受體的作用。在缺氧條件下,腐殖酸作為最終電子受體可作為三價(jià)鐵的鰲合劑,從而提高鐵離子的溶解度,強(qiáng)化水體底泥中苯的降解。
3.微生物技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
與物理和化學(xué)法相比,微生物技術(shù)具有一系列的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):(1)污染物的轉(zhuǎn)化過程不需要高溫、高壓,在溫和的條件下經(jīng)過酶催化即可高效并相對(duì)徹底完成。處理費(fèi)用低廉,僅為物理化學(xué)法的30%-50%。(2)微生物具有來源廣、易培養(yǎng)、繁殖快、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和易實(shí)現(xiàn)變異等特性,適當(dāng)?shù)貙?duì)其加以培養(yǎng)繁殖,特別是在一定條件下加以馴化,就能使之很好地適應(yīng)各種有毒的工業(yè)廢水、生活污水等環(huán)境。通過有針對(duì)性地對(duì)菌種進(jìn)行篩選、培養(yǎng)和馴化,可以使大多數(shù)的有機(jī)物實(shí)現(xiàn)生物降解處理,應(yīng)用面寬。(3)微生物處理不僅能去除有機(jī)物、病原體、有毒物質(zhì),還能去除臭味、提高透明度、降低色度等,處理效果良好。(4)對(duì)環(huán)境影響小,不產(chǎn)生二次污染,遺留問題少。(5)人類直接暴露在污染物下的機(jī)會(huì)減少。(6)就地處理,操作簡(jiǎn)便,可以避免鋪設(shè)不雅觀的機(jī)械設(shè)備。
4.微生物技術(shù)存在的問題
雖然微生物技術(shù)在污染水體的治理中取得了良好的應(yīng)用效果,并具有廣泛的應(yīng)用前景,但在實(shí)際應(yīng)用中還有許多問題有待解決。微生物技術(shù)一般在好氧條件下效果良好,在厭氧條件下效果往往不甚理想,如EM菌群在厭氧條件下對(duì)COD的去除不起促進(jìn)作用;在重金屬存在條件下,凈水微生物制劑對(duì)水體中COD的去除率隨著重金屬濃度的升高而逐漸減少等等。微生物技術(shù)在污水治理上的不穩(wěn)定性,一方面源于生活污水、工業(yè)廢水成分更復(fù)雜,有機(jī)質(zhì)種類及含量、微生物種群、溶氧條件、溫度等千差萬別,有毒有害物質(zhì)如重金屬離子、苯系化合物、氰化物、偶氮染料等較多,另一方面缺少理論研究和指導(dǎo),尤其是應(yīng)用生態(tài)學(xué)方面研究少。因此,研究人工投放的微生物在水體中的存活狀態(tài)、作用狀態(tài)、與土著微生物的相互作用關(guān)系等將有助于闡明微生物技術(shù)在污水治理上的應(yīng)用前景,并為進(jìn)一步的有效應(yīng)用提供指導(dǎo)。
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