微生物对水体污染的降解论文

微生物与环境保护

微生物及其产物不仅在农业生产中大显身手，在环境保护方面，微生物同样功不可灭。

现在，环境问题已成为世界上各个国家面临的一个主要的问题，环境污染直接危害着人类的生存。人们要保护环境，就要消除那些造成环境污染的因素。在这一方面，微生物又为我们立下了“汗马功劳”。人们在利用着微生物改造自然，保护环境。

不知你注意过没有，每天从树上都要掉下来许多树叶；动物，包括人类每天要排出许多粪便；从地球上有了生物到现在，每天都有大量动物、植物和人类死亡；人们每年要扔掉许多废纸、烂菜叶等东西。假如这些东西一直存在着的话，我们的地球就会被废物厚厚地包围起来，根本就不会有人类的立足之地。

大家也知道，绿色植物利用空气中的CO2合成有机物，供给人和动物食用。空气中的CO2的含量是有限的。一味使用而不补充，空气中的CO2早就被用完了；如果没有CO2，绿色植物就不能生长，人和动物就得饿死。为什么这些可怕的现象都没有发生呢？那是因为有了微生物，这个我们一时一刻都离不了的好朋友。

地球上的树叶、动植物的尸体，我们扔掉的许多垃圾，都经过微生物的作用，被它们分解。它们将这些东西中的水送入空中或地下，将这些物质里的碳元素以CO2的形式还原给空气，使空气中的CO2保持恒定。也是它们将这些物品中的其他元素，如氮、硫、磷等都送回土壤中，成为植物的肥料，或送入大气中，以弥补大气中损失掉的这些元素。所以可以这样说没有微生物就没有我们自己。

农业上经常使用化学农药，而土壤中的农药会逐渐积累，天长日久就会随地下水流入江河，污染水源，影响水里的动物和人类的健康。而微生物就能够使土壤中残留的农药分解变成无毒的物质。

我们每天都离不开水，现在缺水已经成为制约城市发展的主要因素。尽管如此，仍然有许多水源被污染。污染水的来源主要是工业污水和我们的日常生活污水。这些污水流入江、河、湖、海，使水源不能使用。同时还破坏了水生生物，破坏了水产资源。为了保护环境，保护资源，保护人畜，污水在排入江、河、湖、海之前需要进行净化处理。而微生物在这一方面又起到了人类无法替代的作用。有些微生物具有独特的本领，它们专门吃有毒的物质，最后把这些有毒的物质变成无毒的物质，使污水变成干净的水。同时人类还可以回收一些重要的物资，像一些贵重的金属如金、银、钴、镍、铀等。微生物把这些东西吃到自己的身体里，人们再通过一些办法从它们的身体里把这些金属取出来重新利用。另外细菌体还可以作为饲料或肥料来加以利用。

人类的活动，特别是近代所谓的工业文明给地球生态系统带来了严重的环境污染。人们往往只知道一味地去追求财富，掠夺资源，不惜以牺牲环境作为代价去满足那无穷的物欲，其结果是环境日益恶化，终于到了危及人类自身生存的地步，这时才惊呼：大气层的臭氧层开洞了！全球气温在变暖！地球上生物物种在急剧消失！全球沙漠化日益严重！水资源在日见匮乏！……警钟长鸣，人类震惊了！环境污染真的到了如此严重的地步了？的确，我们生存的环境已到了非治理不可的地步了。科学家估计，人类创造的财富将不抵环境治理所需的开销，而且，有些生态的破坏已不可复原，人类在征服自然方面显然是打了一个败仗，人类的发展同环境的保护应该是统一的，这应该是全人类的共识。然而，很遗憾，许多人根本没有意识到这一点。人类老是在先污染后治理的这样一个怪圈中反复着。

环境污染，生态遭破坏由来已久，可以说自有人类的活动开始，就有环境污染和生态破坏的问题了，只是到了近代资本主义发展而带来掠夺式的资源开发，才使得环境恶化日趋严重，环境问题才逐渐摆到人们的面前。

污染事件带来的危害让人记忆犹新。

20世纪40年代初期，美国洛杉矶市由于250多万辆汽车大量排放尾气，尾气在日光作用下形成以臭氧为主的光化学烟雾，致使成千上万人出现胸闷、头痛、呼吸困难，许多人死去。这就是著名的洛杉矶光化学烟雾事件。1952年12月，英国伦敦上空烟雾迷漫，4000多人在烟雾中患心脏病和呼吸道炎而死亡。这就是伦敦烟雾事件。

1953年，日本熊本县水俣市，因一甲酸厂排放甲基汞等有毒物质，这些物质在鱼类中富集，结果人吃鱼而中毒。到1979年为止，日本水俣市发生水俣病2000多人，死400多人，造成水俣病事件。

1968年3月，日本九州、爱知县一带，人、禽食用污染有多氯联苯的米糠油而使13000人中毒，90万只鸡死亡而发生米糠油事件。

1986年4月28日，前苏联切尔诺贝利核电站发生爆炸，20公里之外的人能听到爆炸声，火光冲天，当场造成几百名工人和消防人员死亡。爆炸之后，带有放射性的铯的烟尘随风飘散而波及到附近的瑞典、丹麦、芬兰、挪威以及亚洲和北美的一些地方，结果使424300的原苏联人和526700的欧洲、亚洲和北美人生活在核辐射中而随时有患癌症死亡的威胁。由于放射性的铯137半衰期有30年，要让这种物质自然衰减到安全量范围，则需要几百年时间。这就意味着，受污染严重的地区几百年里都有可怕的病魔潜伏着。

1987年，美国在印度的一家化工厂发生爆炸，有毒的氨漏泄出来，使几十万人受害。

1991年，伊拉克入侵科威特，在科南部，炸掉了许多油井和储油罐，造成原油泄漏。据估计，1991年海湾战争中漂流的原油可能有700万到1100万桶，在海湾地区形成了方圆几百公里的污染带，要完全消除这次浮油污染，需花费50亿美元，经10年时间。石油污染是严重的，因为石油在水面上形成一层油膜可以阻止溶氧的补充；而另一方面，由于石油不含氧原子，因而氧比1分子石油消耗的氧气要比其他含氧的有机物要高。据计算，每分解氧化1kg石油要耗用40万升海水中的氧，即相当于面积1m²深400m的水柱的氧量。由此可见，石油污染可造成海水严重缺氧，从而给海洋生物带来灾难。

灾难是惨痛的，灾难之后更多的是引起人们的思索。怎样去防止灾难的再次发生，如何合理有效地去开发利用有限的资源？如何在发展经济的同时保护好我们人类及地球上所有生物赖以生活的地球环境？所谓环境污染主要是人类活动所引起的环境质量下降而有害于人类及其他生物的正常生存和发展的现象。

环境污染的产生往往经历一个由量变到质变的过程，即当污染物的浓度积累到超过环境自净能力的时候，就会产生危及人类和其他生物的作用。

环境污染的本质主要是人类在活动中限于技术的原因造成资源的浪费和不合理使用，使原本在自然界中有用的资源变为废物，甚至有害物而进入到生态系统从而造成环境破坏和生态失衡。

环境污染根据其产生的原因可分为生活污染和生产污染。生产污染又可分为工业污染、农业污染和交通运输业污染等。

生活污染在工业革命之前是环境污染的主要形式。它主要是由于人口的增加及动物数量的增多，人及动物的大量的排泄物、分泌物排放到自然环境中，造成环境变化。

生产污染则在产业革命之后成为环境污染的主要形式。由于生产中产生的许多的废气、废水、废渣，工业产品进入消费后产生的生活垃圾，农业生产使用的各种化肥、农药等等，这些东西进入到环境，有些可以很快被降解，而有些却降解很慢，甚至根本不能被降解。这样，在生态系统中通过食物链的富集作用，最终危及人类。

日本的水俣病就是这样一个典型的例子，最初工厂排放的有机汞只有零点零零几个PPM，而通过植物、小鱼、大鱼的富集，最终在大鱼体内可增加到20～30PPM，当人吃了这种鱼后，即可中毒。

过去，曾在世界范围内的农业生产中使用DDT和六六六等，这些农药很难降解，一般需要8～80年才能降解，结果，通过食物链的富集也可以达到危及人类及其他生物的程度。据科学家研究发现，南极企鹅体内有残留的DDT，而南极是远离人类活动的独立大陆，其上面生活的企鹅体中有DDT，说明DDT危害是全球性的。

污染物排放到环境中，降解过程虽然有物理、化学方面的作用，但主要还是靠微生物来降解。

发酵工程的巨大威力使人们看到了彻底治理环境的曙光。

微生物治理环境这件事，可说是源远流长。多少年来，人类的生活中何曾少过废物、废水。不过，由于工业不怎么发达，城市人口也不怎么密集，这些废物、废水被伟大的自然界悄悄地消化掉了，不曾构成人类生存、发展的威胁。大自然拥有神奇的净化力量，而微生物则是净化力量的主力军。这些不起眼的小不点无声无息地战斗在环境保护的第一线，吃掉了废物、废水，把它们转化成可供动植物再次利用的无害物质，使地球保持着生态平衡。只有在进入工业社会以后，由于“三废”排放量剧增，那些自生自灭、各自为战的微生物已无法应付，回天乏力，生态平衡才被打破，人类才面临环境恶化的威胁。

最终，解决环境问题还得靠微生物，处理废物、废气、废水还得靠微生物。不过不是那些各自为战的微生物“游击队”，而是融合着人类智慧的、经过改造的微生物，是发酵工程的微生物“正规部队”。

你大概还记得1991年发生在美国西海岸的那场“油祸”吧？由于一艘满载着18万吨原油的油轮失事，几百平方海里的海面被油层罩住了。报道此事的电视新闻中有这么一个画面：一只海鸟呆呆地站在一块礁石上，由于浑身的羽毛被原油粘住，它再也飞不起来了，只能在那儿等死。遭殃的何止是海鸟，那海面上的油层不会轻易消失，它在海水和空气之间形成了隔绝层，破坏了生态平衡，这一带的海洋生物面临着死亡的威胁。过不了数天，许多死鱼泛起，密密麻麻地漂浮在海面上。如果有一点火星出现，就不定还会发生一场海上大火，轰轰烈烈地烧上数天，海洋生态的破坏就更严重了。

那场“油祸”只是一个突出的例子。从20世纪60年代以来，海面的浮油污染已经成了环境保护中最令人头疼的问题之一。浮油的来源不仅是油轮失事，还有货轮和沿岸工厂排放污油，那更是经常性的事。其结果便是整个地球的海洋表面上出现了一大片一大片的油污，久久不肯褪去。就在浮油污染日益严重，几乎使人束手无策的时候，一些聪明的学者又想起了发酵工程这一法宝。他们找到一种又一种以石油为食的微生物（那叫嗜烃菌），筛选出生命力最强的菌株，供给最充分的营养，使它们活性更强，而且大量繁殖，然后配制成一瓶一瓶的药液——浓缩的菌液。在被污染的海面上，只要洒上一定数量的药液，不出一周，80%油污即会被这些微生物吞吃掉，产品则是二氧化碳和菌体蛋白。菌体蛋白还是一些海洋生物的营养品呢！这种神奇的药液已经商品化，可以大量生产了。彻底解决海面浮油污染已经是指日可待的事情。与海面浮油污染相似的，是土壤的DDT污染。

DDT是一种高效杀虫农药，从20世纪20年代起风行于全世界，但60年代即被禁用。原因是它在使用后不会自行分解，而是积聚在土壤中。土壤中的DDT会通过农作物的根系进入农作物，然后又会进入人体积聚于人的肝脏，损害人体健康。即使在DDT被禁用以后，这个问题仍未解决。因为经过数十年的使用，DDT在土壤中的浓度已经很高了，而且自然界的净化能力对它毫无办法。这些DDT仍在不断地侵蚀人们的肝脏，医生们认为这是各类肝病，包括肝癌，发病率持续上升的原因之一。

到80年代后期，人们终于找到了从全球的土壤中清除DDT的根本办法。

一些科学家移花接木，将一种昆虫的耐DDT基因转移到细菌体内，培育一种专门“吃”DDT的细菌，再大量培养，制成药液。这种药液喷洒到土壤中，不出数天，土壤中的DDT就会被“吃”得一干二净。这样，人类数十年来的这个“心腹之患”总算可以清除掉了。

在处理工业废水、废渣方面，西欧各国已经转向甲烷（沼气）发酵。日本过去在酒精工业的废水、废渣处理方面普遍采用甲烷发酵，现在又推广到食品工业、制药工业的废水处理中，对城市人粪尿的处理也很有效；英国、美国、联邦德国和前苏联也建了许多城市工业及生活废水（渣）的大型沼气发酵厂。把令人头疼的垃圾变成可以作燃料的沼气，“变废为宝”，这的确称得上是一举两得的事情。伦敦的沼气发酵厂每年可以回收沼气8800万立方米；美国洛杉矶污水处理厂每天回收沼气400万立方米；联邦德国则建成了世界上最大的单级沼气池，有1．2万立方米！另外，人们还用一种名为丙烯氰氧化菌的细菌来处理生产腈纶产生的废水，每天可以处理500～700吨废水，效果也非常不错。用混合菌系统处理对人和动物毒性极大的三硝基甲苯（TNT）废水，处理后的水可以达到排放标准。英国帝国化学公司用固定化镰刀菌去除含氰化合物也已成功。把基因工程研究运用在污染降解方面最为人所知的人物是名为查克拉巴蒂的美籍印度人。他用几株对人无害的细菌菌株，通过质粒的传递作用，把每个菌株中的质粒（含有降解石油的基因）都集中到一种菌株上，这种含有多基因的细菌被称为“超级细菌”，可以降解四种石油组分。这位科学家还提出了清理油泄漏的具体办法：将“超级细菌”在实验室里培养，与稻草混合后干燥。这样粘着于草上的细菌可以保藏，而在投入泄漏的石油上时，稻草杆所吸入的油分，就可以被细菌降解。这项发明后来成为美国第一个获得批准的基因工程菌专利。现在人们利用微生物控制环境污染的办法有两种：一种是提高已经被污染了的地区中微生物的生长和分解能力；一种是在污染地区喷洒更多的或新的微生物。生活污染物主要是一些有机物质，这些物质进入环境可以为微生物提供很好的碳源和氮源，通过微生物分解后，这些物质最终变成土壤的组成部分。生产带来的污染物比较复杂，既有有机的物质，也有无机的矿物盐和金属离子，甚至有放射性物质，这些东西的降解和转化也主要靠微生物。

工厂排放出的废水可以通过微生物来处理。日本建设省从1985年至1990年，用了整整5年时间，在世界上首次利用生物工程技术开发排水处理系统。他们建立起同排水处理有关的微生物库，贮存了26种细菌的资料，建立了“脏水处理反应堆”、“好气性反应堆”、“厌气性反应堆”、“除氮反应堆”、“污泥处理反应堆”等一系列微生物处理污水系统，极大地提高了治理污水的效率。

科学家发现，降解石油也主要是微生物在起作用。现在，科学家们将能降解石油的几种细菌的基因，结合转移到一株假单孢菌中，构建成“超级微生物”，这种微生物能降解多种原油组分。在油田、炼油厂、油轮和被石油污染的海洋、陆地都可以用这种“超级微生物”去清除油污。

而美国的一家生化公司的科技人员则利用转基因技术构建一些新的用以清除工业废弃物的“超级细菌”，他们用这些“超级细菌”可以清除多氯联苯。

化学农药的降解也是微生物的功劳。有人发现，放草隆在未经消毒灭菌的土壤中降解的速度比被灭菌处理过的土壤要快许多倍。

土壤中降解化学农药的微生物种类很多，主要为细菌和真菌类。通过这些微生物的降解，有机部分为微生物提供了碳源和氮源，无机部分被处理后回到土壤。

就是放射性物质，微生物也能对它们进行处理。科学家发现，在核试验场附近仍有几种微生物生活着，它们可以在辐射强度很高的射线中缓慢地对核放射性废料加以处理，从而加速放射性物质的衰减。

事实上，在自然界中所有的污染物都可以被微生物所降解或转化。只是降解或转化的速度有快有慢。因此，微生物在维护自然生态平衡方面，可以说功德无量，它们在自然界的各个角落里默默地奉献着，无怨无悔。

由此可以看出，微生物虽小，但是本领并不小，它可以变废为宝。随着科学技术的不断发展，微生物还会在许多方面为人类作出很大的贡献。微生物工程技术的确是我们治理环境污染的重要武器，有朝一日，它必将协助我们把地球建设成一个没有污染的人间天国。