微生物治理污染環境廢棄物的轉化和降解原理

現代人類的生產活動勢必造成環境污染，這是全世界的共同問題。在我國過去幾十年的經濟發展中，由於忽視了發展中的環境保護問題，目前環境狀況十分嚴峻，已經影響了我國經濟的可持續發展。近年來雖然採取了大量控制措施，但環境質量下降的趨勢仍在繼續。據中國國家環保局《中國環境狀況公報》顯示，我國1999年大氣污染物的排放量，如二氧化硫1857.5萬噸，飄塵1159.0萬噸，全國廢水年排放量達到401.1億噸，工業固體廢棄物年產生量7.8億噸、排放量達3881萬噸，其中100萬噸排入河流，危險廢棄物產生量1015.5萬噸。大量積累的未經處理的工業廢棄物（高達59.7億噸）堆放在室外，佔地達5.02萬公頃，城市垃圾的產量也非常巨大（僅北京市就年產城市垃圾1000萬噸以上），造成嚴重的環境污染。生態環境的破壞和惡化極為嚴重，隨著我國經濟的飛速發展，環境保護的壓力將進一步加重。

世界各國的科學家和工程技術人員，針對環境污染的問題和不同的環境污染類型，發展了各種處理辦法。主要可以分為三大類：化學法（如絮凝沉澱法）、物理法（過濾）和生物法（如活性污泥法）。這三類方法也可以結合使用。在污染物的處理中，雖然物理、化學方法作出了一定的貢獻，但由於這些方法存在投資大、成本高、二次污染的問題，而逐漸被生物法所代替。

微生物對生物外源性物質的轉化主要有以下幾種形式：

（1）脫鹵（主要是脫氯），如DDT的脫氯；

（2）還原，將生物外源性物質上的取代基，特別是硝基，進行還原；

（3）水合反應，如對有機氰的水合反應，形成無毒的含氮有機化合物。

微生物除了可以轉化生物外源性物質外，有些微生物還可以把它們分解掉，因為是把較大的化合物分子一步一步地變小，所以稱為降解作用。有些生物外源性物質可以被徹底降解，即變成水和二氧化碳等無毒無害的很小的分子化合物或元素。但是，有些生物外源性物質不能被徹底降解。

多數情況下，這種降解過程需要多種微生物的協同作用，才能徹底完成。有些微生物在降解生物外源性物質時，要給微生物另外提供對它們生長繁殖所需要的營養物質，因為這些生物外源性物質的降解產物並不能成為該微生物生長繁殖所需的碳源和能源。在微生物生態學中，我們把這種情況叫做共代謝作用（Cometabolism），或輔代謝作用。這種降解往往是不徹底的，同時也是最多見的。下面簡單介紹微生物對幾種主要類型生物外源性物質的降解。

1、微生物對鹵代類（特別是氯代）生物外源性物質的降解

此類化合物的典型代表有多氯酚（PCP）和多氯聯苯（PCB）類化合物，它們被廣泛用作防腐劑、殺蟲劑及合成高分子材料的化工原料。它們都很難被降解，即具有很高的生物穩定性。儘管如此，微生物學家還是找到了許多可以降解它們的微生物。如黃桿菌（Flavobacterium sp.）可以降解五氯酚，不動桿菌（Acinetobacter sp.）可以降解PCB。

2、微生物對有機磷化合物的降解

有機磷化合物作為殺蟲劑被廣泛用於農業生產上，如樂果、對硫磷、甲胺磷等等。它們在環境中的殘留時間很長，不易被降解，因此現在被限制或禁止使用。然而，近年來不斷發現許多微生物可降解有機磷化合物，從而為尋找解決及凈化環境中的有機磷農藥污染的途徑提供了可能。

3、微生物對人工合成多聚物的降解

人工合成的多聚物種類很多，其典型代表是聚乙烯，我們日常使用的塑料製品多用它們做原料。由於它們的化學穩定性、生物不可降解性、可塑性等優越的性能，使它們被大量生產，廣泛應用於工農業生產上，取得了非常顯著的效果。但是如果不把它們進行回收利用而聽任它們釋放到環境中，就會在環境中造成生態系統功能的破壞，帶來嚴重的環境污染問題。當前全社會正從多方面著手解決這一問題。一方面加強環境保護的宣傳，提高人們的環保意識；一方面採用適當的政策鼓勵農民回收利用農用地膜，限制或禁止生產容易引起大量污染的塑料袋、一次性飯盒等。科學家們正努力進行可以被微生物降解塑料的開發和生產，不過目前要大量推向市場還不容易，因為在產品價格上還無法與原由的人工合成塑料競爭。

利用特定的微生物降解合成多聚物也是解決此類污染，特別是土壤中已存在的污染的有效方法。科學家已經發現，有些微生物（主要是真菌）可降解合成多聚物，如聚乙烯醇、乙烯薄膜、聚乳酸薄膜等。微生物一般是在用物理化學方法處理這些多聚物，將它們降解成聚合程度較小的物質之後，更易於降解它們。

4、微生物對多環芳烴的降解

很多多環芳烴化合物是生物外源性物質，亦有不少並不是生物外源性物質，而是天然存在的化合物。但由於多環芳烴特別是四環以上的多環芳烴（如苯並芘），具有很強的致癌性，也難以被生物降解，很容易積累在環境中。近年來，有關微生物降解多環芳烴的研究和利用這些研究成果凈化環境中的多環芳烴污染的設想備受人們關注。已經證明，很多微生物可以降解多環芳烴。

多氯聯苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）是人工合成的有機化合物，廣泛用於潤滑油、絕緣油、增塑劑中。它會損傷皮膚、神經、骨骼，還是一種致癌因子。PCBs很穩定，在環境中不易降解。但早在1973年就有人發現了能夠降解PCBs的微生物。1978年一位日本科學家從美國威斯康星一個湖泊中分離到兩株能『吃』多氯聯苯的細菌。經研究發現，它們能分泌一種酶，把PCBs轉化為聯苯或對氯聯苯，然後把這些轉化產物進一步降解成苯甲酸或取代苯甲酸，而最後這些化合物可以由環境中的其它微生物輕而易舉的分解掉。

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