1、厭氧微生物及其在環(huán)境工程中的作用分類與研究摘要厭氧微生物是整個微生物世界的一個重要組成部分。近二十多年隨著厭氧操作技術(shù)的不斷完善，厭氧微生物研究方法的不斷改進(jìn)，尤其近十多年來許多新技術(shù)和方法的應(yīng)用，致使厭氧微生物學(xué)取得很大的進(jìn)展，獲得了豐碩的成果。厭氧微生物在各方面的應(yīng)用所進(jìn)行的廣泛而深人的研究，也開闊了人們對豐富多彩的厭氧微生物世界的認(rèn)識，揭示了厭氧微生物廣闊的應(yīng)用前景。厭氧微生物涉及面廣，本文就三種厭氧微生物（產(chǎn)甲烷菌，厭氧氨氧化菌，硫酸鹽還原菌）進(jìn)行了在環(huán)境工程中的作用分類與研究進(jìn)行探討。產(chǎn)甲烷菌在自然界中的種類和生態(tài)類群是相當(dāng)豐富的，隨著厭氧培養(yǎng)技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對產(chǎn)

2、甲烷菌這一獨(dú)特類群的研究將更加細(xì)致和全面。產(chǎn)甲烷菌由于具有獨(dú)特的代謝機(jī)制，所以必將在環(huán)境和能源工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。厭氧氨氧化可同時去除氨氮和亞硝氮,在環(huán)境工程上具有重大開發(fā)價值.厭氧氨氧化菌種類豐富, 經(jīng)過長期培養(yǎng),厭氧消化污泥可呈現(xiàn)硫酸鹽型厭氧氨氧化活性,這為新型生物脫氮工藝的研發(fā)打下了基礎(chǔ)。硫酸鹽還原菌處理廢水的理論在國內(nèi)外處于熱點(diǎn)研究探索中，又由于硫酸鹽還原菌容易培養(yǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其在工程上的應(yīng)用成為可能。關(guān)鍵詞：厭氧微生物，產(chǎn)甲烷菌，厭氧氨氧化菌，硫酸鹽還原菌，環(huán)境28 / 30目錄摘要I1 研究背景12 研究方法及內(nèi)容321 厭氧微生物介紹322 厭氧微生物的分類323 厭氧微

3、生物的分類及其在生物系統(tǒng)發(fā)育中的地位33 研究結(jié)果531 產(chǎn)甲烷菌5311 產(chǎn)甲烷菌的分類5312 產(chǎn)甲烷菌的生態(tài)多樣性6313 產(chǎn)甲烷菌在厭氧生物處理中的應(yīng)用732 厭氧氨氧化菌8321 厭氧氨氧化菌的分類8322厭氧氨氧化菌的應(yīng)用1333 硫酸鹽還原菌14331 硫酸鹽還原菌及其分類14332 硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)和分離15333 硫酸鹽還原菌的代謝機(jī)理16334 硫酸鹽還原菌去除硫酸鹽廢水中重金屬的機(jī)理17335 硫酸鹽還原菌處理廢水的研究174 研究未來預(yù)測2141 產(chǎn)甲烷菌2142 厭氧氨氧化菌2143 硫酸鹽還原菌215 本人評述及本人擬定研究計(jì)劃23參考文獻(xiàn)251 研究背景自然界的

4、生物種類繁多、性狀各異、功能當(dāng)然也相差甚遠(yuǎn)。人類在不斷探索利用自然界的各種生物為自身謀福利。至今為止人類的衣、食、住、行等方面都利用了生物，在環(huán)境保護(hù)方面也很好地利用了生物。但是我們還有很多生物沒有很好地利用，也有很多領(lǐng)域生物的自然優(yōu)勢沒有被充分地利用。尤其在利用生物進(jìn)行環(huán)境保護(hù)方面更需要我們大膽地去探索。由于人口的快速增長，自然資源的大量消耗，全球的環(huán)境狀況急劇惡化、水資源短缺、土地沙漠化、酸雨肆虐、森林減少、物種滅絕等等。人類的生存和發(fā)展面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，迫使人類進(jìn)行一場“環(huán)境革命”以拯救人類自身。在這場環(huán)境革命中，環(huán)境生物技術(shù)的興起和發(fā)展具有十分重要的意義，并且成為了具有核心作用的、安全可

5、靠的、行之有效的技術(shù)和手段。厭氧微生物是整個微生物世界的一個重要組成部分。厭氧微生物絕大多數(shù)為細(xì)菌，很少數(shù)是放線菌，極少數(shù)是枝原體，厭氧真菌尚見于個別的報(bào)道。厭氧微生物在自然界分布廣泛。人類生活的環(huán)境和人體本身就生存有種類眾多的厭氧微生物， 它們與人類的關(guān)系密切。然而由于厭氧微生物的分離和純種培養(yǎng)的困難， 研究厭氧微生物的技術(shù)和方法進(jìn)展又相當(dāng)緩慢，致使人類對厭氧微生物的認(rèn)識和利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于對好氧和兼性厭氧微生物的研究工作。直到近二十多年隨著厭氧操作技術(shù)的不斷完善，厭氧微生物研究方法的不斷改進(jìn)，尤其近十多年來許多新技術(shù)和方法的應(yīng)用，致使厭氧微生物學(xué)取得很大的進(jìn)展，獲得了豐碩的成果。發(fā)現(xiàn)了眾多種類

6、的厭氧微生物，它們在自然界不僅生存于一般的常溫的無氧和少氧環(huán)境中，最近尚發(fā)現(xiàn)有生存于高溫環(huán)境最適生長溫度為100一103甚至有高達(dá)105的超嗜熱專性厭氧細(xì)菌，亦發(fā)現(xiàn)有能生長在南極的嗜冷厭氧菌，尚發(fā)現(xiàn)有能在22一25%鹽濃度中生長的專性厭氧發(fā)酵的嗜鹽菌1。隨著涌現(xiàn)出眾多的新目、新屬和新種，某些已知的屬種分類位置也有很大變動。尤其是現(xiàn)已明確厭氧微生物在生物進(jìn)化中系統(tǒng)發(fā)育的特殊地位更顯示出它們的重要性。厭氧微生物可利用的基質(zhì)極為廣泛， 包括了自然界各種各樣含氮和不含氮的有機(jī)物及CO2等。它們在氮和碳等元素地球生物化學(xué)大循環(huán)中起著很重要的作用。厭氧微生物在各方面的應(yīng)用所進(jìn)行的廣泛而深人的研究，也開闊了

7、人們對豐富多彩的厭氧微生物世界的認(rèn)識，揭示了厭氧微生物廣闊的應(yīng)用前景。厭氧微生物涉及面廣，本文就三種厭氧微生物（產(chǎn)甲烷菌，厭氧氨氧化菌，硫酸鹽還原菌）在環(huán)境工程中的作用分類與研究進(jìn)行探討。2 研究方法及內(nèi)容21 厭氧微生物介紹厭氧微生物尚無公認(rèn)的確切定義，但通常認(rèn)為這是一類只能在低氧分壓的條件下生長，而不能在空氣（18%氧氣）和（或）10二氧化碳濃度下的固體培養(yǎng)基表面生長的微生物。按其對氧的耐受程度的不同，可分為專性厭氧微生物、微需氧厭氧微生物和兼性厭氧微生物。22 厭氧微生物的分類根據(jù)對O2的耐受程度，可將厭氧微生物分為3大類：（1）對氧極端敏感的厭氧微生物：代表菌種為月形單胞菌。這類細(xì)菌對

8、厭氧條件要求很高，在空氣中暴露10min即死亡，臨床上很難分離出；（2）中度厭氧微生物：代表菌種為脆弱擬桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等臨床分離常見的厭氧菌。它們在空氣中暴露6090min或在膿汁抽出72h后仍然能分離出來；（3）耐氧厭氧微生物：代表菌種為溶組織梭菌。這類細(xì)菌不能利用氧，在無氧條件下生長好，而在有氧條件下生長不佳。23 厭氧微生物的分類及其在生物系統(tǒng)發(fā)育中的地位厭氧微生物中絕大多數(shù)是細(xì)菌，很少數(shù)為放線菌，極少數(shù)是枝原體，個別的屬于真菌。目前所知有研究者從動物的瘤胃中分離到著生鞭毛的屬于藻狀菌綱（phycomycetes）的厭氧真菌。也有極個別報(bào)道厭氧消化器中也存在有厭氧真菌。支原體（myc

9、oplasma）這一俗名是指在表型上比一般細(xì)菌小，缺乏細(xì)胞壁的一大群原核生物。因其特征分類學(xué)上將其置于柔膜菌綱。厭氧的支原體發(fā)現(xiàn)于牛羊的瘤胃內(nèi)，原作為柔膜菌綱下的一個屬。從營養(yǎng)、生化、血清和基因組的資料分析，表明厭氧支原體與兼性厭氧的支原體不相同。在分類上現(xiàn)已將它們升為“目”的位置厭氧原體目。其主要的科屬列如下：厭氧原體目（Anaeroplasmatales）厭氧原體科 (Anaeroplasmaceae)厭氧枝原體屬 (Anaeroplasma)無幽醇枝原體屬 (Asteroleplasma)Woese氏實(shí)驗(yàn)室于1976年開始應(yīng)用16SrRNA寡核昔酸序列分析法對微生物中有代表性的60個種進(jìn)

10、行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中產(chǎn)甲烷細(xì)菌與其它類群菌明顯不一。以后他們又?jǐn)U大了研究范圍，也使更多的研究者應(yīng)用這一方法尋求在微生物世界建立一個自然發(fā)育系統(tǒng)，也導(dǎo)至了古細(xì)菌界的建立閣。Woese的論述中又概括了大量的研究資料，繪制了原核生物和真核生物的16SrRNA寡核昔酸的序列譜。經(jīng)分析比較古細(xì)菌、真細(xì)菌和真核生物按其綜合系數(shù)各自成為一群。古細(xì)菌與典型的真細(xì)菌不同之處還顯示出它們具有獨(dú)特的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和特有的輔酶等性狀。它們既不能歸屬于真核生物，也不屬原核生物，而是構(gòu)成一個新的古細(xì)菌分支。研究結(jié)果表明在自然系統(tǒng)發(fā)育史上生命是按遺傳的三條干線即古細(xì)菌、真細(xì)菌和真核生物進(jìn)化的。三條干線的發(fā)源根基來自一個共同的祖先，

11、而古細(xì)菌離共同的祖先較之真細(xì)菌和真核生物要近得多。古細(xì)菌包括專性厭氧的產(chǎn)甲烷細(xì)菌、極端嗜鹽細(xì)菌和嗜酸嗜熱細(xì)菌。它們生存的環(huán)境正是生命起源的環(huán)境條件。這與地球曾是厭氧的和生命開始出現(xiàn)于厭氧時期的理論是相吻合的。微生物是整個生物界起源最早的生物，而厭氧微生物是地球處于厭氧狀況下發(fā)展起來的最早生命體。好氧菌是地球逐漸積累有氧的條件下由部分厭氧菌長期地適應(yīng)環(huán)境進(jìn)化而來的。為了研究微生物在進(jìn)化中的關(guān)系，探索生命起源的源頭，構(gòu)建生物界完整的系統(tǒng)發(fā)育圖譜，很顯然對厭氧微生物的研究占有極重要的地位，其意義也是重大的。3 研究結(jié)果本文就三種厭氧微生物（產(chǎn)甲烷菌，厭氧氨氧化菌，硫酸鹽還原菌）在環(huán)境工程中的作用分類

12、與研究進(jìn)行探討。31 產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌是一類嚴(yán)格厭氧的原核微生物，是有機(jī)物甲烷化作用中食物鏈的最后一組成員，其獨(dú)特的厭氧代謝機(jī)制使其在自然界物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用。一方面，產(chǎn)甲烷菌是產(chǎn)生溫室氣體的主要因素，全球甲烷的排放量每年大約是500 t，其中74%是由產(chǎn)甲烷菌代謝產(chǎn)生的2；另一方面，產(chǎn)甲烷菌在有機(jī)質(zhì)的厭氧生物處理工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，如沼氣發(fā)酵、煤層氣開發(fā)等。因此，對產(chǎn)甲烷菌的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。311 產(chǎn)甲烷菌的分類1776年，Alessandro Volta首次發(fā)現(xiàn)了湖底的沉積物能產(chǎn)生甲烷，之后歷經(jīng)一個多世紀(jì)的研究，利用有機(jī)物產(chǎn)甲烷的厭氧微生物才大致被分為兩類：一類是

13、產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌，另一類就是產(chǎn)甲烷菌。W.E. Balch等在1979年報(bào)道了3個目、4個科、7個屬和13個種的產(chǎn)甲烷微生物，他們的分類是建立在形態(tài)學(xué)、生理學(xué)等傳統(tǒng)分類特征以及16SrRNA寡核苷酸序列等分子特征基礎(chǔ)上的3，隨著厭氧培養(yǎng)技術(shù)和菌種鑒定技術(shù)的不斷成熟，產(chǎn)甲烷菌的系統(tǒng)分類也在不斷完善。伯杰系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊第9版將近年來的研究成果進(jìn)行了總結(jié)和肯定，并建立了以系統(tǒng)發(fā)育為主的產(chǎn)甲烷菌最新分類系統(tǒng)。產(chǎn)甲烷菌分可為5個大目，分別是：甲烷桿菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目( Methanococcales)、甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八疊球菌目

14、(Methanosarcinales)和甲烷火菌目(Methanopyrales)4，上述5個目的產(chǎn)甲烷菌可繼續(xù)分為10個科與31個屬，它們的系統(tǒng)分類及主要代謝生理特性見表1。目前研究產(chǎn)甲烷菌各級分類單元最有效的手段是多相分類(Polyphasic taxonomy) 5，該方法能較為客觀、全面地反映產(chǎn)甲烷菌各個分類單元在自然系統(tǒng)進(jìn)化中的地位，涉及的數(shù)據(jù)包括表型類、基因型類和系統(tǒng)發(fā)育標(biāo)記類。其中表型信息主要是指形態(tài)和生理生化性狀的分析；基因信息包括分子雜交(DNA-DNA分子雜交、DNA-rRNA分子雜交等)和分子標(biāo)記(RFLP、SSCP等)；系統(tǒng)發(fā)育信息則主要是指16S rDNA的序列分析。

15、利用全面系統(tǒng)的分類鑒定技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)自然界中更多新的產(chǎn)甲烷菌類群，從而豐富產(chǎn)甲烷菌的分類地位。表1 產(chǎn)甲烷菌系統(tǒng)分類的主要類群及其生理特性分類單元(目)典型屬主要代謝底物典型棲息地甲烷桿菌目Methanobacterium，Methanobrevibacter，Methanosphaera，Methanothermobacter，Methanothermus氫氣和二氧化碳，甲酸鹽，甲醇厭氧消化反應(yīng)器，瘤胃，水稻土壤，腐敗木質(zhì)，厭氧活性污泥等甲烷球菌目Methanococcus，Methanothermococcus，Methanocaldococcus， Methanotorris氫氣和二氧化碳

16、，甲酸鹽海底沉積物、溫泉等甲烷微菌目Methanomicrobium， Methanoculleus，Methanofollis， Methanogenium，Methanolacinia， Methanoplanus，Methanospirillum，Methanocorpusculum，Methanocalculus氫氣和二氧化碳，2-丙醇，2-丁醇，乙酸鹽，2-丁酮厭氧消化反應(yīng)器、土壤、海底沉積物、溫泉、腐敗木質(zhì)、厭氧活性污泥等甲烷八疊球菌目Methanosarcina， Methanococcoides，Methanohalobium， Methanohalophilus，Methan

17、olobus， Methanomethylovorans，Methanimicrococcus， Methanosalsum，Methanosaeta氫氣和二氧化碳，甲酸鹽，乙酸鹽，甲胺高鹽海底沉積物、厭氧消化反應(yīng)器、動物胃腸道等甲烷火菌目Methanopyrus氫氣和二氧化碳海底沉積物312 產(chǎn)甲烷菌的生態(tài)多樣性產(chǎn)甲烷菌屬于原核生物中的古菌域，具有其它細(xì)菌如好氧菌、厭氧菌和兼性厭氧菌所不同的代謝特征。產(chǎn)甲烷菌的甲烷生物合成途徑主要是以乙酸、H2/CO2、甲基化合物為原料6。產(chǎn)甲烷菌在自然界中分布極為廣泛，在與氧氣隔絕的環(huán)境幾乎都有甲烷細(xì)菌生長，如海底沉積物、河湖淤泥、水稻田以及動物的消化道等

18、。在不同的生態(tài)環(huán)境下，產(chǎn)甲烷菌的群落組成有較大的差異性，并且其代謝方式也隨著不同的微環(huán)境而體現(xiàn)出多樣性。313 產(chǎn)甲烷菌在厭氧生物處理中的應(yīng)用產(chǎn)甲烷菌具有獨(dú)特的代謝機(jī)制，能使農(nóng)業(yè)有機(jī)廢物、污水等環(huán)境中其它微生物降解有機(jī)物降解后產(chǎn)生的乙酸、甲酸、H2和CO2等轉(zhuǎn)換為甲烷，既可生產(chǎn)清潔能源，又可實(shí)現(xiàn)污水中污染物減量化；同時，其代謝產(chǎn)物對病原菌和病蟲卵具有抑制和殺傷作用，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活污水無害化。因此，產(chǎn)甲烷菌及其厭氧生物處理工藝技術(shù)在工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢水和城鎮(zhèn)生活污水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。厭氧生物處理生成甲烷一般需要3類微生物的共同作用，而最后一步由產(chǎn)甲烷菌微生物完成的甲烷生成則是限速步驟。

19、高活性的產(chǎn)甲烷菌是高效率的厭氧消化反應(yīng)的保證，同時也可以避免積累氫氣和短鏈脂肪酸。當(dāng)然，這一限速步驟也容易受到菌體活性、pH和化學(xué)抑制劑等多種因素的影響.在厭氧消化反應(yīng)器中目前研究較多的是Methanosaeta和Methanosarcina這兩種乙酸營養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌. Methanosaeta具有較低的生長速率和較高的乙酸轉(zhuǎn)化率；而Methanosarcina具有相對高的生長速率和低的乙酸轉(zhuǎn)化率。這兩種類群數(shù)量不僅受控于作為底物的乙酸的濃度，也受控于其他營養(yǎng)物的濃度7 。在工業(yè)應(yīng)用中，Methanosaeta在高進(jìn)液量、快流動性的反應(yīng)器(如UASB)中使用廣泛，可能與它們具有較高的吸附能力和顆粒

20、化能力有關(guān)。而Methanosarcina對于液體流動則很敏感，所以主要用于固定和攪動的罐反應(yīng)器。溫度和pH是影響厭氧反應(yīng)器效率的兩個重要參數(shù)。對于溫度而言，一般的中溫條件有助于厭氧反應(yīng)的進(jìn)行并同時減少滯留時間。在高溫厭氧消化器中常見的氫營養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌主要是甲烷微菌目(Methanomicrobiales)和甲烷桿菌目(Methanobacteriales)，它們的厭氧消化能力一般是隨著溫度的升高而增強(qiáng)，但過高的溫度會使其受到抑制8。因此為保證厭氧消化的順利進(jìn)行，一般需要選擇合適的溫度。對于pH來說，大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌的最適生長pH是中性略偏堿性，但一般增大進(jìn)料速率會導(dǎo)致脂肪酸濃度的增大，從而導(dǎo)致p

21、H降低，因此耐酸的產(chǎn)甲烷菌可以提高厭氧反應(yīng)器的穩(wěn)定性。Savant等從酸性厭氧消化反應(yīng)器中分離到一株產(chǎn)甲烷菌(Methanobrevibacteracididurans)，其最適pH略偏酸性9，向厭氧消化反應(yīng)器加入該產(chǎn)甲烷菌可以有效增加甲烷的產(chǎn)生量，減少脂肪酸的積累。32 厭氧氨氧化菌1977年Broda指出，化能自養(yǎng)細(xì)菌能以NO3-、CO2和NO2-氧化為N2。推測自界可能存在以NO-2為電子受體的厭氧氨氧化反應(yīng)。后來有研究發(fā)現(xiàn)氨氧化菌Nitrosomonas europaea和Nitrosomonas eutropha能同時硝化與反硝化，利用NH2OH還原NO2-或NO2，或者在缺氧條件下

22、利用NH4+作為電子供體，把NH4+轉(zhuǎn)化為N2在利用NO2為電子受體時，其厭氧氨氧化的最大速率(以單位蛋白質(zhì)計(jì))約為2nmol(min·mg)。然而在反硝化的小試實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一種特殊自養(yǎng)菌的優(yōu)勢微生物群體，它以NO2-為電子受體，最大比氨氧化速率(以單位蛋白質(zhì)計(jì))為55nmol/ (min·mg) 此反應(yīng)比Nitrosomonas快25倍，把這種細(xì)菌稱為厭氧氨氧化菌10。在無分子氧環(huán)境中，同時存在NH4+和NO2-時，NH4+作為反硝化的無機(jī)電子供體，NO2-作為電子受體，生成氮?dú)猓@一過程稱為厭氧氨氧化。近年來，在厭氧氨氧化菌生理生化特性的理論研究領(lǐng)域和廢水生物脫氮的應(yīng)用

23、研究領(lǐng)域都有了許多新的發(fā)現(xiàn)，這對于全面認(rèn)識厭氧氨氧化菌的性質(zhì)、開發(fā)新的廢水脫氮技術(shù)都具有重要意義。321 厭氧氨氧化菌的分類1浮霉?fàn)罹?1浮霉?fàn)罹姆N類浮霉?fàn)罹?Planctomycetales)是細(xì)菌域中分化較早的一個分支，該目包括浮霉?fàn)罹?Planctomyc-etaceae)和厭氧氨氧化菌科(Anammoxaceae)。厭氧氨氧化菌科包含5個屬9個種，皆為厭氧性化能自養(yǎng)菌，并具有厭氧氨氧化功能。本文所述的浮霉?fàn)罹菂捬醢毖趸频募?xì)菌。具有厭氧氨氧化活性的浮霉?fàn)罹钤绨l(fā)現(xiàn)于流化床反應(yīng)器中11，但迄今未獲純培養(yǎng)。對浮霉?fàn)罹蔫b定，主要以分子生物學(xué)手段進(jìn)行文獻(xiàn)報(bào)道的厭氧氨氧化菌共有9種:

24、Candidatus brocadia anammox-idans、Candidatus Brocadia fulgida、CandidatusKuenenia stuttgartiensis、Candidatus Scalindua bro-dae、Candidatus Scalindua wagneri、CandidatusAnammoxoglobus propionicus、Candidatus Jetteniaasiatica、Candidatus Anammoxoglobus sulfate和CandidatusScalindua sorokinii其中，前8種厭氧氨氧化菌分離自污水

25、處理廠構(gòu)筑物或?qū)嶒?yàn)室反應(yīng)器樣品。后1種分離自海水樣品。12浮霉?fàn)罹奶匦?21營養(yǎng)特性浮霉?fàn)罹鸀榛茏责B(yǎng)型細(xì)菌3，以CO2為唯一碳源，通過將亞硝酸氧化成硝酸來獲得能量，并通過乙酰-CoA途徑同化CO212。若用CH2O表示細(xì)胞物質(zhì)，厭氧氨氧化反應(yīng)可如下表示：NH4+1.31NO2-+0.0425CO21.045N2+0.22NO3-+1.87H2O+0.09OH-+0.0425CH2O (1)雖然有的厭氧氨氧化菌能夠轉(zhuǎn)化丙酸、乙酸等有機(jī)物質(zhì)，但這些厭氧氨氧化菌不能將有機(jī)物質(zhì)用作碳源13，厭氧氨氧化菌對氨和亞硝酸的親和力常數(shù)都低于10-4gN·L-1，基質(zhì)濃度過高會抑制厭氧氨氧化菌活性

26、 （表2）。厭氧氨氧化菌的基質(zhì)譜較窄，一般只限于氨及其代謝中間產(chǎn)物(羥胺和聯(lián)氨)。表2 基質(zhì)對厭氧氨氧化菌的抑制濃度基質(zhì)抑制濃度（mmol·L-1）半抑制濃度（mmol·L-1）氨氮7055亞硝氮725122生態(tài)分布厭氧氨氧化反應(yīng)最初發(fā)現(xiàn)于脫氮流化床反應(yīng)器中.Kuypers等14研究證實(shí)黑海中存在厭氧氨氧化作用，并且推斷厭氧氨氧化反應(yīng)對海洋的氮素循環(huán)起著重要作用；Dalsgard等15報(bào)道在哥斯達(dá)黎加杜爾塞灣的厭氧水體中，可通過厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)?。廢水生物處理系統(tǒng)是厭氧氨氧化菌的理想生境。Toh等20研究發(fā)現(xiàn)，在處理焦?fàn)t廢水的生物反應(yīng)器中存在厭氧氨氧化作用，氨隨廢水大量

27、進(jìn)入，氧受限制時只能產(chǎn)生亞硝酸鹽，使厭氧氨氧化反應(yīng)極易發(fā)生。發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)的前提條件是氨和亞硝酸鹽同時存在，且不存在氧。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，由于氧供應(yīng)不足或電子供體有限，常常發(fā)生氨氧化成亞硝酸鹽或硝酸鹽還原成亞硝酸鹽的情況。在湖泊底泥的好氧、缺氧界面上，氨和亞硝酸常常共存，是厭氧氨氧化菌的良好生境。2 亞硝酸細(xì)菌21亞硝酸細(xì)菌的種類能夠?qū)毖趸癁閬喯跛猁}的細(xì)菌被稱為亞硝酸細(xì)菌。亞硝酸細(xì)菌包含3個屬，即Nitrosomonas、Nitrosococcus和Nitrosospira。經(jīng)過檢測，已發(fā)現(xiàn)Ni-trosomonas屬中N. europaea、N. eutropha、N. halo-ph

28、ila3個種以及其他一些菌株具有厭氧氨氧化能力16。在Nitrosococcus和Nitrosospira屬中是否也存在具有厭氧氨氧化能力的種類，還有待進(jìn)一步研究探明。22亞硝酸細(xì)菌的特性221厭氧氨氧化活性長期以來，亞硝酸細(xì)菌一直被認(rèn)為是典型的好氧自養(yǎng)菌，其生理特征是以氧為電子受體，把氨氧化為亞硝酸鹽，從中獲得能量，同化CO2合成細(xì)胞物質(zhì)而生長。但是，近期研究發(fā)現(xiàn)，一些亞硝酸細(xì)菌除了能夠利用氧作為電子受體外，也能利用亞硝酸鹽、NO、NO2作為電子受體，將氨氧化為N2，這些亞硝酸細(xì)菌具有厭氧氨氧化能力23-25據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道23，N europaea含有氨單加氧酶和羥胺氧還酶，在有氧條件下，能將氨

29、氧化成為亞硝酸鹽(即NH4+NO2-)；該菌也含有亞硝酸鹽還原酶和氧化亞氮還原酶，在氧受限制或無氧條件下，能將亞硝酸鹽還原成N2O和N2(即NO2-N2O、N2)。在N europaea的作用下，通過硝化和反硝化作用，大約7%的氨氮被轉(zhuǎn)化為N2。有氧時，N. eutropha能以氧為電子受體進(jìn)行硝化作用，將NH4+-N轉(zhuǎn)化成NO2N；無氧時，則能以NO2為電子受體進(jìn)行厭氧氨氧化作用24。由于25時大約70%NO2以二聚物N2O4的形式存在，推測N2O4是氨的直接氧化劑17。有氧條件下，N. halophila進(jìn)行自養(yǎng)生長，能夠以氨作為唯一能源同化CO2，最大氨氧化速率為9.83 mg·

30、;L-1·d-1；無氧條件下，該菌進(jìn)行厭氧氨氧化，最大氨氧化速率為0.77 mg·L-1·d-1，最大亞硝酸還原速率為0.93 mg·L-1·d-1，氨和亞硝酸的轉(zhuǎn)化比率為11.21.。經(jīng)過15 d的培養(yǎng)，N. halophila可將一半基質(zhì)(NH4+-N和NO2-N)轉(zhuǎn)化為氮?dú)?25。但該菌不能在無氧條件下利用氨和亞硝酸作為基質(zhì)生長，40d培養(yǎng)后，其細(xì)胞解體(圖1)。 圖1 厭氧培養(yǎng)前后N. halophila的內(nèi)部結(jié)構(gòu)222生態(tài)分布亞硝酸細(xì)菌分布廣泛，可存在于水體、土壤、污水池等各種自然和人工環(huán)境中。Phil-lips等18從西北地中海地區(qū)

31、取樣，比較研究了附著和浮游-Proteobacteria氨氧化菌的種群結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，附著氨氧化菌以Nitrosomonas為優(yōu)勢菌，而浮游氨氧化菌則以Nitrosospira為優(yōu)勢菌。淡水養(yǎng)魚池(水族箱)中檢出的亞硝酸細(xì)菌與Nitrosomonasma-rine、N. europaea和Nitrosococcusmobilis關(guān)系密切其中，N. marine硝化效率較高19,20.在海水養(yǎng)魚池中，亞硝酸細(xì)菌N.europaea及其近緣種所占的比例較大，硝酸細(xì)菌Nitrobacter winogradskyi低于檢測限21。在3種沉積土壤(變質(zhì)巖、沉積巖、花崗巖)中， 10 cm土深處的亞硝酸

32、細(xì)菌數(shù)量分別為1.30×107、6.27×108、7.40×108cfu·g-1DM， 100 cm土深處分別為1.10×107、7.20×105、1.09×107cfu·g-1DM34.陳嶺等22采用PCR技術(shù)研究了硝化池中氨氧化菌amoA基因的多樣性，認(rèn)為N. europaea是污水處理系統(tǒng)中的主要氨氧化菌。Liu等23研究表明，在生物轉(zhuǎn)盤的脫氮菌群中，Nitrosomonas和Planctomycetales分別占10%和70%。3反硝化細(xì)菌31反硝化細(xì)菌的種類能夠使硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾募?xì)菌被稱為反硝

33、化細(xì)菌。在分類學(xué)上，與硝化細(xì)菌不同，反硝化細(xì)菌沒有專門的類群，各物種分散于原核生物的眾多屬中。包含反硝化細(xì)菌的屬絕大多數(shù)歸入真細(xì)菌域，少數(shù)歸入古生菌域。大多數(shù)反硝化細(xì)菌是兼性厭氧菌，能夠利用氧或硝酸鹽作為最終電子受體，有氧時進(jìn)行好氧呼吸，無氧時進(jìn)行硝酸鹽呼吸。也有一些反硝化細(xì)菌是嚴(yán)格厭氧菌，氧的存在會對其產(chǎn)生毒害作用。32反硝化細(xì)菌的特性321營養(yǎng)特性反硝化細(xì)菌種類繁多，既有自養(yǎng)型細(xì)菌，也有異養(yǎng)型細(xì)菌和兼營養(yǎng)型細(xì)菌。自養(yǎng)型反硝化細(xì)菌可利用氫、氨、硫、硫化氫和鐵等無機(jī)物質(zhì)作為電子供體，該類細(xì)菌嚴(yán)格化能自養(yǎng)，不能通過氧化有機(jī)物獲得能量。其中，對以利用硫的自養(yǎng)型反硝化細(xì)菌的研究較多，主要有Thiob

34、acillus denitrificans和Thiomicrospira denitrificans24。T. denitrificans利用單質(zhì)硫?yàn)殡娮庸w所進(jìn)行的反硝化作用如下：5S+6KNO3+2H2OK2SO4+3N2+4KHSO4(2)異養(yǎng)型反硝化細(xì)菌可利用有機(jī)質(zhì)作為電子供體進(jìn)行反硝化作用.Hyphomicrobium菌株以甲醇為電子供體的反硝化作用如下：6NO3-+5CH3OH5CO2+3N2+7H2O +6OH-(3)兼營養(yǎng)型反硝化細(xì)菌既能自養(yǎng)生長，也能異養(yǎng)生長。這類反硝化細(xì)菌主要包括Thiobacillus versu-tus、Thiobacillus thyasiris、Th

35、iosphaera pantotropha和Paracoccus dentrificans等25，它們對環(huán)境有更強(qiáng)的適應(yīng)性。322厭氧氨氧化活性在反硝化細(xì)菌中，已發(fā)現(xiàn)Pseudomonasmendocina具有厭氧氨氧化能力26。P.mendocina為桿菌，大小0.4-0.6m×1.4-1.8m單極生鞭毛。P. mendocina具有反硝化活性，在有機(jī)反硝化培養(yǎng)基中，最大硝酸鹽還原速率為14.96 mg·L-1·d-1。該菌也具有厭氧氨氧化活性，在厭氧條件下，它能同時轉(zhuǎn)化氨與硝酸鹽，最大硝酸鹽轉(zhuǎn)化速率和最大氨氮轉(zhuǎn)化速率分別為6.373和3.344mg·

36、L-1·d-1，消耗的氨氮和硝酸鹽之比為11.9127。323生態(tài)分布反硝化細(xì)菌廣泛分布于各類自然生境中。Hauck等對深湖底泥中的反硝化細(xì)菌作了計(jì)數(shù)，結(jié)果為1.0×1062.1×108cells·ml-1，其中以上層底泥中的反硝化細(xì)菌數(shù)量最大.。Mergel等對森林土壤中反硝化細(xì)菌的檢測結(jié)果表明，土壤表層(<5 cm)的反硝化細(xì)菌數(shù)量最大。Chèneby等采用16S rRNA技術(shù)研究了3種耕種土壤中反硝化細(xì)菌的數(shù)量特性，結(jié)果表明，2種淋溶土中反硝化細(xì)菌豐度分別為3×106和4×106ind·g-1DM，高于

37、石灰土中的反硝化細(xì)菌豐度4×105ind·g-1 DM.Koenig等檢測了廢水處理系統(tǒng)中的反硝化細(xì)菌，結(jié)果表明在自養(yǎng)型脫硫反硝化生物膜中，T.denitrificans占整個菌群數(shù)量的32%。322厭氧氨氧化菌的應(yīng)用1厭氧氨氧化工藝Mulder等在厭氧流化床中發(fā)現(xiàn)了厭氧氨氧化。后來，van de Graaf等和Bock等發(fā)現(xiàn)了以亞硝酸鹽為電子受體的厭氧氨氧化過程28。鄭平等研究了厭氧氨氧化菌混培物的動力學(xué)特性29。Fux Christian等進(jìn)行中試試驗(yàn)研究，首先在連續(xù)攪拌反應(yīng)器中完成亞硝化，58%的NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO2-；在SBR中完成厭氧氨氧化，除N速率為2.4

38、kgN/ (m3·d)，除N達(dá)90%；Sliekers等在gas lift reactor中發(fā)現(xiàn)除N速率達(dá)8.9 kgN/ (m3·d)，這個除N速率是實(shí)驗(yàn)室所獲得的除N速率的20倍。Dapena-Mora等研究中發(fā)現(xiàn)在gas lift reactor中N負(fù)荷率為2.0 g/(L·d)，最大比厭氧氨氧化活性(MSAA)為0.9 g/ (g·d)。在SBR中N負(fù)荷率為0.75 g/ (L·d)，MSAA為0.4 g/ (g·d)，除NO2-達(dá)99%。2 SHARON-ANAMMOX聯(lián)合工藝Jetten等30利用SHARON-ANAMMO

39、X聯(lián)合工藝對污泥消化出水進(jìn)行了研究。SHARON反應(yīng)器總氮負(fù)荷為0.8 kg/ (m3·d)，轉(zhuǎn)化53%的總氮(39% NO2-，14% NO3-)，用SHARON反應(yīng)器的出水作為厭氧氨氧化流化床反應(yīng)器的進(jìn)水，在限制NO2-的厭氧氨氧化反應(yīng)器中NO2-全部被除去。試驗(yàn)中NH4+-N的去除率達(dá)83%。Van Dongen等應(yīng)用SHARON-ANAMMOX聯(lián)合工藝在工廠中長時間穩(wěn)定運(yùn)行。3 CANON (completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工藝Dijkman和Strous描述了一個新的生物脫氮工藝CANON，在限氧條件

40、下(<0·5%空氣飽和度)得到了好氧和厭氧氨氧化菌的混培物，NH4+-N被需氧氨氧化菌(Nitrosomonas和Nitrososi-ra)氧化為亞硝酸鹽，然后被厭氧氨氧化菌轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，此過程依賴于2種(Nitro-somonas需氧菌和Planctomycete厭氧氨氧化菌)自養(yǎng)微生物菌群的協(xié)同作用。CANON在2種不同的反應(yīng)器(SBR和恒化器)中進(jìn)行，容積負(fù)荷0.1 (kgN) /(m3·d)，除氮達(dá)92%。Sliekers等發(fā)現(xiàn)在限氧條件以及好氧氨氧化菌和厭氧氨氧化菌都有合適的負(fù)荷率時，SBR反應(yīng)器中除N負(fù)荷率達(dá)0.3 (kg N) / (m3·d)，

41、NH4+-N主要轉(zhuǎn)化為N2(85% )，其余的轉(zhuǎn)化為硝酸鹽(15%)。Sliekers等31用gas lift reactor，除N負(fù)荷率達(dá)1.5 (kgN) / (m3·d)，這個速率是以前實(shí)驗(yàn)室獲得的速率的20倍。Hao等32開發(fā)了在生物膜反應(yīng)器中混合硝化(亞硝化+硝化)、厭氧氨氧化的數(shù)學(xué)模型，基于此模型評價了CANON過程的溫度、流速。4 甲烷化與厭氧氨氧化耦合Jetten等通過污泥消化產(chǎn)甲烷除去COD，N部分氧化至NO2-，然后以NH4+為電子供體反硝化，實(shí)現(xiàn)了甲烷化和厭氧氨氧化。ZHANG運(yùn)用EGSB反應(yīng)器技術(shù)COD的去除率97%、NO2-去除率100%，容積負(fù)荷達(dá)6.56

42、 gCOD/(L·d)和0.9 gN/ (L·d)，實(shí)現(xiàn)了甲烷化、反硝化與厭氧氨氧化的耦合32。33 硫酸鹽還原菌硫酸鹽還原菌( Sulp hate Reducing Bacteria簡稱SRB) 廣泛存在于水田、湖、沼、河川底泥、石油礦床、地下管道、油氣井、下水溝、一些工業(yè)廢水(如造紙廢水) 、反芻動物的第一胃等地方。SRB小，生長速度快，還含有不受氧毒害的酶系，因此可以在各種各樣的環(huán)境中生存，保證了SRB 有較強(qiáng)的生存能力。目前我國的水污染十分嚴(yán)重，硫酸鹽污染就是一種重要的組成部分，對硫酸鹽污染的治理是一項(xiàng)十分迫切的任務(wù)。目前對待只含硫酸鹽而不含COD 的廢水主要采取非

43、破壞性技術(shù)，如化學(xué)沉淀，電滲析，但這些方法很不經(jīng)濟(jì)，還容易產(chǎn)生二次污染。對待既含硫酸鹽又含COD的廢水主要采取破壞性的生物技術(shù)。因此SRB法作為一種很有潛力的治理硫酸鹽污染的技術(shù)也就逐漸地成為研究的熱點(diǎn)。331 硫酸鹽還原菌及其分類SRB 通常是指能通過異化作用進(jìn)行硫酸鹽還原的一類細(xì)菌。一般來說，SRB 是一類形態(tài)，營養(yǎng)多樣化的，利用硫酸鹽作為有機(jī)物異化作用的電子受體的嚴(yán)格厭氧細(xì)菌。Delden于1903年發(fā)表了有關(guān)海水中耐鹽菌種的報(bào)道，Eilon于1925年發(fā)現(xiàn)了一種嗜熱的SRB。1930年，Barrs發(fā)表了一篇論文，較系統(tǒng)地討論了SRB。現(xiàn)在人們已認(rèn)識到SRB是嚴(yán)格厭氧菌，并發(fā)現(xiàn)其中有些菌

44、種在無硫酸鹽存在時仍能發(fā)酵獲得能量而生長，但是所有的SRB都不能以氧作為電子受體。與普通的土壤或水體中的微生物如假單胞菌相比，SRB的生長速率相當(dāng)緩慢，但是它們有頑強(qiáng)的生存能力，且分布廣泛。在相當(dāng)長的一段時間里，對SRB 的研究進(jìn)展緩慢。20世紀(jì)70年代以前，確認(rèn)的硫酸鹽還原菌也只有脫硫弧菌( Desulf ovibrio)、脫硫腸狀菌(Desulf otomaculum) 和脫硫單胞菌( Desulf omonas) 等3個屬33 。在此之后，通過許多研究者的研究和成功分離，發(fā)現(xiàn)除了上述3個屬外，SRB還存在著其它不同的屬和種。1984年出版的第一版貝氏(Bergey)系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊第一卷中

45、，Nidel 和Pfenning 提出了SRB的屬檢索表，把所有的能還原硫酸鹽或元素硫的細(xì)菌歸為8個屬：Desulf ovibrio；Desulf omonas；Desuulf obulbus；Desulf otomaculum；Desulf ococcus，Desulf obacter；Desulf osarcina；Desulf onema。此后，又有一些新屬陸續(xù)被分離和命名。因此，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，SRB已有12個屬近40多個種34 。SRB的營養(yǎng)多樣性水平相當(dāng)高。根據(jù)廢水中SRB可利用底物的不同，SRB又可分為4類35：一是氧化氫的硫酸鹽還原菌( HSRB)；二是氧化乙酸的硫酸鹽還原菌(A

46、SRB)；三是氧化較高級脂肪酸的硫酸鹽還原菌( FASRB)；四是氧化芳香族化合物的硫酸鹽還原菌( PSRB)。當(dāng)系統(tǒng)中SO42-不足時，這時SRB 內(nèi)部將產(chǎn)生競爭。不同SRB將根據(jù)自身的動力學(xué)及力學(xué)特征優(yōu)勢(如對有機(jī)底物的使用情況)，而優(yōu)先使用SO42-。SRB的有機(jī)底物與厭氧消化有緊密了解。通常將厭氧消化分為4個階段：水解，發(fā)酵，產(chǎn)乙酸，產(chǎn)甲烷。而氫是第二、第三個階段的重要產(chǎn)物，而對厭氧消化而言，正是氫氣的產(chǎn)生與利用才保證了整個系統(tǒng)電位的降低使消化得以進(jìn)行。 在沒有SRB 的情況下，H2 的利用量由MPB (產(chǎn)甲烷菌) 承擔(dān)。而高級脂肪酸(例如丙酸、丁酸、乳酸等) 是第二階段的重要產(chǎn)物，在

47、某些產(chǎn)酸菌的作用下，它們會被進(jìn)一步的分解成為乙酸。據(jù)報(bào)道，厭氧消化中有70%的COD以這種形式而降解。而有30 %的COD經(jīng)H2 的這種形式降解。332 硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)和分離以純培養(yǎng)基培養(yǎng)SRB的先決條件之一是:環(huán)境的氧化還原電位( Eh) 必須在- 100 mV以下，這就意味著僅僅排盡空氣對于SRB的生長是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須加入氧化還原平衡劑，如一般用的Na2S。當(dāng)接種物量大時，自身可以通過代謝產(chǎn)生H2S，但接種物量少時，必須通入H2S (通常用H2S來代替Na2S)。某些硫醇化合物如疏基酸鈉可被脫硫弧菌或脫硫腸狀菌利用，但疏基鹽酸不能被其它屬的SRB 利用。Na2S或連二亞硫酸鈉可作為

48、還原劑，如果某種接種物貯存大量的Na2S，那么一旦形成生長迅速的培養(yǎng)物，這些還原劑就能被釋放出來。為達(dá)到鑒定的目的，在配制基質(zhì)時，需加入約5%(質(zhì)量比)的亞鐵鹽，當(dāng)亞硫酸形成時就有黑色的FeS 沉淀產(chǎn)生，因此通常培養(yǎng)基變黑或者菌落四周有一個黑帶邊，就證明存在著硫酸鹽還原菌。SRB大部分為中溫性細(xì)菌，最適生長溫度為30 ，還有些嗜熱菌在55 下生長。因此，培養(yǎng)時要控制好SRB所需的溫度?，F(xiàn)有研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有些SRB因自身含有不受氧毒害的酶系，使其在有少量氧存在時仍能生存。當(dāng)環(huán)境為厭氧條件下，并且存在足夠的SO42-時，SRB的代謝方式也會隨之改變而轉(zhuǎn)向產(chǎn)能水平較高的硫酸鹽還原的代謝方式。而這個特

49、點(diǎn)恰是SRB的一個優(yōu)勢，也是能形成對MPB產(chǎn)生初級抑制的一個原因所在。333 硫酸鹽還原菌的代謝機(jī)理在富含硫酸鹽的有水厭氧環(huán)境中，SRB是相當(dāng)活躍的分子，它以硫酸鹽作最終電子受體，分解水體中的有機(jī)物，獲得合成細(xì)胞物質(zhì)和維持生命所需的能。其代謝過程分為分解代謝、電子傳遞、氧化3個階段，圖2表明了這一過程的分解代謝、電子傳遞和SRB的關(guān)系。圖2 SBR代謝機(jī)理在分解代謝的第一階段，有機(jī)物碳源的降解是在厭氧狀態(tài)下進(jìn)行的，同時通過基質(zhì)水平磷酸化產(chǎn)生少量ATP ；第二階段中，前一階段釋放的高能電子通過SRB中特有的電子傳遞鏈(如黃素蛋白、細(xì)胞色素C等) 逐級傳遞， 產(chǎn)生大量的ATP；在最后階段中，電子被

50、傳遞給氧化態(tài)的硫元素，并將其還原為S2-，此時需要消耗ATP提供能量。有機(jī)物不僅是SRB的碳源，也是其能源，硫酸鹽(或氧化態(tài)的硫元素)僅作為最終電子受體起作用。硫酸鹽作為SRB代謝過程中的最終電子受體，首先在細(xì)胞體外積累，然后進(jìn)入細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)多步反應(yīng)和酶的催化作用，變成SO42-和最終代謝產(chǎn)物S2-，硫離子被排出體外，進(jìn)入周圍環(huán)境。334 硫酸鹽還原菌去除硫酸鹽廢水中重金屬的機(jī)理SRB能夠把硫酸鹽還原成硫化氫，硫化氫與重金屬反應(yīng)，產(chǎn)生溶解度非常低的金屬硫化物，從而使溶解態(tài)的重金屬離子從溶液中去除出去。硫酸鹽還原過程可用方程(1)和(2)表示：2CH2O + SO42-+ 2H+ =H2S

51、+ CO2 + H2O (4)H2S + M2+= MS(S) + 2H+ (5)其中CH2O代表有機(jī)化合物，M代表能產(chǎn)生硫化物沉淀的金屬(如Fe，Zn，Ni 等) 。當(dāng)反應(yīng)(4)的量超過反應(yīng)(5)的量時，整個過程導(dǎo)致pH值增高，溶液呈堿性。溶液pH值升高，部分金屬離子將以氫氧化物形式沉淀。335 硫酸鹽還原菌處理廢水的研究1 處理含重金屬離子工業(yè)廢水現(xiàn)代社會每年都會產(chǎn)生大量含重金屬離子廢水并排放人環(huán)境。由于重金屬離子在環(huán)境中無法被生物分解，一旦進(jìn)入環(huán)境后就會在環(huán)境中不斷積累而難以去除，造成環(huán)境的長期污染。因而尋找一種效率高、費(fèi)用低的廢水處理方法很有意義。目前重金屬廢水的處理方法主要有沉淀法(

52、形成氫氧化物、碳酸鹽、硫化物等)、離子交換法、電滲析和反滲透等方法。一般來說，這些方法的處理成本都較慣。為了降低處理成本、提高處理效率，近年來人們對利用微生物處理重金屬廢水進(jìn)行了大量研究，并取得了較好的進(jìn)展。1995年華堯熙等人研究了以厭氧污泥床培養(yǎng)SRB處理含鋅廢水的工藝35，在該工藝中由于SRB以活性污泥的形式存在于反應(yīng)器中，SRB在反應(yīng)器中濃度大大提高，因而該反應(yīng)器工作效率很高，可處理高濃度含鋅廢水。當(dāng)模擬廢水的鋅濃度為500mg/L以下時，反應(yīng)器均能正常運(yùn)行。這是由于反應(yīng)器中微生物群體的活性很好，雖然在進(jìn)水中有較高的鋅離子濃度，但在反應(yīng)器中的實(shí)際濃度較低。反應(yīng)器對鋅的去除率高于99 %

53、，其單位容積對重金屬的去除率最高可達(dá)1300mg/L·d。馮易君等采用SRB處理某廠的鍍鉻廢水36 ，效果良好，試驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)過SRB處理后，鉻從98mg/L 降到8. 1mg/L，同時其他一些金屬離子也有所降低，鉛從0.27mg/L降到0. 02mg/L，鎘從1.75mg/L降到0.3mg/L。1997年田小光等研究了化學(xué)還原法和SRB吸附相結(jié)合的工藝處理電鍍廠的含鉻( ) 廢水37 。首先用化學(xué)還原劑將鉻( )還原成鉻( )，之后用SRB 對形成的Cr (OH)3進(jìn)行吸附而使鉻去除。中試研究結(jié)果表明，處理含Cr ( ) 3040mg/L的廢水時，Cr (VI)去除率可達(dá)99.6

54、7 %99.97 %。1992年Dvorak等人研究了利用養(yǎng)殖蘑菇后的廢棄培養(yǎng)基進(jìn)行SRB的培養(yǎng)，用于處理礦山的酸性含重金屬廢水的工藝，該工藝可連續(xù)運(yùn)行。江蘇大學(xué)繆應(yīng)祺教授進(jìn)行了SRB處理鈦白粉生產(chǎn)廢水試驗(yàn)研究38，試驗(yàn)結(jié)果表明:對模擬廢水，42h內(nèi)SO42-的去除率達(dá)到92. 1 %，對鈦白粉生產(chǎn)廢水，42h內(nèi)SO42-的去除率達(dá)到92. 1；對鈦白粉生產(chǎn)廢水，42h內(nèi)SO42-的去除率可達(dá)到83.5 %，COD/ SO42-值對SO42-離子的去除有較大影響，比值在23時效果最佳。2 處理有機(jī)廢水輕工、制藥行業(yè)排放的生產(chǎn)廢水中除含高濃度的有機(jī)物外，往往還含有高濃度的硫酸鹽，此類廢水屬高硫酸

55、鹽有機(jī)廢水。采用厭氧消化進(jìn)行處理時，首先利用SRB對廢水中的硫酸鹽進(jìn)行還原，以消除硫酸鹽還原作用對產(chǎn)甲烷菌的抑制影響。河北科技大學(xué)楊景亮教授對SRB處理青霉素生產(chǎn)過程中排放的高濃度SO42-廢水進(jìn)行了研究39 。研究內(nèi)容包括:SRB 反應(yīng)器的運(yùn)行效果和硫酸鹽還原效果的影響因素等。試驗(yàn)結(jié)果表明:COD/ SO42-、SO42-負(fù)荷是影響SO42-還原效果的主要因素。當(dāng)SO42-負(fù)荷為5kg/ (m3·d) ，進(jìn)水COD/ SO42-為2. 52. 8 時， SO42-去除率為68 %78 %；進(jìn)水COD/ SO42-大于3 時SO42-去除率大于90 %。當(dāng)進(jìn)水SO42-為0. 82.

56、 0g/L ，反應(yīng)器SO42-負(fù)荷分別為5、7. 5、9、10kg/ (m·d) 時，SO42-去除率分別達(dá)到93.2%、86%、82 %和76%。3 處理城市生活廢水隨著城市污水排放量增大，SRB凈化城市污水也引起了人們的關(guān)注。有人曾采用SRB 對哈爾濱城市生活廢水進(jìn)行處理，試驗(yàn)結(jié)果良好，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。同時也表明，SRB 不僅可使固體懸浮物凝集沉淀，而且可以降低BOD ，這是其它類型絮凝劑無法比擬的。4 處理酸性地浸礦山地下水目前，地浸法開采中殘余硫酸凈化的方法，是將殘余溶液抽至地表，將其堿化使有害雜質(zhì)沉淀，也有人建義利用電滲析、反滲透以及薄膜技術(shù)或吸附工藝等。但這些方

57、法的實(shí)施經(jīng)常伴隨著環(huán)境的再次污染，并且其效果欠佳，成本也很高。俄羅斯采用地下水的原地微生物凈化技術(shù)代替化學(xué)或物理方法，取得了良好的試驗(yàn)效果。試驗(yàn)中使用的微生物是天然的能還原硫酸鹽的微生物群， 即SRB。試驗(yàn)條件如下；鉆孔深度為676m ，被處理溶液體積的直徑約2m ，層內(nèi)溫度40 ，含水層的滲透系數(shù)l0m·d-1。試驗(yàn)方法是:在培養(yǎng)了必需的生物量后，將其注入鉆孔，并使之到達(dá)過濾器所在部位。凈化過程完成后進(jìn)行檢查，通過鉆探取樣，用電子顯微鏡對巖芯樣進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在砂巖中有新生成的礦物；黃鐵礦、鈾石、瀝青鈾礦、自然硒的結(jié)晶、自然金的枝狀結(jié)晶、石膏、方解石、層狀鋁硅酸鹽，地下水的污染情況

58、大大減輕。我國地浸采礦技術(shù)于20 世紀(jì)80 年代取得成功，對地浸地下水污染的治理雖然進(jìn)行了多年的研究，但許多方法都因費(fèi)用太高而被擱置，至今尚未找到經(jīng)濟(jì)適用的治理方法40 。隨著地浸開采的不斷進(jìn)行，地浸礦山酸性地下污染已經(jīng)越來越嚴(yán)重，污染元素主要為重金屬離子、放射性元素和硫酸根離子等。SRB取代化學(xué)、物理方法處理酸性地浸礦山地下水將成為新的研究課題，也將使人們看到希望。5 處理酸性礦山廢水酸性礦山廢水的污染是一個全球性的問題，主要特征表現(xiàn)在:低pH值、高濃度硫酸鹽和可溶性重金屬離子，如鐵、錳、銅、鋅等。自20世紀(jì)40 年代以來，國外對酸性礦山廢水的成因和防治進(jìn)行了大量的研究；從70年代開始，我國也積極采用各種方法對礦山酸性廢水進(jìn)行治理。目前國內(nèi)外采用的方法主要有:石灰石或石灰作中和劑的中和法，也有采用濕地法進(jìn)行處理。雖然目前中和法處理酸性礦山廢水在工程應(yīng)用上有了很大改進(jìn)，但是中和法產(chǎn)生的巨量固體廢棄物(硫酸鈣) 難以處置，引起嚴(yán)重的二次污染。濕地法處理酸性礦山廢水是近年來研究的一項(xiàng)新技術(shù)，具有投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，易于管理等優(yōu)點(diǎn)；但是，濕地法占地面積大，處理受環(huán)境影響很大，而且對H2S的處理也不徹底，殘余H2S 從土壤中逸出進(jìn)人大氣，污染環(huán)境；另外，濕地法還需受一定的