★微生物与环保

★微生物与环保
在日常生活中，我们每个人都有这样的经历或体会，放置的水果、食物、衣物、木材等经过或长或短的时间，都要变质、发霉、腐烂，这就是微生物分解作用的结果。微生物的这种作用虽然会造成人类生存资源的损失，但对于生态系统乃至全球的生物的生存、延续和发展却是不可缺少的。
生态系统中的每一种生物在其生命活动过程中都要从周围的环境中吸收水分、能量和营养物质；在其生长、繁育等生命活动中又会不断向周围环境释放和排泄各种物质，死亡后的生物残体也要复归环境。生态系统中的每一种生物，其营养要求不尽相同，甚至是完全不同。地球上的生物可以分为三大类：植物、动物和微生物。绿色植物（包括光合作用微生物）以土壤中的无机化合物（如氨或硝酸盐、磷酸盐及其它无机矿物）、空气中的二氧化碳和氧气、以及水等为营养，利用太阳光能固定二氧化碳合成自身，为动物提供食物，是生态系统中的生产者（producer）；动物以植物或其它动物为食物，通过消化食物为自身提供能量和营养，是生态系统中的消费者（comsumer）；微生物则通过分解动、植物的残体或腐植质获得能量和营养来合成自身，同时将有机物分解成可供植物利用的无机化合物，是生态系统中的分解者（digester）。
微生物可以把地球上死亡的动植物残体清扫得干干净净，将有机体分解成生产者生长所需要的元素，所以微生物被看成是生态系统中的“清道夫”。我们可以设想，如果没有微生物的分解作用，地球上的动、植物残体和有机物将得不到分解，那么至今为止几十亿年来生命活动的结果，将是把地球上所有的生命构成元素以动植物残体的形式堆积起来，植物生长的营养将会枯竭，生产者将不能生产，消费者将得不到食物，地球上的生命也就无法维持了。因此微生物的分解作用是地球上生命波浪式发展、螺旋式进化的原动力之一。
由于人类活动，每天都有大量的固体废弃物，如各种垃圾的产生，特别是大城市的固体废弃物的产量更是惊人。这些固体废弃物都应该进行无害化处理，但目前几乎95%的垃圾未经这样的处理，一般只是简单地堆集起来或倾入江河中。固体废弃物中不仅含有各种无机物，如玻璃、金属等，还含有大量的有机物，包括可降解的淀粉、蛋白质、废纸、烃类等和很难降解的塑料等，其中的很大部分是可以回收利用的，因此提倡垃圾的分类包装，回收可再生的资源，是一箭双雕之举。
　　固体废弃物的处理有很多方法，如填埋、堆肥、焚烧、用来发电等。
　　垃圾的填埋处理不仅需要侵占大量的土地资源，而且需要很长时间（一般至少50-100年）才能完全使所填埋的垃圾无害化，因此填埋了垃圾的土地长期不能使用，甚至还可能引起火灾。由于填埋于地下的垃圾，绝大部分是有机物，在厌氧微生物的作用下进行发酵，能产生大量的沼气逸出地面，遇火即可发生火灾；填埋的垃圾还可能污染地下水。
　　垃圾焚烧同样也存在火灾的隐患，同时焚烧时还会产生大量废气，造成对环境的再次污染，我们称这种污染为二次污染。
　　较好的物理方法是利用垃圾发电。这在发达国家是一种比较普遍采用的处理城市垃圾的方法，我国也建立了几座垃圾发电厂，但目前在我国还不能普遍推广，因为成本很高。
　　垃圾堆肥是较原始的简易的固体垃圾生物处理方法。主要是利用垃圾中原本带有的微生物进行自然发酵。这种方法虽然可以采用，但所需的处理时间长，处理量小，发酵过程不易控制。
　　现在发展了新的城市垃圾生物处理工艺。这种工艺是先经过过筛，回收可再生资源后，引入具有特定功能的微生物（主要是一些能高效降解有机物质，如纤维素、脂肪、蛋白质的微生物）进行好氧处理或厌氧发酵，加速发酵过程，同时还可以收集所产生的沼气。经过充分发酵后的垃圾是一种很好的农业肥料。如果实现垃圾处理工厂化，可以使发酵周期缩短（1-2星期），并且处理量较大。发酵过程可以实现全自动化控制，发酵后形成的肥料的质量也能得到保证。
现代人类的生产活动势必造成环境污染，这是全世界的共同问题。在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护问题，目前环境状况十分严峻，已经影响了我国经济的可持续发展。近年来虽然采取了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续。据中国国家环保局《中国环境状况公报》显示，我国1999年大气污染物的排放量，如二氧化硫1857.5万吨，飘尘1159.0万吨，全国废水年排放量达到401.1亿吨，工业固体废弃物年产生量7.8亿吨、排放量达3881万吨，其中100万吨排入河流，危险废弃物产生量1015.5万吨。大量积累的未经处理的工业废弃物（高达59.7亿吨）堆放在室外，占地达5.02万公顷，城市垃圾的产量也非常巨大（仅北京市就年产城市垃圾1000万吨以上），造成严重的环境污染。生态环境的破坏和恶化极为严重，随着我国经济的飞速发展，环境保护的压力将进一步加重。
　　世界各国的科学家和工程技术人员，针对环境污染的问题和不同的环境污染类型，发展了各种处理办法。主要可以分为三大类：化学法（如絮凝沉淀法）、物理法（过滤）和生物法（如活性污泥法）。这三类方法也可以结合使用。在污染物的处理中，虽然物理、化学方法作出了一定的贡献，但由于这些方法存在投资大、成本高、二次污染的问题，而逐渐被生物法所代替。
　　生物处理（Biotreatment）也叫生化处理，是指利用处理系统中的生物，特别是微生物的代谢活动以及各种特性来处理各种废弃物的过程。主要是针对各种污染源和小范围的环境污染。生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点，为从根本上解决环境问题提供了希望，因而越来越受到人们的青睐。生物技术将成为21世纪治理环境污染的优选技术。它区别于其它技术的最根本特点是消除污染物而不是分离转移污染物。
活性污泥（activated sludge）可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，不论是哪一种，活性污泥都是由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂的肉眼可见的绒絮状微生物共生体。这样的共生体有很强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以达到处理和净化污水的目的。活性污泥法是最常见的污水生物处理方法，污水在经过初步沉淀去除各种大块颗粒之后送到好氧反应池，在池中通过曝气或搅拌供给氧气。在活性污泥法中，经处理后排出的水中的大部分活性污泥被沉淀下来返回反应池，这样可以维持很高的微生物密度和活性。当污水停留在好氧反应池期间，一部分有机物被处理成无机物，即矿化；另一部分转化为微生物细胞物质。在活性污泥法中，严重影响处理效果的是污泥的沉降性能。如果活性污泥沉降性能差，由于丝状细菌和真菌的过分繁殖将导致活性污泥膨胀。虽然活性污泥的膨胀机理尚不完全清楚，但通常在碳氮比（C：N）和碳磷比（C：P）的比值较高，水中溶解的氧气浓度较低的条件下容易产生。为维持良好的处理效果，应当避免发生污泥膨胀，因此在活性污泥法中要严格控制进入系统废水的C：N和C：P的比值，并维持较高的溶解氧水平，这样才能维持良好运行状态。产生的活性污泥除一部分回流利用外，其它多余的则需要另外处理。处理的方法是厌氧消化、填埋或干燥。干燥后的处理物可以用作农业肥料。