【文章內容簡介】 CP） ?防腐劑、除草劑、殺蟲劑和殺菌消毒劑 ?性質穩(wěn)定，有劇毒 ?優(yōu)先控制污染物 五氯苯酚（ PCP）的微生物降解 第三節(jié) 有毒元素的污染與微生物作用 ?被污染的土壤和水體的有毒元素主要來自工業(yè)廢水，廢渣和垃圾。冶煉和采礦工業(yè)是向環(huán)境中釋放有毒元素的主要污染源。 ?對人、畜毒害最大的污染元素有汞，鎘，鉛三種金屬和砷，硒兩種非金屬，具中等毒性的有鉻，鎳，鉬、鋅等金屬元素。 ?污染的重要特征是能轉化成各種不同形態(tài)，并通過分散和富集作用而遷移。 一、有毒元素對生物致毒作用的特點： 1．很低的濃度即可產生毒性效用 一般的有毒元素產生毒性的濃度范圍在 1~l0 mg/ml之間，毒性較強的金屬，如汞、鎘，產生毒性的濃度范圍在 ~。 2．通過食物鏈的生物擴增作用 有毒元素可以在較高級的營養(yǎng)水平的生物體內成千上萬倍地富集，然后通過食物進入人體，在人體某些器官中積累，造成慢性中毒。 3．某些有毒元素通過微生物的轉化作用可轉化為毒性更強的化合物。 二、汞的污染和微生物轉化 ?在土壤和水體等自然環(huán)境中，汞的濃度很低，一般不超過 1ppm，但由于它在工業(yè)中被廣泛利用，煤炭，石油等燃料中也含有一定量的汞，同時，它也是某些農藥的成份。隨著工業(yè)廢水的排放，農藥的應用和煤炭，石油的燃燒，汞被不斷地引入自然環(huán)境。通過生物對它的富集作用和它的高毒性可以造成嚴重的危害。 ?在自然界，汞以三種狀態(tài)存在： Hg0、 Hg+、Hg2+。 Hg+常成二聚體： Hg+Hg+，但其可進行如下的化學歧化作用： Hg+Hg+ Hg2+ + Hg0 ?主要的汞礦是硫化物， HgS俗稱朱砂； ?溶解性極低，在厭氧環(huán)境中一般無變化，通氣條件下 HgS發(fā)生氧化作用，這可能是由于硫桿菌屬的細菌作用，形成了 Hg2+。 ?可溶性 Hg2+是很毒的，但很多細菌能行解毒作用，使其轉化成元素汞： Hg0。 Hg2+ + NADPH + H+ Hg0 + 2H+ + NADP+ ?有些細菌能將 Hg2+轉化成甲基汞和二甲基汞，實驗室內，芽孢桿菌屬，梭菌屬，分枝桿菌屬和假單孢桿菌屬的細菌，以及曲霉屬、脈孢霉屬 (Neurospora)的真菌和酵母菌都能引起甲基化作用。 ?甲基化與輔酶 — 維生素 B12的作用分不開，其轉化過程如下： Hg0+CH3B12 CH3Hg+ CH3Hg+ + CH3Br CH3HgCH3 (二甲基汞 ) (甲基汞 ) ?甲基汞和二甲基汞都是親脂性的，生物攝取后，多富集于細胞的脂類物質中。 ?甲基汞的毒性比汞 Hg+或 Hg2+大 100倍，神經毒素，在水體中較多地富集于魚類和貝類中，人食用了含汞的魚、貝以后，可引起腦細胞的破壞而死亡。 ?這兩種類型的甲基汞是否穩(wěn)定決定于它們的形成速率和排除速率，因為，有些微生物能還原甲基汞成 Hg0和甲烷。 ?二甲基汞可揮發(fā)逸入大氣，形成速率低于甲基汞。 CH3HgCH3 Hg0 CH3HgCH3 CH3Hg+ Hg0 + CH4 CH3 Hg+ Hg2+ + Hg0 Hg+ + Hg+ HgS 化學反應 細菌 CH4 魚 細菌 細菌 沉積物 水 大氣 汞循環(huán)的可能途徑 利用細菌消除汞污染 ?從 G+和 G細菌中分離出的許多質粒上都發(fā)現有抗重金屬的基因。某些抗藥性質粒同時 也具有抗汞和抗砷的基因。 ?從金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) 中分離出的一種大質粒上發(fā)現有抗汞、鎘，砷等元素的抗性編碼。 ?日本用汞細菌吸收并將含汞廢水中的甲基汞、乙基汞、硝酸汞、乙酸汞和硫酸汞等水溶性化合物成元素汞，然后收集菌體，用活性炭吸收菌體內蒸發(fā)的一部分元素汞，另一部分沉淀在反應器的底部的汞可以回收。金屬汞的回收率可達 80％以上。 利用細菌消除汞污染 ?Chakrabarty把抗汞質粒轉移到惡臭假單孢菌中，在含 50~70?g/ml HgCl2的培養(yǎng)液中，該菌仍能生長，并將離子汞轉化成 Hg0。 三、砷的污染和微生物轉化 ?砷是非金屬元素，在自然界主要以氧化物 (如白砷石 As2O3， )和硫化物 (如雄黃 As4S4，雌黃 As2S3)存在。 ?砒霜，即三氧化二砷 ?三氧化二砷為白色晶體，微溶于水。溶于水后生成亞砷酸 (H3AsO3)亞砷酸離子 (3+)比砷酸 (H3AsO4)離子 (5+)更毒。 ?具揮發(fā)性的三甲基砷也對人體有毒害作用。 砷的污染 ?砷能使人與動物的中樞神經系統中毒，使推動細胞代謝作用的酶系失去作用，還發(fā)現它具有致癌作用。 ?污染環(huán)境的砷化合物的來源是多方面的： ?農藥和染料：亞砷酸鹽和有機砷化物被用作原料， ?一些含磷酸鹽的洗滌劑中也含有少量砷 微生物對 砷 的作用 ?甲基化： 如土生假絲酵母 (Candidahumicola)、粉紅粘帚霉 (Gliocladium roseum)和青霉能使單甲基砷酸鹽和二甲基砷酸鹽形成三甲基砷。有些甲烷細菌能利用砷酸鹽生成甲基砷。許多微生物能將污水和污泥中的砷轉化成三甲基砷。 ?氧化為砷酸鹽： 如無色桿菌、假單孢菌、黃桿菌、節(jié)桿菌和產堿桿菌能將亞砷酸鹽氧化為砷酸鹽； ?還原成亞砷酸鹽： 甲烷細菌，脫硫弧菌，某些微球菌在厭氧條件下又能將砷酸鹽還原成毒性更強的亞砷酸鹽。 CH3AsCH3 CH3 HOAsCH3 CH3 O HAsCH3 CH3 HOAsCH3 CH3 O HOAsOH CH3 O AsOH OH OH HOAsOH OH O 細菌 細菌 細菌 砷酸 亞砷酸 甲基砷酸 二甲基砷酸 三甲基砷 二甲基砷 O2 O2 細菌 空氣 水 土壤 沉積物 砷的微生物轉化 第四節(jié) 生物吸附劑與重金屬去除 一、概 述 ?生物吸附：即微生物菌體對重金屬的吸附作用。 ?細胞的不同部位對重金屬離子的吸附機理包括絡合、螯合、離子交換、轉化、吸收和無機微沉淀等。 ?金屬陽離子可被細胞表面的負電荷位點所吸附。 ?許多陰離子參與結合金屬離子，如膜蛋白上的磷酸基、羧基、巰基和羥基等。 ?微生物對重金屬的吸附作用取決于兩個方面，一是生物吸附劑本身的特性；另一方面是金屬對生物體的親合性。 二、生物吸附的由來 ?生物吸附這一概念由 Ruchhoft等人于 1949年首先提出，他用活性污泥法從廢水中回收了 239pu，單級處理獲得了 60％的回收率。他描述了在清除污染的過程中增殖的微生物“有巨大表面積的膠狀基質能吸附放射性材料”。 ?Polikarpovz在研究水生生物的放射生態(tài)學時指出：海洋環(huán)境中存在的核材料可通過海洋微生物“直接從水中吸附”而積累，而且上述性質與細胞的生命功能無關。 ?許多微生物細胞，不論死活，都具有同樣好的吸附性質。使用死的微生物細胞的優(yōu)點是微生物的培養(yǎng)與應用可以分