光合细菌在水污染控制与工程中的研究与应用

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1、徐 艳 玲 1 ， 申 婷 婷 2 ， 岳 秀 2 ， 柳 娴 2 ， 李 小 明 2( 1 富 平 县 环 保 局 环 境 监 测 站 ， 陕 西 富 平 711700; 2 湖 南 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院 ， 湖 南 长 沙 410082)摘 要 : 在 水 污 染 控 制 与 工 程 中 ， 光 合 细 菌 处 理 法 与 传 统 的 废 水 处 理 方 法 相 比 ， 具 有 工 艺 设 备 简 单 、 有 机 负 荷 高 、 耗 能 少 、 占 地面 积 小 、 投 资 费 用 低 、 不 造 成 二 次 污 染 等 特 点 而 备 受 青 睐 。 本 文 简 要

2、 概 述 了 光 合 细 菌 法 的 原 理 ， 方 法 及 在 水 污 染 控 制 与 工 程 中 的 应 用现 状 及 研 究 进 展 ， 并 对 光 合 细 菌 的 应 用 前 景 进 行 了 讨 论 。关 键 词 : 光 合 细 菌 ; 污 染 治 理 ; 应 用 发 展Application and Development of Photosynthetic Bacteria in the WaterPollution Control Engineering*XU Yan ling1 ， SHEN Ting ting2 ， YUE Xiu2 ， LIU Xian2 ， LI Xiao

3、 ming2( 1 Environmental Investigation Sation， Enviromental Protection Bureau， Shaanxi Fuping 711700;2 College of Environmental Science and Engineering， Hunan University， Hunan Changsha 410082， China)Abstract: In the water pollution control and engineering， photosynthetic bacteria method was superior

4、 to those of thetraditional wastewater treatment method， with the advantages of the simper equipment， less area cover， higher organic load， lower energy consumption， lower investment costs， no secondary pollution characteristics， organic burden， low en- ergy consumption， cover an area of an area sma

5、ll， investment costs low， cause and very exciting and popular The princi- ples and pathways of photosynthetic bacteria method， the present situation of the application and research progress of pho- tosynthetic bacteria method and and the application prospect in the water pollution control and engine

6、ering were discussedKey words: photosynthetic bacteria; pollution control; application and development光 合 细 菌 ( photosynthetic bacteria， 简 称 PSB) 是 水 圈 微 生 物的 一 类 ， 广 泛 分 布 在 海 洋 、 湖 泊 、 江 河 、 水 田 、 污 泥 等 各 个 角 落 ， 分 布 于 水 的 厌 气 层 中 ， 进 行 不 产 氧 的 光 合 作 用 而 合 成 自 身 营 养 物质 。 至 今 分 离 得 到 PSB 涉 及 到 7 个

7、亚 群 、 28 个 属 、 80 多 个 品 种 。 在 不 同 的 自 然 环 境 下 ， 光 合 细 菌 具 有 多 种 不 同 的 功 能 ， 如 固 氮 、 产 氢 、 固 碳 、 氧 化 硫 化 物 等 ， 在 自 然 界 的 碳 、 氮 、 硫 循 环 中 起 着 重 要作 用 。 在 水 污 染 控 制 与 工 程 中 ， 光 合 细 菌 处 理 技 术 具 有 工 艺 设 备简 单 、 耗 能 少 、 不 造 成 二 次 污 染 ， 有 机 负 荷 高 等 特 点 而 备 受 青 睐 。1987 年 11 月 ， 在 中 国 上 海 成 功 召 开 了 “ 第 一 届 中 日

8、 光 合 细 菌 国际 学 术 会 议 ” ， 大 大 推 动 了 光 合 细 菌 的 研 究 、 应 用 与 发 展 1 3 。本 文 简 要 概 述 了 光 合 细 菌 法 的 原 理 ， 方 法 及 在 水 污 染 控 制 与 工 程中 的 应 用 现 状 及 研 究 进 展 ， 并 对 光 合 细 菌 的 应 用 前 景 进 行 了 探讨 。光 合 细 菌 在 自 身 的 同 化 代 谢 过 程 中 ， 又 完 成 了 产 氢 、 固 氮 、 分 解有 机 物 三 个 自 然 界 物 质 循 环 中 极 为 重 要 的 化 学 过 程 。 这 些 独 特的 生 理 特 性 使 它 们

9、在 生 态 系 统 中 的 地 位 显 得 极 为 重 要 。 光 合 细菌 能 以 光 为 能 源 ， 充 分 利 用 多 种 有 机 物 进 行 自 身 的 生 长 繁 殖 ， 同时 它 的 生 长 不 受 氧 气 浓 度 的 限 制 ， 具 有 随 生 长 条 件 的 不 同 而 改 变 代 谢 类 型 的 特 征 ， 在 厌 氧 光 照 或 好 氧 黑 暗 条 件 下 ， 利 用 有 机物 、 硫 化 物 、 氨 氮 等 作 为 供 氢 体 和 碳 源 ， 进 行 不 放 氧 的 光 合 作 用 。此 外 光 合 细 菌 富 含 蛋 白 质 和 B 族 维 生 素 ， 具 有 巨 大

10、的 利 用 价 值 。而 且 细 菌 细 胞 富 含 蛋 白 质 和 B 族 维 生 素 ， 不 存 在 污 泥 处 置 的 难 题 。 光 合 细 菌 ( PSB) 主 要 包 括 以 下 四 个 科 : 红 螺 菌 科 ( Rhodos Pi- rill aceae) 、 着 色 菌 科 ( Chromatiaceae) 、 绿 硫 菌 科 ( chlorobiaceae) 和绿 色 丝 状 菌 科 ( Chloroflexaceae) ， 目 前 用 于 废 水 处 理 的 光 合 细 菌 主 要 属 于 红 螺 菌 科 ， 而 在 生 产 中 有 意 义 的 红 螺 菌 科 包 括 红

11、 螺 菌 属 、 红 假 单 胞 菌 属 等 。1 PSB 生 化 特 性 简 介光 合 细 菌 在 有 光 照 缺 氧 的 环 境 中 能 进 行 光 合 作 用 ， 利 用 光 22 1PSB 法 在 水 污 染 控 制 与 工 程 中 的 应 用PSB 法 作 用 原 理光 合 细 菌 的 共 同 点 是 体 内 具 有 光 合 色 素 ， 在 厌 氧 、 光 照 条 件能 同 化 二 氧 化 碳 。 与 绿 色 植 物 不 同 的 是 ， 它 们 的 光 合 作 用 是 不 产 氧 的 。 光 合 细 菌 细 胞 内 只 有 一 个 光 系 统 ， 光 合 作 用 的 原 始 供 氢

12、体 不 是 水 ， 而 是 H2 S 或 有 机 物 ， 这 样 它 进 行 光 合 作 用 的 结 果 是产 生 了 H2 ， 分 解 有 机 物 ， 同 时 还 能 固 定 空 气 中 的 分 子 氮 生 成 氨 。下 进 行 光 合 作 用 其 中 红 螺 菌 科 ( Phoclospirill aceae) 的 大 多 数 种 属能 够 利 用 有 机 物 作 为 供 氢 体 。 PSB 能 够 处 理 高 浓 度 有 机 废 水 的* 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( No: 51078128) 。作 者 简 介 : 徐 艳 玲 ( 1973 ) ， 女

13、 ， 工 程 师 ， 主 要 环 境 监 测 和 环 境 工 程 。通 讯 作 者 : 李 小 明 ( 1966 ) ， 男 ， 博 士 生 导 师 ， 教 授 。质 的 改 善 、 稳 定 水 色 、 增 加 饲 料 效 应 、 防 止 疾 病 发 生 等 效 用 8 9 。降 解 的 第 一 阶 段 常 有 大 量 低 级 脂 肪 酸 产 生 ， 其 中 浓 度 较 高 的 乙酸 、 丙 酸 等 对 大 多 数 好 氧 微 生 物 有 较 强 的 抑 制 作 用 ， 而 红 螺 菌 科 中 的 许 多 属 种 却 能 在 高 浓 度 的 乙 酸 与 丙 酸 以 5 1 比 例 时 具 有

14、最 大 的 增 殖 速 率 。 PSB 法 正 是 基 于 上 述 原 理 而 建 立 的 一 个 高 浓 度 有 机 废 水 处 理 的 人 工 生 态 系 统 4 。 因 此 光 合 细 菌 不 仅 能 在 厌 氧 光 照 条 件 下 以 低 级 脂 肪 酸 、 多 种 二 梭 酸 、 醇 类 、 芳 香 族 化 合 物 等 低 级 有 机 物 作 为 光 合 作 用 的 电 子 供 体 ， 进 行 光 能 异 养 生 长 ， 而 且 光 合 细 菌 之 所 以 能 在 有 机 废 水 中 起 净 化 作 用 ， 是 与 其 细 胞 结 构 和 物 质 、 能 量 的 代 谢 分 不 开

15、的 。 特 别 是 红 色 非 硫 细 菌 科 的 一 些 种 ， 多 见 于 有 机 物 污 染 的 水 中 ， 其 胞 内 具 有 能 营 光 合 作 用 的 载色 体 ， 它 是 由 细 胞 膜 分 化 而 成 的 ， 直 径 约 600 10 10 1000 10 10 大 小 的 球 状 体 或 胞 状 体 ， 载 色 体 颗 粒 中 密 集 地 包 埋 着 细 菌 叶 绿 素 和 类 胡 萝 卜 素 ， 进 行 着 光 合 磷 酸 化 反 应 和 光 氧 化 还 原 反应 ， 在 好 氧 条 件 下 ， 胞 内 缺 少 这 种 载 色 体 ， 但 只 要 将 其 置 于 光 照 条 件 下 就 很 快 地 形 成 ， 这 就 从 细 胞 结 构 上 为 红 色 非 硫 细 菌 灵 活地 进 行 物 质 、 能 量 代 谢 提 供 了 可 能 ， 研 究 表 明 ， 当 红 色 非 硫 细 菌 处 于 好 氧 黑 暗 条 件 下 耐 ， 它 们 能 和 好 氧 微 生 物 一 样 地 通 过 三 羧酸 循 环 来 进 行 有 机 酸 的 代 谢 ; 但 在 厌 氧 光 照 条 件 下 ， 这 一 循 环 被 抑 制 时 ， 它 们 便 迅 速 转 换 代 谢 通 路 ， 并 能 把 有 机 酸 异 化 与 同 化 的