微生物对环境的污染与危害

第七章微生物对环境的污染与危害第一节水体富营养化水体富营养化——指氮、磷等营养物质大量进入水体，使藻类和浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体生态平衡的现象。以湖泊、水库对人类生产和生活影响最大。水体富营养化特征：DO先↑而后↓；C、N、P含量↑；藻类由硅藻占优势变成由绿藻、蓝藻占优势；透明度↓。这种富营养化现象发生在湖泊等内陆水体可形成水华（又称水花）；发生在海洋可形成赤潮（又称红潮）。一、富营养化的形成和影响因素1.富营养化的形成一些高山、极地湖泊的富营养化大多属于天然的富营养化。人为的水体富营养化是在人类活动的影响下发生的水体生态演变。因此产生富营养化的水体主要是人群集中、工业和农业发达地区的湖泊。2.富营养化的影响因素（1）营养物质氮、磷——限制因子。（2）季节与水温（3）光照目前一般采用的富营养化指标是：水体含氮量大于0.2~0.3mg/L，含磷量大于0.01~0.02mg/L，生化需氧量大于10mg/L，细菌总数（淡水，pH7~9）达105个/mL，叶绿素a（藻类生长量的标志）大于10mg/m3。二、引起富营养化的优势藻类主要是微型藻类。海洋中现已查明的有60多种——裸甲藻属、膝沟藻属、多甲藻属的种类。常见的有：腰鞭毛虫、裸甲藻、短裸甲藻、梭角藻、原甲藻、中肋骨条硅藻、角刺藻、卵形隐藻、无纹多沟藻、夜光藻等。湖泊中以蓝细菌为主。常见的有：微囊藻属、鱼腥藻属、束丝藻属和颤藻属。由于占优势的浮游藻类所含色素不同，使水体呈现蓝、绿、红、棕、乳白等不同颜色。三、水体富营养化的危害1.消耗溶解氧，致使水生生物大量死亡。2.藻类过度繁殖会阻塞鱼鳃和贝类的进出水孔，影响它们的呼吸作用。3.某些藻类体内及其代谢产物含有生物毒素，引起鱼、贝类中毒病变或死亡。如链状膝沟藻——石房蛤毒素。4.产生气味化合物，使水体散发不良气味。5.破坏环境景观外观呈色、变浊、产生不良气味、影响景观。6.水体沼泽化沉积作用。7.危害供水四、富营养化的防治1、外环境控制措施（截外源）（1）工业：加强排污总量控制；污水进行深度处理（硝化—反硝化脱氮，化学混凝沉淀除磷，氧化塘除氮、磷）。（2）农业：减少化肥使用量，加强农家肥使用的宣传力度，并做好肥料的贮存和施用工作（在农作物生长期间施肥，肥料能被作物很快吸收）；建立农村污水处理设施。（3）生活：实行合成洗衣粉含磷量的限制。（4）水体周围：建立良性生态平衡，包括建立水体周围的缓冲林带；保护水体周围及上游的森林植被，防止营养物质的过多流失。如湖边应保证有2km～5km的湖滨保护带，带内严禁新建污染企业和从事有污染的活动。带内土地应当退地还湖。2、内环境控制（除内源）（1）生物法法：细菌、真菌、噬藻体等杀藻剂每月投入1～2次；养殖藻类和水生植物并定期收获；养殖食草性鱼类、贝类。（2）药物除藻法：CuSO40.1～0.5mg/L（杀藻而不能除气味）、漂白粉0.5～1mg/L（既杀藻又除气味）、明矾（主要除蓝藻）。适用于小范围水体，用于藻类刚开始繁殖时，装袋拖挂于船后或直接喷洒。药剂用量最好经试验确定。（3）充氧曝气法：利用机械搅拌或强力通气破坏湖中的分层现象使湖水混合，可收到较显著效果。常用于较深的水体。（4）凝集沉淀法：加Fe盐、Al盐及粘土矿物与磷结合成不溶物沉淀。（5）底泥挖掘法：将沉淀于底泥中的磷除去，消除二次污染机会。（6）稀释冲刷法：加贫营养水稀释或用贫营养水进行换水冲刷，这是最快速的手段。（7）深层排水法：一般深层的营养盐比表层的多，排掉深层的水可带走很多营养盐类。第二节病原微生物一、空气中的病原微生物1、空气中的病原微生物主要通过三种不同途径传播疾病：（1）附着于尘埃上（2）附着于飞沫小滴上（3）附着于飞沫核上（4）附着于污水喷灌产生的气溶胶上2、空气微生物污染的防治措施（1）加强通风换气（2）空气过滤（3）空气消毒①紫外线照射②化学药品消毒法二、水中的病原微生物1、水中的病原微生物种类水中常见的病原体有：伤寒杆菌、痢疾杆菌、致病性大肠杆菌、鼠疫杆菌、霍乱弧菌、脊髓灰质炎病毒、甲型肝炎病毒等。2、水中微生物污染的防治措施（1）污水的处理排放前污水应加氯消毒或加明矾、石灰、铁盐等絮凝剂后再砂滤，可除出大部分的病毒及病原菌。对于由污水而成的再生水，通常用石灰作絮凝剂，使水维持较高的碱性（pH＞11.5），并接触1h以上，则病毒的杀灭率可达到99.9％。（2）认真做好水源的卫生防护围绕水源确定防护地带，建立相应的卫生制度，使水源、水处理措施、输水总管等不受污染，从而保证良好的生活饮用水。（3）生活饮用水消毒•自来水厂常用的方法有加氯消毒、臭氧消毒和紫外线消毒。——目前最常用的是加氯消毒。A、加氯消毒原理：Cl2+H2O=HOCl+H+ClHOCl=H++OCl-HOCl和OCl-都有氧化能力生活饮用水标准：氯接触30min后,游离性余氯不应低于0.3mg/L。集中式给水处理厂的出厂水除符合上述要求外,管网末梢的水的游离性余氯不应低于0.05mg/L。B、微电解消毒原理：1）微电解H2O产生活性氧（如02-、OH-）和H+。02-和OH-具有强氧化能力，可杀死细菌及藻类。2）活性氧还可与水中氯离子作用生成HOC1，更增强了杀菌能力。3）活性氧还可氧化水中的NH3和N02-为NO3-。适应水体：H202可用于净化程度高的饮用水消毒，尤其是桶装饮用水因为细菌数量极少，H202可起到抑菌和保质作用。C、臭氧消毒干燥空气放电时，部分氧气即转化为臭氧，浓度可达25mg/L左右。与加氯消毒相比，水的臭氧消毒还有几个优点：1）不会造成异臭异味2）提高溶解氧量3）氧化有机物等4）目前尚未发现有害人体健康的产物。缺点：没有余量，也就没有后续的杀菌能力。鉴于加氯消毒可能产生致癌有机物，用臭氧氧化代替水厂中的滤前加氯和污水厂中的加氯消毒是可取的。D、紫外线消毒1）紫外线消毒的机理有二：①短波射线一般有改变细胞组成的作用，从而促使细胞因突变而死亡；②紫外线的照射改变核酸分子的结构从而杀死细菌。2）紫外线由紫外灯发出，有效波长在200～300nm之间3）优点：紫外线照射是物理方法，经过消毒的水化学性质不变，不会产生臭味和有害健康的产物。4）缺点：因悬浮物和有机物干扰杀菌效果和费用较高，所以只适用于少量清水的消毒，如优质水及纯水的消毒第三节微生物代谢物与环境污染一、微生物毒素与食品污染1.细菌毒素2.放线菌毒素3.真菌毒素4.藻类毒素1.细菌毒素可分为内毒素与外毒素。内毒素是微生物细胞的组分，通常为细胞壁的某一成分，只有当菌体裂解或融溶时才能释放。外毒素由微生物合成后，分泌到细胞外面。外毒素的毒力强于内毒素，但不耐高温。常见的外毒素有白喉毒素、破伤风毒素、霍乱肠毒素、肉毒毒素、葡萄球菌肠毒素等。（1）肉毒毒素是由肉毒梭菌产生的外毒素，是一种极强的神经毒，主要作用于神经和肌肉的连接处及植物神经末梢，阻碍神经末梢乙酰胆碱的释放，导致肌肉收缩不全和肌肉麻痹。肉毒毒素属剧毒物，1mg可以杀死100万只豚鼠。此毒素对热极不稳定，经80℃、30min或100℃、10~20min可完全破坏。肠道中蛋白分解酶不能分解此毒素。肉毒梭菌是革蓝氏阳性菌，产芽孢，能运动，专性厌氧，可侵染水果、蔬菜、鱼、肉、罐头、香肠等食品。预防肉毒中毒可把食品保存在pH﹥4.5，或盐分﹥10%或温度﹤3℃的条件下。罐头食品需经121℃高压灭菌，以杀死芽孢。（2）葡萄球菌肠毒素是由金黄色葡萄球菌的产毒菌株产生的外毒素，可引起食物中毒。当肠道吸收了该毒素后，在2~6h之内即可引起恶心呕吐等急性肠胃病症状。毒性较弱，较少致命。金黄色葡萄球菌为革兰氏阳性、不产芽孢的球状菌。该毒素用一般的烹饪方法不能破坏，需经100oC，2h处理方可破坏。因此预防中毒的方法是，防止一切污染该菌的机会。2.放线菌毒素如链霉菌属放线菌产生的放线菌素，可使大鼠产生肿瘤。3.真菌毒素是指以霉菌为主的真菌代谢活动所产生的毒素。真菌毒素致病有下几个特点：①中毒常与食物有关;②发病有季节性或地区性；③不产生抗体，也不能免疫；④患者无传染性；⑤一次性大量摄入往往发生急性中毒；长期少量摄入则发生慢性中毒和致癌。至今发现的真菌毒素达300种。其中，毒性较强的有黄曲霉毒素、棕曲霉毒素、黄绿青霉素、红色青霉毒素B、青霉酸等。黄曲霉毒素主要由黄曲霉和寄生曲霉产生的毒素，是剧毒物，也是致癌物，可诱发肝癌。已确定结构的黄曲霉毒素共有20多种，以黄曲霉毒素B1毒性最大，致癌性最强，稳定性最高。黄曲霉毒素污染食物的范围很广，包括粮食、油、蔬菜、豆类、烟草、肉类、乳品、水果等，其中以花生、花生油、玉米、棉籽饼粉、棕榈仁、可可豆、大米、小米等较常见，污染最重的是花生、花生油和玉米。预防黄曲霉毒素污染的主要措施：降低含水量，降低相对湿度，充CO2降低氧量，使用化学药剂等。4.藻类毒素（1）甲藻甲藻是藻类中对人类威胁最大的藻种，它产生的毒素对人类有剧毒。产生毒素的甲藻主要是膝沟藻属的种类，海洋赤潮中的甲藻多为此属。（2）蓝细菌淡水中蓝细菌产生的毒素主要使鱼类、家畜、水鸟等致死。（3）金藻海水中金藻纲产生的毒素可使鱼类大量死亡。二、气味代谢物从放线菌产生的土腥味物质中分离到土腥素（或土臭味素）。土腥素是一种透明的中性油，相对分子质量182，嗅阈值极低＜0.2mg/L。具有土腥味的鱼肉中也可检出土腥素，鱼肉的味阈值为0.6µg/100kg鱼肉。其他引起环境污染的微生物气味代谢物有氨、胺、硫化氢、硫醇、（甲基）吲哚、粪臭素、脂肪、酸、醛、醇、脂等。三、酸性矿水酸性矿水的形成：化学氧化和生物（耐酸细菌）氧化。FeS——﹥FeSO4+H2SO4FeSO4硫杆菌﹥Fe2(SO4)3FeS+Fe2(SO4)3——﹥FeSO4+SS硫杆菌﹥H2SO4酸性废水的危害：随水渗漏或顺河道扩散，污染农田、水渠、河流，破坏自然生态、生物群落、毒害鱼类、影响人类生活。酸性废水的治理措施：投加大量纤维素，造成缺氧环境，促进反硫化作用的产生；投加抗微生物的药剂（α-酮酸类、羧酸类），抑制硫杆菌的活性。加石灰提高pH，使硫酸成为硫酸钙沉淀；开采后层层覆盖，避免酸性矿水形成。四、汞的生物甲基化排入环境的汞大多为无机汞（元素汞和汞离子），经过微生物的甲基化作用后，形成的甲基汞毒性增强，使汞的危害大大加剧。是水俣病的主要原因。能形成甲基汞的厌氧细菌有产甲烷菌、匙形梭菌；好氧细菌有荧光假单胞菌、草分枝杆菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌等；真菌中有粗糙脉孢霉、黑曲霉、短柄帚霉以及酿酒酵母等。汞的生物甲基化往往与甲基钴胺素有关。甲基钴胺素即VB12——甲基传递体。（1）汞的非酶促甲基化在中性水溶液中，以甲基钴胺素作为甲基供体，汞可被转化为甲基汞。这种转化是纯化学反应，能快速而定量地进行。在有氧和厌氧条件下，汞的甲基化均能顺利完成。（2）汞的酶促甲基化在自然界，除个别情况外,甲基汞都是在微生物的作用下形成的。微生物的作用可分为直接作用与间接作用。直接作用是指直接在微生物酶的催化下发生甲基化过程。间接作用则是指在微生物体外发生的甲基化过程。水体中酶促甲基化的速率受pH值、通气、微生物种类的影响。在汞污染水域，鱼体内的汞主要以甲基汞的形态存在。（四种机理）五、微生物引起的硝酸盐还原对人体的影响1.引起高铁血红蛋白症在有氧条件下，微生物——NO-3。当饮用水中NO-3过高时，会使婴儿得高铁血红蛋白症。2.生成亚硝胺在人肠道内处于酸性情况下，硝酸还原细菌可把NO-3转变为NO-2，蛋白质等物质代谢过程中常有胺类物质产生。故硝酸盐被认为是致癌物亚硝胺的前体。