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1、第五章 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
2、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0.20.3mg/L，含磷量大于 0.010.02mg/L，生化需氧量大于10mg/L，细菌总数（淡水，pH79）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
3、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
4、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2km5km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：细菌、真菌、噬藻体等杀藻剂每月投入12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：Cu
5、SO40.10.5mg/L（杀藻而不能除气味）、漂白粉 0.51mg/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。,
6、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 紫外线照射 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
7、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（pH11.5），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+Cl HOCl = 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,
8、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
9、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： 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； 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200300nm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
10、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1
11、00、1020min可完全破坏。肠道中蛋白分解酶不能分解此毒素。肉毒梭菌是革兰氏阳性菌，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pH4.5，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26h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100 ，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。,
12、2. 放线菌毒素 某些放线菌的代谢产物可使人中毒、甚至引起肿瘤。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： 中毒常与食物有关; 发病有季节性或地区性； 不产生抗体，也不能免疫； 患者无传染性； 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
13、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
14、物 气味是影响环境质量的重要因子，具有早期预警作用。 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0.6g/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。FeSFeSO4+H2SO4 FeSO4 硫杆菌 Fe2(SO4)3FeS+ Fe2(SO4)3FeSO4+S S 硫杆菌 H2SO4 酸性废水的危害：随水渗漏或顺河道扩散，污
15、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（-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
16、。 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，微生物作用把有机氮NH3 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。 在肠道内NO-2与-NH2反应生成亚硝胺，故硝酸盐被认为是致癌物亚硝胺的前体。,
