微生物对环境的污染与危害

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第七章 微生物对环境的污染与危害,1,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。,2,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）。,3,一、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,4,目前一般采用的富营养化指标是：水体含氮量大于,0.20.3,mg/L,，,含磷量大于,0.010.02,mg/L,，,生化需氧量大于,10,mg/L,，,细菌总数（淡水，,pH79,）,达 10,5,个/,mL,，,叶绿素,a（,藻类生长量的标志）大于,10,mg/m,3,。,5,二、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。,6,三、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,7,四、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。,8,2,、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。,9,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,10,2,、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,11,二、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。,12,（,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：,Cl,2,+H,2,O = 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,管网末梢,的水的游离性余氯不应低于,0.05mg/L,。,13,B,、微电解消毒,原理：,1,）,微电解,H,2,O,产生活性氧（如,0,2,-,、,OH,-,）和,H,+,。,0,2,-,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,NH,3,和,N0,2,-,为,NO,3,-,。,适应水体：,H,2,0,2,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，,H,2,0,2,可起到抑菌和保质作用。,14,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。,15,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,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,16,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,17,1.,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。,18,（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，1,mg,可以杀死100万只豚鼠。此毒素对热极不稳定，经80,、30,min,或100,、1020,min,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。,19,（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26,h,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,o,C,，,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。,20,2.,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。,21,3. 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。,22,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。,23,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,B,1,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,CO,2,降低氧量，使用化学药剂等。,24,4. 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。,25,二、,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0.2,mg/L。,具有土腥味的鱼肉中也可检出土腥素，鱼肉的味阈值为0.6,g/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。,26,三、,酸性矿水,酸性矿水的形成：化学氧化和生物（耐酸细菌）氧化。,FeSFeSO,4,+H,2,SO,4,FeSO,4,硫杆菌,Fe,2,(SO,4,),3,FeS+ Fe,2,(SO,4,),3,FeSO,4,+S S,硫杆菌,H,2,SO,4,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。,27,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。,28,四、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,VB,12,甲基传递体。,29,（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,）,30,五、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。,31,