微生物磁效应在废处理中的应用.doc

《环境生物技术论文》 题目：微生物磁效应在废水处理中的应用 摘 要：本文介绍了磁场对微生物生理的影响，深入讨论了介绍了微生物磁效应的原理和作用方式，并综述了近年来国内外将微生物磁效应应用于活性污泥法、生物接触氧化法和酶法废水生物处理中的研究进展。 关键词：微生物磁效应，废水处理，活性污泥法，生物接触氧化法，酶法 任何生物都具有磁性，外加磁场、环境磁场和生物体内的磁场都会对生物的组织和生命活动产生影响，微生物有机体在外磁场作用下表现出来的磁现象，称为微生物磁效应。这种影响既与磁场的强度、均匀度和频率等有关，也与生物的种类、受磁场作用的部位、时间等有关。目前，生物法成为废水处理的主要方法，其本质是利用微生物及其代谢过程产生的酶分解、矿化有机污染物。如何使微生物优良菌种及降解酶能长期在废水处理系统中占优势，并保持高稳定性和高降解活性，从而提高废水处理效率，一直是生物处理工艺的研究热点。近年有关磁效应在废水生物处理中的应用已有大量的研究报道。水经磁化处理后的物理化学性质（如折射率、电导率、表面张力、黏度以及红外吸收光谱等）会发生变化，磁场可提高水中微生物的生物活性、提高微生物对有机污染物的吸附和降解能力，从而显著提高废水生物处理的效果。本文介绍了微生物磁效应及其在废水生物处理中的应用和研究进展。 l 微生物磁效应 1. 1 微生物磁效应的原理 生物体一般或多或少地带有生物电或含有磁性物质，磁场对不同的生物及不同生物层次（如生物分子、细胞、组织和活体）的影响也各不相同，而微生物在磁场作用下所表现出的一些特性变化即为微生物磁效应。 微生物在自然界几乎无处不在，但在特定环境中，只有小部分微生物生长活跃。微生物的新陈代谢在特定酶的参与下才能正常进行，由于酶是亲水性的蛋白质，具有高的表面能，对各种外部因素的变化较敏感。在温度、介质pH、渗透压力、底物浓度发生变化，或存在代谢产物积累、杀菌射线、电磁场等作用的情况下，酶的活性会发生改变[1]。 对于微生物来说，磁场是一种物理刺激因素，与超声波及 射线等放射性辐射有相似之处。磁场会影响微生物的运动及其内外部特性。如趋磁性细菌就是一类能够沿着磁力线运动的特殊细菌，它的细胞内含有对磁场具有敏感性的磁小体。磁场对微生物作用的磁生物学机理非常复杂，磁场可直接或间接地影响蛋白质大分子、酶和DNA 的特性，影响细胞器结构及生物膜的通透性，从而影响生物体系统的新陈代谢。磁场处理的适宜操作参数（主要有稳恒磁场的磁感应强度、作用时间、交变磁场的变化频率与作用时间、作用物切割磁场次数等等）也因不同的微生物而异。即使在较弱的磁感应强度范围（1.0 -10.4 mT）内，磁场仍可对微生物产生影响[2]。 近年来，国内外的有关研究证实了利用微生物磁效应是一种改进现有废水生物处理技术的有效途径。磁场对涉及自由基的反应的影响最为明显，水中污染物的高级氧化过程因涉及自由基的反应同样会受到磁场的影响。弱磁场可诱导酶的合成和酶活性的提高，有利于自由基的形成，增加体系溶解氧浓度（氧为顺磁性），使水分子结构发生变化。磁化水渗透压的升高、表面张力的下降等可增加有机污染物、菌体和溶解氧间的接触几率和扩散速率；磁效应增加了水中矿物质的溶解并使部分有机物经磁化分解为C，N 等元素肥分，从而为微生物的生存提供了必要的能源和食物，有利于微生物在生物反应器中的挂膜生长及降解菌的驯化培养，增强微生物吸附和利用污染物的能力，提高废水净化效果。 1.2 磁场对微生物生长的作用机制 1.2.1对细胞膜及跨膜信息传递的影响 (1)、电磁场对细胞膜的影响细胞膜是电磁场作用的靶体，研究电磁场对细胞膜的影响对解释电磁场的非热生物效应有着较大的影响，目前对细胞膜在电磁场作用下形成电穿孔现象研究的比较透彻，并在生物技术和临床医学方面有了广泛的应用。电穿孔(electroporation)是指在脉冲电场作用下，细胞膜脂双层上形成瞬时微孔，导致其通透性和膜电导瞬时增大的生物物理现象。可分为高强度瞬态电磁场脉冲作用下生物膜电穿孔和低强度瞬态电磁场脉冲作用下生物膜电穿孔。 在瞬态脉冲电磁场的作用下，对电压敏感的通道即电压一门通道在跨膜电位的作用下开启，导致能被通道特异转运的无机离子(Na+、C1-、K+、Ca2+)，以及半径大于临界半径a0的离子进入到通道中，形成较大的亲水通道．由于亲水通道是由介电常数接近细胞内外液的液体填充，离子在细胞膜中的能量大幅度地减少，临界半径也随之减小，从而导致大量离子的涌入，细胞膜构象发生变化，形成电穿孔。膜蛋白在膜基质一脂质分子中是无序漂流的，因此蛋白通道也并不是位置固定不变的，这就使得电穿孔的位置也具有随机性．外加的电场是低强度的瞬态脉冲电场，孔径变大是一个逐渐的过程。脉冲信号作用的时间较短，则形成的孔径较小，可自行修复，即为