1、1生物方法治理北京市空气污染摘要：空气污染一直是困扰北京市政府的一大环境问题，造成空气污染的因素众多，包括汽车尾气、工业污染，工地扬尘等因素。市政府每年也会投入不少钱治理空气污染。其中生物方法是治理空气污染的一个很好的方法，不少植物和微生物在治理空气污染上会发挥很重要的作用。关键词：空气污染，植物，微生物，生物脱硫Biological methods of control of air pollution in BeijingAbstract: Air pollution is a worry to the Beijing municipal government has been one o
2、f the major environmental problems, air pollution caused by many factors, including vehicle exhaust, industrial pollution, site factors such as dust. The municipal government will invest a lot of money in each year of air pollution. Biological treatment in which air pollution is a good way, many pla
3、nts and micro-organisms in the control of air pollution will be a very important role to play.Key words: Air Pollution, Plant, Microbiology, Biodesulfurization经济的飞速发展给人们带来了物质上的富裕，同时也给环境带来巨大压力。北京是中国的首都，常被称为“首堵” ，偶尔也被称为“雾都” 。空气污染一直困扰着市政府，市政府每年也会投入不少钱治理空气污染。治理空气污染的方法很多，化学方法、物理方法、生物方法等等很多。要治理空气污染就要先对2空气
4、污染有一个基本上得了解。所谓空气污染，即指空气中含有一种或多种污染物，其存在的量、性及时间会伤害到人类、植物及动物的生命，损害财物，或干扰舒适的生活环境，如臭味的存在。换言之，只要是某一种物质其存在的量、性质及时间足够对人类或其他生物、财物产生影响者，我们就可以称其为空气污染物；而其存在造成之现象，就是空气污染。 在了解何种物质进入空气中会造成污染之前，我们需要先了解乾净空气的组成。乾净空气的组成如表一所示：通常我们所谓的空气污染物如二氧化氮、臭氧。二氧化硫、一氧化碳等物质，在乾净空气中之含量均极微少；但在受到污染的情形下，这些特定物质中的某些种类会大量增加。换言之，某些物质在空气中不正常的增
5、量就产生空气污染的情形。 二、空气污染物的种类 空气污染物的种类包含很多，它们的型态可能是固体状的粒子，也可能是被滴或是气体，或是这些型态的混合存在。 目前我国法令所定义的空气污染物有那些种类呢？依据空气污染防制法及相关规定所定义，空气污染物可分为四大项目，分别为气状污染物（包括硫氧化物勺一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、氯气、气化氢、氟化物、氯化烃等） 、粒状污染物(包括悬浮微粒、金局煤烟、黑烟、酸雾、落尘等)、二次污染物 （指污染物在空气中再经光化学反应而产生之污染，包括光化学雾、光化学性高氧化物等）及恶臭物质(包括氯气、硫化氢、硫化甲基、硫醇类、甲基胺类) 等。比较常见的空气污染物包括悬浮
6、微粒、一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和 碳氢化合物等，大多是由人为因素而产生。在我国法令中对於人为因素（如烟囱排放、交通工具排放等）而产生之空气污染物，大多订有排放标准来规范它们的排放。苔藓植物可以作为监测空气污染的指示植物。因为在苔藓叶片内，除中部外，都是由一层细胞构成的，污染物可以从叶片两面直接侵入叶的细胞。所以植物体对有毒的气体十分敏感，在污染严重的城市和工厂附近很难生存。人们利用这个特点，把苔藓植物当作监测空气污染程度的指示植物。很多植物都有吸收各种有毒有害气体和净化空气的功能。植物是空气的天然过滤器。茂密的丛林能够降低风速，使气流挟带的大颗粒灰尘下降。树叶表面粗糙不平，多绒毛，某些树种
7、的树叶还分泌粘液，能吸附大量飘尘。蒙尘的树叶经雨水淋洗后，又能够恢复吸附、阻拦尘埃的作用，使空气得到净化。下3面介绍几种吸收有毒气体、烟尘能力强的植物。悬铃木，俗 称 梧 桐 树 。 落 叶 大 乔 木 ， 高 可 达 35 米 。 悬 铃 木 树 形 雄 伟 ，枝 叶 茂 密 ， 是 世 界 著 名 的 优 良 庭 荫 树 和 行 道 树 ,有 “行 道 树 之 王 ”之 称 。 枝条 开 展 ， 树 冠 广 阔 ， 呈 长 椭 圆 形 。 树 皮 灰 绿 或 灰 白 色 ， 片 状 脱 落 。 柄 下 芽 。单 叶 互 生 ， 叶 大 ， 掌 状 5-9 裂 ， 幼 时 密 生 星 状 柔
8、 毛 ， 后 脱 落 。 抗 空 气 污 染 能力 较 强 ， 叶 片 具 吸 收 有 毒 气 体 和 滞 积 灰 尘 的 作 用 ， 对 二 氧 化 琉 、 氯 气 等 有 毒气 体 有 较 强 的 抗 性 。垂 柳 枝 条 细 长 ， 柔 软 下 垂 ， 随 风 飘 舞 ， 姿 态 优 美 潇 洒 ， 植 于 河 岸 及 湖 池边 最 为 理 想 ， 柔 条 依 依 拂 水 ， 别 有 风 致 ， 自 古 即 为 重 要 的 庭 园 观 赏 树 。 亦 可用 作 道 树 、 庭 荫 树 、 固 岸 护 堤 树 及 平 原 造 林 树 种 。 垂 柳 对 有 毒 气 体 抗 性 较 强 ，并
9、 能 吸 收 二 氧 化 硫 ， 比 较 适 用 于 工 厂 区 绿 化 。樟树枝叶有樟脑味，能分泌挥发性抑菌物质，对二氧化硫、氯气等有害气体有较强的抗性和吸收能力。只 不 过 樟 树 为 亚 热 带 地 区 （ 西 南 地 区 ） 重 要 的材 用 和 特 种 经 济 树 种 ， 可 能 不 太 适 合 在 北 京 种 植 。侧 柏 属 常 绿 乔 木 ， 树 高 一 般 达 20 米 ， 干 皮 淡 灰 褐 色 ， 条 片 状 纵 裂 。 小枝 排 成 平 面 。 全 部 鳞 叶 ， 叶 二 型 ， 中 央 叶 倒 卵 状 菱 形 ， 背 面 有 腺 槽 ， 两 侧 叶船 形 ， 中 央
10、叶 与 两 侧 叶 交 互 对 生 ， 雌 雄 同 株 异 花 。 侧柏具有杀菌吸毒滞尘的功能。枝叶能分泌一种杀菌素，可杀死肺结核，痢疾等病菌，对二氧化硫、氯气、氟化氰等有较强抗性。刺槐，又名洋槐，对空气中的二氧化硫、氯气、氯化氢等有害气体有较强的净化作用，并有较强的吸收铅蒸气的能力。因 其 适 应 性 强 、 生 长 快 、 繁 殖 易 、用 途 广 而 受 到 欢 迎 。 在 国 内 已 遍 及 华 北 、 西 北 、 东 北 南 部 的 广 大 地 区 。 刺 槐原 产 地 是 在 两 个 完 全 不 相 连 接 的 地 域 分 布 ， 形 态 变 异 丰 富 ， 它 的 观 赏 价 值
11、 逐渐 受 到 人 们 的 重 视 ， 尤 其 是 在 立 地 条 件 差 ， 环 境 污 染 重 的 地 区 绿 化 ， 这 是 不可 缺 少 的 园 林 绿 化 树 种 。枸把树，能抗二氧化硫、硫化氢和氯气的污染，对酸和氮氢化物的抗性也较强。可作为大气污染严重区的绿化树种。臭椿，落 叶 乔 木 ， 高 可 达 30 米 ， 树 冠 呈 扁 球 形 或 伞 形 。 树 皮 灰 白 色 或灰 黑 色 ， 平 滑 ， 稍 有 浅 裂 纹 。 小 枝 粗 壮 。 叶 痕 大 ， 倒 卵 形 ， 内 具 9 个 维 管4束 痕 。 奇 数 羽 状 复 叶 ， 互 生 ，可抗二氧化硫，氟化氢、氯气，耐
12、粉尘、烟尘，杀菌能力很强。叶含皂素、单宁、香精等，与其他杀虫植物配制成合剂可杀灭害虫。我 们 知 道 大 多 数 空 气 污 染 直 接 起 源 于 人 类 的 活 动 ， 然 而 某 些 污 染 物 的 大量 生 产 是 由 于 天 然 的 微 生 物 过 程 的 结 果 ， 或 者 更 大 的 可 能 是 由 于 人 类 生 活 、生 产 活 动 所 排 出 的 飞 舞 被 微 生 物 所 降 解 而 产 生 。 但 是 从 有 利 一 面 讲 ， 污 染物 也 可 能 由 于 微 生 物 的 吸 收 作 用 而 从 空 气 中 被 清 除 出 去 ， 排 出 海 洋 或 土 壤 中 。据
13、 计 算 ， 全 世 界 的 海 洋 每 年 产 生 310Mt 的 一 氧 化 碳 ， 虽 然 确 实 的 来 源还 有 待 于 研 究 ， 但 总 离 不 开 海 洋 的 细 菌 和 藻 类 .， 没 有 高 浓 度 的 一 氧 化 碳 积累 ， 这 表 明 地 球 上 存 在 着 一 个 有 效 的 清 除 一 氧 化 碳 的 过 程 。 许 多 微 生 物 ， 特别 是 土 壤 微 生 物 区 系 具 有 很 强 的 利 用 一 氧 化 碳 的 能 力 ， 它 们 利 用 一 氧 化 碳 做为 碳 源 ， 从 而 清 除 一 氧 化 碳 ， 使 一 氧 化 碳 的 污 染 大 大 降
14、低 。 二 氧 化 碳 在 过 去的 几 十 年 间 ， 人 类 活 动 所 产 生 的 二 氧 化 碳 的 量 有 很 大 的 增 加 ， 然 而 空 气 中 二氧 化 碳 的 浓 度 都 没 有 明 显 的 增 加 .这 是 因 为 大 气 中 的 二 氧 化 碳 溶 解 在 海 水 里为 海 藻 所 利 用 ， 含 碳 百 分 比 很 高 的 藻 类 生 物 体 最 终 沉 入 海 底 ， 转 化 成 碳 酸 钙而 固 定 下 来 ， 永 久 不 能 移 动 海 洋 所 能 溶 解 的 大 气 中 二 氧 化 碳 浓 度 非 常 高 ， 因而 能 对 二 氧 化 碳 的 污 染 起 到
15、缓 冲 作 用 。 含 硫 气 体 微 生 物 在 厌 气 条 件 下 ， 降 解含 硫 有 机 物 ， 其 结 果 能 产 生 高 浓 度 的 硫 化 氢 气 体 。 据 计 算 海 洋 中 的 沉 积 物 中每 年 可 产 生 3000 万 t 硫 化 氢 ， 而 从 腐 化 的 植 物 中 产 生 的 硫 化 氢 每 年 可 达6800 万 t。 硫 氧 化 物 的 气 体 完 全 是 人 的 活 动 造 成 的 ， 而 微 生 物 的 活 动 不 会 使大 量 的 硫 氧 化 物 释 放 到 大 气 中 去 。 植 物 和 微 生 物 从 大 气 中 吸 收 二 氧 化 硫 ， 硫在
16、生 物 体 中 是 以 含 硫 氨 基 酸 的 形 式 被 固 定 下 来 的 ， 所 以 生 物 群 作 为 二 氧 化 硫废 气 的 容 纳 场 所 而 起 着 十 分 重 要 的 作 用 。 硫 氢 化 合 物 沼 泽 地 中 的 厌 氧 生 物 过程 能 产 生 大 量 的 甲 烷 .据 计 算 ， 地 球 上 的 沼 泽 地 排 出 的 甲 烷 ， 每 年 大 约 接 近2 亿 t， 甲 烷 在 空 气 中 停 留 的 时 间 为 14 年 。 土 壤 中 普 遍 存 在 着 大 量 的 利 用甲 烷 的 细 菌 ， 毫 无 疑 问 ， 它 们 也 必 然 具 有 氧 化 大 气 中
17、 甲 烷 的 能 力 。 因 此 ， 甲烷 在 大 气 中 停 留 的 时 间 也 可 以 反 映 出 这 类 细 菌 在 相 应 区 域 内 的 数 量 和 活 性 。复 化 氮 氧 化 氮 通 过 微 生 物 进 行 脱 氨 作 用 (反 硝 化 作 用 )而 产 生 。 土 壤 微 生 物5一 年 产 生 10169 的 氧 化 氮 ， 而 植 物 与 微 生 物 又 吸 收 相 似 数 量 的 氧 化 氮 ， 以 保持 平 衡 。 通 常 在 大 气 中 由 NO 与 臭 氧 反 应 而 生 成 ， 但 微 生 物 的 脱 氨 过 程 也 经常 产 生 NO 或 NO2。 由 此 可
18、见 微 生 物 在 治 理 空 气 污 染 方 面 会 起 到 很 大 的 作 用 。 而 将 微 生 物 集中 起 来 治 理 空 气 污 染 （ 特 别 是 处 理 废 气 方 面 ） 尤 为 重 要 。 下 面 介 绍 一 种 固 定化 微 生 物 净 化 二 氧 化 硫 气 体 的 方 法 。生 物 脱 硫 的 原 理 是 利 用 自 养 微 生 物 对 二 氧 化 硫 的 代 谢 过 程 将 烟 道 气 中 的硫 氧 化 物 脱 除 。 在 生 物 脱 硫 过 程 中 ， 氧 化 态 的 污 染 物 如 二 氧 化 硫 、 硫 酸 盐 、亚 硫 酸 盐 及 硫 代 硫 酸 盐 等 经
19、 微 生 物 还 原 作 用 生 成 单 质 硫 后 被 去 除 。 固 定 化 微生 物 净 化 二 氧 化 硫 气 体 的 动 力 学 过 程 分 析 ：生 物 脱 硫 的 过 程 实 际 是 利 用 微 生 物 的 生 命 活 动 降 解 污 染 物 的 过 程 。 依 据传 统 的 生 物 脱 硫 原 理 ， 二 氧 化 硫 的 去 除 过 程 大 致 可 分 为 如 下 四 个 步 骤 ：(1)二 氧 化 硫 分 子 经 扩 散 、 吸 收 从 气 相 转 移 至 液 相 ;(2)二 氧 化 硫 分 子 从 液 相 扩 散 至 小 球 表 面 并 被 吸 附 ;(3)二 氧 化 硫
20、分 子 被 子 微 生 物 捕 获 ;(4)在 除 硫 微 生 物 各 种 酶 的 作 用 下 ， 被 微 生 物 捕 获 的 二 氧 化 硫 分 子 被 生化 降 解 ， 用 于 微 生 物 细 胞 的 合 成 和 微 生 物 的 生 长 。主 要 进 行 的 内 容 ：(1)从 自 然 界 获 得 菌 种 ， 用 常 规 分 离 方 法 对 菌 种 进 行 的 筛 选 ， 并 对 所 得 菌种 进 行 驯 化 ， 以 获 得 有 净 化 502 能 力 的 菌 种 。(2)用 海 藻 酸 钠 对 所 得 菌 种 进 行 包 埋 ， 确 定 最 佳 固 定 化 条 件 。(3)将 固 定 化
21、 微 生 物 小 球 装 入 小 型 填 料 塔 ， 测 定 固 定 化 微 生 物 小 球 对502 的 净 化 能 力 。(4)采 用 添 加 天 然 物 质 和 进 行 表 面 化 学 处 理 的 方 法 ， 对 固 定 化 微 生 物 珠 体的 性 能 进 行 改 进 。 具 体 的 包 埋 方 法 有 ： 聚 丙 烯 酞 胺 凝 胶 包 埋 法 、 海 藻 酸 钙 凝 胶 包 埋 法 、 琼脂 凝 胶 包 埋 法 、 聚 乙 烯 醇 一 硼 酸 包 埋 法 、 明 胶 一 戊 二 醛 包 埋 法 ， 光 敏 树 脂 包埋 法 ， K 一 卡 拉 胶 包 埋 法 。 这 些 方 法 中
22、 琼 脂 凝 胶 强 度 极 差 ， 丙 烯 酞 胺 凝 胶 对生 物 有 毒 ， 而 明 胶 内 部 结 构 密 实 ， 传 质 性 能 差 ， 海 藻 酸 钙 凝 胶 和 聚 乙 烯 醇 凝6胶 的 机 械 强 度 和 传 质 性 能 良 好 ， 但 聚 乙 烯 醇 成 球 困 难 ， 不 易 操 作 。 海 藻 酸 钙凝 胶 在 压 缩 强 度 、 耐 生 物 分 解 性 、 对 生 物 毒 性 、 固 定 化 难 易 、 成 本 等 各 方 面均 具 有 一 定 的 优 势 ， 建 议 使 用 本 方 法 。微 生 物 不 仅 可 以 治 理 空 气 污 染 ， 而 且 有 些 微 生
23、 物 对 空 气 污 染 的 指 示 作 用 ：空 气 污 染 物 不 仅 对 人 体 健 康 有 严 重 影 响 ， 而 且 对 植 物 、 微 生 物 细 胞 同 样也 产 生 影 响 .然 而 ， 不 同 的 生 物 机 体 ， 对 不 同 的 污 染 物 反 应 的 敏 感 性 不 尽 相同 。 因 此 ， 我 们 可 以 把 一 些 对 污 染 物 有 高 度 敏 感 的 微 生 物 作 为 指 示 物 ， 用 于环 境 污 染 的 监 测 。 大 肠 杆 菌 (Eco“)对 于 臭 氧 和 碳 氢 化 合 物 的 光 反 应 产 生的 烟 雾 是 高 度 敏 感 的 ， 这 种 混
24、 合 物 只 要 12x10 一 ， s/mL 浓 度 就 可 使 大 肠 杆菌 致 命 .纯 的 臭 氧 对 于 大 肠 杆 菌 也 是 有 毒 的 ， 使 细 胞 表 面 发 生 氧 化 作 用 ， 造成 内 含 物 渗 出 细 胞 而 被 毁 。 发 光 细 菌 对 于 测 定 由 空 气 污 染 物 引 起 的 细 胞 学 损伤 也 是 良 好 的 工 具 .发 光 细 菌 在 暗 处 生 长 ， 它 们 的 生 物 发 光 又 较 易 测 定 .已知 由 氧 化 氮 和 丁 烯 经 光 化 学 作 用 产 生 的 烟 雾 能 明 显 阻 碍 期 王 宏 梅 :徽 生 物 与空 气 污
25、 染 生 物 发 光 ， 发 光 细 菌 对 PAN 也 特 别 敏 感 ， 浓 度 在 小 于 2 两 /L 时 ，就 能 抑 制 它 发 光 ， 而 这 样 低 的 浓 度 还 不 会 对 人 眼 产 生 刺 激 作 用 .尽 管 这 样 低的 空 气 污 染 水 平 ， 也 可 能 在 高 等 生 物 中 引 起 细 微 的 生 理 学 影 响 ， 但 是 人 们 都不 易 察 觉 出 ， 在 这 方 面 ， 微 生 物 可 以 成 为 我 们 很 好 的 助 手 。治 理 空 气 污 染 是 一 个 艰 巨 的 任 务 。 植 树 造 林 是 一 个 长 期 工 程 ， 见 效 缓 慢
26、 ，但 我 认 为 却 是 最 有 效 的 手 段 。 微 生 物 法 治 理 空 气 污 染 需 要 的 投 资 大 ， 而 且 要求 较 高 的 科 技 水 平 ， 而 且 会 有 一 定 的 投 资 风 险 ， 是 一 个 可 以 探 讨 、 研 究 、 试用 的 方 法 。参 考 文 献 王 宏 梅 . 微 生 物 与 空 气 污 染 . 齐 齐 哈 尔 市 ： 齐 齐 哈 尔 师 范 学 院 学 报 (自然 科 学 版 )， 1997 年 8 月 ， 第 17 卷 第 3 期 . 崔 亚 伟 . 固 定 化 微 生 物 净 化 低 浓 度 二 氧 化 硫 废 气 的 基 础 研 究 . 昆 明 理 工大 学 ： 硕 士 生 学 位 论 文 ， 2002 年 3 月 . 王 宏 梅 . 微 生 物 与 空 气 污 染 . 齐 齐 哈 尔 市 ： 齐 齐 哈 尔 师 范 学 院 学 报 (自7然 科 学 版 )， 1997 年 8 月 ， 第 17 卷 第 3 期 .
