综述丨SCI TOTAL ENVIRON (IF:10.75): 具有废水处理潜力的微生物生物修复策略

生科云网址：https://www.bioincloud.tech

编译：微科盟香芋粥，编辑：微科盟居居、江舜尧。

微科盟原创微文，欢迎转发转载，转载须注明来源《微生态》公众号。

导读  

由于制订并实施了严格的废物排放环境准则，导致革新废物处理技术的需求不断增加。由于人口的快速增长，废水处理是一个越来越重要的过程。因此，废水处理系统旨在维持满足不同净化要求的微生物的高活性和高密度。制药业产生的废物如果处理不当，将对环境和公众健康产生有害影响。生物修复是一种可用于去除和减少污染水和污染土壤中重金属的创新和乐观的技术。由于成本效益和环境兼容性，利用微生物进行生物修复具有良好的发展潜力。多种微生物，包括藻类、真菌、酵母菌和细菌，可以作为具有生物活性的甲基化剂发挥作用，能对有毒物种改性。微生物在重金属生物修复中发挥着重要作用。纳米技术可以通过生产环境友好的纳米材料来减轻这些污染物，从而将工业成本降至最低。

图文摘要    

论文ID

原名：Microbial bioremediation strategies with wastewater treatment potentialities – A review

译名：具有废水处理潜力的微生物生物修复策略

期刊：Science of The Total Environment

IF：10.753

发表时间：2021.11

通讯作者：Muhammad Bilal ＆ Hafiz M.N. Iqbal

通讯作者单位：淮阴工学院生命科学与食品工程学院；墨西哥蒙特雷科技大学

DOI号：10.1016/j.scitotenv.2021.151754

综述目录

1. 前言

2. 废水处理需求

3. 生物法处理工业废水

4. 微生物(真菌、细菌和微藻)的纯培养

5. 活性污泥

6. 生物膜

7. 微生物生物修复的作用机理

8. 微生物在重金属生物修复中的作用

9. 生物修复技术在制药工业废水处理中的潜力

10. 细菌生物修复

11. 真菌生物修复

12. 微生物生物修复对环境的影响

13. 微生物辅助纳米技术用于废水处理

14. 生物修复技术的挑战和缺点

15. 结论

主要内容

1. 前言 水对于地球上生命的生存至关重要，消除水污染也同样重要。由于工业生产中的用水需求，工业化使水的使用量急剧增加。制造业的增长导致了大量工业废物的产生。为了环境和工业的长期繁荣，对这些工业污染物进行经济且严格的修复是至关重要的。为了降低废水的毒性和可持续利用，采用了不同的策略。世界范围内不断扩大的人口导致我们的环境受到来自各种来源的大量危险污染物的破坏，而人类活动和需求正在迅速增加。作为一种合理可行的技术，生物修复可以成为解决污染的不利影响、缓解被污染土壤的污染情况以及消除难降解物质或有毒化合物的极好资源。生物处理用于还原或氧化真菌、细菌、藻类或植物代谢中的无机和有机化合物。适当的条件，包括营养物质、pH值、氧气的可用性，会加速这些自然过程。它们通常应用于具有充分搅拌和通风设备的生物反应器中，但偶尔也会用到湿地。生物降解的方法被认为是经济的。制药行业的废水是独特的，必须要经过处理以维持安全且高质的制药标准。在处理之前，重要的是对废水根据其成分及性质进行分类，因为它们产生的废水含有致畸、诱变、致癌和其他严重不良影响的化合物。与无机化合物相比，它主要由更危险的有机化合物组成。未经处理的污染物通过废水处理厂可转化为中性污染物。利用纳米技术消除污染物中的重金属就是这样一种方法。通过与现有的重金属废水处理技术相结合形成了一个新兴行业。 2. 废水处理需求 近年来，含重金属废水被大规模地丢弃在环境中。铜(Cu)、镉(Cd)、铬(Cr)、镍(Ni)和铅(Pb)等最危险的污染物存在于淡水水库中。重金属具有致癌和致畸性，会通过食物链渠道在人体中积累，从而带来严重的健康风险。因此，需要对被污染的污水进行生物修复。同时，由于城市化和工业化的迅速发展，大量废水被排放，这些废水逐渐被用作农业部门宝贵的灌溉资源。它产生了大量的经济活动，特别是对贫困农民而言，鼓励了大量的生计，并极大地改变了自然水体中的水的性质。此外，由于快速城市化和工业化以及处理环境卫生问题，水的污染日益严重，在不发达国家和发展中国家，饮用受污染水的风险都在增加。因此，水需求预计将大幅增加，但随着不可再生水资源枯竭、水系统污染物、地下水资源减少、气候变化和水体污染物导致的更多干旱、蒸发、降水减少，许多地区的可用水资源将减少并发生变更。 3. 生物法处理工业废水 已进行科学研究并在文献中描述的各种工业纺织废水处理方法可分类为图1所示。

图1. 用于废水清洁和维护的各种方法。

4. 微生物(真菌、细菌和微藻)的纯培养 细菌等微生物非常适合生物过程，而且与其他微生物相比，它们更容易培养并能有更高的增殖速率，这就是为什么它们在处理有机污染物方面具有很高的潜力。厌氧环境中的细菌对偶氮染料的脱色能力已被广泛研究。然而，当氧化还原介质参与时，因其作用而使得偶氮还原酶破坏偶氮键。尽管如此，一些细菌物种仍能在好氧环境中对废水进行脱色。与纯培养相比，使用微生物联合体有许多优点。在不同的地方，许多菌株可以处理染料化合物。此外，由一种菌株代谢活动产生的分解产物可以用作培养物中存在的其他菌株的底物。 废水中污染物的脱色是不同菌种处理纺织工业废水(ITW)的研究重点。一项研究的主题是通过好氧和嗜热细菌来清除羊毛废水中的有机物。许多研究根据不同菌株的酶活性对其进行了评估。Guan及其同事们提出：与真菌漆酶相比，细菌漆酶在高温下的稳定性更高。ITW的脱色是通过使用来自枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)WB600菌株的CotA-漆酶实现的。除了细菌培养外，一些研究人员还使用真菌和细菌混合培养，从而提高了颜色和化学需氧量(COD)的去除。生物降解和生物吸附是真菌去除染料的两种方法。不同的木质素降解真菌产生高氧化和胞外酶，包括木质素过氧化物酶、漆酶或锰过氧化物酶，它们有助于溶解不溶性底物。漆酶是一种属于氧化酶组的酶，是一种多铜氧化酶，可使芳香化合物的负离子氧化，并将其转化为自由基，同时将O2还原为H2O。这种酶对底物的特异性较低，能够降解多种外源物质。与单细胞生物相比，真菌菌丝与其周围环境有更多的生理和生物相互作用。 大多数关于真菌修复ITW的研究都集中在颜色的去除上。脱色原理的效果通常差别很大。由于真菌在形状、结构和形成上的特殊性，固定化对真菌生长是有利的。由于真菌的脱色能力与上述酶密切相关，因此经常在生物降解的同时测试酶的活性。还通过实验测试了不含漆酶和固定化漆酶处理ITW的替代品。在有氧条件下，一些细菌培养可能会减少纺织品中的有色废水。因而，尚无大规模使用的文献报道。当处理纯培养时，必须在无菌环境下的实验室进行。微藻可通过两种方式用于ITW处理：“生物能源原料供应”和“低成本废水处理”。生物吸附和生物转化可用于消除染料以及使用活的或死的生物质的营养物质。尽管微藻主要利用光作为能量来源的途径，但它们也可以利用碳氢化合物在自养和异养模式的环境中发育。关于微藻处理ITW的各种研究，第一次发表于2010年。由于纺织废水的成分不适合理想的藻类生长，因此也需要在培养基中进行各种系列稀释以供使用。在一些研究中，微藻被认为是一种用于处理的重要培养物。为了降解ITW并产生能量，Logrono及其同事开发了一种SCMFC(“单室微生物燃料电池”)，该电池暴露在空气中，带有微藻生物阴极。尽管它在阳光和温度较高的地区效果最好，但藻类的ITW处理仍是一个多层面的课题，有更多的研究空间。 5. 活性污泥 细菌和原生动物构成活性污泥，这是一个复杂的生物群落。这些细菌能够产生絮凝体，然后从处理过的废水中沉淀出来。活性污泥中的微生物可以在好氧、缺氧和厌氧状态之间切换。不同的染料如碱性染料、直接染料、还原染料和分散染料可通过吸附或离心到活性污泥上来去除。如前所述，细菌对偶氮染料的生物降解涉及两个阶段，首先是厌氧过程，然后是好氧过程。在活性污泥中发现的多种异养细菌可以分解成可生物降解的有机化合物。厌氧反应通常负责消除颜色，而好氧过程可有效去除有机化合物，但通常脱色较少。大多数研究集中于消除有机成分和颜色，很少关注氮化合物的变化。 由于在厌氧条件下偶氮键的分解很容易导致分子的降解，这在纺织废水中可能是短缺的。实验是在包含几种共底物的情况下进行的。西米废水、蛋白胨、糊精和木薯粉是碳的来源，但最优选的是葡萄糖。在加入吸附剂的情况下进行了一项实验以研究好氧活性污泥的进展。传统活性污泥(CAS)被吸附剂转化为生物膜，增强了污染物的吸附(尤其是颜色)，并为生物质的生长提供了支持。颗粒活性炭产生了可靠的结果，通常用于好氧和SBR(“序批式间歇反应器”)中。在膜生物反应器中，结合涉及超滤和微滤的膜工艺是提高工艺效率的另一种方法。在反应器中加入膜可以固定活性污泥，从而增加生物多样性和生物质含量。此外，MBR出水不含悬浮颗粒，也不含可自由游动的微生物。

对采用好氧和厌氧顺序工艺的系统进行了研究，以实现纺织行业最常用的偶氮染料的生物完全降解。CSTR(好氧连续搅拌釜反应器)与UASB(“上流式厌氧污泥床”)反应器相结合是一种常用方法。与连续流系统相比，由于反应器体积对于废水处理来说太小，因此该反应过程的特点是提高了生物质降解的效率。Manai等人评估了在CSTR反应器中添加真菌酶对其性能的影响。与对照反应器相比，添加真菌酶的反应器对COD(化学需氧量)和颜色的去除效果更好(分别为14%和20%)。此外，与对照反应器相比，该反应器在冲击负荷后的效果明显更好。图2展示了用于处理ITW的活性污泥。

图2. 用于处理工业纺织废水的活性污泥。 6. 生物膜 胞外聚合物、无机、有机成分和细胞粘附在固体表面形成生物膜。生物膜生长在可以固定或非固定的天然或人造支持物上。固定意味着它们是静止的，包括固定床生物反应器；非固定意味着它们是运动的，例如“流化床或移动床生物反应器”。生物膜可以根据支持介质和操作环境生成不同厚度的层。在密集的生物膜中可以看到一些基质、产物和氧梯度，这导致多个区域出现反硝化和硝化以及染料脱色等过程。生物膜是复杂微生物群体的理想选择。此外，微生物在支持它们的培养基上定殖会导致该过程中活性生物量的浓度更高。固定化细胞也不太容易受到环境变化的影响，如有毒成分、pH值和温度。因此，与活性污泥相比，生物膜降解效率更高，处理时间更短。在生物膜反应器中，在运动过程中使用的支撑装置已经产生了很大的不同。与其他介质相比，该解决方案具有以下几个显著优点：不回收污泥、损耗低、强度和稳定性好、不分离生物质、池内生物质生长体积大、传质可靠、不允许介质堵塞和窜流。 与活性污泥系统一样，厌氧反应器在脱色方面表现更出色，并作为优先方法。补充醋酸或葡萄糖再次使用。固定床反应器曝气允许氮和氨氧化以及完全脱氮，表层致密的生物膜在缺氧条件下也可以反硝化。具有移动生物膜的好氧反应器包括SBBR(“序批式生物膜生物反应器”)、AFIBR(“好氧流化床生物反应器”)、MBBR(“移动床生物膜反应器”)。Lotito等人在2014年提出了一项创新技术，即SBBGR(“序批式生物过滤颗粒反应器”)，该技术建立在浸没式生物过滤器上，并以序批处理模式运行。它集中了颗粒状SBR的所有优点，具有高过滤能力，确保悬浮固体不会过多存在。SBBGR中的生物质不像SBR那样悬浮，而是包含在该特定系统的一个区域中。 纺织染料主要通过沉淀或粘附、沉降以及随后在各个区域的酶增强分解从植物中去除。暴露于外源物的植物可以激活以芳香化学物质为底物的酶，从而将其完全分解成无害的代谢物。植物还可以作为厌氧和好氧微生物的家园，在有辅助通风的大型系统存在的情况下提供必需品。植物修复利用太阳能具有长期的应用前景，而且成本不高，因此使用方便。人工湿地是目前最常见的植物修复系统。一些研究人员将人工湿地用作三级处理。然而，大多数研究是在未稀释的ITW上进行的。植物修复效果较好，COD去除率分别为40%和91%。然而，这种系统的根本缺点是延长了至少72小时的HTR(水力停留时间)，加上湿地的高度较低，导致需要大面积的废水处理区。通过添加微生物，如苍白杆菌(Ochrobactrum sp.)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)和Microbacterium arborescens，单一短小芽孢杆菌和Nostoc spp.(藻类)可以加快这一过程。 7. 微生物生物修复的作用机理

微生物广泛存在于自然环境中，并在重金属污染的环境中大量繁殖。因此，有毒重金属被这些微生物转化为无毒形式。微生物将有机污染物矿化为最终产物，如H2O、CO2和代谢物，这些物质是生物修复过程中细胞发育的主要基质。微生物通过两种方式维持防御机制：(i)针对目标污染物产生降解酶；(ii)抵抗相关重金属。微生物通过几种策略来恢复环境：粘附、固定、氧化、加工和重金属挥发。通过查明微生物在受污染场所调节行为和生长的机制，它们对环境变化的响应和代谢使生物修复过程能够在特定区域更有效。微生物-金属相互作用、生物转化、生物吸附、生物矿化、生物浸出和生物积累是生物修复的方法。重金属在微生物的帮助下从土壤中被还原，微生物的生长和发育需要化学物质。微生物不仅可以溶解金属，还可以用于氧化和还原过渡金属。各种有机溶剂会造成污染，从而破坏细胞膜。然而，细胞可能会发展出保护机制，如溶剂外排或疏水泵的发展，从而保护细胞外膜免受损伤。已发现许多细菌具有金属外排机制，无论是质粒编码的还是能量依赖的金属外排机制。对于几种细菌对铬(Cr)、镉(Cd)和砷(As)的抗性，已发现ATP酶和化学渗透质子/离子泵。图3显示了重金属的各种来源。

图3. 环境中重金属的各种来源。 8. 微生物在重金属生物修复中的作用 许多细菌可以在没有任何化学干预的情况下大规模降解金属。清洁效率是抵抗重金属微生物胁迫的一个因素。因此，转基因微生物可能是这个问题的一个可能答案。基因工程是改变这些细菌代谢途径的关键途径。对重金属的管制也将限制有害行为。受控制的重金属活动也将限制有害行为。通过氧化还原等过程，微生物从无机形态转化为有机形态。基因工程可用于改变微生物的特性，以获得理想的性能，如抗恶劣环境、低成本培养、快速生长和pH波动。它还允许微生物发展代谢结构，同时允许重金属沉积或最大限度地减少这些金属造成的危害，从而改善水的净化。一些真菌，如青霉菌(Penicillium)、酵母菌，亦如酿酒酵母(S. cerevisiae)和曲霉菌(Aspergillus)，都显示出从各种体系中去除污染物的能力，特别是重金属。此外，还利用布拉迪酵母菌(Saccharomyces boulardii)、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌(E. coli)等微生物从废水中去除重金属。生物驱动的重金属修复技术指利用生物质去除废水中的重金属，是一种经济实惠、环保且简单的方法。采用结合生物质中特定位点的方法会影响生物修复过程的效率。为了去除溶液中的金属，微生物利用主动和被动过程。这些方法的能力取决于实验环境、目标污染物等因素。在生物修复过程中，藻类等具有有机活性的微生物以其自然形式被利用。生物修复是一种更可行且被广泛接受的太阳能方法，它适用于有机化学品以及疏水化合物，并去除空气和土壤水中的二次污染物。生物积累和生物吸附可归类为一种生物修复方法。 生物吸附机制可分为快速和可逆的被动吸附机制。金属与细胞表面功能基团之间的物理和化学相互作用维持了金属的吸附和结晶。生物吸附受离子强度、温度、溶液中离子的存在情况、生物量、颗粒大小和溶液pH值等因素的影响。根据Fomina和Gadd的研究，微生物的细胞外表面含有阴离子基团，这些阴离子基团将阳离子重金属结合到pH值约为7的环境中。生物吸附不是以基于细胞的，因此它既适用于生命生物，也适用于死亡生物。当前基因组研究技术的发展，可能使研究具有潜在生物吸附能力的生物成为可能，并在未来的生物修复中发挥多种潜在用途。被动吸收受到限制的细胞内和细胞外机制决定了生物积累过程。这可能并非一种自重方法。根据体内金属含量的不同，复杂的积累过程因代谢方向而异。Choi和Tan已经证明，微生物具有潜在的生物积累能力，有助于提高生物积累的有效性。转录组学分析强调了参与生物积累的主要基因的功能。 生物吸附的成本低于生物积累的成本，因为必须在活细胞的驻留区中保持生物积累，而工业废物可能会产生生物积累。生物吸附剂的运输和制造是生物吸附的主要费用。pH值是影响这两个过程的另一个重要因素。生物吸附可以在更大的pH范围内发挥作用，而生物积累仅限于特定的pH范围。在生物积累的情况下，选择性得到改善，但在生物积累中，去除率更好，因为该过程比生物积累所需的细胞间积累更快。生物吸附剂可以再生和再利用，生物体内累积没有再利用。由于活细胞的能量消耗，生物积累比生物吸附消耗更多的能量。生物质在发生生物积累的情况下不能用于其他目的。微生物废水处理具有节能降耗等优点。这项技术可以杀菌、去除异味、改善空气质量。为了与无机金属(如重金属)共存并相互作用，不同的细菌会发展出不同的途径。生物废水处理是公认的，但它有几个显著的缺点，如处理过程缓慢、受不可生物降解的污染物限制，并可能导致微生物毒性。 9. 生物修复技术在制药工业废水处理中的潜力 在大多数情况下，污水处理厂(WWTPs)的传统处理能够成功地降低废水中的氮和碳浓度。此外，已发现它们在消除滥用药物、药品方面无效，污水处理厂排放的废水被定性为微污染物。采用化学和物理化学方法进行处理的另一个挑战是，除了化学过程产生的不良副产品外，各行业使用化学品的成本相对较高。因此，人们追求生物修复或生物降解技术。至关重要的是，在生物处理的情况下，必须确保经过生物处理的废水的副产物与最初流入的废水相比没有害处。以下因素影响流入废水的生物修复过程或生物降解，如化合物的毒性和立体化学、浓度、保留时间、降解环境、其他化学品的存在和浓度以及所选微生物菌株的有效性。表1概述了不同的生物修复技术。 表1. 生物修复技术及其应用概述。

10. 细菌生物修复 在工业废水处理中，细菌生物修复得到了广泛应用。有几种细菌用于这种处理，如枯草芽孢杆菌、假单胞菌属(Pseudomonas)、内生菌和一些细菌菌株。Das等人在印度泰米尔纳德邦进行了一项研究，从九个不同地点采集了不同形式的制药行业样本，如MEE(多效蒸发器)、ETP、冷却塔水、在线冷凝水、S.T.P水(污水处理厂)、冷凝水、加工盐、MEE给水和锅炉排污水。红球菌属(Rhodococcus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)、荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、硝化杆菌(Nitrobacter)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、枯草芽孢杆菌和增溶磷酸盐菌均用于制备细菌联合体。在处理前确定了硫酸盐、TDS(总溶解固体)、COD和TSS(总悬浮固体)等参数。然后，使用之前所述的细菌联合体处理废水。与处理前相比，处理后所有样本中的TDS、硫酸盐和TSS水平均显著下降。另一方面，COD在所有样品中保持一致，在处理过程中仅显示出微小变化。这项研究表明，具有不同菌群的菌株在降解TSS和硫酸盐方面表现优异，但对水体COD的提高效果不明显。 11. 真菌生物修复 各种产真菌孢子的菌株，如Aspergillus niveus、烟曲霉(Aspergillus fumigatus)和黑曲霉，具有生物修复的潜力。另一方面，由于某些菌株产孢周期较长，存在一定的局限性。子囊菌以其清除工业废水(包括酿酒厂产生的废水)中COD的能力而闻名。Bardi等人研究了WRF菌株(白腐菌) Bjerkandera adusta MUT 2295对腐殖酸和单宁酸衍生的难降解废物样品混合物的影响。结果表明，单宁酸出水COD去除率为61%，而腐殖酸和单宁酸溶液BOD去除率分别为75%和89%。越来越多的研究正在利用担子菌(丝状真菌)的生化能力对不同药物进行酶促生物转化。真菌对抗新兴污染物的不同机制如图4所示。

图4. 以双氯芬酸为例，真菌对抗新兴污染物的不同机制：(A)生物吸附，(B)疏水蛋白产生，(C)金属相互作用，(D)胞外酶系统，(E)胞内酶系统。 12. 微生物生物修复对环境的影响 在微生物生物修复技术中，利用本地微生物物种来清除环境污染物。污染物的解毒程度受各种因素的影响，包括本地微生物种类的组成、污染物的性质和数量以及环境条件。生物修复的各种好处包括：①该过程是完全自然的，没有副作用；②维护和投入成本低；③与土地填埋和焚烧相比，能耗非常低；④使水和土壤变得有用的快速周转时间；⑤由于污染物不太可能泄漏，因此减少了责任；⑥大多数应用在现场完成，没有危险运输。 13. 微生物辅助纳米技术用于废水处理 由于尺寸小，纳米材料非常适合处理废水。它们的生物、物理和化学性质改善了它们在不同应用领域的用途。为了去除废水中的污染物，许多基于碳的纳米材料，如纳米管、纳米复合材料以及基于金属及其氧化物的纳米材料已被应用。通过纳米颗粒过滤、吸附、光催化降解以及各种污染物的监测都被用于废水处理。

微生物的使用和纳米颗粒的生物制造使纳米技术变得更加可行和环保。通过自凝聚和化学产物在水溶液中使用时，化学生成的纳米材料可能有一些限制。因此，纳米材料是由细菌、真菌酶和植物提取物等自然来源合成的，这可能是一种可行的解决方案。它们的作用是减少金属的络盐并产生金属纳米颗粒。在水相条件下，这种纳米颗粒通过共沉淀或将生物活性化合物和蛋白质置于纳米颗粒的外部表面而获得更大的硬度。来自印度孙德尔本斯的Avicennia offcinalis根际的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)(STSP 25)，被用于生物制造氧化铁纳米颗粒。合成纳米颗粒能去除废水中90%以上的重金属，如Zn(II)、Ni (II)、Cu (II)和Pb (II)，可在大约5个循环中再生。吸热过程中，金属离子以化学方式吸附在纳米颗粒表面。另一项研究是用普通小球藻(Chlorella vulgaris)的胞外多糖沉淀氧化铁纳米颗粒。利用FT-IR(傅里叶变换红外光谱)识别功能性EPS基团，发现纳米颗粒得到显著改性。此外，发现该纳米复合材料能够去除85%的NH4+和91%的PO43−。利用微生物合成纳米颗粒已被证明是一种既环保又经济的方法。耐铜菌Escherichia sp.SINT7被用于合成铜纳米颗粒。生物纳米颗粒可降解纺织废水和偶氮染料。在25 mg/L浓度下，孔雀石绿、直接蓝-1、刚果红和活性黑-5的还原率分别为90.55%、88.42%、97.07%和83.61%，而在100 mg/L浓度下，还原率分别为31.08%、62.32%、83.90%和76.84%。通过处理工业废水，可减少处理样品中的磷酸盐、氯离子和悬浮颗粒。生物纳米颗粒能够有效促进工业的可持续生产。在不需要额外的硫的情况下，Cheng等人合成了铁硫纳米颗粒。这些纳米颗粒通过胞外电子转移降解染料萘酚绿B。使用Pseudoalteromonas sp. CF10–13合成纳米颗粒提供了一种环境友好的生物降解方法。纳米颗粒的内源性发育阻止了金属配合物和有害气体的合成。利用生物颗粒净化工业废水是一种极好的方法，但除了直接从微生物中产生纳米颗粒外，微生物还可以通过多种方式促进纳米技术的发展(图5)。

图5. 用于废水生物修复的微生物辅助纳米技术。MOFs：金属-有机骨架；MWCNTs：多壁碳纳米管；SWCNTs：单壁碳纳米管。 14. 生物修复技术的挑战和缺点 微生物修复技术具有良好的性能、维护成本低、选择性好和减少污染水的产生等优点，是一种可行的修复技术。它经常用于清除环境中的毒素，并吸附农药、化肥和废水中的有害污染物。鉴于微生物生物吸附提供的多种优势，在产生少量费用的情况下，大规模应用的可能性似乎令人鼓舞。筛选合适的微生物菌株是生物修复的关键。此外，还提出了化学改性策略以及与其他重金属去除程序的同化，以促进微藻生物质的重金属去除。生物修复作为制药废水处理技术的一个显著缺点是，尽管存在各种不同的工业废水生物修复技术，但并不是所有这些技术都已被开发用于处理制药废水。人们经常注意到，尽管水流中存在微生物，但它们的作用是无效的；这种作用缺乏的原因可能是缺乏磷或氮等营养素。作为一种技术，生物修复的另一个缺点是，它经常局限于可生物降解的污染物，并且是一种高度选择性的过程，因此很难应用于各种外源性物质的处理。此外，为了成功地构建该过程，将试验台或中试规模的操作和研究推广到大规模现场操作和研究是具有挑战性的。与未经处理的母体化合物相比，生物修复过程中最终产物的毒性问题也得到了强调。由于生物修复方法的多样性，很明显，它们的应用无疑有多种可能。这些技术最流行的应用之一是将它们与另一种物理、化学或生物方法结合起来，以提高效率。混合处理策略，如同步生物修复过程或顺序反应器，经常有可能用于消除废水中顽固性物质或残留物。对微生物的分子研究使人们对其功能和代谢途径有了更深入的了解，从而开发出可以克服微生物培养方法以前遇到的限制。生物刺激是一种依赖于微生物群落所需的营养供应来克服微生物营养缺乏的过程。因此，摄入的营养量应适度，因为大量的营养素已被证明会抑制活性。纳米材料是另一个快速发展的领域，已被证明可以通过增加表面积和降低活化能来提高微生物的效率。

结论

废水的产生来源多种多样，从工业产出到居民活动，并被采用包括生物过程、微生物修复和微生物衍生纳米技术在内的多种方式进行处理。为了更好地理解和监测废水处理程序，参与处理过程的微生物掌握其构成微生物群落的贡献是至关重要的。由于重金属污染严重，应提高现有补救程序的效率或在必要时采用新的程序。重金属具有固定离子形状，这使得去除重金属具有挑战性，这对人们的健康和环境构成严重威胁。此外，最近的突破表明，纳米技术和纳米材料在修复方法中的应用有了相当大的改进和范围。纳米技术可以适应和改进传统技术，如废水处理、污染控制和医学等各种领域。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969721068303

获取此篇微文原文pdf请扫描下方二维码联系微科盟多组学老师即可。 微文推荐阅读

1. 土壤微生态文献包免费领取 | 150篇近两年高影响因子土壤微生态相关文章

2. 根际微生态文献包免费领取 | 60篇近两年高影响因子植物根际微生物相关文章

3. 肠道微生态文献包免费领取 | 100篇近两年高影响因子肠道菌群与消化道疾病相关文章

4. 元素循环微生态文献包免费领取 | 60篇近两年高影响因子植物-土壤碳氮磷相关文章  

获取此文献原文PDF、申请加入学术群，联系您所添加的任一微科盟组学老师即可，如未添加过微科盟组学老师，请联系组学老师45，无需重复添加。

了解更多菌群知识，请关注“微生态”。

点击阅读原文，直达原文网站，如需原文PDF可联系组学老师获取