由於微生物代謝類型多樣，所以自然界所有的有機物幾乎都能被微生物降解與轉化。隨著工發展，許多人工合成的新的化合物，摻入到自然環境中，引起環境汙染。微生物以其個體小、繁俠、適應性強、易變異等特點，可隨環境變化，產生新的自發突變株，也可能通過形成誘導酶、生新的酶係，具備新的代謝功能以適應新的環境，從而降解和轉化那些“陌生”的化合物。大事實證明微生物有著降解、轉化物質的巨大潛力。
(一)環境中的主要汙染物
所謂汙染物，是指人類在生產生活中，排人大氣、水體或土壤內的能引起環境汙染，並對人環境有不利影響的物質的總稱。這些物質主要有農藥、汙泥、烴類、合成聚合物、重金屬、放射性核素等。總體可歸為無毒和有毒汙染物2大類，前者如纖維素、澱粉等有機物和酸、堿等無機物，後者如苯酚、多氯聯苯等有機毒物和氰化物、各種重金屬等無機毒物。汙染物對人類的危害是極其複雜的，有些汙染物在短期內通過空氣、水、食物鏈等多種媒介侵入人體，造成急性危。也有些汙染物通過小劑量持續不斷地侵人人體，經過相當長時間，才顯露出對人體的慢性危害或遠期危害，甚至影響到子孫後代的健康。
(二)微生物對農藥等有毒汙染物的降解
農藥是除草劑、殺蟲劑、殺菌劑等化學製劑的總稱。我國每年使用50多萬噸農藥，利用率隻“10％。絕大部分殘留在土壤中，有的被土壤吸附，有的經空氣、江河傳播擴散，引起大範圍汙染。目前的農藥多是有機氯、有機磷、有機氮、有機硫農藥，其中有機氯農藥危害性最大。這些有毒化合物在自然界存留時間長、對人畜危害嚴重。實驗證明，環境中農藥的清除主要靠細菌、放線菌、真菌等微生物的作用，
微生物降解農藥的方式有2種，一種是以農藥作為唯一碳源和能源，或作為唯一的氮源物質，此類農藥能很快被微生物降解，如氟樂靈，這是一種新型除草劑，它可作為曲黴屬的唯一碳源，所以很易被分解；另一種是通過共代謝作用，共代謝是指一些很難降解的有機物，雖不能作為微生物唯一碳源或能源被降解，但可通過微生物利用其他有機物作為碳源或能源的同時被降解的現象，如直腸梭菌降解666時需要有蛋白腖之類物質提供能量才能降解。微生物降解農藥主要是通過脫鹵作用、脫烴作用，對酰胺及脂的水解、氧化作用、還原作用及環裂解、縮合等方式把農藥分子的一些化學基本結構改變而達到的。
（三）重金屬的轉化
環境汙染中所說的重金屬一般指汞、鍋、鉻、鉛、砷、銀、硒、錫等。微生物特別是細菌、真菌在重金屬的生物轉化中起重要作用。微生物可以改變重金屬在環境中的存在狀態，會使化學物毒性增強，引起嚴重環境問題，還可以濃縮重金屬，並通過食物鏈積累。另一方麵微生物直接和間接的作用也可以去除環境中的重金屬，有助於改善環境。
汞所造成的環境汙染最早受到關注，汞的微生物轉化及其環境意義具有代表性。汞的微生物轉化包括三個方麵無機汞的甲基化；有機汞還原成汞；甲基汞和其他有機汞化合物裂解並還原成汞。包括梭茵、脈胞菌、假單胞菌等和許多真菌在內的微生物具有甲基化汞的能力。能使無機汞和有機汞轉化為單質汞的微生物也被稱為抗汞微生物，包括銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、大腸埃希氏菌等。微生物的抗汞功能是由質粒控製的，編碼有機汞裂解酶和無機汞還原酶的是mer操縱子。
微生物對其他重金屬也具有轉化能力，硒、鉛、錫、鎬、砷、鋁、鎂、把、金、鈍也可以甲基化轉化。微生物雖然不能降解重金屬，但通過對重金屬的轉化作用，控製其轉化途徑，可以達到減輕毒性的作用。
（四）固體廢物的生物處理
固體廢棄物處理的方法有物理法、化學法和生物法。其中生物法主要是利用微生物分解有機物，製作有機肥料和沼氣。且在發酵過程70-80℃高溫能殺死病原菌、蟲卵及雜草種子，達到無害化目的。根據微生物與氧的關係，可分為好氧性堆肥法和厭氧發酵法兩大類。
1．好氧堆肥法
好氧堆肥法是指有機棄廢物，在好氧微生物作用下，達到穩定化，轉變為有利於土壤性狀改良並利於作物吸收和利用的有機物的方法。所謂穩定化是指病原性生物的失活，有機物的分解及腐殖質的生成。從堆肥到腐殖質的整個過程中有機汙染物發生複雜的分解與合成的變化，可分為3個階段。
(1)發熱階段 堆肥初期，中溫性好氧細菌和真菌，充分利用堆肥中易分解、可溶性物質(澱粉、糖類)而旺盛增殖，釋放出熱量，使堆肥溫度逐漸上升。
(2)高溫階段 堆肥溫度上升到50℃以上進入高溫階段。中溫性微生物逐步被高溫性微生物取代，堆肥中除剩餘的或新形成的可溶性有機物繼續被分解轉化外，複雜有機物也開始分解，腐殖質開始形成。在50℃左右，堆肥中的微生物主要是嗜熱性真菌和放線菌，溫度達到60℃時，真菌幾乎全部停止活動，隻有嗜熱放線菌和細菌活動，當溫度升到70℃時，微生物大部分死亡，或進人休眠狀態。高溫可使有機物快速腐熟，並可殺滅病原性生物。
(3)降溫腐熟保溫階段 當高溫持續一段時間後，易分解或較易分解的有機物已大部分被利用，剩下難分解物質(如木質素)和新形式的腐殖質。此時微生物活動減弱，產生熱量少，溫度下降，中溫性微生物逐漸形成優勢種群。殘留物質進一步被分解，腐殖質積累不斷增加，堆肥進入腐熟階段。為避免堆肥有機物礦化損失肥效，應把堆肥壓緊，使造成厭氧狀態。
2．厭氧發酵法
厭氧發酵法包括厭氧堆肥法和沼氣發酵。厭氧堆肥法是指在不通氣條件下，微生物通過厭氧發酵將有機棄廢物轉化為有機肥料，使固體廢物無害化的過程。堆製方式與好氧堆肥法基本相同。但此法不設通氣係統、有機廢棄物在堆內進行厭氧發酵，溫度低，腐熟及無害化所需時間長。利用固體廢棄物進行沼氣發酵與汙水的厭氧處理情況基本相似。
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