生物消毒法

生物消毒法的概述，技術優勢和缺點以及在現代的套用領域，同時也包括了相關知識的介紹。

基本介紹

• 中文名：生物消毒法
• 外文名：biological sterilization
• 含義：利用生物產生物質清除病原微生物
• 舉例：污水淨化；糞便、垃圾的發醉堆肥

概述：

利用一些生物及其產生的物質來殺滅或清除病原微生物的方法。例如：傳統的污水淨化可通過缺氧條件下厭氧微生物的生長來阻礙需氧微生物的存活；糞便、垃圾的發酵堆肥，可利用嗜熱細菌繁殖時產生的熱殺滅病原微生物。

技術特點：

由於糞便和土壤中有大量有機物和嗜熱菌、噬菌體及某些抗菌物質，它們對微生物有一定殺滅作用。嗜熱菌可以在高溫下發育（其最低溫度界為35　9u，最適溫度為50－6090，最高溫度為70－8090），在堆肥內，開始階段由於嗜熱菌的發育，使堆肥內的溫度升高到30一3590。此後由於嗜熱菌繼續發育，而將堆肥的溫度逐漸提高到60一80cC，在此溫度下大多數病毒及除芽胞以外的病原菌、寄生蟲幼蟲和蟲卵在幾天到3一6周內死亡。糞便、墊草、污物等採用此法消毒比較經濟，消毒後不失其作為肥料的使用價值。

技術優勢：

自然界中一些生物能夠對某些有害微生物起到抑制或者殺滅作用，而又不對環境產生任何持續性的破壞作用。

技術缺點：

傳統的生物消毒技術一般直接使用生物體進行消毒，過程較為緩慢，對有害生物的殺滅效果尚不完全可靠，尤其對抵抗力較強的細菌芽孢一般無殺滅作用。此外還存在消毒效果難以確定、消毒效率不高以及不利於規模化套用等問題。

套用領域：

水處理生物消毒技術的發展
近年來隨著生物科技的發展以及對生物消毒機理認識的深化，人們認識到這些生物之所以具有消毒作用，是因為這些生物能夠分泌一些特定的生物化學活性物質來消滅病菌、病毒或使其喪失活性，因此人們開始研究提取、利用和製備這些活性物質並用於水的消毒。目前比較有代表性的是一些以某種有消毒特性的酶為主要活性成分的生物消毒劑，包括套用現代生物基因工程技術生產的細菌胞壁溶解酶、酵母胞壁溶解酶、黴菌胞壁溶解酶、溶葡萄菌酶等活性物質。當這些活性物質投加到水中時各種酶通過裂解或破碎細胞壁、細胞膜和各種病毒的外殼蛋白，直接作用於水中有害細菌和病毒的遺傳物質，裂解其DNA或RNA，達到殺滅這些有害細菌和病毒的目的。試驗研究表明，以這些生物酶活性物質為主要成分的生物消毒劑有良好的消毒作用，在國外已有某些品種的生物消毒劑實現了工業化生產，並主要套用於水的衛生消毒中。
由於生物酶消毒劑的成本相對較高以及其他一些原因，目前還不能廣泛套用於水處理行業。由於生物酶消毒劑涉及現代生物基因工程，其研製過程的艱巨性和複雜性可想而知。另一方面，目前通過對多種生物(如桉樹、辣椒、無脊椎動物等)的生物化學研究，人們已經提取獲得了諸如有機酸、無機酸、內酯、酚類、萘醌類、吲哚類等的幾十種具有消毒活性的天然產物，這些生物活性物質都在一定程度上對有害微生物具有殺滅作用，且自身無毒，對環境不造成持續的不利影響。隨著現代生物、化學分析技術的迅速發展，人們對這類生物活性物質特性和結構的了解不斷深化，為將這些生物活性物質套用於水處理消毒領域創造了十分有利的前提條件。
水處理的消毒就是指消除或殺滅水中的病原微生物，使其達到無害化。這裡的無害化只是針對病原微生物，並不要求消除或殺滅所有微生物。同時，消毒是相對的而不是絕對的，它只要求將有害微生物的數量減少到無害的程度，而並不要求把所有有害微生物全部殺滅。一般來說，若能使微生物在消毒過程中的存活機率達到一個低值則可認為消毒合格。同時，尤其是飲用水消毒要求不產生有毒物質、使用時有效濃度低、對致病微生物有較強殺菌效果。研究證明，萘醌類、吲哚類等具有消毒活性的物質中有一些生物活性物質完全能滿足這些要求，具有良好的消毒效果。這些物質在濃度很低的情況下就能起到消毒作用，對包括人在內的哺乳動物健康基本無害。研究結果還表明，利用這些物質開發的新型的水處理生物消毒劑將有以下的優點：①能夠最大限度地殺死、去除有害病原體或者使之喪失活性；②使用安全，對人體無害，每夜一個鬼故事，對水環境無不利影響；③藥劑使用條件寬鬆，消毒操作簡便；④消毒過程對設備無腐蝕；⑤消毒的費用相對低廉。
實際上，目前用於水處理消毒的生物消毒劑主要是萘醌類、吲哚類等類型的消毒劑，其活性成分可直接從動物、植物或者微生物體中提取。例如在日本有研究者將一些植物萃取物用作自來水供水管線上的抗菌劑。瑞士M.Suarez等的研究表明可以從某些植物種子中提取用於飲用水消毒的物質。但是，通常有消毒作用且能套用於水處理工業的天然生物活性物質產量較少，為了解決這個問題，國外不少研究者正在尋求利用人工合成的方法生產這些生物活性物質的技術和方法，或者直接研究開發人工合成生物活性物質的消毒活性。美國一家公司已經研究開發出以人工合成維生素為主要活性成分的生物消毒劑產品，每夜一個鬼故事，目前已套用於船舶壓艙水的處理。
目前存在的主要問題是水處理生物消毒法的消毒機理尚有待進一步深入探究，能夠投入各種工程套用的消毒劑產品種類尚有待進一步增加。

發展歷史：

早期的生物防毒主要直接利用生物尤其是微生物機體本身進行消毒。

在中國古代，人們很早就認識到一些特殊的植物具有幫助人們增強體質，抵抗疾病的醫學功能，因而一些中草藥可以說是最早的生物消毒劑。最近幾十年，國外已經有研究者利用噬菌體和致弧菌來進行水的消毒。

70年代，美國維吉尼亞大學的化學工程研究所進行了一系列用生物酶消毒細菌與病毒的研究。他們將可與病毒共價結合的核酸酶連線到玻璃和陶瓷支撐物上，對水和空氣中的病毒進行消毒，結果發現效果甚佳，而且這種性質穩定的酶對氣溶膠態的病毒的滅活作用，要比液相態病毒的滅活作用更強，並在流感、疙疹I型、柯薩奇A21病毒的消毒研究中得到證實。他們還發現，與每個病毒共價結合的核酸酶是最有效和穩定的酶。該組研究人員報告說，用置於玻璃纖維濾膜上的溶菌酶對空氣中的大腸桿菌和微球菌進行了成功的消毒，此成果還獲得專利授權。
80年代，美國化學研究發展工程中心的研究發現：一種從鏈球菌屬獲得的Mutanolysin，不僅可溶解鏈球菌，還可溶解其他細菌，如炭疽桿菌、土拉桿菌和鼠疫桿菌等。將Mutanolysin與溶菌酶聯合使用，對革蘭陽性細菌的消毒效果很好，對革蘭陰性細菌也在一定的條件下起作用，這種混合物雖可消毒真菌，但效果不太強。同時他們還發現，一種從分節抱子桿菌提出的裂解酶，在磷酸鹽緩衝條件下，可通過裂解直鏈多聚搪的1一3連鎖而溶解囊球菌和明顯抑制白色念珠菌的生長。

相關知識：

生物消毒法主要用於水、土壤和生物體表面消毒生物處理。

目前，可用作消毒的生物有以下幾種：

1．抗菌生物 植物為了保護自身免受外界的侵襲，特別是微生物的侵襲，產生了抗菌物質。並且隨著植物的進化，這些抗菌物質就愈來愈局限在植物的個別器官或器官的個別部位。能抵制或殺滅微生物的植物叫抗菌植物藥。目前實驗已證實具有抗菌作用的植物有130多種，抗真菌的有50多種，抗病毒的有20多種。有的既有抗菌作用，又有抗真菌和抗病毒作用。中草藥消毒劑大多是採用多種中草藥提取物，主要用於空氣消毒、皮膚黏膜消毒等。
2．細菌 當前用於消毒的細菌主要是噬菌蛭弧菌。它可裂解多種細菌，如霍亂弧菌、大腸桿菌沙門氏菌等，用於水的消毒處理。此外，梭狀芽孢菌、類桿菌屬中某些細菌，可用於污水、污泥的淨化處理。
3．噬菌體和質粒 一些廣譜噬菌體，可裂解多種細菌，但一種噬菌體只能感染一個種屬的細菌，對大多數細菌不具有專業性吸附能力，這使噬菌體在消毒方面的套用受到很大限制。細菌質粒中有一類能產生細菌素，細菌素是一類具有殺菌作用的蛋白質，大多為單純蛋白，有些含有蛋白質和碳水化合物，對微生物有殺滅作用。
4．微生物代謝等產物 一些真菌和細菌的代謝產物如毒素，具有抗菌或抗病毒作用，亦可用作消毒或防腐。
5．生物酶 生物酶來源於動植物組織提取物或其分泌物、微生物體自溶物及其代謝產物中的酶活性物質。生物酶在消毒中的套用研究源於20世紀70年代，我國在這方面的研究走在世界前列。20世紀80年代起，復旦大學生命科學院就研製出用溶葡萄菌酶來消毒殺菌技術。90年代，中國高科集團上海高科生物公司從復旦大學獨家受讓這一技術，並經過10套用開發，先後解決了酶的穩定性、提高純度和降低成本等工藝難題，開拓了生物酶用於日常消毒領域的廣闊前景。這種用複合酶來消毒殺菌的生物消毒技術，已在上海實現了產為化。近年來，對酶的殺菌套用取得了突破，可用於殺菌的酶主要有：細菌胞壁溶解酶、酵母胞壁溶解酶、黴菌胞壁溶解酶、溶葡萄菌酶等，可用來消毒污染物品。此外，出現了溶菌酶、化學修飾溶菌酶及人工合成肽抗菌劑。

發展方向：

總體而言，綠色環保的生物消毒技術在水處理領域的套用前景廣闊，研究表明生物消毒技術可以在很多領域發揮作用，如用於飲用水消毒、污水消毒、海水消毒和用於控制微生物污染的工業循環水及中水回用等領域。
生物消毒技術雖然目前還沒有廣泛套用，但是作為一種符合人類社會可持續發展理念的綠色環保型的水處理消毒技術，它具有成本相對低廉、理論相對成熟、研究方法相對簡單的優勢，故套用前景廣闊。