综述：减少污染、恢复平衡：硫还原细菌在纺织废水处理中的微生物学

《Journal of Basic Microbiology》：Reducing Pollution, Restoring Balance: The Microbiology of Sulfur-Reducing Bacteria in Textile Wastewater Treatment

　　本综述系统阐述了硫酸盐还原菌（SRBs）在纺织废水处理中的应用潜力。文章指出，纺织工业排放的残留染料（如偶氮染料）和异生素（xenobiotics）等污染物危害环境，而SRBs能通过将硫酸盐还原为硫化氢（H2S），进而与重金属反应生成不溶性金属硫化物，实现重金属有效去除，并对多种染料具有脱色能力，为可持续废水处理提供了绿色解决方案。

　　

ABSTRACT

纺织工业排放大量有害化学物质，包括残留染料和异生素——这些并非生命系统自然产生或预期的合成或外来化合物，例如染料、表面活性剂和杀虫剂。这些污染物导致环境毒性、致突变性和致癌性。虽然物理化学处理方法常用于去除染料和重金属，但利用微生物进行生物修复提供了一种可持续且环保的替代方案。包括细菌、真菌和微藻在内的多种微生物群体，能够通过专门的代谢途径降解纺织污染物。然而，生物降解效率常常受到染料毒性、环境胁迫和微生物多样性的影响。硫酸盐还原菌（SRBs）因其代谢多样性，已成为生物修复领域有前景的媒介。SRBs将硫酸盐还原为硫化氢（H₂S），H₂S与重金属反应生成不溶性金属硫化物，从而能有效将其从废水中去除。SRBs还能够使纺织染料脱色——特别是偶氮染料，其次对蒽醌、三苯甲烷和硫染料也有一定效果——从而增强了其污染物降解和重金属去除的能力。理解SRBs的作用需要全面了解硫循环，包括生物地球化学途径、还原机制以及所涉及的基因和酶。硫本身在农业和工业中具有重要意义，这进一步凸显了SRBs在环境修复中的相关性。本综述强调了硫的重要性、硫循环的关键特征以及SRBs在降解纺织污染物中的生理作用，将其定位为可持续废水处理策略的重要贡献者。

硫的重要性与硫循环

硫是一种重要的元素，在农业（如肥料）和工业中扮演着关键角色。在自然环境中，硫通过各种生物地球化学过程进行循环，其中微生物驱动的转化是核心。硫循环涉及多种价态的变化，包括硫酸盐（SO₄^2-）、亚硫酸盐（SO₃^2-）、元素硫（S⁰）以及硫化氢（H₂S）等。硫酸盐还原是硫循环中的一个关键环节，主要由SRBs在厌氧条件下完成。这一过程不仅关系到硫本身的转化，还对其他元素（如碳、金属）的循环产生深远影响。

硫酸盐还原菌（SRBs）的生理特性

SRBs是一类形态和生理多样的厌氧微生物，它们能够利用硫酸盐（SO₄^2-）作为终端电子受体，将其还原为硫化氢（H₂S）。这一还原过程伴随着有机物的氧化，为SRBs提供能量。SRBs具有代谢多样性，能够利用多种碳源和电子供体，这使它们能适应不同的环境条件，包括纺织废水这种复杂的污染体系。SRBs的代谢活动依赖于特定的酶系统，例如亚硫酸盐还原酶（DsrAB），其编码基因可作为环境中SRBs活性的分子标记。

SRBs在纺织废水处理中的双重作用：重金属去除与染料脱色

纺织废水中的两大主要污染物是重金属和合成染料。SRBs对这两类污染物均展现出强大的处理能力。

在重金属去除方面，SRBs代谢产生的H₂S能与废水中的可溶性重金属离子（如Cd²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺）发生反应，生成极难溶于水的金属硫化物沉淀。例如，H₂S与Cd²⁺反应生成CdS（硫化镉，黄色沉淀）。通过形成沉淀，重金属得以从水相中分离，从而实现高效去除。

在染料脱色方面，SRBs对多种类型的纺织染料显示出降解能力。其中，对偶氮染料的脱色效果最为显著。偶氮染料分子中含有偶氮键（-N=N-），SRBs可能在厌氧条件下通过断裂这些发色键来实现脱色。此外，SRBs对蒽醌染料、三苯甲烷染料和硫染料也具有一定的脱色潜力。染料分子结构的复杂性是影响脱色效率的关键因素之一。

影响SRBs降解效率的因素与挑战

尽管SRBs潜力巨大，但其在实际废水处理中的应用效果受到多种因素制约。染料本身的毒性可能抑制SRBs的生长和活性。环境胁迫，如pH值、温度、盐度以及废水中其他共存污染物的存在，也会影响SRBs的代谢功能。此外，微生物群落的多样性至关重要，SRBs与其他微生物（如水解酸化菌、产甲烷菌）的协同或竞争关系，共同决定了整个生物修复系统的效率和稳定性。

结论与展望

硫酸盐还原菌（SRBs）凭借其独特的代谢功能，在纺织废水处理中展现出巨大的应用前景。它们能够同步去除重金属并使染料脱色，提供了一种“一石二鸟”的可持续解决方案。深入理解SRBs的生理生态、其参与的硫循环过程以及与其他微生物的互作机制，对于优化基于SRBs的生物处理工艺至关重要。未来的研究可以侧重于筛选高效菌株、优化反应器条件、探究分子水平的降解机理，以及开发SRBs与其他技术联用的组合工艺，以推动这一绿色技术走向实际工程应用，为减轻纺织工业的环境足迹做出贡献。

Conflicts of Interest

作者声明无利益冲突。