有机污染物的降解ppt课件

1、有机污染物的降解有机污染物的降解组员：曾小霞、吕炜、许王凯、李丹、谢鸿麟 生活污水、食品加工和造纸等工业生活污水、食品加工和造纸等工业废水，含有碳水化合物、蛋白质、氨基废水，含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、油酯、纤维素等有机物质，这些物酸、油酯、纤维素等有机物质，这些物质以悬浮形状或溶解形状存在于水中，质以悬浮形状或溶解形状存在于水中，排入水体后能在微生物作用下分解为简排入水体后能在微生物作用下分解为简单的无机物，在分解过程中耗费氧气，单的无机物，在分解过程中耗费氧气，使水体中的溶解氧使水体中的溶解氧Dissolved Oxygen，DO减少，因此称为耗氧有机物。减少，因此称为耗氧有机物。印染

2、厂印染厂作孽作孽八百里洞八百里洞庭？庭？ 来自于水体外的耗氧有机物,主要有以下三种:(1)水从土壤、泥炭和其他包含有生物遗体的各种构成物中溶滤出来的物质.(2)随污水流到水中的需氧污染物包括生活污水、畜禽污水等 。(3)工业废水包括造纸、制革、酿造、印染、焦化、石油化工等消费过程中产生的污水注入水体,使水中含有各种复杂的有机污染物。排入水体的需氧污染物中,从排放的量上看,生活污水是需氧污染物的最主要的来源.但畜禽污水及工业废水的生化需氧量普通比生活污水大数倍到数十倍。 2019年，美加五大湖是北美乃至全世界重要湖泊群之一，其中首要污染物就是包括有机物在内的毒性物质，由于有毒污染物的高残留性，近

3、年来，五大湖鱼类体中仍能检测出1970年以来已制止运用的有毒污染物，如多氯联苯、滴滴涕、二恶英、狄氏剂。亚洲湖泊普遍存在的问题除氮磷以外就是有机污染问题。转载： china-pops/CHINESE/1_Center/article.asp?id=638&classid=3河段河段有机污染状况有机污染状况2019年的深圳河年的深圳河超标污染物以有机污染超标污染物以有机污染物为主物为主湘江流域湘江流域 有机污染为主有机污染为主 第二松花江（吉林）第二松花江（吉林） 芳香族、卤代烃类、醛、芳香族、卤代烃类、醛、酮、醇类等有机物酮、醇类等有机物374种种 太湖太湖有机物种类有机物种类74种种

4、珠江东湖源水珠江东湖源水 有机物种类有机物种类241种种苏州河底质苏州河底质有机物种类有机物种类102种种降解方式降解方式物理物理化学化学生物生物挥发作用挥发作用挥发作用是有机物质从挥发作用是有机物质从溶解态转入气相的一种重要溶解态转入气相的一种重要的迁移过程。的迁移过程。挥发作用速率依赖于有挥发作用速率依赖于有机物质的性质和水体的特机物质的性质和水体的特性性假设有毒物质具有假设有毒物质具有“高挥高挥发性质，那么显然在影响发性质，那么显然在影响有毒物质的迁移转化和归趋有毒物质的迁移转化和归趋方面，挥发作用是一个重要方面，挥发作用是一个重要的过程。的过程。然而，即使毒物的挥发作然而，即使毒物的挥

5、发作用较小时，挥发作用也不能用较小时，挥发作用也不能忽视，这是由于有机物的归忽视，这是由于有机物的归趋是多种过程的奉献。趋是多种过程的奉献。 对于具有两个环的对于具有两个环的PAH 化合物来说，有较大化合物来说，有较大挥发性。例如飘浮海面的原油中所含的萘很容挥发性。例如飘浮海面的原油中所含的萘很容易在一定水温、水流、风速条件下挥发逸散到易在一定水温、水流、风速条件下挥发逸散到大气中去，但存在于水体中具有大气中去，但存在于水体中具有4 或或4 个以上个以上苯环的苯环的PAH 化合物在任何环境条件下都是不化合物在任何环境条件下都是不易挥发的。易挥发的。 包括很多芳烃苯、甲苯、二甲苯、乙苯等包括很多

6、芳烃苯、甲苯、二甲苯、乙苯等在内的许多有机物都具有易挥发特性。由此组在内的许多有机物都具有易挥发特性。由此组成了一个有机化合物大类，被称为挥发性有机成了一个有机化合物大类，被称为挥发性有机化合物类化合物类VOCs。 留意那些本身不易挥发，但是经过一些化学反留意那些本身不易挥发，但是经过一些化学反响后能生成易挥发物质的玩意：响后能生成易挥发物质的玩意： CN-这个东西本来是不易挥发的，但是与这个东西本来是不易挥发的，但是与H结合后生成易挥发的结合后生成易挥发的HCN，毒性，毒性100倍的加倍的加强。强。 CO2就可以使就可以使CN挥发挥发CN+CO2+H2OHCN+HCO3-水解作用水解作用 水

7、解作用是有机化合物官能团水解作用是有机化合物官能团X-和水中和水中的的OH-发生交换，发生交换， RX+H2O ROH+HX 反响步骤还可以生成一个或多个中反响步骤还可以生成一个或多个中间体，有机物经过水解作用而改动了原间体，有机物经过水解作用而改动了原化合物的化学构造。化合物的化学构造。 有环境条件下，能够发生水解的官能团类有有环境条件下，能够发生水解的官能团类有烷基卤，酰胺，胺，氨基甲酸酯，羧酸酯，环氧烷基卤，酰胺，胺，氨基甲酸酯，羧酸酯，环氧化物，腈，膦酸酯，磷酸酯，磺酸酯，硫酸酯等。化物，腈，膦酸酯，磷酸酯，磺酸酯，硫酸酯等。 水解作用可以改动反响分子，但并不能总是生水解作用可以改动反

8、响分子，但并不能总是生成低毒的产物如成低毒的产物如2，4-D酯类水解生成毒性更酯类水解生成毒性更大的大的2，4-D酸。酸。 水解作用产物能够比原来的化合物更易或更难水解作用产物能够比原来的化合物更易或更难挥发，与挥发，与pH值有关的离子化水解产物的挥发值有关的离子化水解产物的挥发性能够是零。性能够是零。 水解产物普通比原来化合物更易为生物降解。水解产物普通比原来化合物更易为生物降解。水解速率与水解速率与pH值有关值有关种类酸催化碱催化有机卤化物环氧化物脂肪酸酯芳香酸酯酰胺氨基甲酸酯磷酸酯无3.181.23.13.95.2 4.97 11105.27.1 3.95.04.976.292.53.6

9、 水环境pH值范围在5pH8之内，酸催化是主要的。 水环境pH值范围在5pH95 %,氨氮去除率氨氮去除率90 %。氧化反响氧化反响 有机物在水环境中遇到的氧化剂主要有：1O2单重态氧、RO2、RO 和 OH。 RO2ArOHRO2H+ArO RO2ArNH2RO2H+ArNH 生物降解作用生物降解作用 引起有机污染物分解的最重要的环境要素。引起有机污染物分解的最重要的环境要素。 条件控制：条件控制： 微生物驯化微生物驯化 pH值值 温度温度微生物的生态幅、酶的活性微生物的生态幅、酶的活性 底物浓度底物浓度 营养营养 化合物构造化合物构造 驯化：驯化： 让某个物种长期生活在某种环境之让某个物种

10、长期生活在某种环境之下，导致该种的耐性限制的改动。下，导致该种的耐性限制的改动。 实验结果阐明驯化作用对微生物实验结果阐明驯化作用对微生物降解苯酚的影响很大。微生物未经驯化降解苯酚的影响很大。微生物未经驯化时，降解苯酚需约时，降解苯酚需约3小时的停滞期，且停小时的停滞期，且停滞期随苯酚浓度增大而延伸。经苯酚驯滞期随苯酚浓度增大而延伸。经苯酚驯化的微生物，可立刻降解苯酚。分别用化的微生物，可立刻降解苯酚。分别用0.5mg/L和和1.0mg /L苯酚驯化的微生物去苯酚驯化的微生物去降解降解1.0mg /L苯酚试液，降解过程的前苯酚试液，降解过程的前4.5小时，其前者的降解百分数均小于后小时，其前者

11、的降解百分数均小于后者，随后二者无明显差别；对驯化后的者，随后二者无明显差别；对驯化后的1.0mg/L和和5.0mg /L苯酚试液降解曲线进苯酚试液降解曲线进展拟合，结果前者的降解系数展拟合，结果前者的降解系数K小小于后者降解系数，阐明提高驯化微生物于后者降解系数，阐明提高驯化微生物的浓度可加速苯酚的降解。其它几种受的浓度可加速苯酚的降解。其它几种受试物驯化的微生物也表现出类似结果。试物驯化的微生物也表现出类似结果。 出现以上结果的缘由能够为大多数微生物为无出现以上结果的缘由能够为大多数微生物为无性繁衍、单细胞构造，整个细胞直接与环境接性繁衍、单细胞构造，整个细胞直接与环境接触。当有外来物质存

12、在时，在其可以忍受的毒触。当有外来物质存在时，在其可以忍受的毒性范围内易发生变异，构成主要以该种物质为性范围内易发生变异，构成主要以该种物质为碳源的微生物。该种微生物的生长繁衍需求一碳源的微生物。该种微生物的生长繁衍需求一个顺应环境的过程，而在这个过程中污染物浓个顺应环境的过程，而在这个过程中污染物浓度不会发生明显变化。当微生物顺应环境后，度不会发生明显变化。当微生物顺应环境后，以实验物为碳源并开场急剧繁衍，污染物就开以实验物为碳源并开场急剧繁衍，污染物就开场降解。场降解。 对已接种驯化微生物的酚、邻氯酚、邻甲酚和对已接种驯化微生物的酚、邻氯酚、邻甲酚和间苯二酚水样间苯二酚水样pH6.7加酸或

13、碱调理其加酸或碱调理其pH分分别为别为4.0、8.0、9.0和和10.0进展降解实验，所得进展降解实验，所得结果显示结果显示4种酚的降解均明显依赖于种酚的降解均明显依赖于pH值。当值。当pH10.0，它们几乎均不降解；而，它们几乎均不降解；而pH在在6.09.0时均发生明显降解，而且其降解系时均发生明显降解，而且其降解系数随数随pH的增大而减小，阐明降解酚类化合物的增大而减小，阐明降解酚类化合物的微生物适宜在中性条件下生存，过高或过低的微生物适宜在中性条件下生存，过高或过低的的pH值均不利于微生物的生长。值均不利于微生物的生长。 分析其缘由能够是分析其缘由能够是pH的改动，引起了微生物的改动，

14、引起了微生物外表电荷改动，进而影响微生物对污染物的吸外表电荷改动，进而影响微生物对污染物的吸收。收。 底物浓度对酶促反响的影响在底物浓度较低时，底物浓度对酶促反响的影响在底物浓度较低时，反响速率随底物浓度添加而加快，反响速率与反响速率随底物浓度添加而加快，反响速率与底物浓度近乎成正比；在底物浓度较高时，底底物浓度近乎成正比；在底物浓度较高时，底物浓度添加，反响速率也随之加快，但不显著；物浓度添加，反响速率也随之加快，但不显著；当底物浓度很大，且到达一定限制时，反响速当底物浓度很大，且到达一定限制时，反响速率就到达一个最大值率就到达一个最大值 。 有些化合物低浓度时容易被降解，浓度高了反有些化合

15、物低浓度时容易被降解，浓度高了反而会抑制微生物的活性如吡啶而会抑制微生物的活性如吡啶 生物缺乏生物缺乏N、P等必需元素，使得无法合等必需元素，使得无法合成降解有机物相关的酶，因此大大影响成降解有机物相关的酶，因此大大影响降解速率。降解速率。 微生物本身的生长也需求营养物质微生物本身的生长也需求营养物质 烃类物质：链烃比环烃易分解，支链比烃类物质：链烃比环烃易分解，支链比直链难分解，支链越多越难降解。直链难分解，支链越多越难降解。 苯酚和苯胺比苯易降解，卤代作用使有苯酚和苯胺比苯易降解，卤代作用使有机物的降解更加困难。机物的降解更加困难。 化合物的分子量较大的话，由于酶难以化合物的分子量较大的话

16、，由于酶难以进入内部，所以降解性降低。进入内部，所以降解性降低。三、水体中代表性耗氧有机物的降解三、水体中代表性耗氧有机物的降解一、碳水化合物的降解一、碳水化合物的降解 二、脂肪和油类的降解二、脂肪和油类的降解 三、含氮有机物降解三、含氮有机物降解 四、三类代表性耗氧有机物在后四、三类代表性耗氧有机物在后期降解过程期降解过程碳水化合物的生化降解碳水化合物的生化降解一概念：一概念： 碳水化合物也叫糖，是自然界存在的最多的一类碳水化合物也叫糖，是自然界存在的最多的一类有机化合物，是一切生命体维持生命活动所需能量的有机化合物，是一切生命体维持生命活动所需能量的主要来源。糖也是由主要来源。糖也是由C、

17、H、O组成的不含组成的不含N的有机物，的有机物，通式为：通式为：Cn(H2O)m二根据它可否水解，水解后生成的物质可将其分为：二根据它可否水解，水解后生成的物质可将其分为： 单糖：包括戊糖单糖：包括戊糖(C5H10O5)(代表：木糖、阿拉伯糖代表：木糖、阿拉伯糖) 巳糖巳糖(C6H12O6)(代表：葡萄糖、果糖代表：葡萄糖、果糖) 二糖、低聚糖：由二糖、低聚糖：由210个分子单糖缩合而成，可水解个分子单糖缩合而成，可水解 为几个分子的单糖。为几个分子的单糖。C12H22O11 (代表：蔗糖、乳代表：蔗糖、乳糖糖 麦芽糖麦芽糖) 多糖：许多单糖构成的高聚物，可分解成数千个单糖多糖：许多单糖构成的

18、高聚物，可分解成数千个单糖 (代表：淀代表：淀 粉、纤维素粉、纤维素)降解：降解： 微生物在细胞膜外经过水解使其从微生物在细胞膜外经过水解使其从多糖转化为二糖后，透过细胞膜进入细多糖转化为二糖后，透过细胞膜进入细胞内作进一步的降解。胞内作进一步的降解。详细的反响方程式为：详细的反响方程式为：油脂的皂化反响油脂的皂化反响 皂化反响是碱催化下的脂水解反响，尤指油脂的水解。皂化反响是碱催化下的脂水解反响，尤指油脂的水解。 如：脂肪和植物油的主要成分是甘油三酯，它的碱水如：脂肪和植物油的主要成分是甘油三酯，它的碱水解方程式为：解方程式为： CHOCOR| 加热加热 CHOCOR + 3NaOH - 3

19、R-COONa + CHOH-CHOH-CHOH|CHOCORR基能够不同，但生成的基能够不同，但生成的R-COONa都可以做肥皂都可以做肥皂 。 狭义的讲，皂化反响仅限于油脂与氢氧化钠或氢氧狭义的讲，皂化反响仅限于油脂与氢氧化钠或氢氧化钾混合，得到高级脂肪酸的钠、钾盐和甘油的反响。化钾混合，得到高级脂肪酸的钠、钾盐和甘油的反响。这个反响是制造肥皂流程中的一步，因此而得名。这个反响是制造肥皂流程中的一步，因此而得名。 脂肪和油可以经过脂肪酶属水解酶脂肪和油可以经过脂肪酶属水解酶水解为甘油和脂肪酸。脂肪酶不仅存在水解为甘油和脂肪酸。脂肪酶不仅存在于人和动物的小肠中，也存在于细菌、于人和动物的小肠

20、中，也存在于细菌、霉菌以及富含油脂的植物种子中。霉菌以及富含油脂的植物种子中。 CH2O-COR1 CH2OH | 脂肪酶脂肪酶 | R2OC-OCH +H2O R2OC-OCH +R1COOH+R3COOH | | CH2O-COR3 CH2OH含氮有机物的生化降解含氮有机物的生化降解一、含氮有机物简介：一、含氮有机物简介： 含氮有机物指除含氮有机物指除C、H、O外，还含有外，还含有N、S、P等元素的有机化合等元素的有机化合 物，包括蛋物，包括蛋白质、氨基酸、尿素、腈类、胺类及硝白质、氨基酸、尿素、腈类、胺类及硝基化合物等。基化合物等。 含氮有机物降解比不含氮有机物降解含氮有机物降解比不含氮

21、有机物降解难，其产物与不含氮有机物降难，其产物与不含氮有机物降 解产物会解产物会发生相互作用。污染性也更强。发生相互作用。污染性也更强。尿素及其降解尿素及其降解一、尿素简介一、尿素简介 尿素亦称尿素亦称“脲。化学式脲。化学式CO(NH2)2。白色晶。白色晶体，易溶于水。人类和动物尿中主要的含氮物体，易溶于水。人类和动物尿中主要的含氮物质，是蛋白质的代谢产物。质，是蛋白质的代谢产物。二、尿素的降解二、尿素的降解在有氧条件下氨化在有氧条件下氨化 三类代表性耗氧有机物在后期降解过程三类代表性耗氧有机物在后期降解过程一硝化和硫化：含氮有机物的降解产物一硝化和硫化：含氮有机物的降解产物NH3和和H2S都

22、都会呵斥水的污染，假设在有氧条件下，可由细菌作用会呵斥水的污染，假设在有氧条件下，可由细菌作用继续发生硝化和硫化过程。继续发生硝化和硫化过程。1硝化：硝化：第一阶段：第一阶段：2NH3+3O22HNO2+2H2O+1Q(6105J)第二阶段：第二阶段：2HNO2+O22HNO3-+Q(2105J)2硫化：由硫化细菌作用，将硫化：由硫化细菌作用，将H2S氧化为氧化为S2和硫酸盐和硫酸盐第一阶段：第一阶段：2H2S+O22H2O+S2+Q第二阶段：第二阶段：S2+3O2+2H2O2H2SO4+Q反硝化：缺氧水体，不能进展硝化过程，使硝反硝化：缺氧水体，不能进展硝化过程，使硝酸盐又复原为酸盐又复原为

23、NH3，称为反硝化过程。，称为反硝化过程。 即嫌气细菌把即嫌气细菌把NO3-和和NO2-作为呼吸作用作为呼吸作用的受氢体，使它们发生复原反响，逐渐又转化的受氢体，使它们发生复原反响，逐渐又转化为复原态，方式是气体为复原态，方式是气体N2O和和N2。 NO3- NO2- N2O N2 从这种转化过程，可作为耗氧有机物自净从这种转化过程，可作为耗氧有机物自净过程的判别标志。过程的判别标志。 耗氧有机物在降解后期都生成低级有机酸类物质，耗氧有机物在降解后期都生成低级有机酸类物质，在无氧条件下进展酸性发酵，这时的产物在无氧条件下进展酸性发酵，这时的产物(有机酸有机酸)未能未能完全氧化而停留在酸、醇、酮等化合物形状，完全氧化而停留在酸、醇、酮等化合物形状，pH值会值会迅速下降，假设迅速下降，假设pH值降得太多，可使细菌中断生命活值降得太多，可使细菌中断生命活动而使生物降解无法进展动而使生物降解无法进展(酸性发酵酸性发酵 但假设条件适宜，就可发生另一种发酵过程，使有但假设条件适宜，就可发生另一种发酵过程，使有机物在无氧条件下继续氧化，这就是甲烷发酵，最终机物在无氧条件下继续氧化，这就是甲烷