微生物在水体自净中的作用

第七章微生物在水体自净中的作用有机污染物生物净化天然物质、人工合成物质无机污染物生物净化第一节有机污染物的生物净化机理净化本质——微生物转化为无机物依靠——好氧分解与厌氧分解一、好氧分解细菌是其中的主力军原理：好氧有机物呼吸

C→CO2+碳酸盐和重碳酸盐

H→H2ON→NH3→HNO2→HNO3

S→H2SO4

P→H3PO4

二、厌氧分解厌氧细菌原理：发酵、厌氧无机盐呼吸无毒无臭！→矿化盐C→RCOOH（有机酸）→CH4+CO2N→RCHNH2COOH→NH3（臭味）+有机酸（臭味）S→H2S（臭味）P→PO43-水体自净的天然过程中厌氧分解（开始）→好氧分解（后续）第二节各类有机污染物的转化

一、碳源污染物的转化包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。（一）糖类污染物提问：哪些糖类会成为污染物？难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。1．纤维素的转化β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。A．微生物分解途径B．分解纤维素的微生物好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。放线菌——链霉菌属。真菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。2．半纤维维素的转化化存在于植物物细胞壁的的杂多糖。造纸废水水和人造纤纤维废水中中含半纤维维素。分解过程TCA循环聚糖酶CO2+H2O半纤维素单单糖+糖糖醛酸H2O各种发酵产产物厌氧分解分解纤维素素的微生物物大多数能能分解半纤纤维素。许多芽孢杆杆菌、假单单胞菌、节节细菌及放放线菌能分分解半纤维维素。霉菌菌有根霉、、曲霉、小小克银汉霉霉、青霉及及镰刀霉。。Lignin木质素木质素空空腔纤纤维素3．木质素素的转化木质素存在在于除苔藓藓和藻类外外所有植物物的细胞壁壁中，由松柏醇、、香豆醇和和芥子醇聚聚合而成的的高度分枝枝多聚物。。香豆醇松柏醇芥子醇聚合交联木质素模式图自然界中哪哪些微生物物能够进行行木质素的的降解呢？？确证的只有有真菌中的黄黄孢原毛平平革菌，疑似的只只有软腐菌。黄孢原平毛毛革菌(Phanerochaetechrysosprium)是白腐真菌的一种，隶隶属于担子子菌纲、同同担子菌亚亚纲、非褶褶菌目、丝丝核菌科。。白腐—树皮上木质质素被该菌菌分解后漏漏出白色的纤维素部部分。

*木质素降降解的意义义何在呢？？如何实现现工业化白白腐菌降解解木质素呢呢？（二）油脂脂的转化水中来源：：毛纺、毛条条厂废水、、油脂厂废废水、肉联联厂废水、、制革厂废废水含有大大量油脂降解油脂较较快的微生生物：细菌菌——荧光光杆菌、绿绿脓杆菌、、灵杆菌丝状菌——放线线菌、分支支杆菌真菌菌——青霉霉、乳霉、、曲霉途径：水解+β氧化（三）石油油的转化提问：什么是石油油？石油是含有有烷烃、环环烷烃、芳芳香烃及少少量非烃化化合物的复复杂混合物物。石油污染主主要出现在在采油区和石油运输事事故现场以及石化行业的的工业废水水中。1．石油成成分的生物物降解性与分子结构构有关A．链长度链中等长度度（C10~C24）＞链很长的（（C24以上）＞短链（*？）B．链结构直链?支支链不饱和?饱和烷烃?芳芳烃链末端有季季碳原子（四周都与与C相连）的烃以及多环芳烃极极难降解>2．降解石石油的微生生物降解石油的的微生物很很多，据报道有200多种种细菌菌——假单单胞菌、棒棒杆菌属、、微球菌属属、产碱杆杆菌属放线菌——诺卡卡氏菌酵母菌——假丝丝酵母霉菌菌——青霉霉属、曲霉霉属藻类类——蓝藻藻和绿藻3．石油的的降解机理理A．链烷烃的降降解+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化CO2+H2OCH2-COOH+R-COOHB．无支链环烷烷烃的降解解以环己烷为为例通常一些微微生物只能能将环烷变变为环己酮酮，另一些些微生物只只能将环己己酮氧化开开链而不能能氧化环己己烷，两类以上微微生物的协同作用下将污染物物彻底降降解——共代谢。C．芳香烃芳香烃普遍遍具有生物物毒性，但在低浓浓度范围内内它们可以以不同程度度的被微生生物分解。。已知降解不不同芳香烃烃的细菌类类别苯和酚的代代谢苯、萘、菲菲、蒽的降降解为如下下图所示苯的代谢萘的代谢菲的代谢蒽的代谢酚也是先被氧化为为邻苯二酚酚，这样各类类芳香烃在在降解的后后半段是相相同的，可可表示如下下提问：为什么这些些有机物难难于生物降降解？微生物缺乏乏相应的水水解酶（四）人人工合成成的难降解解有机化合合物物的生生物降解难———对于自然生态环环境系统,如果果一种化合合物滞留可达几个月月或几年之久,或在在人工生物处处理系统,几小时或几几天之内还还未能被分分解或消除除种类：稳定剂、表表面活性剂剂、人工合合成的聚合合物、杀虫虫剂、除草草剂以及各各种工艺流流程中的废废品等。1.氯苯苯类用途途：稳定剂（润滑油、、绝缘油、、增塑剂、、油漆、热热载体、油油墨等都含含有）危害害：急性中毒，，是一种致癌因因子（米糠油事事件）降解菌菌：产碱杆菌、、不动杆菌菌、假单胞菌、芽孢杆菌菌以及沙雷雷氏菌的突突变体通过共代谢完成氯苯的的完全降解解。*共代谢研究究进展及其其成果对环环保的应用用现状？2．洗涤剂剂可分为阴离子型、、阳离子型型、非离子子型、两性性电解质四类。我国目前生生产的洗涤涤剂属于阴离子型烷烷基苯磺酸酸钠。较早开发发的是非线线性的丙烯烯四聚物型型烷基苯磺磺酸盐（ABS）：ABS甲基分支干干扰生物降降解，链末端与与4个碳原原子相连的的季碳原子子抗攻击的的能力更强强。危害：ABS可以在天然然水体中存留800h以上，使这得接接纳他的水水体长时间间保持，产生大量泡泡沫，引起水体体缺氧。为使洗涤剂剂易于生物物降解，人人们将ABS的结构改变变为线性的的直链烷基苯磺酸酸盐（LAS）：：由于减少了了分支，它它的生物分分解速度大大为提高。。ABSA．降解洗涤剂剂的微生物物细菌———假单胞菌、邻单胞菌菌、黄单胞胞菌、产碱碱单胞菌、、产碱杆菌菌、微球菌菌、大多数数固氮菌放线菌———诺卡氏菌由于这些微微生物的作作用，虽然然每年排放放入环境中中的洗涤剂剂数量逐年年递增，但但环境中并并没有发生生洗涤剂的的明显增加加。因而洗涤剂剂一般不会会引起环境境的有机污污染。洗涤剂目目前存在的的问题主要要是洗涤剂剂中的添加加剂聚磷酸酸盐造成的的水体富营养化问题。B．洗涤剂的降降解机理对微生物无无影响（1）.土地板结结（2）.被被海鸟及及海洋哺乳乳动物误食食，致使使这这些些动动物物消消化化系系统统停停滞滞，，引引起起死死亡亡。具具报报道道每每年年海海洋洋中中死死于于废废弃弃塑塑料料的的海海鸟鸟和和海海洋洋哺哺乳乳动动物物，，数数目目之之多多令令人人触触目目惊惊心心。。（3）.影影响响景景观观目前前发发现现能降降解解塑塑料料的的微微生生物物，，种种类类很很少少，，而而且且降降解解速速度度缓缓慢慢。他们们主主要要是是细菌菌、放线线菌菌、、曲曲霉霉中中的的某某些些成成员员。3.塑塑料料塑料料在在环环境境中中积积累累有有哪哪些些危危害害？？危害害：：白色色污污染染提问问：：如何何解解决决塑塑料料的的难难降降解解问问题题？？（1））限限制制使使用用不不可可降降解解塑塑料料（2））开发发可可降降解解塑塑料料光降降解解、、高高填填充充碳碳酸酸钙钙、、填填充充淀淀粉粉、、淀淀粉粉改改性性塑塑料料、、化化学学合合成成或或用用微微生生物物、、转转基基因因植植物物直直接接生生产产可可生生物物降降解解的的塑塑料料；；*如何何制制造造完完全全生生物物可可降降解解塑塑料料？？有有哪哪些些种种类类？？发发展展前前景景如如何何？？4.农农药药如杀虫虫剂剂、、除除草草剂剂等等化学学成成分分：：有卤卤素素、、磷磷酸酸基基、、氨氨基基、、硝硝基基、、羟羟基基及及其其它它取取代代物物的的简简单单烃烃骨骨架架（有有机机磷磷、、有有机机锡锡、、有有机机氯氯等等））。。相比比较较其其它它取取代代基基团团而而言言，，微微生生物物对对卤卤素素取取代代基基往往往往不不适适应应，，因因而而随随着着卤卤素素取取代代基基数数量量的的增增多多，，农农药药的的生生物物可可降降解解性性大大幅幅度度下下降降。。水中中来来源源：：农田田土土壤壤的的灌灌溉溉水水或或雨雨水水危害害：：生物物毒毒性性（急急性性、、慢慢性性、、致致癌癌、、致致畸畸变变））最典典型型的的一一个个例例子子就就是是杀杀虫虫剂剂DDT（（二氯氯二二苯苯三三氯氯乙乙烷烷）），，由于于氯氯代代基基数数量量大大，，在在自自然然界界的的半半衰衰期期长长达达半半年年以以上上，，由由于于DDT不溶溶于于水水而而易易溶溶于于脂脂肪肪，，因因而而可可在在动动物物脂脂肪肪组组织织中中堆堆积积，，并并沿沿着着食食物物链链在在逐逐级级向向上上不不断断积积累累，，引引起起生生物物各各种种急急慢慢性性中中毒毒。。降解解农农药药的的微微生生物物：：细菌菌————假单单胞胞菌菌、、芽芽孢孢杆杆菌菌、、产产碱碱杆杆菌菌、、黄黄杆杆菌菌放线线菌菌————诺卡卡氏氏菌菌真菌菌————曲霉霉这些些微微生生物物往往往需共共代代谢谢将农农药药逐逐级级降降解解。二、、氮氮源源有有机机污污染染物物的的转转化化蛋白白质质、、氨氨基基酸酸、、尿尿素素、、胺胺类类、、腈腈化化物物、、硝硝基基化化合合物物等等。。（一））蛋蛋白白质质的的转转化化水中中来来源源：：生活活污污水水、、屠屠宰宰废废水水、、罐罐头头食食品品加加工工废废水水、、制制革革废废水水等等1．．降降解解蛋蛋白白质质的的微微生生物物种类类很很多多好氧氧细细菌菌———链链球球菌菌和和葡葡萄萄球球菌菌好氧氧芽芽孢孢细细菌菌———枯枯草草芽芽孢孢杆杆菌菌、、巨巨大大芽芽孢孢杆杆菌菌、、蜡蜡状状芽芽孢孢杆杆菌菌及及马马铃铃薯薯芽芽孢孢杆杆菌菌兼性性厌厌氧氧菌菌———变变形形杆杆菌菌、、假假单单胞胞菌菌厌氧氧菌菌———腐腐败败梭梭状状芽芽孢孢杆杆菌菌、、生生孢孢梭梭状状芽芽孢孢杆杆菌菌此外外，，还还有有曲曲霉霉、、毛毛霉霉和和木木霉霉等等真真菌菌以以及及链链霉霉菌菌(放放线线