分解转化课件

微生物对污染物的分解与转化毒

本章内容微生物对有机物的分解作用好氧生物分解和厌氧生物分解作用有机物的生物分解性不含氮有机物的生物分解含氮有机物的生物分解微生物对无机元素的转化作用生物对污染物的浓缩作用微生物对有机物的分解作用好氧生物分解好氧生物处理与厌氧生物处理的区别（1）起作用的微生物群种不同（2）产物、产能不同

（3）反应速度不同（4）对环境条件要求不同38ATP2ATP有机物的生物分解性生物分解性试验本质性生物分解试验生物分解潜能试验生物分解模拟试验易生物分解试验污水生物处理系统试验（好氧、厌氧）河流、湖泊模拟试验河口模拟试验海洋模拟试验土壤模拟试验有机物的生物分解性评价方法有机物生物分解性评价的一般步骤有机物的生物分解性试验方法（1）易生物分解试验评价有机物是否很容易被生物完全分解。（2）本质性生物分解试验评价有机物是否具有被生物分解的性质。（3）生物分解模拟试验评价有机物在特定环境下的生物分解性。OHOHClOHCl加速减慢4）甲基分支越多越不易降解－CH3－C－CH3CH3H－C－CH3CH3CH>>3）异源基团的位置对生物降解性产生显著影响。10S抑制浓度三、值得注意的几个问题有些有机物在浓度低时可以降解，高于某一浓度时不能降解（产生抑制作用）。毒性较大的污染物的生物降解需稀释。（一）生物分解性与浓度的关系S121.多基质同时被利用2.一种基质促进第二种基质的降解

甲苯促进假单胞菌对苯、二甲苯的降解易降解物质的添加增加微生物浓度3.一种基质阻碍另一基质的降解

抑制作用顺次利用（sequentialuse)：一种基质的分解只发生在另一种基质大部分或全部降解之后。（三）有机物间的相互作用互不影响、促进作用、抑制作用（顺次利用）（四）微生物间的相互作用1.协同作用（共生关系）类型：单一不能降解混合能降解单一降解慢混合能降解快作用机理：

提供生长因子：提供维生素B、氨基酸等分解中间代谢产物分解共代谢产物分解有毒产物抑制作用（拮抗）：分解产物抑制其他微生物捕食作用生物分解产物的毒性低于原化合物时的生物分解作用，称去毒作用生物分解产物的毒性大于原化合物时的生物分解作用，称激活作用。常见的激活反应有：脱卤作用、亚硝胺的形成、环氧化作用、硫醚的氧化、甲基化等。（五）生物去毒作用与激活作用1.去毒作用（Detoxication）在毒理学上：活性物质无活性物质有毒物钝化产物CO2代谢产物去毒作用去毒作用机制：水解作用羟基化作用脱卤作用甲基化去甲基硝基还原去氨基醚键断裂腈转化为酰胺R－C－O－R’OR－C－OHORHROHRClRHROHROCH3RNO2RNH2R－C＝NR－C－NH2O2.激活作用（activation）形成有毒产物常见的激活反应（1）脱卤作用三氯乙烷Cl2C＝CHClCl－C＝CH2H氯乙烯（强致癌物）（2）亚硝胺的形成（亚硝胺）（致癌、致畸）RR’NH＋RR’N－N＝ORR’N－R”脱烷基（仲胺）反硝化（叔胺）BOD5/CODcr>0.4-0.6可生物处理性好0.2<BOD5/CODcr<0.4含有难生物分解的有机物，较难生物处理BOD5/CODcr<0.1有机污染物的生物分解性差，难以生物处理（六）污水中有机污染物的生物分解性评价BOD5/CODcr比值预测污水可生物处理性的参考标准BOD5/DOC>1.2可生物处理性好0.3<BOD5/DOC<1.2含有难生物分解的有机物，较难生物处理BOD5/DOC<0.3有机污染物的生物分解性差，难以生物处理BOD5/DOC比值预测污水可生物处理性的参考标准不含氮有机物质的生物分解一、纤维素、半纤维素、木质素1.纤维素—多糖化合物能降解纤维素的微生物：主要是霉菌和一些特殊的细菌：纤维粘菌、纤维杆菌、莲霉菌、曲霉、青霉、木霉3.木质素CCCHOCCCHOH3COCCCHOH3COH3CO基本构成单位芳醚键降解机理（较为复杂）：

芳醚链断裂苯丙烷大分子解聚、、

、能降解木质素的微生物：担子菌纲，如白腐菌23二、淀粉

分子结构：多糖

降解过程：淀粉糊精麦芽糖葡萄糖降解微生物：主要有霉菌（曲霉、根霉）三、脂肪

结构：CH2—O—C—R1CH2—O—C—R2CH2—O—C—R3OOO

脂肪甘油+脂肪酸脂肪酶

降解微生物：荧光杆菌、绿脓杆菌放线菌、真霉24CH3CH3OHOHCH3OHOH苯甲酸、粘康酸五、烃类（脂肪烃）2.烯烃：烯烃加氧化合物脂肪酸β氧化1.烷烃：CnH2n+2一般从末端氧化，形成醇、醛、酸、CO2β氧化降解微生物：主要是一些细菌、酵母菌SO3NaCH2－（CH2）10

－CH3十二烷基苯磺酸钠SO3NaCH2COOHCH3SO3NaCH3OHOHβ氧化….HSO3六、合成洗涤剂降解微生物：主要是芽孢杆菌、假单胞菌（恶臭假单胞菌）28二、氨化、硝化与反硝化1、氨化作用（含氮有机物的生物氧化）有机氮转化为氨的过程：Org－NNH3＋不含氮有机物好氧、厌氧情况下都生成NH3R－C－COOHNH2RCOOH＋CO2＋NH3RCH2COOH＋NH3O2[H]有氧缺氧氨化细菌（Ammonifier）：种类繁多（荧光假单胞菌、变形杆菌等）302、硝化作用：氨氧化成亚硝酸、硝酸的过程分两步进行（好氧条件）限速阶段、控制阶段NH3NO2-NO3-几个术语：氨氧化、亚硝（酸）化、亚硝酸氧化、硝酸化影响硝化作用的主要因素(1)溶解氧（DO）：DO低于0.5mg/L时，硝酸菌活性受到抑制，亚硝酸菌（即氨氧化菌）仍能正常代谢。(2)温度：温度低于12oC，硝化活性明显下降，30oC时活性最大，超过30oC时，活性反而降低。(3)pH值：亚硝酸菌的最适pH范围为7.0-7.8，而硝酸菌的最适pH范围为7.7-8.1。(4)营养物质：硝化菌为自养微生物，生长不需有机质。在污水处理中，硝化反应一般在有机物浓度较低的条件下较易发生。(5)氨氮：氨氮浓度大于100-200mg/L时，对硝化反应呈现抑制作用。(6)毒物：硝化菌对毒物的敏感度大于一般细菌，大多数重金属和有机物对硝化菌具有抑制作用。3、反硝化作用（Denitrification）定义：硝酸、亚硝酸盐在无氧条件下被微生物还原成亚硝酸和氮气的过程。反硝化菌（Denitrifyingbacteria）及其特征：参与反硝化作用的细菌叫反硝化菌大多数是异养菌（反硝化杆菌、荧光假单胞菌），也有一些自养菌（硝化硫杆菌）大部分是兼性细菌，有氧气时利用氧气呼吸，厌氧时

利用硝酸和亚硝酸根呼吸影响反硝化作用的主要因素(1)营养物质反硝化作用需要足够的有机碳源。(2)溶解氧在O2和NO3-同时存在时，反硝化菌首先利用O2作为最终电子受体，只有溶解氧浓度接近零时才开始进行反硝化作用。(3)温度最佳温度为30－40oC。温度<0oC，反硝化菌的活动终止，温度超过50oC时，反硝化活性急剧降低。(4)pH值最适合pH值范围为7.0-7.5。pH在中性范围内有利于N2的产生。三、蛋白质的生物分解水解（胞外）四、尿素的生物转化碳酸氨尿素细菌：引起尿素水解的菌。36微生物对无机元素的转化作用一、硫的生物转化（一）循环过程及微生物的作用反硫化H2S有机硫矿化S硫化硫化生物同化SO32-H2S被氧化生成S和H2SO4的过程。硫化作用微生物硫磺细菌硫化细菌①②H2S充足时，①>②,细胞内积累硫而形成硫磺颗粒。（二）硫化作用硫酸盐被还原成硫化氢的过程。反硫化作用微生物：硫酸盐还原菌（e.g.去硫弧菌）厌氧且在有机物存在的条件下：（三）反硫化作用39含SO42-废水生物处理工艺

二、磷的生物转化1.无机磷的有机化2.有机磷化物的生物降解3.磷酸还原：（类似于反硝化、反硫化）梭状芽孢杆菌、大肠杆菌挥发性细菌氧化硝化菌、硫化菌pH的降低41A2/O工艺(anaerobic-anoxic-oxic)好氧反应器原废水释放磷氨化回流污泥（含磷）沉淀池（剩余污泥）内循环2Q缺氧反应器缺氧反应器厌氧反应器厌氧反应器脱氮硝化吸收磷去除BOD处理水三、金属的生物转化铁细菌（一）铁的生物转化（二）铬的生物转化在厌氧条件下，有些铬耐性细菌可以将Cr(VI)还原成无毒性的Cr3+。1．汞的生物氧化和还原在好氧条件下，一些细菌（如枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌等）能将元素汞氧化生成二价汞离子Hg2＋。有些细菌，如铜绿假单胞菌、大肠杆菌、变形杆菌等在适宜的条件下能将Hg2＋还原为金属汞。第五节微生物对无机元素的转化作用（三）汞的生物转化2．汞的甲基化有些微生物能把元素汞和汞离子转化为甲基汞和二甲基汞，这种过程称汞的甲基化。汞的甲基化在好氧和厌氧条件下均可能发生。产甲烷菌、匙形梭状芽孢杆菌、荧光假单胞菌、大肠杆菌、产气肠杆菌和巨大芽孢杆菌等都具有将元素汞转化为甲基汞的能力。甲基汞的毒性远远大于元素汞和汞离子。生物对污染物的浓缩作用生物积累指同一生物个体在其整个代谢活跃期中的不同阶段