水污染生物降解 (2)

第三章

水污染生物降解

第一节污染物生物降解

生物降解基本原理:

微生物降解污染物的基本过程:

生物降解的基本原理在污水处理过程中,可以利用生物降解作用去除污染物质.生物降解是指由生物催化的复杂化合物的分解过程.利用生物处理技术进行污染物的无害处理已有近100年的历史.生物处理的主体是微生物,生物降解过程本身以微生物的代谢为核心,化合物在分解过程中则遵循化学原理.

污染物、环境、微生物三者的关系污染物进入环境，对环境造成污染，环境介质使污染物与微生物具有相互作用的机会，生物通过环境作用于污染物，使污染物发生转化、分解、降解，当然生物也可向环境释放污染物。污水水源的污染是危害最广、最大的污染。污水的种类很多，有生活污水、工业有机污水（如屠宰、造纸、淀粉和发酵工业等的污水）、工业有毒污水（农药、炸药、石油化工、电镀、印染、制革等工业污水）和其他污水等。其中所含的各种有害物质，例如农药、炸药（TNT、黑索金等）、多氯联苯（PCB）、多环芳烃（致癌剂）、酚、氰和丙烯腈等的污染后果尤为严重。在污水处理方法中，最关键、最有效、最常用的方法是微生物处理法。环境微生物环境微生物是生物进化过程中的一个最有利于保持环境稳定的选择。资源极为丰富，种类多样，它们在自然界的物质循环和转化中有很重要的作用，不仅维持生物圈的生态平衡，而且维持着地球系统的饿物质平衡。这其中最典型的饿就是生物降解作用。环境微生物类群普遍使用的生物六界分类系统将生物分为原核生物、原生生物、真菌、植物和动物和非细胞结构的病毒。环境微生物是一个跨界的多生物集群，包括原核的细菌、原生的原生动物和藻类、真菌的真菌、动物的微型后生动物以及植物中的一些低等微型植物。但环境微生物的研究主要集中在原核生物界、原生生物界和真菌界。病毒是一类寄生性的生物，一般情况下不能主动利用或分解环境中的污染物质，但病毒在环境中能生存，因此常将病毒列为环境污染物的一类。废水生物处理构筑物中还常出现一些微型的无脊椎动物包括轮虫、线虫、寡毛类动物、甲壳类动物和昆虫幼虫等。1、轮虫（Rotifer）是比较简单的后生动物。特征是身体前端有一个头冠，头冠上有纤毛环，纤毛环摆动时将细菌和有机颗粒等引入口部。形体微小，长度4~4000um,多数为

500um左右,需要借助显微镜观察.

在自然界分布很广,主要栖息在沼泽,池塘,浅水湖泊和深水湖的沿岸区域.有固着生活和自由生活的种类,有个体生活也有群体生活对PH的适应范围较广,PH为6.8左右的环境中分布居多.大多数轮虫以细菌、霉菌、藻类、原生动物和有机颗粒为食。在废水的生物处理过程中，轮虫作为指示生物，当活性污泥中出现轮虫时，往往表示处理效果好。但数量过多可能破坏污泥的结构，使污泥松散而上浮，污泥中常出现的轮虫有转轮虫，红眼旋轮虫甲壳类动物--水蚤甲壳类动物是水体污染和水体自净的指示生物。水蚤的血液中含有血红素，血红素的含量常随环境中溶解氧的高低而变化：氧低时，水蚤的血红素含量高，体色加深；反之则体色变浅。所以在污染水体中水蚤的体色比清水中的红些，利用此特点来判断水体的清洁程度。甲壳类浮游动物以细菌和藻类为食，若大量繁殖可影响水厂滤池的正常运行。氧化塘出水中往往含有较多的藻类可用甲壳类动物除藻。线虫污水处理中五.影响微生物生物降解的环境因素

1.温度影响微生物的生长繁殖、代谢速率嗜冷菌（psychrophiles）最适温度15°C以下

耐冷菌（psychrotroph）最适温度15~20°C

中温菌（mesophiles）最适温度20~40°C

嗜热菌（thermophiles

）最适温度45°C以上超嗜热菌（hyperthermophiles）最适温度80°C

影响有机物的物理状态：固相

液，溶解度

2.湿度在土壤中湿度是一个重要的环境因素1）微生物的生命活动需要水2）湿度可控制氧的水平水充满土壤微孔的80~90%时土壤从好氧条件转变为厌氧条件3.溶解氧好氧细菌：有氧呼吸的电子受体好氧性异养菌：以有机污染物为底物好氧性自养菌：以还原态的无机物为底物活性污泥法、生物膜法：好氧微生物降解好氧生物处理氧化速率高，必须满足微生物对氧的需要

兼性厌氧细菌：有氧时有氧呼吸电子受体：氧无氧时进行发酵电子受体：有机物

反消化细菌（硝酸盐还原细菌）有氧时将有机物氧化为无机物当缺氧时无氧呼吸氧化葡萄糖等NO3-本身被还原为分子氮，污水除碳与脱氮

厌氧细菌不需要氧有氧条件产生阴离子自由基，对细胞有毒害缺少过氧化物酶和超氧化物歧化酶（SOD）

产甲烷细菌厌氧条件降解废水有机物产生甲烷4.酸碱度不同pH环境存在不同类型的微生物：酸性环境:真菌中性和碱性环境:细菌和放线菌pH不同影响有机污染物的溶解状态

5.盐度:

嗜盐菌和耐盐菌，不同环境微生物的适应性

6.吸附作用和沉积物

污染物被其他物质所吸附形成络合物影响降解

污染物生物降解的营养动力学1、氧的消耗及其反应动力学

ThOD（理论需氧量）：某个有机物分子被完全氧化所需的氧。

COD（化学需氧量）：在一定条件下有机物分子在强氧化剂（高锰酸钾、重铬酸钾）作用下所消耗的氧。COD的测定过程中即包括有机物的氧化,也包括溶液中无机物的还原，所以COD中包含有不可生物降解（CODnb)和可生物降解（CODb)两部分。

BOD是在某种特定条件下水中有机污染物经过需氧微生物作用进行分解时所需的氧量。2Monod方程是指描述单种基质消耗与微生物生长之间的关系的模型，其模型与酶促反应相似。3能量代谢与物质平衡微生物的耗氧降解过程需氧的参与,将有机物代谢降解为CO2和水，并部分的转化为微生物细胞体。厌氧时不需氧但有水的参与，生成CO2和CH4以及细胞体。

：

1氧化作用包括Fe,S等单质的氧化,NH3,NO2等化合物的氧化和一些有机物基团的氧化,如甲基,羟基,醛等.在环境中，这些氧化作用大都是由微生物引起的，如：氧化亚铁硫杆菌对亚铁的氧化，铜绿假单胞杆菌对乙醛的氧化，以及亚硝化菌和硝化菌对氨的氧化作用等。氧化普遍存在于各种好氧环境中，是最常见的也是最重要的生物代谢活动。2还原作用包括高价铁和硫酸盐的还原、NO3的还原、羟基或醇的还原等，还原作用与氧化作用所存在的环境不同，还原需要缺氧或无氧（厌氧）的环境。有些是氧化作用的逆过程，但有些则不是如：NH3被氧化为NO3，而NO3-被还原为N2。微生物在环境中主要的生物化学降解转化作用有以下几种类型3水解作用是一种基本的生物代谢作用，在处理一些有机大分子时使有机大分子转化为更小的分子，甚至接近其他生物或其他反应所要求的污染物质特征。4脱羧基作用有机酸是普遍存在于手有机污染的各种环境中，通过脱羧基直接使有机酸分子变小。连续的脱羧基反应可以使有机酸得到彻底的降解，尤其短链的有机酸很快降解。5脱氨基作用使带有氨基的有机物质脱除氨基并能得到进一步的降解。主要是蛋白质降解方面作用很大。污染物的降解与累积

生物降解有机化合物的难易程度首先决定于生物体本身的特性，同时也与有机物的结构特征有关影响生物降解的因素主要有：

1、脂肪族和环状有机化合物较芳香族化合物容易被降解。

2、不饱和脂肪族化合物一般是可生物降解的，但有些（如苯代亚乙基化合物）有相对不溶性，影响生物降解的程度。如果有机化合物分子的主链上除碳元素外还有其他元素时就会增加对生物降解的抵抗力。

3、有机化合物分子的大小对生物降解有重要的影响聚合物和复合物的分子能抵抗生物降解。

4、具有取代基团的化合物其异构体的多样性可能影响降解力。

5、增加或去除某一功能团会影响有机化合物的生物降解程度，如卤代作用能抵抗生物降解。污染物质在环境中经过稀释、扩散、迁移、转化和降解等多种不同的过程，仍然有一部分残存于环境中，或者经转化或降解后的产物存留在环境中。当环境系统不断地接纳污染物质，而迁移、转化或降解又总是不彻底时，污染物质就会在环境中积累。环境污染和逐渐恶化的环境都是因为污染物的积累而引起的。污染物的生物富集污染物在生物体内可以造成积累，当达到一定程度时就会厌氧处