2.5 .1 有机物(污染物)的生物转化和分解
污染物的迁移和转化
都可以作为配位
体与金属离子络 合
2.2.2.5吸附作用
吸附是发生在固体 或液体表面对其它 物质的一种吸着现 象。污染物在土壤 中的吸附常常受到 土壤中有机质含量， 土壤颗粒大小，粘 土矿物成分，pH， 阳离子交换能等土 壤理化性质的影响。
=SurfOH指铁，铝和锰氧化物表面
2.2.2.6 氧化还原作用
Zn2+ + NH3
ZnNH32+
Hg2+ + 2OH Hg(OH)2 +Cl Hg2+ + ClHg2+ + 2ClHg2+ + 3ClHg2+ + 4Cl-
Hg(OH)2 Hg(OH)Cl HgCl+ HgCl2 HgCl3HgCl42-
吸附力强 吸附力弱
环境中的 OH-， Cl-，HCO3-， CO32-及含NH2，-OH，COOH，-SH等
生物累积的程度可用生物累积系数 bioaccumulation factor, BAF 表示。
BAF=某一生物个体生长发育较后阶段体内蓄积污染物的 浓度/同一生物生长发育较前阶段体内蓄积该污染物的浓 度
生物累积某种污染物的浓度水平取决于该生物摄取和消 除该污染物的速率之比，如果摄入量大于消除量，就会 发生生物积累。
地下水污染或是 造成癌症村现象 的首因
2.2.1.3 重力的机械迁移作用
指污染物及其搬运在体在重力作用下的迁移运动。
➢吸附了污染物的气溶胶，颗粒物，悬浮物等主要以 重力沉降的方式在环境中的迁移。
➢污水设施中污染物逐渐沉积在污泥中，随污泥的处 理而迁移。
➢机械搬运污染物的行为是污染物迁移的重要方式。 如污染物以原材料，成品或包装材料的形式被远距 离运输。
第五章 污染物在生物体内的迁移转化
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第一节 物质通过生物膜的方式
▪ 四、蓄积 (Accumulation)
机体长期接触某污染物质，若吸收超过排泄 及其代谢转化，则会出现该污染物质在体内逐增 的现象，称为生物蓄积。
机体的主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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第三节 污染物质的生物富集、放大 和积累
▪ 固体 胞吞
液体 胞饮
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第一节 物质通过生物膜的方式
小结： 物质以何种方式通过生物膜，主要决定于机体各组
织生物膜的特性和物质的结构、理化性质。
（1）理化性质包括物质的脂溶性、水溶性、解离度、分子 大小等。
（2）营养物质和代谢物质主要以被动易化扩散和主动转运 进入生物膜。
（3）大多数物质以被动扩散方式通过生物膜。
▪ 膜孔：带极性，含水的微小孔道
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第一节 物质通过生物膜的方式
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第一节 物质通过生物膜的方式
▪ 二、物质通过生物膜的方式
▪ 1、膜孔滤过 动力：膜两侧静水压及渗透压
▪
限制条件：直径小于膜孔的水溶性物质
▪ 2、被动扩散 脂溶性物质顺浓度梯度（高 低）扩散通过生物膜。
生物放大并不是在所有条件下都能发生。
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第三节 污染物质的生物富集、放大和积累
▪ 三、生物积累 (Bioaccumulation Process)
生物积累：生物从周围环境和食物链蓄积某种元素或难降解 物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。
与生物富集的区别——多了食物链这一获取污染物的渠道 ▪ 表达：BCF ▪ 反映的是在生物积累达到平衡时，生物富集和生物放大
有机污染物的生物降解及其机理研究
有机污染物的生物降解及其机理研究在环境保护领域中，有机污染物已经成为一个长期关注的重要问题。
这些污染物的存在会对环境产生负面影响，包括细菌和微生物的死亡、自然景观的破坏以及人类健康的影响。
因此，有机污染物的降解一直是环境保护领域的重点研究方向之一。
生物降解是一种常见的降解有机污染物的方法。
相比于物理降解和化学降解，生物降解具有成本低、效率高等优点。
生物降解涉及的生物体也更加复杂和多样化，包括细菌、藻类、真菌、酵母等多种生物。
因此，生物降解已经成为解决有机污染物问题的重要手段。
生物降解机理生物降解指的是微生物将有机污染物转化为无毒或低毒的物质，或将其分解为更小的分子。
这个过程是有一定机理的，下面我们来介绍一下其中的一些步骤。
一、吸附与降解污染物首先通过吸附进入微生物体内，然后被代谢酶作用降解，同时也会产生废弃物和降解产物。
二、生物活性当污染物进入微生物体内后，会引发细胞反应，确保代谢酶的活性，并使酶更加专一。
三、胞内转运代谢产物在细胞内传输，同时反过来，废弃物也在细胞内传输。
四、降解路径污染物会被代谢酶逐步分解成小分子。
不同的污染物通过不同的途径被降解，其中包括一氧化碳酸、乙酸、乙醇等。
生物降解的优势与其他降解方式相比，生物降解具有很多优势。
首先，生物降解成本更低。
这是因为，生物降解通常在自然界中发生，不需要额外的能源和材料支持。
同时，由于生物可以在自然环境中进行降解，所以也没有显著的环境安全问题。
其次，生物降解效率更高。
微生物可以成为高效的生物转化工厂。
微生物对有机污染物的适应性很强，需要的参数也比较简单（如产生适当的酸度、温度、氧气及有机物供应等），这一切都能够让生物降解污染物的效率提高。
再次，生物降解对生态系统有益。
生物降解的结果最终是将原有的有毒有害物质转化为无毒无害或低毒低害物质。
这有助于保护生态系统和人类健康。
生物降解的应用由于生物降解的优势如此多，因此人们已经开始在各种环境保护工作中广泛地应用其技术了。
环境污染物的运移与转化
环境污染物的运移与转化环境污染是全球面临的最大挑战之一。
环境污染物质的运移和转化对环境造成了极大的影响。
环境污染物的运移是指污染物从污染源处向外扩散，通过大气、水体、土壤等媒介在环境中传播；而环境污染物的转化是指污染物经过化学、生物、物理等作用，发生化学反应而转变成其他物质。
本文将从污染物的运移、转化及其影响等几个方面进行讲述。
一、污染物的运移环境污染物的种类非常复杂，有机物、重金属、放射性物质等都可能成为污染物。
污染物的运移途径与物质性质、环境因素以及地形地貌等有关。
大气、水体、土壤和生物是污染物的主要媒介。
（一）、大气运移大气是环境中污染物的主要传递媒介。
污染物通过大气沉淀到地面、水体和土壤中，从而造成环境污染。
大气运移的时间和距离较长，容易造成区域性污染。
例如，空气中的二氧化硫、氮氧化物和氨等污染物会促进酸雨的形成，对环境造成很大的伤害。
（二）、水体运移水体是污染物运移的另一个主要传递媒介。
水体中的污染物可以通过水流向远处扩散，或者通过沉降到河底等方式从水体中移除。
水体运移的特点是传播速度快，但是距离较短。
例如，废弃物、污水和石油等污染物流入水体后，会对水资源造成危害，对水生物和水生态系统造成严重影响。
（三）、土壤运移土壤是污染物的主要储存介质之一。
污染物可以通过化学、生物和物理作用等途径发生转化，然后再进入到水体或者大气中。
土壤中的污染物具有较长的半衰期和较慢的扩散速度，而且容易在土壤中积累，造成地质性污染。
例如，工业、农业和城市的污染物会随着气溶胶、尘埃等的降落而沉积到土壤中，从而影响到地下水和农作物的质量。
（四）、生物运移生物是污染物的另一个传递媒介。
污染物通过食物链进入到生物体内，从而造成生态系统的污染。
生物运移的特点是传播距离较短，但是传播范围比较广。
例如，人类食物中的污染物会通过食物链不断地进入到动物的体内，最后累积到人类体内造成健康影响。
二、污染物的转化污染物的运移不仅会对环境造成影响，而且还会发生一些化学反应，从而形成新的污染物。
环境微生物-污染物的降解与转化
3、测定相对耗氧速率曲线 耗氧速率就是单位微生物量在单位时间内的耗氧量。
相对耗氧速率是指活性污泥对某浓度有机物的耗氧速率与 该浓度的内源耗氧速率之比。生物量可用微生物的重量、 浓度或含氮量来表示，如果测定时生物量不变，改变底物 浓度，便可测定某种有机物在不同浓度下的耗氧速率，把 它们与内源呼吸耗氧速率相比较，就可得出相应浓度下的 相对耗氧速率，据此可作出相对耗氧速率曲线。
已知降解不同芳香烃的细菌类别
微生物 名称
苯类 酚类
萘
菲
蒽
荧光假单胞 铜 绿 色 假 单 胞 菲 杆 荧光假单胞
菌 、 铜 绿 色 菌、溶条假单胞 菌、菲 菌和铜绿色
假 单 胞 菌 及 菌、诺卡氏菌、 芽孢杆 假单胞菌、
苯杆菌
球形小球菌、无 菌
小球菌及大
色杆菌及分枝杆
肠埃希氏菌
菌
苯和酚的代谢
• 苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢
（2）生化呼吸线与内源呼吸线几乎重叠平行，这 说明该有机物不能被微生物氧化分解，因为微生物 只进行内源呼吸，没有利用基质，同时也说明该有 机物基质对微生物的生命活动无抑制作用。
（3）生化呼吸线位于内源呼吸线以下，说明该 有机物不仅难于生物降解，而且对微生物产生了 抑制作用，使微生物的内源呼吸受到了影响，生 化呼吸线越接近横坐标，抑制作用就越大。
5、测COD30 取一定量的待测废水，接种少量活性污泥，
连续曝气，测起始CODcr（即COD0）和第30天 的CODcr（即COD30）。废水经生化处理后COD 的最高去除率大致为：
COD去除率（%） COD0 COD30 100% COD0
据此可推测废水的可生化性，及估计用生化 法处理可能得到的最高CODcr去除率。
挥发性有机物污染物的生物降解
挥发性有机物污染物的生物降解挥发性有机物（VOCs）是一类常见的有机污染物，包括苯、甲苯、乙苯、氯代烷烃、酮类等。
它们通过工业生产、交通运输、石油炼制等活动释放到空气中，对人体健康和环境造成威胁。
因此，寻找有效的方法来清除VOCs成为了迫在眉睫的问题。
近年来，生物降解技术逐渐受到重视。
本文将介绍VOCs污染物的生物降解，包括生物降解的机理、常见的生物降解剂以及适用于不同VOCs的生物降解剂。
一、生物降解的机理生物降解指的是利用微生物的代谢过程将有机污染物转化为无毒或低毒的物质。
生物降解的机制主要包括：吸附—沉积、酶作用、生物转化和微生物自净。
当有机污染物进入微生物细胞时，污染物首先通过吸附—沉积作用附着在微生物表面。
然后，微生物分泌特定的酶来消化有机污染物，将其转化为较小的无机分子。
其中，微生物的呼吸作用是生物降解污染物的核心过程。
呼吸过程中，微生物将有机化合物中的电子（能量）转移到氧化剂上，生成CO2、H2O等无机物。
二、生物降解剂1、生物膜法（Biofiltration）生物膜法是将有机气体通过生物膜床来处理。
在生物膜中，微生物在床内填充的压板或填料表面上形成生物层，过滤空气中的有机物质。
由于污染物在过滤器内停留较长时间，因此，生物膜法对于低浓度VOCs的处理效果更好。
想要达到更高的效果，需要控制过滤速率和湿度。
2、生物吸附法（Biosorption）生物吸附法是通过微生物的吸附能力物理去除VOCs。
微生物表面的细胞壁具有与有机物物质亲和力，吸附在细胞表面上。
在这个过程中，需要注意生物质的选择以及吸附剂量等参数的控制。
3、生物过滤法（Biofiltration）生物过滤法是将VOCs通过床层（通常是木屑和土壤）架设的过滤器中，微生物利用各种有机物对有机污染物进行生物降解。
和生物膜法类似，生物过滤法对低浓度VOCs的处理效果更好。
与此同时，需要注意控制床层的厚度以及通风的速率。
三、适用于不同VOCs的生物降解剂1、苯苯是一种具有致癌性的VOCs。
有机污染物的迁移转化
土壤迁移
总结词
有机污染物在土壤中通过溶解、扩散等作用进行迁移。
详细描述
有机污染物在土壤中可以随着土壤溶液的流动进行迁移，从污染源向四周扩散。此外，有机污染物还可以通过扩 散作用，在土壤中逐渐扩散开来，影响更大的区域。土壤的理化性质、水分含量、微生物活动等因素都会影响有 机污染物的迁移过程。
04
有机污染物的转化
养殖业
养殖业产生的畜禽粪便中含有大量的 有机污染物，如抗生素和激素等。
生活污染
城市污水
城市污水中的有机污染物主要包 括洗涤剂、个人护理用品和食品 残渣等。
垃圾处理
垃圾填埋和焚烧过程中会释放出 大量的有机污染物，如多环芳烃 和二噁英等。
03
有机污染物的迁移
大气迁移
总结词
有机污染物在大气中通过风力、湍流混合等作用进行迁移。
倡导绿色生活
鼓励公众选择环保产品，减少使用含有有害物质 的日用品。
推动环保公益 活动，共同保护环境。
THANKS
感谢观看
对人类健康的危害
直接毒性作用
某些有机污染物具有直接毒性， 对人体产生急性或慢性危害，如 致癌、致畸、致突变等。
食物链污染
有机污染物可能通过食物链传递， 在生物体内富集，最终影响人类 的健康。
暴露风险
有机污染物的存在可能增加人类 暴露于有害物质的风险，如通过 呼吸、接触等途径。
对环境的长期影响
土壤污染
有机污染物的定义与特性
有机污染物是指含有碳元素的化合物， 通常具有生物活性，容易在环境中分 解和转化。
有机污染物的特性包括持久性、生物 富集性、迁移性和毒性等，这些特性 决定了有机污染物对环境和生物的影 响程度。
02
微生物对污染物的降解和转化
微生物对污染物的降解和转化•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——微生物转化有机物为无机物•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 → H2O• N → 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C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2•N → RCHNH2COOH →NH3（臭味） + 有机酸（臭味）•S →H2S（臭味）•P → PO3-4•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。
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．半纤维素的转化•存在于植物细胞壁的杂多糖。
造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。
•分解过程•分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。
•许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。
霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
3．木质素的转化自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？•确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的有软腐菌。
黄孢原平毛革菌(Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。
环境污染物的迁移与转化机制
环境污染物的迁移与转化机制污染物是指对环境产生有害影响的物质，它们通过各种途径进入环境中，并随着环境的改变而发生迁移和转化。
了解环境污染物的迁移与转化机制对于环境保护和污染治理至关重要。
一、污染物的迁移途径1. 大气迁移：空气是最常见的污染物迁移的途径之一。
污染物通过大气扩散、降水沉降等方式迁移到地表水和土壤中。
例如，氮氧化物、二氧化硫等造成酸雨的成分可通过空气传播，在不同的地区产生酸性沉降，对生态系统造成严重影响。
2. 水体迁移：水是各种污染物迁移的重要途径之一。
溶解态污染物可通过河流、湖泊、海洋等水系进行迁移。
此外，悬浮态污染物和沉积态污染物也能随水体流动而进行迁移，对水生态系统造成潜在威胁。
3. 土壤迁移：土壤是吸附和固定污染物的重要介质，同时也是污染物迁移的主要途径之一。
溶解态和悬浮态的污染物可以随水分进入土壤，附着在土壤颗粒表面；而揮发性有机物则可通过土壤气相的扩散迁移到大气中。
二、污染物的转化机制1. 生物转化：在自然界中，许多污染物可以通过微生物的作用而发生转化。
生物降解是一种常见的转化机制，通过微生物的代谢活动，有机污染物逐渐分解为较简单的无害物质。
此外，生物吸附和生物蓄积也是污染物转化的重要方式。
2. 化学转化：污染物在环境中可以通过化学反应发生转化。
例如，氮氧化物在大气中与氧反应生成二氧化氮，从而参与到酸雨的形成过程中。
当有机物与氧气和其他氧化剂接触时，也会发生氧化反应，使有机物发生降解。
3. 其他转化机制：热解、光解和电解等也是污染物转化的重要机制。
在高温下，一些有机物可以发生热解反应，分解为其他化合物。
光解则是指在光照条件下，化学物质的化学键被打断，形成新的化合物。
电解是通过电流作用使污染物发生电化学反应，从而达到转化的目的。
三、影响环境污染物迁移与转化的因素1. 物理因素：如温度、湿度、风速等都会影响污染物迁移和转化。
高温有利于化学反应的进行，提高了化学转化的速率；而较高的湿度则有利于水体中污染物的溶解和迁移。
微生物降解的污染物
• 微生物缺乏相应的水解酶
卤代烃——氯苯类
用 途：稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热 载体、油墨等都含有） 危 害：急性中毒，是一种致癌因子 降 解 菌：产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌以 及沙雷氏菌的突变体
通过共代谢完成氯苯的完全降解。
*共代谢研究进展及其成果对环保的应用现 状？
C2H5O
P OH＋HO
水解酶 C2H5O
NO2
微生物代谢将对硫水解变成较小分子，然后进一步分解生成R-COOH、 H2O、HNO3，仍可再进一步分解转化为CO2、H2S、N2等。
四、合成洗涤剂的降解
合成洗涤剂：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质 四大类。 –阴离子型表活剂包括：脂肪酸衍生物、烷基磺酸盐、烷基
芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可 以不同程度的被微生物分解。
已知降解不同芳香烃的细菌类别
微生物 名称
苯类 酚类
萘
菲
蒽
荧光假单胞 铜 绿 色 假 单 胞 菲 杆 荧光假单胞
菌 、 铜 绿 色 菌、溶条假单胞 菌、菲 菌和铜绿色
假 单 胞 菌 及 菌、诺卡氏菌、 芽孢杆 假单胞菌、
苯杆菌
球形小球菌、无 菌
• 目前发现能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解速度缓慢。他们主 要是细菌、放线菌、曲霉中的某些成员。
* 如何制造完全生物可降解塑料？ 有哪些种类？发展前景如何？
（1）限制使用不可降解塑料 （2）开发可降解塑料 光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改性塑 料、 化学合成或用微生物、转基因植物直接生产 可生物降解的塑料；
直链 、 支链 不饱和、饱和 烷烃、芳烃
链末端有季碳原子的烃以及多环芳烃极难降解
有机物污染物的生物转化和分解
亚硝酸 细菌
NO2--N
硝酸 细菌
NO3--N
硝化作用有O2
反硝化 细菌
反硝化 作用无O2
N2、NO2
最终完成生物脱氮
污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为NO3-，最后再由反硝化细菌将NO3-还原为N2。
活性污泥法传统脱氮工艺（3级）流程示意图
第三节 不含氮有机物的生物分解
基本概念： 不含氮有机物： 碳水化合物、脂肪、酚、醛、酮、某些有机酸、 烃和合成洗涤剂等。 碳水化合物是由碳、氢和氧3种元素组成。占到生活污水中有机物的40－50%。
单糖：葡萄糖 二糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖 多糖：淀粉、纤维素、半纤维素
碳水化合物
碳水化合物的分解
三阶段4类群理论
（3）特性：
*
第一节 微生物对有机物的分解作用
CO2、CH3COO CH3NH2、CH3OH
CH4
（2）参加的微生物
产甲烷细菌群
产甲烷杆菌属 产甲烷短杆菌属 产甲烷球菌属
▲严格厌氧菌 ▲中温菌对温度敏感 ▲ pH 适宜6.8~7.2 ▲增殖速率慢
2 有机磷化物 磷酸盐
解磷大芽孢杆菌 蜡质芽孢杆菌 霉状芽孢杆菌
生物除磷原理
01
聚磷菌一类的细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存在体内，形成高磷污泥。将高磷污泥排出系统，就可以实现污水除磷。 生物除磷分两步进行： 聚磷菌的放磷（厌氧条件） 聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）
好氧分解最终产物是稳定而无臭的物质，包括二氧化碳、水、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐等。
厌氧分解最终产物主要是甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等。
生物体内有机污染物的代谢与降解
生物体内有机污染物的代谢与降解近年来，随着环境污染加剧，有机污染物已经成为严重影响人类健康和生态环境的重要因素之一。
尽管大部分有机污染物被认为是毒性的，但事实上，大多数有机污染物可以通过生物降解来去除、减少其对生态环境的危害。
生物降解指的是有机污染物在环境中受到生物转化作用，分解成无害的物质的过程。
而生物降解的过程同样可以在生物体内发生。
在自然条件下，生物体会通过进食、呼吸等途径摄入有机污染物，这些有机物在生物体内通过代谢作用而降解和转化成无害物质。
下面我们将从多个角度探讨生物体内有机污染物的代谢与降解。
一、生物体内的代谢机制生物体内代谢是有机污染物受到降解的基础。
生物体内的代谢主要分为两类：一类是通过氧化还原反应来进行代谢，比如细胞色素P450系统；另一类是通过非氧化还原反应，如酯水解酶、氨解酶等。
在生物体内，通过氧化还原反应来代谢有机物质是最常见的代谢机制，细胞色素P450便是其中比较重要的一种。
细胞色素P450(CYPs)是一类嵌入在内质网上的酶，它们参与许多的生物代谢过程。
CYPs通过对有机污染物进行加氧、脱氢等反应使其失去毒性，被转化成更安全的物质。
但CYPs也是造成一些有机物质毒性加强的重要因素，因为CYPs可以将其代谢转化为更有毒性的物质。
例如，对苯二酚蜕化物(PQDP)就是在细胞色素P450的催化下形成的，具有较强的毒性。
另一类代谢机制是通过酯水解酶、氨解酶等非氧化还原酶进行代谢。
这类酶广泛分布于生物体内，其作用是对含酯、酰胺、氨基酸等键进行提高反应性的水解，从而促进代谢。
这类酶的代表性物种有麻雀、大鼠等。
二、生物体内的降解机制生物体内的降解机制是有机污染物在生物体内转化成无害物质的关键，同时也是对生态环境的保护。
生物体内的降解可以分为两种方式：一是直接生物降解，二是通过代谢后降解。
在生物体内，直接生物降解多为生物体内有特定的酶水解、氧化、还原等反应将毒性物质降解为无毒性物质。
如细胞质内的乙醇脱氢酶可将甲酸异丙酯转化为异丙醇和甲酸。
生物有机体与环境污染物的生物富集
生物有机体与环境污染物的生物富集生物富集是指环境中毒物逐级递增地在食物链中逐渐累积的现象。
当环境中存在有害物质时，这些物质会被生物体摄入、吸收和积累，从而对生物体造成危害。
本文将重点探讨生物有机体与环境污染物的生物富集现象，以及其在环境保护中的意义。
一、生物有机体的摄入途径生物有机体通常通过以下途径与环境污染物接触和摄入：1. 食物链传递：环境中的污染物被植物吸收，再被食草动物摄入，最后被食肉动物摄入，逐渐积累在食物链的顶端动物体内。
2. 吸入：污染物被气态物质或微小颗粒物悬浮在空气中，生物通过呼吸器官吸入。
3. 吸附：污染物可附着在生物体表面，通过直接接触或通过水生环境吸附进入生物体内。
二、生物富集机制生物富集是由于环境污染物的生物转化和生物积累等过程引起的。
主要机制包括：1. 生物转化：环境污染物在生物体内经过一系列代谢反应，转化为更容易积累的有机形态，如有机汞、有机氯等。
2. 生物积累：环境污染物在生物体内逐渐积累，原因包括生物吸收超过排除、无法代谢的物质积累等。
三、污染物的生物富集程度污染物的生物富集程度可通过生物富集因子（Bioaccumulation Factor，BAF）来衡量。
BAF是指生物体组织中含污染物的浓度与环境中含污染物的浓度之比，常用于衡量有机物对生物的富集程度。
一般来说，BAF大于1表示生物体内的污染物浓度高于环境，即出现了生物富集现象。
四、生物富集与环境保护生物富集不仅对生物有机体本身造成威胁，还可能对整个生态系统产生影响，因此需要加强环境保护措施。
以下是几个关键方面：1. 源头控制：减少或阻断污染物进入环境的途径，如控制排放源、净化废水等。
2. 监测与评估：建立完善的污染物监测网络，及时监测环境中的污染物含量，评估生物体暴露风险。
3. 生物修复：利用生物技术修复受污染的土壤和水体，通过植物吸收、微生物降解等方式减少环境中的有害物质。
4. 环境教育：加强环境保护教育，提高公众对环境污染物的认知与关注，引导人们采取环境友好的行为。
生物转化名词解释
生物转化名词解释生物转化的一种方式是对营养物质进行转换。
当能量高时，由化学键合的碳转变为不可用的氧。
在生态系统的这种情况下，太阳能被物理形式转移到植物中，而动物将其储存起来。
在有机化合物中，许多具有非常强的毒性，它们通常具有复杂的结构并且只能以某种方式降解。
有机废弃物如果被丢弃在环境中，不仅会污染环境，也会破坏土壤结构，影响农作物的生长。
因此，它们必须被处理或直接回收利用。
今天，我们将讨论有关生物转化的基本概念。
有机废弃物进入土壤后，首先与土壤中的微生物接触，然后它们可以在微生物的作用下发生各种转化。
1、好氧微生物：以活性污泥为代表的生物，具有较强的生命力，对有机物质有很强的氧化分解作用，但这类细菌对营养要求较高，一般在低浓度范围内使用。
2、厌氧微生物：以接触氧化和厌氧消化为代表的生物。
接触氧化作用主要是利用好氧微生物产生的大量氧气，使有机物发生分解。
厌氧消化是利用在缺氧条件下，有机物质发生缓慢分解。
一般情况下，厌氧消化需要更多的时间和更少的空间，从而导致厌氧消化过程相对缓慢。
3、兼性厌氧微生物：以颗粒污泥为代表的微生物，能够同时对有机物质进行分解和合成，所以具有较高的生物量。
它们是主要的微生物，但不是唯一的，如接触酶是兼性厌氧微生物的代表，它既能对有机物质进行分解，又能进行合成。
由于它们能对有机物质进行分解和合成，因此它们可以在没有氧气的情况下分解和合成，从而减少了二次污染。
4、生物降解：指大分子有机物在微生物作用下分解为小分子有机物，并且能被植物吸收。
它是生态系统的初级代谢，能够促进系统的物质循环。
4、生物降解：指大分子有机物在微生物作用下分解为小分子有机物，并且能被植物吸收。
它是生态系统的初级代谢，能够促进系统的物质循环。
5、微生物固定：将有机废物以颗粒或胶体状态固定在土壤中，以防止污染。
固定化过程在微生物的作用下，有机废物中的营养物质得以保留，因此污染物可以持续输出，而不会造成污染的累积。
2.5.1有机物的生物转化和分解
（3） Ca3（PO4）2 +H2SO4 2CaHPO4+CaSO4
2 有机磷化物
磷酸盐
解磷大芽孢杆菌
蜡质芽孢杆菌
霉状芽孢杆菌
第五节 微生I 物m 对无N 机a 元o 素g 的转e 化作用
生物除磷原理
聚磷菌一类的细菌，可以过量地、超出其生理 需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存在体 内，形成高磷污泥。将高磷污泥排出系统，就可以 实现污水除磷。
第一节 微生I物m 对N 有机a 物o g 的分e 解作用
2 产乙酸细菌作用阶段
三阶段4类群理论
（1）原理
上阶段产物
（丙酸、丁酸、醇等）
醋酸、甲胺 CO2、H2
（2）参加的微生物
产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸细菌群
互营单胞菌属 互营杆菌属 梭菌属
暗杆菌属
（3）特性：
绝对厌氧菌或兼性厌氧菌；
适宜pH 4.5～8
生物除磷分两步进行： 聚磷菌的放磷（厌氧条件） 聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）
第五节 微生I 物m 对无N 机a 元o 素g 的转e 化作用
生物除磷原理
聚磷菌的放磷（厌氧）
聚磷菌细胞内的 聚磷酸盐分解
废水中
ATP
脂肪酸
PO43-
PHB、糖原
储存在细胞内
PHB (聚β羟基丁酸)
29
第五节 微生I 物m 对无N 机a 元o 素g 的转e 化作用
2.5 .1 有机物（Im 污染N 物a ）o 的g 生物e 转化和分解
第一节 微生物对有机物的分解作用 第二节 有机物的生物分解性 第三节 不含氮有机物的生物分解 第四节 含氮有机物的生物分解 第五节 微生物对无机元素的转化作用
第一节 微生I物m 对N 有机a 物o g 的分e 解作用
有机物分解途径
有机物分解途径有机物是由碳、氢、氧等元素组成的化合物，常见的有机物包括脂肪、蛋白质、糖类等。
这些有机物在自然界中会经过各种途径进行分解，进而转化为更简单的物质。
本文将介绍几种常见的有机物分解途径。
1. 生物降解生物降解是指有机物在生物体内被微生物、酶或其他生物体降解为更简单的物质。
这是一种自然的分解途径，常见于自然环境中的有机物分解过程。
以蛋白质为例，蛋白质是由氨基酸组成的高分子化合物。
在生物体内，蛋白质会被酶分解为氨基酸，然后进一步被微生物降解为氨、二氧化碳和水等物质。
这个过程中，有机物的结构被逐渐破坏，能量也被释放出来。
2. 氧化反应氧化反应是指有机物与氧气发生反应，生成二氧化碳和水等物质的过程。
这是一种常见的有机物分解途径，常见于燃烧和代谢过程中。
以脂肪为例，脂肪是由甘油和脂肪酸组成的有机物。
当脂肪遇到氧气时，发生氧化反应，生成二氧化碳和水，释放出能量。
这是我们身体燃烧脂肪来产生能量的过程。
3. 热解反应热解反应是指有机物在高温条件下分解为更简单的物质。
这是一种非生物降解的途径，常见于工业生产过程中。
以糖类为例，糖类是由碳、氢、氧等元素组成的有机物。
当糖类受热分解时，会发生热解反应，产生焦炭、水和一氧化碳等物质。
这个过程常用于生产焦炭或合成一氧化碳等工业过程中。
4. 光解反应光解反应是指有机物在光照下分解为更简单的物质。
这是一种非常见的有机物分解途径，常见于特定的化学反应中。
以光解脱氧核糖核酸为例，光解脱氧核糖核酸是DNA分子在紫外线照射下分解的过程。
当DNA分子受到紫外线照射时，光能会使DNA分子中的化学键断裂，使DNA分子逐渐分解为更简单的碱基、磷酸和糖等物质。
总结起来，有机物分解途径包括生物降解、氧化反应、热解反应和光解反应等。
这些途径使得复杂的有机物能够被分解为更简单的物质，从而循环利用或释放能量。
了解这些分解途径有助于我们更好地理解有机物在自然界中的转化过程，也对环境保护和资源利用具有重要意义。
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（3） Ca3（PO4）2 +H2SO4
2 有机磷化物 磷酸盐
2CaHPO4+CaSO4
解磷大芽孢杆菌 蜡质芽孢杆菌 霉状芽孢杆菌
第五节 微生物对无机元素的转化作用
生物除磷原理
聚磷菌一类的细菌，可以过量地、超出其生理 需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存在体 内，形成高磷污泥。将高磷污泥排出系统，就可以 实现污水除磷。 生物除磷分两步进行： 聚磷菌的放磷（厌氧条件） 聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）
7
第一节 微生物对有机物的分解作用
废水中有机物
三阶段4类群理论
Ⅰ
发酵性细菌
脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类
Ⅱ
产氢产乙酸细菌
H2 + CO2
乙酸
同型产乙酸细菌
Ⅲ
产甲烷细菌
CH4
厌氧消化三阶段四类群
8
第二节 有机物的生物分解性
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
蛋白质最终被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4
（三）反硝化作用
概念：硝酸盐在通气不良环境中（缺氧），被
反硝化细菌还原成NO2或 N2的过程。
1 反硝化过程
C6H12O6 + 4NO3NO3NO2缺氧
反硝化细菌
6H20 + 6CO2 + 2N2 +ATP
N 2O N2
NO
（三）反硝化作用
（二）硝化作用
1.氨在好氧硝化细菌的呼吸过程中转变为亚硝 酸，然后转变为硝酸的过程称为硝化作用。
2.硝化作用由两类细菌共同完成。分别是氨氧 化菌和亚硝酸氧化菌。两类细菌总称硝化菌。 3.硝化菌是G－菌、自养菌、好氧菌、偏好中性 或偏碱性。对毒物敏感。
（二）硝化作用
（1）亚硝酸形成阶段
2NH3 + 3O2
硝化作用有O2 异养型 微生物 氨化 作用
含氮有机物
NH4+-N
亚硝酸 细菌
NO2--N
硝酸 细菌
NO3--N
反硝化 细菌
反硝化 作用无O2
最终完成生物脱氮
N2、NO2Biblioteka 活性污泥法传统脱氮工艺（3级）流程示意图
24
缺氧－好氧活性污泥法脱氮系统
25
第五节 微生物对无机元素的转化作用
磷的转化
1 不溶性无机磷酸盐转化成可溶性磷酸盐。 Ca3（PO4）2 CaHPO4 2CaHPO4+Ca（HCO3）2 2CaHPO4+Ca（NO3）2 （1） Ca3（PO4）2 +2CO2+2H2O （2） Ca3（PO4）2 +2HNO3
第一节 微生物对有机物的分解作用
1 发酵细菌作用阶段
三阶段4类群理论
（1）原理：
碳水化合物 蛋白质 类脂
单糖
胞外酶
氨基酸 脂肪酸
发酵
醇
低级脂肪酸
（2）参加的微生物： 发酵细菌群 （3）特性
梭菌属（Clostridium) 丁酸弧菌属（Butyrivibrio） 拟杆菌属（Bacteroides)
5
参与反硝化作用的细菌称作反硝化细菌。 多数为异样、兼性菌
反硝化作用发生的条件
NO3有机物质存在 氧气＜ 0.5 mg/L
（四）生物脱氮基本原理
污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异 养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养 型硝化细菌将其转化为NO3-，最后再由反硝化细 菌将NO3-还原为N2。
2. 蛋白质生物化学转化的第一步是水解。即转变为氨基酸。
3. 然后氨基酸发生脱氨基作用产生氨和不含氮的化合物。 4. 脱氨基作用可在有氧或无氧条件下进行。 5. 这种有机氮转变为氨氮过程称为氨化作用。 6. 参与氨化的细菌叫做氨化菌。好氧性有：荧光假单胞菌、灵 杆菌 ；厌氧性有：腐败梭菌 ；兼性菌有变形杆菌。
（3） Ca3（PO4）2 +H2SO4
2 有机磷化物 磷酸盐
2CaHPO4+CaSO4
解磷大芽孢杆菌 蜡质芽孢杆菌 霉状芽孢杆菌
第五节 微生物对无机元素的转化作用
磷的转化
1 不溶性无机磷酸盐转化成可溶性磷酸盐。 Ca3（PO4）2 CaHPO4 2CaHPO4+Ca（HCO3）2 2CaHPO4+Ca（NO3）2 （1） Ca3（PO4）2 +2CO2+2H2O （2） Ca3（PO4）2 +2HNO3
接利用和分解大分子有机质。主要有：不动杆菌、
假单胞菌、气单胞菌等。
除聚磷菌外，还有发酵产酸菌和异样好氧菌参
与生物除磷过程。
32
6
第一节 微生物对有机物的分解作用
3 产甲烷细菌作用阶段 （1）原理
H2、CO2、CH3COO CH3NH2、CH3OH
三阶段4类群理论
CH4
产甲烷杆菌属 产甲烷短杆菌属 产甲烷球菌属
（2）参加的微生物
产甲烷细菌群
（3）特性： ▲严格厌氧菌
▲ pH 适宜6.8~7.2
▲中温菌对温度敏感
▲增殖速率慢
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。
第二节 有机物的生物分解性
有 机 物 的 生 物 分 解 性 评 价 步 骤
第二节 有机物的生物分解性
影响因素
有机物生物降解性与有机物分子结构有关系，受有 机物浓度、共代谢、有机物相互作用、微生物相互 作用等的影响。
2.5 .1 有机物（污染物）的生物转化和分解
第一节 微生物对有机物的分解作用 第二节 有机物的生物分解性
第三节 不含氮有机物的生物分解
第四节 含氮有机物的生物分解
第五节 微生物对无机元素的转化作用
第一节 微生物对有机物的分解作用
基本概念：
有机物的生物分解：通过一系列的生化反应，最终将有机 物分解成小分子有机物或简单无机物的过程
二
脂肪的转化
脂肪由碳、氢和氧几种元素组成。比较稳定，也能 被荧光杆菌、绿浓杆菌、灵杆菌等微生物分解。
脂肪
水解
脂肪酶
甘油
好氧 好氧 CO2+H2O
脂肪酸
厌氧 简单的酸+CO2+CH4
第四节 含氮有机物的分解
基本概念： 污水中的含氮有机物：蛋白质、氨 基酸、尿素、胺 类、 硝基化合物等。 生活污水中所含氮主要是以铵离子 或尿素形式存在。 氮是当今污水处理的主要去除对象
第一节 微生物对有机物的分解作用
好氧生物分解基本理论 有机物的好氧生物分解分为两部分：一部分以用于细胞合 成，另一部分用于呼吸产能。
内源呼吸：微生物生长过程中，细胞物质的氧化 正常情况下，各类微生物细胞物质成分相当稳定，因此， 常用C5H7NO2表示细菌。
第一节 微生物对有机物的分解作用
厌氧生物分解基本理论：3阶段4 类群理论 3阶段： 1）发酵细菌作用阶段（水解发酵阶段） 2）产醋酸细菌作用阶段（产氢、产乙酸阶段） 3）产甲烷阶段 4类群： 1）发酵细菌 2）产氢产乙酸细菌 3）同型产乙酸细菌群 4）产甲烷细菌
碳水化合物是由碳、氢和氧3种元素组成。占到生活污 水中有机物的40－50%。
单糖：葡萄糖 碳水化合物
二糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖
多糖：淀粉、纤维素、半纤维素
第三节 不含氮有机物的生物分解
一 碳水化合物的分解
葡萄糖
糖酵解作用
水解
碳水化合物
丙酮酸
无氧 有氧
发酵
三羧酸循环
各种发酵产物
被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量。
第五节 微生物对无机元素的转化作用
生物除磷原理
聚磷菌的放磷（厌氧） 聚磷菌细胞内的 聚磷酸盐分解 ATP 废水中
脂肪酸
PO43PHB、糖原 储存在细胞内
PHB (聚β羟基丁酸)
29
第五节 微生物对无机元素的转化作用
生物除磷原理
聚磷菌的磷过量摄取（好氧）
细胞内的PHB分解 废水
ATP
聚磷菌 聚磷酸盐
一 氮的循环
生物体有机酸
自然界中除植 物利用无机氮 转变为有机氮 外，其它各转 变过程均由微 生物作用 氨化作用 硝化作用 反硝化作用
NO3
-
大气 N2 反 N2O 硝 化 NO作 用 NO2-
生物固氮
NH4+
二 蛋白质的转化
（一）氨化作用
1. 蛋白质是由很多氨基酸（RCHNH2COOH）分子组成。
污水中有机物生物分解性评价标准 最常采用BOD/COD比值 BOD/COD >0.4-0.6 可生物处理性良好
0.2< BOD/COD <0.4
BOD/COD<0.1
较难生物处理
难以生物处理
第三节 不含氮有机物的生物分解
基本概念： 不含氮有机物： 碳水化合物、脂肪、酚、醛、酮、某 些有机酸、 烃和合成洗涤剂等。
大多专性厌氧；适宜pH4.5～8
第一节 微生物对有机物的分解作用
2 产乙酸细菌作用阶段 （1）原理
上阶段产物
（丙酸、丁酸、醇等）
三阶段4类群理论
醋酸、甲胺 CO2、H2 互营单胞菌属 互营杆菌属 梭菌属 暗杆菌属
（2）参加的微生物
产氢产乙酸细菌群
同型产乙酸细菌群
（3）特性：
绝对厌氧菌或兼性厌氧菌； 适宜pH 4.5～8
磷
好氧时摄取 的 磷 多于 厌 氧时释放的 磷
以异染颗粒的形式储存在细胞内
30
第五节 微生物对无机元素的转化作用
生物除磷原理
1
厌氧－好氧系统生物除磷过程图
31
第五节 微生物对无机元素的转化作用