2.5 .1 有机物(污染物)的生物转化和分解

（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
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
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
Baidu Nhomakorabea
最终完成生物脱氮
N2、NO2
活性污泥法传统脱氮工艺（3级）流程示意图
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缺氧－好氧活性污泥法脱氮系统
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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
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
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
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。
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
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
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。
亚硝酸细菌
2HNO2 + 2H2O + ATP
（2） 硝酸形成阶段
2HNO2 + O2
硝酸细菌
2HNO3 + ATP
HNO2毒性很强，累积起来对植物有毒害。
HNO3是植物吸收利用的有效氮素养料。
（二）硝化作用
硝化作用进行的条件
O 2 NH3 碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸） 不需有机物存在
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)
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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
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。
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。
根据是否有氧气存在的条件下进行，生物分解分为好氧分 解和厌氧分解两种。 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。
生活污水中的有机物主要是碳水化合物、蛋白质和脂肪。 工业废水中有机物成分复杂，除具有和生活污水相似的有 机组分外，还可能有有机酸、醇、醛、酮、酚、胺、腈等。
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
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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
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第五节 微生物对无机元素的转化作用
生物除磷原理
参与生物除磷的微生物
聚磷菌的典型特征是细胞内含有异染颗粒。一
般只能利用低级脂肪酸等小分子有机物。，不能直
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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
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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
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。
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
（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
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。
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。
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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）
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