专题之六难降解有机物微生物处理方法.pptx
难降解有机物质的生物降解技术分析
技术应用与研究2018·0149Chenmical Intermediate当代化工研究难降解有机物质的生物降解技术分析＊丁智晖 董子萱 于水利（同济大学 上海 200092）摘要：广泛存在于人们生产生活中的难降解化学物质，一方面为人们的物质生活提供方便，另一方面因难降解的特性长期滞留于人们的生活空间，因致癌、致畸、致突变的特性给人类健康带来了潜在危险。
为了减轻难降解有机物质对生态环境的影响与危害，国内外对难降解有机物的处理方法进行了大量研究，目前，主要方法包括生物法、物化法、化学氧化法等。
本文将根据国内外生物处理难降解有机物的进展作一简要介绍。
关键词：生物降解；难降解有机物；技术进展中图分类号：Q 文献标识码：AThe analysis of Biodegradation Technology in the field of Refractory organic mattersDing Zhihui, Dong Zixuan, Yu Shuili（Tongji University, Shanghai, 200092）Abstract：The refractory chemicals Widely existing in people's production life not only provide convenience for people,but also pose a potential danger to human health due to their carcinogenic, teratogenic, mutagenic properties and long-retention. In order to reduce the influence and harm by refractory organic matters to the environment, a large number of studies have been done on the treatment of refractory organic matters both at home and abroad, mainly including biological method, physicochemical method, chemical oxidation method and so on. In this paper, the research progress of biodegradation methods at home and abroad will be introduced briefly.Key words：biodegradation；refractory organic matters；technical progress1.前言进入工业时代以来，每年都有新型化学物质问世。
难降解有机物微生物处理方法
共代谢技术－概念 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
第一/二基质
➢微生物利用一种易于摄取的基质作为碳和能
量的来源，称为第一基质，同时共代谢基质 或者称为第二基质被微生物分解。
➢第二基质的共代谢产物通常不能直接作为营
养被转化为细胞质。第二基质的共代谢是需 能反应，能量来自第一营养基质的产能代谢。
共代谢技术－概念 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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有机物难降解的原因
➢ 对微生物有毒害作用功能 ➢ 化学结构稳定
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难降解有机物的降解方法
➢物理 ➢化学 ➢生物
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生物修复(Bioremediation)
➢是一门新兴、高效、无害且投资低的技
术。利用生物(微生物、植物或动物)来吸 收、转化、降解和清除环境中的有毒有害 物质，使其浓度减少或无害化，从而实现 被污染环境生态恢复的过程。
➢由于甲烷、丙烯、丙烷是气体，具有很低的水
溶性，就苯酚而言，虽具有可降解性，但它是 一种危险性物质，所以在现实的污水处理中， 选择诱导性的生长基质，一定要综合考虑
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• 从共代谢过程的机理和特点可以看 出,关键酶的诱导及其活性的维持、 生长基质与目标污染物之间的竞争 抑制、目标污染物及其中间降解产 物对微生物的毒性作用将是影响共 代谢过程的关键性因素。
➢概念 ➢特点 ➢影响因素 ➢在处理难降解有机物的作用
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共代谢技术－概念
➢共代谢作用的定义 ➢第一基质、第二基质 ➢关键酶
难降解有机污染物处理与控制
加强国际合作
加强与其他国家和地区的合作与交流，共同应对难降解有机污染物的 挑战。
THANKS
感谢观看
加强生产过程中的监控和管理
建立完善的污染物监测和控制系统，及时发现并处理生产过 程中的污染物。
末端治理
物理法
化学法
利用物理原理和方法，如吸附、过滤、萃 取等，将污染物从废水中分离出来。
利用化学原理和方法，如氧化、还原、沉 淀等，将污染物转化为无害或低毒性的物 质。
生化法
组合处理技术
利用微生物的代谢作用，将污染物转化为 无害或低毒性的物质。
减少或消除污染源
通过改进生产工艺、使用低毒或无毒 原料、加强设备维护等措施，从源头 上减少或消除难降解有机污染物的产 生。
提高资源利用率
推广废物减量化、资源化技术，将污 染物转化为有用的产品，降低污染物 的排放量。
过程控制
优化生产流程
通过改进生产流程和操作方式，降低生产过程中的污染物产 生和排放。
难降解有机污染物处 理与控制
汇报人：可编辑 2023-12-31
目录
• 难降解有机污染物的定义与特性 • 难降解有机污染物的处理技术 • 难降解有机污染物的控制策略 • 难降解有机污染物处理与控制的前沿技术 • 难降解有机污染物处理与控制的挑战与展
望
01
难降解有机污染物的定 义与特性
定义
01
难降解有机污染物是指在自然环 境中难以被微生物分解或化学分 解的有机化合物。
吸附法
利用活性炭、沸石等吸附剂吸 附污染物，达到净化水质的目
的。
萃取法
通过有机溶剂将污染物从水中 萃取出来，再对溶剂进行回收 和处理。
污水处理工艺中的难降解有机物处理技术
技术整合与多技术联合应用的潜力
技术整合
将不同的处理技术进行整合，形成多级处理工艺，可以进一步提高难降解有机 物的处理效果。
多技术联合应用
将物理、化学和生物等多种处理技术联合应用，可以充分发挥各种技术的优势 ，提高整体的处理效果。
THANKS
新型技术的研发与改进
高级氧化技术
利用强氧化剂如臭氧、过氧化氢等，将难降 解有机物转化为可生物降解的物质，具有较 高的处理效率。
生物处理技术
利用微生物的代谢作用将难降解有机物转化为无害 物质，如厌氧生物处理和好氧生物处理等。
光催化氧化技术
利用光能将难降解有机物氧化分解为小分子 物质，具有较好的处理效果和较低的成本。
持久性污染
在环境中持久存在，难以降解。
致癌性
部分难降解有机物具有致癌性，对人体健康造成潜在威胁。
02
污水处理工艺中难降解有机 物的处理现状
传统污水处理工艺的局限性
传统活性污泥法
对于难降解有机物的去除效果有限，无法有效去 除部分有机物。
生物膜法
对某些特定有机物的去除效果不佳，处理效率不 稳定。
化学沉淀法
污水处理工艺中的难降解有机物处理技术
汇报人：可编辑
2024-01-05
目录 Contents
• 难降解有机物概述 • 污水处理工艺中难降解有机物的处理现
状 • 新型难降解有机物处理技术 • 技术应用与案例分析 • 技术发展与展望
01
难降解有机物概述
定义与特性
定义
难降解有机物是指那些在自然环 境中难以被微生物分解的有机化 合物。
特性
具有稳定性强、结构复杂、疏水 性等特点，难以通过常规的生物 降解方法进行处理。
难降解有机物的处理
难降解有机物的处理及处理原理摘要难降解有机物严重污染和威胁人类身体健康，因此难降解有机物的治理技术研究是目前水污染防治研究的热点与难点。
近年来，难降解有机物的生物处理技术研究取得了广泛的成果。
目前运用生物技术处理难降解有机物的主要技术路线包括共代谢技术、缺氧反硝化技术、高效菌种技术、细胞固定化技术、厌氧水解酸化预处理技术。
关键词：难降解有机污染物生物技术共代谢技术1•前言难降解有机物通常指在自然条件难于被生物作用发生递降分解的有机化学物质。
有机物被微生物降解，转化为无机物，又由于无机物经过生命活动合成各种有机物，这是自然界生物地球化学的基本循环。
合成洗涤剂、有机氯农药、多氯联苯等化合物在水中较难被生物降解，无氮有机物中的脂肪和油类也是难降解物质，它们往往通过食物链逐步被浓缩而造成危害；在生产、使用过程中以及使用后，会通过各种途径进入水体造成污染。
难降解物质在环境中的持久性，以及广域的分散性，对环境与生态造成影响较大。
因此，一直是环境污染、生态环境恶性循环的重要环节。
难降解有机物被微生物分解时速度很慢，分解不彻底的有机物（也包括某些有机物的代谢产物），这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水体的潜在污染源。
这类污染物包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机氰化物、有机磷农药、表面活性剂、有机染料等有毒难降解有机污染物。
这些物质的共同特点是毒性大，成份复杂，化学耗氧量高，一般微生物对其几乎没有降解效果，如果这些物质不加治理地向环境排放，势必严重地污染环境和威胁人类的身体健康。
随着工农业的迅速发展，人们合成了越来越多的有机物,其中难降解有机物占了很大比例，因此难降解有机物的治理研究已引起国内外有关专家的高度重视，是目前水污染防治研究的热点与难点。
2.难降解有机物的处理方式2.1难降解有机物的分类难降解（难生物降解）有机物是指微生物在任何条件下不能以足够快的速度降解的有机物。
形成有机物难于生物降解的原因除了在处理时的外部环境条件（如温度、pH值等）没有达到生物处理的最佳条件外，还有两个重要的原因，一是由于化合物本身的化学组成和结构，在微生物群落中，没有针对要处理的化合物的酶,使其具有抗降解性；二是在废水中含有对微生物有毒或者能抑制微生物生长的物质（有机物或无机物），从而使得有机物不能快速的降解［1］这些难降解的有机物种类繁多，来源于各行各业如化工、印染、农药等，且有潜在的危险。
有机物的微生物降解原理
有机物的生物化学降解有机物在微生物的催化作用下发生降解的反应称有机物的生化降解反应。
水体中的生物,特别就是微生物能使许多物质进行生化反应,绝大多数有机物因此而降解成为更简单的化合物。
如石油中烷烃,一般经过醇、醛、酮、脂肪酸等生化氧化阶段,最后降解为二氧化碳与水。
其中甲烷降解的主要途径为:CH4→ CH3OH → HCHO → HCOOH → CO2 + H2O较高级烷烃降解的主要途径有三种,通过单端氧化,或双端氧化,或次末端氧化变成脂肪酸;脂肪酸再经过其她有关生化反应,最后分解为二氧化碳与水。
能引起烷烃降解的微生物有解油极毛杆菌(pseudomonas oleovorans)、脉状菌状杆菌(mycobacterium phlei)、奇异菌状杆菌(mycobacterium rhodochrous)。
解皂菌状杆菌(mycobacterium smegmatis)、不透明诺卡氏菌(nocardia opaca)、红色诺卡氏菌(ncadia rubra)等。
有机物生化降解的基本反应可分为两大类,即水解反应与氧化反应。
对于有机农药等,在降解过程中除了上述两种基本反应外,还可以发生脱氯、脱烷基等反应。
● 生化水解反应生化水解反应就是指有机物在水解酶的作用下与水发生的反应。
例如,多糖在水解酶的作用下逐渐水解成二糖、单糖、丙酮酸。
在有氧条件下,丙酮酸能被乙酰辅酶A进一步氧化为CO2与H2O;在无氧条件下,丙酮酸往往不能氧化到底,只氧化成各种酸、醇、酮等,这一过程称为发酵。
烯烃的水解反应可表示如下:蛋白质在水中的降解分两步进行;第一步蛋白质先在肽键上断裂、脱羧、脱氨并逐步氧化,有机氮转化为无机氮;第二步就是氮的亚硝化、硝化等使无机氮逐渐转化。
可示意如下:其中氨基酸的水解脱氨反应如下:许多酰胺类农药与无机酸酯农药如对硫磷、马拉硫磷等,在微生物的作用下,其分子中的酰胺与酯键也容易发生水解。
● 生化氧化反应在微生物作用下,发生有机物的氧化反应称为生化氧化反应。
微生物对有机物的降解作用PPT课件
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2. 处理方法
（1）物理方法
如光催化降解，其机理为当半导体光催化剂(如Ti02等)受到能量大于 禁带宽度的光照射时，其价带上的电子(e-)受到激发，跃过禁带进人导带 ，在价带留下带正电的空穴(h+)。光生空穴具有强氧化性，光生电子具有 强还原性，二者可形成氧化还原体系。
（2）化学方法
以多环芳烃（PAHs）[2]和农药[3]的降解为例来说明。
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①微生物对PAHs降解主要有两种代谢方式
a.以PAHs为唯一碳源和能源代谢机理
在多环芳烃的诱导和微生物分泌的单加氧酶或双加氧酶的催化作用 下，把氧加到苯环上，形成C-0键，再经过加氢、脱水等作用使C-C键断 裂，苯环数减少。
目前，由于大量工业废水和生活污水未达标排放， 以及广大农村地区大量使用化肥和农药等农用化学物 质，使我国水体和土壤受到不同程度的污染，严重的 破坏了地球的生态平衡。
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（1）水的有机物污染现状
目前，七大水系的411个地表水监测断面中，水质为Ⅰ～Ⅲ类、 Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类的断面比例分别为41％、32％和27％。其中，珠江 、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染严 重。
（2）降解过程迅速，费用低，为传统物理、化学方法费用 的30%～50%；
（3）降解过程低碳节能，符合现在节能减排的环保理念。
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二 微生物降解有机物的机理及影响因素
1.降解机理
用于降解有机物的微生物主要有细菌和真菌，降解的 方式主要包括堆肥法、生物反应处理和厌氧处理等，但每 一过程都是利用微生物的代谢活动把有机污染物转化为易 降解的物质甚至矿化[1]。
微生物降解生活垃圾ppt课件
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固体发酵技术
菌 体 蛋 白 饲 料
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➢ 以餐余垃圾为 原料进行固态 发酵生产菌体 蛋白饲料，可 提高氨基酸、 蛋白质、和维 生素含量，代 替大豆鱼粉等 蛋白饲料。
➢ 该方法投资少见 效快、能耗低、 操作简便
➢ 该工艺能很好地 同时处理泔脚和 秸杆，并大大提 高秸杆饲料蛋白 含量
洞
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Ideonella sakaiensis 降解机制
EMHET
酶2
对苯二 甲酸
乙二醇
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酶：降解酶 EMHET: 对苯一甲酸乙二醇9 酯
如果我们能够妥善利用 Ideonella sakaiensis，并高效 地处理和回收它们的产物，那 么也许，在白色污染造成更严 重的后果之前，我们手里又多 了一张能打的牌。
酵母菌酿酒。虽然现在我对它们的了解
只是冰山一角，微生物的应用前景非常
广阔，相信随着科学技术的飞速发展，
人类将会克服现有的困难，更好的利用
微生物为我们人类服务。
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謝謝觀賞
Thank you.
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枯草芽孢杆菌
革兰氏阳性菌，
点 特需氧菌，广泛 分布在土壤及 腐败的有机物 中，易在枯草 浸汁中繁殖， 故名。。
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总结
微生物与我们人类生活关系非常密切。
微生物不仅给人类提供生活垃圾如塑料
盒厨余垃圾的降解方法，使生活垃圾的
处理趋于无害化和低污染，它还在我们
生活的其他方面起着重要的作用，如用
1
生微 活生 垃物 圾降
解
Biodegradation of House Refuse
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➢异位生物修复
✓ 土壤耕作法 ✓ 生物堆放法 ✓ 土壤堆肥法 ✓ 生物反应器修复 ✓ 生物预制床法
微生物对有机污染物的降解方式
➢以有机污染物为唯一碳源和能源对其进行代谢
降解；
➢微生物之间相互协同利用有机污染底物对其进
行降解；
➢作为非生长基质的难降解有机物同生长基质以
其化学组成可分以下几类：多环芳烃类(PAHs) 化合物 、杂环类化合物、氯代芳香族化合物、 有机氰化物、有机合成高分子化合物
难降解性有机物的基本特性
➢长期残留性 ➢生物蓄积性 ➢半挥发性 ➢高毒性
一、长期残留性
➢ 一旦排放到环境中，它们难于被分解
，因此可以在水体、土壤和底泥等环 境介质中存留数年或更长的时间。
共代谢方式进行降解。
难降解有机物的微生物处理技术
➢共代谢技术 ➢缺氧反硝化技术 ➢生物强化技术 ➢细胞固定化技术 ➢厌氧水解酸化预处理技术
难降解有机物的微生物处理技术
共代谢技术
✓共代谢作用来源于共氧化概念，后由Jensen 对其
内涵进行了扩展，提出共代谢的概念并将其扩展到 微生物氧化脱氯过程的研究。
• 从共代谢过程的机理和特点可以看 出,关键酶的诱导及其活性的维持、 生长基质与目标污染物之间的竞争 抑制、目标污染物及其中间降解产 物对微生物的毒性作用将是影等发现，在以甲烷和甲醇作为初级能 源物质时，甲烷营养型的微生物可代谢在单 一基质下不能降解的化合物三氯乙烯( TCE) 。
Jianwei Gao 等发现在好氧条件下，利用葡萄 糖诱导顺式1 ,2--二氯乙烯的生物降解，其降 解效率、降解速率都明显高于厌氧条件，说 明葡萄糖诱导的共代谢过程发挥了决定性的 作用。
影响共代谢作用效果的因素
1. 一级基质的选择
Gupta 等研究发现，在产甲烷菌作用环境下降 解废水中的三氯甲烷时，甲醇是比乙酸盐更有 效的一级基质。
共代谢技术－概念
第一/二基质
➢微生物利用一种易于摄取的基质作为碳和能
量的来源，称为第一基质，同时共代谢基质 或者称为第二基质被微生物分解。
➢第二基质的共代谢产物通常不能直接作为营
养被转化为细胞质。第二基质的共代谢是需 能反应，能量来自第一营养基质的产能代谢。
共代谢技术－概念
▪ 关键酶：在微生物共代谢反应中产
➢是一门新兴、高效、无害且投资低的技
术。利用生物(微生物、植物或动物)来吸 收、转化、降解和清除环境中的有毒有害 物质，使其浓度减少或无害化，从而实现 被污染环境生态恢复的过程。
➢其中生物处理中的微生物法由于处理费
用低、效果好、无二次污染且操作简单受 到国内外学者广泛的关注。
土壤微生物修复技术
➢原位生物修复
✓利用共代谢技术可以加快化合物的降解速度，达
到处理难降解性污染物的作用效果。
共代谢技术
➢概念 ➢特点 ➢影响因素 ➢在处理难降解有机物的作用
共代谢技术－概念
➢共代谢作用的定义 ➢第一基质、第二基质 ➢关键酶
共代谢技术－概念
▪ 共代谢作用：微生物在利用碳源和能源
的同时，对难降解性污染物进行异化作用， 但是在污染物降解转化的过程中，微生物 不能从中获得维持生长的碳源或能源。
生的既能代谢转化生长基质，又能代 谢转化目标污染物的非专一性的酶是 微生物共代谢反应发生的关键，这种 非专一性的酶被称为关键酶
共代谢技术－主要特点
(1)微生物首先利用易于摄取的生长基 质作为一级基质，维持自身细胞的 生长
(2)难降解性污染物作为二级基质被微 生物降解
(3)一级基质和二级基质之间对发挥降 解作用的关键酶存在竞争现象
有机污染化学专题之六
难降解有机物微生物处理法 2010.4.26
内容
✓有机污染情况简介 ✓难降解有机物的微生物处理技术
难降解有机物
➢ 定义：指被微生物分解时速度很慢，分解不彻
底的有机物(也包括某些有机物的代谢产物) ， 这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水 体的潜在污染源
➢ 来源：主要来自各种各样工农业生产过程，按
生物有很多种，研究中主要选用苯酚氧化菌群、 甲烷营养菌群、丙烯氧化菌以及硝化细菌，它 们具有很强的代谢能力以及对污染物的逆抗性。
➢在诱导此类微生物生成关键酶进行催化分解污
染物时，一般需要投加特异性的底物，例如苯 酚、甲烷、丙烯、丙烷或者氨。
➢由于甲烷、丙烯、丙烷是气体，具有很低的水
溶性，就苯酚而言，虽具有可降解性，但它是 一种危险性物质，所以在现实的污水处理中， 选择诱导性的生长基质，一定要综合考虑
2. 一级基质与二级基质的浓度比
➢Speece报道，共代谢过程中一级基质与
二级基质的浓度比对生物难降解物质的 降解率有重要影响。
➢罗宇煊采用嗜碱性木质素降解菌以共代
谢方式降解废水中的木质素，发现一级 基质蔗糖的浓度过高时，菌株不但产酶 能力减弱，而且由于更多地利用易于降 解的蔗糖，以致削弱了对木质素的降解 效果
共代谢技术－主要特点
(4)污染物共代谢的中间产物不能作为营养 被同化成细胞质，有些会抑制关键酶的 活性，甚至对微生物有毒害作用。
(5)共代谢是需能反应，能量主要来自生长 基质的产能代谢，当生长基质被完全消 耗时，能量来源于细胞自身储存能量物 质，如PHB。
关键酶的诱导
➢好氧条件下，具有共代谢氯代化合物功能的微
四、高毒性
➢指化学品对人体或环境造成危害的特性 ➢它们对人和动物一般具有毒性作用，有的
可以导致生物体内分泌紊乱、生殖及免疫 机能失调，有的甚至引起癌症等严重疾病
有机物难降解的原因
➢ 对微生物有毒害作用功能 ➢ 化学结构稳定
难降解有机物的降解方法
➢物理 ➢化学 ➢生物
生物修复(Bioremediation)
3. 营养物质和能量
➢微生物的生长须有足够的营养物质。共代谢不仅
需要加入一级基质提供碳源，而且还需要足够的 氮、磷、硫等营养。
➢ 根据半衰期, 水体＞ 180天，土壤＞
360天。
二、生物蓄积性
➢指有机化学品以比在周围环境中
高的浓度蓄积在活组织中的特性 ，以标靶组织中的浓度与环境中 的浓度之比表示;
➢根据生物富集系数＞5000
三、半挥发性
➢指化学品在空气中挥发的能力,
可以在大气环境中远距离迁 移
➢根据蒸气压, 0.01～1kPa