影响污染物生物降解的因素
影响污染物降解的生物因素
影响污染物降解的生物因素影响污染物降解的生物因素可以大体从三方面分析下：一、有机物结构与生物可降解性生物降解有机物的难易程度与有机物的结构特征有很大的关系。
首先，有机物生物降解的机理是：1、水中溶解的有机物能否扩散穿过细胞壁，是由分子的大小和溶解度决定的。
目前认为低于12个碳原子的分子一般可以进入细胞。
至于有机物分子的溶解度则由亲水基和疏水基决定的，当亲水基比疏水基占优势时，其溶解度就大。
2、不溶于水的有机质,其疏水基比亲水基占优势,代谢反应只限于生物能接触的水和烃的界面处。
尾端的疏水基溶进细胞的脂肪部分并进行β－氧化。
有机物以这种形式从水和烃的界面处被逐步拉入细胞中并被代谢。
微生物和不溶的有机物之间的有限接触面，妨碍了不溶解化合物的代谢速度。
3、有机物分子中碳支链对代谢作用有一定影响。
一般情况下，碳支链能够阻碍微生物代谢的速度,如正碳化合物比仲碳化合物容易被微生物代谢,叔碳化合物则不易被微生物代谢。
这是因为微生物自身的酶须适应链的结构，在其分子支链处裂解，其中最简单的分子先被代谢。
叔碳化合物有一对支链，这就要把分子作多次的裂解。
具体来说，结构简单的有机物一般先降解，结构复杂的一般后降解。
二、共代谢作用共代谢的概念：有一类物质称为外生物质或异生物质，是指一些天然条件下并不存在的由人工合成的化学物质，例如杀虫剂，杀菌剂和除草剂等，其中许多有易被各种细菌或真菌降解，有些则需添加一些有机物作为初级能源后才能降解，这一现象称为共代谢。
共代谢过程不但提出了一种新的代谢现象 ,而且已被作为一种生化技术在芳香族化合物生物解研究中得到应用。
G ihon等以共代谢为手段 ,分离和确定了卤代苯和对氯甲苯的假单胞菌的氧化产物 ,这有助于研究氧进入芳香环的机制。
F ocht和Alexander等应用共代谢技术建立了 DDT的环断裂机制。
Horvath 利用共代谢反应步骤少的优点 ,分别确定了 2 ,3 ,6 —三氯苯甲酸降解过程中所含的氧化、脱氢和脱卤反应 ,从而发现了无色杆菌代谢2 ,3 ,6 —三氯苯甲酸的途径。
污染物生物降解的影响因素
第九节 生物降解的遗传基础及工程菌
一. 生物降解与降解质粒
抗药性质粒、降解性质粒和载体质粒
70年代，从许多具有特殊降解能力的
细菌中发现降解质粒
降解质粒编码降解酶
许多可诱导生物降解酶系均是由质粒编码
降解质粒的种类与特征
二. 降解性质粒（根据功能可分为四类） 1.石油降解质粒（ Pseudomonas ） 编码降解石油、及衍生物如樟脑、辛烷、 奈、水杨酸盐、甲苯和二甲苯等 2. 农药降解质粒，如降解2,4-D，六六六等 3. 工业化工污染物的降解质粒 氯联苯和尼龙低聚体降解质粒 4. 抗重金属离子的质粒 有些降解质粒具有结合转移的特性 在实际应用中具有意义
•
•
5. 取代基的位置、种类、数量及碳链长短
影响化合物的生物降解性
• 二. 有机物结构影响生物降解性的原因 1. 空间阻碍： 胞外酶难以接触到易降解部分 2. 毒性抑制
不同取代基团具有不同毒性
3. 增加反应步骤
支链的增加会降低化合物的生物降解
4. 有机物吸收、运输到细胞内方式
• 三. 微生物混合培养与生物降解 1. 混合菌株之间的协同作用 好氧菌之间、厌氧菌之间、细菌之间 细菌与真菌之间 工业废水污染物成分复杂
给受体菌，使之在0 °C 能降解甲苯
2. 生物修复的影响因素 1）微生物营养盐 微生物生长繁殖营养要求 而污染物只是其中的一种或几种 土壤、地下水，氮、磷限制因素 添加营养物：合适的形式（能够利用） 适合的比例
2） 电子受体 种类和浓度 主要有三类电子受体 氧 有机物分解的中间产物 无机酸根如硝酸根和硫酸根
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
影响污染物生物降解的因素[1]
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影响污染物生物降解的因素一．微生物对环境污染物的生物降解能力微生物对环境污染物的生物适应能力及降解潜力生物降解：复杂有机化合物在微生物作用下转变成结构较简单化合物或被完全分解的过程。
终极降解：有机物彻底分解至释放出无机产物CO2与H2O 的过程。
生物转化：通过微生物代谢导致有机或无机化合物的分子结构发生某种改变、生成新化合物的过程。
微生物降解污染物的影响因素:物质的化学结构生物降解有机物的难易程度首先取决于生物本身的特性，同时也与有机物的结构特征有关。
共代谢作用环境中的污染物常通过共代谢而获降解；尤其对一些结构复杂的有机污染物更是如此。
环境物理化学因素包括微生物生长所需的营养元素、通气情况、酸碱度、温度、水分、光照和毒物等，均会影响微生物对污染物降解的范围与速度。
中间体或终产物可能变成更复杂的物质，或者毒性增加，比原始污染物更为有害。
二．微生物对环境污染物的降解在自然生态系统中，来自于生物体的每一种天然的无毒有机物几乎都有相对应的降解微生物。
只要具备合适的条件，微生物就可以沿着一定的途径降解这些有机物。
1.多糖类的生物降解途径多糖类有机物是异养微生物的主要能源，也是生物细胞重要的结构物质和贮藏物质。
这类有机物广泛地存在于动植物尸体及废料中。
如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶质等。
多糖类的生物降解途径：纤维素的降解途径、淀粉的降解途径、半纤维素的降解途径、果胶质的降解途径2.半纤维素的降解途径3.木质素的降解木质素的微生物降解过程十分缓慢，玉米秸秆进入土壤后6个月，木质素仅减少1／3，在厌氧的条件下降解得更慢。
真菌降解木质素的速度比细菌要快。
真菌中担子菌降解木质素的能力最强，另外有木霉、曲霉、镰孢霉的某些种。
细菌中有假单胞菌等个别的种类能分解木质素。
4.脂类的生物降解脂肪是由高级脂肪酸和甘油合成的酯，在环境中微生物脂肪酶的作用下分解较快。
类脂包括磷脂、糖脂和固醇，蜡质由高级脂肪酸和高级单元醇化合而成，这两者必须有特殊的脂酶才能降解，所以在环境中分解较慢。
污水处理中的生物降解过程
溶解氧是影响好氧生物处理过程的关键因素。充足的溶解氧有利于好氧微生物的生长和有机物的降解。 在缺氧或厌氧条件下，微生物通过不同的代谢途径完成有机物的降解。
05 生物降解的应用
城市污水处理
城市污水主要来源于居民生活、商业活动和公共设施等产生的废水。生物降解技 术通过微生物的作用，将有机物转化为稳定的无机物，实现污水的净化。
有机物浓度与组成
有机物浓度
有机物浓度的高低直接影响微生物的生长和代谢速率。在一 定范围内，有机物浓度越高，微生物的降解速率越快。但过 高的有机物浓度可能导致微生物活性降低甚至中毒。
有机物组成
不同有机物的降解难易程度不同。复杂的有机物往往需要更 长时间和更多微生物的参与才能完成降解。了解有机物的组 成，有助于选择合适的生物处理工艺和优化降解条件。
有机物的溶解与转化
总结词
可溶性小分子有机物在溶解状态下被微生物摄取，经过一系列的代谢过程转化为能量、细胞物质和其 他中间产物。
详细描述
微生物通过细胞膜摄取溶解状态的小分子有机物，进入细胞内进行代谢。在代谢过程中，这些有机物 被氧化或还原，转化为能量、细胞物质和其他中间产物。这个过程是由微生物的酶促反应完成的，是 生物降解过程的核心环节。
厌氧微生物对废水中有机物的降解主要通过细胞内的酶催化完成，降解产物主要为 甲烷和二氧化碳。
厌氧微生物通常用于处理有机物含量较低、含氮磷较高的废水，如畜禽养殖废水和 生活污水等。
兼性微生物
兼性微生物既能在有氧环境中生长，也能在无氧 环境中生长，如大肠杆菌、酵母菌等。
兼性微生物对废水中有机物的降解既可以通过好 氧呼吸作用，也可以通过厌氧呼吸作用。
城市污水处理厂是生物降解技术的重要应用场所，通过生物反应池、沉淀池等设 施，去除污水中的悬浮物、有机物、氮、磷等污染物，使出水达到排放标准或回 用标准。
水环境中有机污染物生物降解机理分析
水环境中有机污染物生物降解机理分析随着现代化的不断推进和人口的不断增加，水环境受到了越来越多的污染。
农业，工业和城市化进程中排放的各种有害物质已经对水环境造成了很大的影响，其中最严重的就是有机污染物污染。
这些有机污染物，不仅会破坏水生生物的存活环境，而且也会危害人类的健康。
因此，进行水环境中有机污染物的治理工作是非常必要的。
而生物降解就是一种非常有效的方法。
生物降解是指微生物通过代谢有机物质，将其分解成无害的物质。
在水中，生物降解机制是由一系列微生物相互作用和代谢所构成的复杂生态系统。
生物降解主要分为两个阶段：分解有机污染物的分子结构，然后将其转化为无害物质。
第一阶段：有机污染物结构的分解在水环境中，微生物会将有机物质进行分解。
首先，一些外部酶和细胞外酶会分解有机物质的大分子结构，将其分解成较小的有机物质。
然后，这些分子将会进一步分解成简单的代谢产物，例如CO2、水和无机盐等。
第二阶段：有机污染物的转化在此阶段，分解后的物质会被微生物代谢转化为能量和新的细胞物质。
这些代谢物会被微生物进食和分解，进而被转化成更为简单的无机化合物，如CO2、水、无机氮和无机磷等代谢产物，最终形成了一整个微生物质量的循环。
对于水环境中的污染物，一些特殊的细菌在降解中发挥了重要的作用。
例如，可降解芳香族化合物的细菌，这些细菌将污染物中的芳香环进行代谢分解。
另一个重要的例子是，氨氧化细菌可以将亚硝酸根转化为硝酸盐离子，这具有重要的环境保护意义。
还有一些使用生物降解方法的技术，可以对水环境中的有机污染物进行治理。
这些技术包括生物膜反应器（BMR）和生物滤池。
生物滤池工作原理是将水通过一些滤料，滤料表面生长着菌群，这些细菌代谢分解有机污染物，从而净化水质。
而BMR则是将生物滤池和生物反应器结合在一起，同时通过添加一些营养物质和微生物，在反应器内让水有机物质降解过程进一步深化。
总之，生物降解对于水环境中有机污染物的治理具有非常重要的作用，而且在技术发展中也取得了很大的进步。
土壤污染监测与修复考核试卷
2.论述生物修复技术在土壤污染修复中的应用及其优缺点。
3.请详细说明土壤污染监测的过程，包括监测方案的制定、采样方法、样品分析及结果评价等。
4.结合实际案例，阐述土壤污染修复工程中可能遇到的挑战及其应对策略。
标准答案
一、单项选择题
1. D
2. C
C.工业废弃物
D.所有以上选项
2.以下哪种污染物在土壤中迁移速度最快？（）
A.重金属
B.有机农药
C.石油烃
D.氯苯
3.土壤污染监测中，最常用的采样方法是（）
A.随机采样
B.分层采样
C.系统采样
D.以上都对
4.土壤污染修复技术中，生物修复法的原理是（）
A.通过微生物降解污染物
B.通过植物吸收污染物
C.通过物理方法去除污染物
A.土壤污染指数
B.生态风险评价
C.土壤质量指数
D.污染物浓度变化
14.以下哪些污染物容易通过土壤-植物系统进入食物链？（）
A.重金属
B.有机氯农药
C.多环芳烃
D.石油烃
15.土壤污染修复工程的实施过程中，以下哪些环节是必要的？（）
A.修复前调查评估
B.修复方案设计
C.施工过程中的质量控制
D.修复后的长期监测
B.修复方案设计
C.修复工程实施
D.修复效果评估与后期管理
（以下为答题纸，请将答案填写在答题纸上。）
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.土壤污染可以分为哪几类？（）
A.重金属污染
B.有机污染
第4章 污染物的生物降解和转化(共108张PPT)
二、微生物对污染物的作用
• 微生物通过氧化（β-氧化、环氧化、硫氧化、甲基氧化等）、 还原（硫酸盐还原、双键还原、三键还原）、水解、脱基（脱卤、 脱氨基、脱羧基）、羟基化反应、酯化反应以及代谢（氨代谢、 肟代谢、腈氨代谢）等一种或多种生理生化反应，使有机物发生
转化、分解或降解。
• 微生物与污染物间会发生共代谢、激活、去毒、吸着作用； • 污染物在被微生物降解时存在着阈值现象；
如：假单胞菌属中的石油降解质粒
• 目前，世界上已构建出多种降解难降解化合物的工程菌；
例：超级细菌——Chapracarty等将假单胞菌属中不同菌株的CAM、 OCT、SAL、NAH四种降解性质粒结合转移到同一个菌株中，构建成一
株能同时降解芳香烃、多环芳烃和脂肪烃的 “超级细菌”，用于海上 溢油污染消除。该菌能将天然菌要花一年以上才能消除的浮油缩短为几 个小时，被誉为在污染治理工程菌的构建上的第一块里程碑。
污染物在被微生物降解时存在着阈值现象；
见图4-3 后生成硫化氢的过程；
农药对于农业是十分重要的。
图4-3 纯培养中的一些共代谢基质及其产物
（2）共代谢的原因
❖ 提出了各种假设，但都有局限性，主要原因有：
A. 微生物的吸收与同化能力
B.
微生物不能在某种基质上生长的原因并不是由于微生物无法分解代
谢这种物质，而是由于微生物本身缺乏吸收、同化其氧化产物的能力。
RNH-CH3+O
RNH2+HCHO
CH3(CH2)nCH3+O
CH3(CH2)nCH2OH
RCH2NH2+O
RCHO+2H
R-O-CH3+O
R-OH+HCHO
有机污染物的微生物降解
终的富集物梯度稀释，涂布于平板，在28℃恒温
箱培养48 h后分离、纯化单菌落．
结果和讨论
1 、柴油降解茵的富集分离和形态观察
从样品2中得到的M -3经形态鉴定表明其属于假丝酵母属．
经过富集，根据菌落形态筛选出了两组共
10株柴油降解菌(表1)，其中从样品1富集物中得
④在苯环裂解时必需双氧化酶催化，使苯核带上
两个羟基取代物
⑤对于带内酯的苯环裂解的代谢顺序是先形成内
酯，然后水解内酯而达到苯环裂解。
5、生物降解研究的发展趋势
①研究自然环境中有机污染物和无机污染物的生物
降解途径，寻找自然界中具有生物净化能力的特殊群体
，探讨生物降解和污染物的相互作用关系，以便制定消
除污染的措施。
食品添加剂、药品等。
人工合成有机物的生产,一方面满足了人
类生活的需要,另一方面在生产和使用过程中
进入环境并在达到一定浓度时，便造成污染，
危害人类健康。
有机污染物的详细划分
1、水环境中的有机污染物种类繁多，按其对环境的影
响和危害分为耗氧有机污染物和有毒有机污染物两大
类。
耗氧有机污染物指动、植物残体和生活污水及某
2001年8月取自胜利油田黄河码头的近岸表层海水；样
品2于2002年4月取自厦门储油码头污油处理池．
2 、试剂和培养基
降解底物柴油为市售的零号柴油；多环芳香烃
(PAHs)：蒽购自MERCK—Schuchardt公司，纯度大于
96 %；芘购自Sigma公司，纯度大于98 %；菲购自Fluka
公司，纯度大于97 %．
④具有被取代基团的有机化合物，其异构体的
环境污染物的生物降解与清除
环境污染物的生物降解与清除在现代社会，随着人类经济的发展，环境污染成为了人们关注的重点问题。
城市化、工业化、交通运输等活动都会导致大量的污染物排放，如有机物、重金属等。
这些污染物会对生态系统和人类健康造成危害。
因此，环境污染物的生物降解和清除成为当前环保领域的一个重要研究方向。
1.环境污染物的生物降解的方式生物降解是利用微生物或其他生物来将有机物转化为无机物的过程。
目前一些环境污染物常采用生物降解的方式进行污染的清除。
(1)土壤中的微生物降解。
土壤中的微生物主要包括细菌、真菌、古菌等。
在自然界中，这些微生物能够将种类繁多的有机物降解成无机物，比如二氧化碳、水、硝酸盐、磷酸盐等。
因此，微生物降解在土壤中是最常用的降解手段之一。
(2)水中的微生物降解。
水中的微生物主要包括藻类、浮游生物、细菌等。
这些微生物能够利用水中的氮、磷等元素将有机物降解为无机物质。
蓝藻是水体中最常见的藻类之一，能够迅速降解和吸收水中的有机物。
(3)废气降解。
废气中的污染物质一旦排放就会对大气环境造成污染。
因此，采用微生物降解的方法来净化废气成为了一个重要的污染物清除技术。
比如利用细菌、真菌、酵母等微生物将废气中的污染物质转化为无害的物质。
2.环境污染物的清除技术除了生物降解，现在还有许多先进的技术可以对环境中的污染物进行清除。
下面分别介绍一些常见的技术。
(1)吸附技术吸附技术是将污染物吸附在吸附剂表面，从而将其分离出来的一种方法。
其中一些吸附剂常用于环境中重金属的吸附。
这种技术可以有效地清除环境中的有毒物质。
(2)生物膜技术生物膜技术利用微生物细胞自身在固定载体上生长构成的生物膜来清除污染物，是一种生物降解的方式。
它可以应用于废水处理等领域，并且这种清除方式对环境和人体都没有污染。
(3)化学处理技术化学处理技术是对污染物通过化学反应来分解或转化为无害的物质的一种技术。
氧化反应、还原反应等都可以采用这种清除方式。
但由于其中会产生大量热量，有时反应会过于激烈，因此容易造成二次污染。
污染物降解过程中的影响因素与机制研究
污染物降解过程中的影响因素与机制研究随着人类经济的飞速发展，工业化进程逐渐加快，但也随之带来了各种环境污染问题，如水、空气污染等。
为了改善环境，我们需要对污染物降解过程中的影响因素进行研究，找到更加有效的降解方法和机制。
一、污染物降解路径污染物降解是指把有害物质转化为无害物质的过程，一般分为生物降解和非生物降解两种方式。
生物降解是利用微生物的代谢机制来分解污染物，使其转化为无害物质。
非生物降解主要包括物理、化学、和光化学的过程。
其中，化学降解是指通过化学反应或氧化还原反应来转化污染物；光化学降解则是利用光能量来协助化学反应或生物反应，对污染物进行转化。
二、影响污染物降解的因素1.温度温度是影响污染物降解的重要因素之一。
随着温度的升高，污染物的降解速率也会逐渐加快。
因为温度能够影响化学反应的速率，也能够影响微生物的生长和代谢过程。
2. pH值不同的环境条件下，污染物的降解速率也不同。
其中，pH值是决定污染物降解速率的关键因素之一。
因为不同的微生物和化学反应适合于不同的pH范围，因此，pH值的变化会直接影响降解速度。
3. 氧气浓度氧气是细菌、真菌和其他微生物进行呼吸作用的必要因素。
较高的氧气浓度可以促进微生物的代谢活动，提高污染物的降解速度。
4. 污染物浓度高浓度的污染物会抑制降解过程。
这是因为微生物群落会受到抑制，导致微生物代谢过程受到阻碍。
因此，污染物浓度越低，降解速度就越快。
三、污染物降解机制一般来说，污染物的降解过程可以分为生物降解和非生物降解两种。
生物降解主要是利用微生物来分解污染物，而非生物降解包括物理、化学和光化学过程。
不同的污染物会有不同的降解机制。
1. 生物降解机制生物降解是指通过微生物来分解污染物，产生无害物质。
许多微生物都可以用于污染物的降解，包括细菌、真菌、和异养微生物。
微生物降解污染物的过程中主要涉及到两个主要的代谢过程，即厌氧和好氧。
2. 非生物降解机制非生物降解包括物理、化学和光化学过程。
研究生地下水污染与防治试卷及答案2014
《地下水污染与防治》试卷环境工程专业2013级姓名：学号：一、地下水污染的主要来源、污染途径及污染特点？（20分）1）地下水污染（ground water pollution）主要指人类活动引起地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使质量下降的现象。
主要来源：通常按照污染物产生的行业类型,可以将地下水污染源分为工业污染源、农业污染源、生活污染源和自然污染源。
①工业污染源工业污染源主要指未经处理的工业“三废”即废气、废水和废渣。
工业废气如二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等物质会对大气产生严重的一次污染,而这些污染物又会随降雨落到地面,随地表径流下渗对地下水造成二次污染;未经处理的工业废水如电镀工业废水、工业酸洗污水、冶炼工业废水、石油化工有机废水等有毒有害废水直接流入或渗入地下水中,造成地下水污染;工业废渣如高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、硫铁渣、电石渣、赤泥、洗煤泥、硅铁渣、选矿场尾矿及污水处理厂的淤泥等,由于露天堆放或地下填埋隔水处理不合格,经风吹、雨水淋滤,其中的有毒有害物质随降水直接渗入地下水,或随地表径流往下游迁移过程下渗至地下水中,形成地下水污染。
②农业污染源农业用水占全部用水量的70%以上,污染的影响面广泛。
一是过量施用农药、化肥,残留在土壤中的农药、化肥随雨水淋滤渗入地下,引起地下水污染;二是由于地表水污染严重,农业灌溉使用被污染的地表水,造成污水中的有毒有害物质侵蚀土壤,并下渗到地下水中,造成污染。
③生活污染源随着我国城镇化步伐的加快,生活垃圾与生活污水量激增,由于无害化处理率低,造成对陆地生态环境和水生态环境的严重污染。
我国每年累计产生垃圾达720亿吨,占地约514亿平方米,并以每年占地约3 000万平方米的速度发展,全国已有200多个城市陷入垃圾重围之中。
由于生活垃圾没有进行有效分类,大量有毒物质及危险废弃物与生活垃圾一起混合填埋,以及垃圾填埋处理技术落后、垃圾填埋选址不当等原因,垃圾填埋场的渗漏已经造成地下水的严重污染,成为地下水的主要污染源之一。
第二章 有机污染物生物降解性2
一、生物降解性及其评价（评价）
受试有机物 易生物降解实验
降解性 不良
本质性生物降解实验
降解性 良好
生物降解模拟实验
易生物降解试验的目的是评价有机物是否很容易地 被生物完全降解，一般在不利于生物降解的条件下 进行。国际上常用的易生物降解性试验的方法有 Closed battle试验法等。
一、生物降解性及其评价（影响降解性的因素）
①增加A类取代基（见表2-2）一般降解性变差；增加B类取代基，有时可 以增加生物降解性。A类取代基也称异源基团，是指能使生物降解性降低 的基团。②异源基团数目增加，生物降解性降低。③异源基团的位置对生 物降解性产生显著影响。④甲基分支越多，生物降解性越差。⑤对于脂肪 族化合物，其分子量越大越不易生物降解。⑥芳香族化合物的生物降解性 一般低于小分子的脂肪族化合物。⑦对于多环芳烃，其苯环越多越难生物 降解。⑧有氧条件下的降解规律与无氧条件下的降解规律不同。
微生物的种类和数量
一、生物降解性及其评价（影响降解性的因素）
①微生物间的协同作用。这是一种普遍存在的现象，主要表现在有机物被 一种纯培养微生物降解的速率和程度低于被混合培养微生物降解的速率和 程度。因此，利用混合培养的复合微生物种群，往往有利于污染物的生物 分解和去除。产生这种现象的主要原因有两条，一是混合培养的复合微生 物种群具有较高的遗传多样性和丰富的分解酶体系，能够降解更多种类的 有机化合物，如中间代谢产物、有毒分解产物等；二是混合培养的复合微 生物种群中可以相互提供维生素、氨基酸等生长因子。②抑制作用。在混 合微生物种群中，一种微生物的代谢产物也可以抑制其它微生物活性，从 而影响特定有机物的降解。
有 机 物 浓 度 的 影 响一、生ຫໍສະໝຸດ 降解性及其评价（影响降解性的因素）
有机污染物的生物降解原理及应用 电子教案.
《水处理微生物》课程教案知识点有机污染物的生物降解原理及应用学时 2 教学内容1．有机污染物的生物降解原理；2．有机物生物降解原理的应用教学目标知识目标能力目标素质目标1.了解微生物分解有机污染物的巨大潜力；2.有机污染物的可生物降解性；3.理解有机污染物的生物降解与转化途径；4．理解影响生物降解的因素。
1．有机污染物的可生物降解性能测定方法。
2.判断废水的生物降解性。
1．培养严谨、规范的科学精神；2．培养吃苦耐劳、勤于动手的习惯和良好的职业素养。
教学重点难点重点：1．理解有机污染物的生物降解与转化途径难点：2．有机物生物降解原理在水处理中的应用教学方法手段知识讲解：问题探究、现场教学与传统讲授相结合的多媒体教学实验实训：任务驱动下学生主体的教、学、做一体化实训活动教学组织形式1．告知学生“有机污染物的生物降解原理及应用”包括的内容及知识、能力目标；2．以污染物生物处理的优点切入，以水的生物处理处理工作引入、引发学生思考、讨论；3．教师讲解有机污染物的生物降解与转化途径，引导学生思考讨论微生物在废水生物处理中的应用。
4．引导学生自己总结、回顾教学内容，让学生利用SQ4R学习方法不断拓展和巩固微生物基础知识，为将来后续专业课程学习和工作奠定良好的知识基础。
作业本知识点学习版PPT，课后思考题与习题。
参考资料1．《环境微生物学》，陈剑虹主编，武汉理工大学出版社，2015.1 2．《环境工程微生物技术》，钟飞主编，化学工业出版社，2010 3．《水处理微生物学》，赵远主编，高等教育出版社出版，2014.7知识点：有机污染物的生物降解原理及应用1 微生物分解有机污染物的巨大潜力1.1 极其多样的代谢类型，使自然界存在的有机物几乎都能被微生物所分解环境中存在大量的有机污染物可被光分解、化学分解与生物分解，其中生物分解为主。
由于微生物的代谢类型极其多样，作为一个整体，微生物分解有机物的能力是惊人的。
自然界存在的各种有机化合物，几乎都可找到使之降解或转化的微生物。
化学物质的生物降解与环境污染控制的关系解析与实验验证
实验数据和结果分析
实验设计：选择合适的化学物质和生物降解菌株
实验过程：描述实验操作步骤和条件
实验结论和讨论
化学物质生物降解与环境污染控制的关系解析
5
生物降解对环境污染控制的作用和意义
生物降解可以减少化学物质的毒性，降低对环境的危害
生物降解可以促进化学物质的自然循环，减少对环境的污染
生物降解可以改善土壤和水质，提高生态环境质量
生物降解技术的发展趋势和未来展望
生物降解技术的发展趋势：高效、环保、低成本、易操作
生物降解技术的发展历程：从最初的自然生物降解到人工生物降解，再到现在的高效生物降解技术
生物降解技术的应用领域：从最初的污水处理到土壤修复、空气净化等领域
未来展望：生物降解技术将在环境污染控制中发挥更加重要的作用，成为解决环境问题的重要手段之一。
2
生物降解的定义和原理
生物降解：指微生物将化学物质分解为无害物质的过程
原理：微生物通过分泌酶，将化学物质分解为小分子，然后吸收利用
生物降解的重要性：减少环境污染，保护生态环境
生物降解的影响因素：微生物种类、环境条件、化学物质性质等
生物降解的途径和过程
影响生物降解的因素
温度：温度影响微生物的生长和活性，从而影响生物降解的速度
生物降解前景：绿色环保，具有广泛应用前景
生物降解在空气净化中的应用
生物降解原理：利用微生物分解有机污染物
生物降解技术：包括生物过滤、生物洗涤、生物吸附等
生物降解在空气净化中的作用：去除空气中的有害气体和颗粒物
生物降解技术的优生物降解效果
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实验设计和方法
生物降解可以降低化学物质的残留量，减少对生物体的危害
生物降解在环境保护中的地位和作用
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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
几小时内能降解海上溢油的2/3的烃类
而自然消除需要一年多的时间
超级质粒的构建过程 在选择性培养基上 通过接合使质粒从一个细菌转移到另一细菌 2. 降解性质粒DNA的体外重组 从供体细胞基因组中分离目的基因 目的基因与载体连接 重组质粒转移到受体菌 目的基因表达
E. coli是广泛使用的受体菌
遗传背景最基础、致病性弱、容易培养
第八节 影响污染物生物降解的因素 被降解化合物的种类及浓度
微生物群体的活性，如群体的相互作用 直接控制反应速度的环境因素
• 一. 有机物结构与生物可降解性 • 1. 链烃比环烃易生物降解 • • 2. 不饱和烃比饱和烃易分解 3. 主链上个别碳原子被其他元素所取代
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会增加对生物氧化的抵抗力
4. 碳支链对代谢作用有一定影响
第九节 生物降解的遗传基础及工程菌
一. 生物降解与降解质粒
抗药性质粒、降解性质粒和载体质粒
70年代，从许多具有特殊降解能力的
细菌中发现降解质粒
降解质粒编码降解酶
许多可诱导生物降解酶系均是由质粒分为四类） 1.石油降解质粒（ Pseudomonas ） 编码降解石油、及衍生物如樟脑、辛烷、 奈、水杨酸盐、甲苯和二甲苯等 2. 农药降解质粒，如降解2,4-D，六六六等 3. 工业化工污染物的降解质粒 氯联苯和尼龙低聚体降解质粒 4. 抗重金属离子的质粒 有些降解质粒具有结合转移的特性 在实际应用中具有意义
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5. 取代基的位置、种类、数量及碳链长短
影响化合物的生物降解性
• 二. 有机物结构影响生物降解性的原因 1. 空间阻碍： 胞外酶难以接触到易降解部分 2. 毒性抑制
不同取代基团具有不同毒性
3. 增加反应步骤
支链的增加会降低化合物的生物降解
4. 有机物吸收、运输到细胞内方式
• 三. 微生物混合培养与生物降解 1. 混合菌株之间的协同作用 好氧菌之间、厌氧菌之间、细菌之间 细菌与真菌之间 工业废水污染物成分复杂
提高复杂有机污染物的降解率
对多种污染物进行降解
1. 互生机制
单独均可降解 混合培养增加效率
芳环类化合物的降解需要多种酶
不同微生物产生的酶有差异
共同的作用提高了降解效率
• 2. 共生机制
单独不能降解，共同培养可降解
对方提供： 生长因子、能利用的碳源 消除有毒中间产物、保持pH平衡 消除反馈抑制等
• 五. 影响微生物生物降解的环境因素
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 无氧时进行发酵 电子受体：氧 电子受体：有机物
反硝化细菌（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
污染物降解的生化过程
3. 测试和分析方法：精确判断修复程度
4. 生物毒性：微生物代谢产物毒性分析
有毒污染物降解、转化过程中毒性问题
三. 生物修复技术的原理 1. 用于生物修复的微生物 1）土著微生物（native microorganisms） 降解污染物的潜力最大 外来微生物在环境中难以保持较高的代谢活性 工程菌的应用受到严格的限制 化学物品的降解是分步进行的 需要多种酶和多种微生物的参与
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
混合菌更具价值
• 2. 单一微生物容易产生有毒的末端产物
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这种毒物对微生物的生长具有抑制作用
氧化甲烷的微生物群落由四种菌组成
• Pseudomonas sp 将甲烷氧化甲醇 (抑制生长)
• 生丝微菌属成员利用甲醇作为生长基质
• 其他两种微生物的作用还不清楚
• 这四种类型的微生物必须保持生态平衡
• 四.混合菌培养的机制
一. 生物修复技术的优点 欧美发达国家从80年代中期开始研究 治理大面积污染的一种有价值方法 1. 环境影响小，不会造成二次污染 2. 最大限度地降低污染物浓度 3. 应用范围有独特优势，地下，建筑物下等地 4. 可同时处理污染的土壤和地下水 5. 费用低
二. 综合科学 1. 工程科学：为微生物提供最合适微环境 并促进污染物与微生物之间相互接触 2. 微生物学：微生物对污染物的降解作用
鼓气、翻土、向土壤中添加产氧剂 （如双氧水、固体过氧化物）
3）共代谢基质 一株 Pseudomonas sp. 以甲苯作为生长基质时， 可以对三氯已烯共代谢降解
4）有毒有害有机污染物的物理化学性质
淋失与吸附、溶解性、挥发、生物降解
化学反应等方面
5）污染现场和土壤板结 土壤空隙大小、连续度、气水比例 影响污染物的迁移 土壤特性和污染物的理化性质 影响污染物在气水两相的相对活性 无机颗粒能吸附有机污染物 提供一个反应表面 有机固体能吸附阻留在土壤中的有机污染物
给受体菌，使之在0 °C 能降解甲苯
2. 生物修复的影响因素 1）微生物营养盐 微生物生长繁殖营养要求 而污染物只是其中的一种或几种 土壤、地下水，氮、磷限制因素 添加营养物：合适的形式（能够利用） 适合的比例
2） 电子受体 种类和浓度 主要有三类电子受体 氧 有机物分解的中间产物 无机酸根如硝酸根和硫酸根
三. 工程菌的构建 针对某些特定的污染物构建基因工程菌 直接分离的菌种降解活性水平一般较低 遗传改造，定向选育超级工程菌 利用降解性质粒的相容性 把降解不同底物的质粒组合到一个菌株中 使之能够降解多种污染物
1. 构建带有多个质粒的新菌株 将降解萘（NAH)、水杨酸（SAL） 辛烷（OCT）和樟脑（CAM）的质粒组合 到一个Pseudomonas sp.， 构建降解脂肪烃、芳烃、萜和多环芳烃菌株 超级细菌降解石油的速度快、效率高
容易在环境中检测、适宜作为污水处理菌 将尼龙降解质粒（pOAD2）和pBR322 分别用Hind III酶切后连接 将重组质粒转移到 E.coli
第十节
生物修复技术（Bioremediation）
利用微生物及其他生物将污染物现场降解转化 为无害物质的工程技术 天然微生物自然降解转化过程很慢 自然条件下: 溶解氧不足，营养盐缺乏 缺乏高效降解微生物 这些微生物生长缓慢等因素
四. 生物修复应用实例 1989年4.2104原油泄漏在阿拉斯加海岸 在受污染海滩添加两种亲油的微生物营养成分
分析效果
结果：异养菌、石油降解菌增加1~2个数量级
石油污染物降解速度提高了2~3倍
净化过程加快了两个月
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2）外来微生物（foreign microorganisms） 向污染环境接种一些降解污染物的高效菌 受到土著微生物的竞争 大量接种形成优势
3）基因工程菌（ gene engineering microorganism）
降解基因能有效地降解污染物
将甲苯降解基因从Pseudomonas putida中转移
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和物 影响降解