微生物对污染物的分解及转化
北科大环境工程微生物学课件第4章 微生物对污染物的降解和转化
被动扩散： 营养物质顺浓度梯度，以扩散方式进 入细胞的过程。 特点： 1)微生物的细胞膜不是半透膜，是差异 膜，影响物质进出细胞的速度；2)微生物中的 部分细胞具有将营养物质转移功能或及时在酶系 统作用下转化功能，避免积累，保持内外的物质 浓度梯度，保证了物质运输的不断进行。 被动扩散分类： 包括简单扩散(不需要载体)和 促进扩散(需要载体)。
本章要点：
酶催化进行的反应称为酶促反应(Enzymatic reaction)，发生化学反 应的物质称为底物 (Substrate)物质称为产物(Product)。
酶(Enzyme)---在活 细胞内合成的具有高 度专一性和催化效率 的蛋白质，具有催化 生物化学反应的功 能，并传递电子、原 子和化学基团，又称 为生物催化剂。
( 1 )微生物酶的定义、分类、组成、固定化及影响酶活力的因素 (2)营养物质进入微生物细胞的方式和原理 (3)含碳、氮、硫、磷各自化合物以及难降解物质的微生物降解转化机理 (4)微生物降解动力学过程及其影响因素 (5)微生物的合成代谢过程和机制
第四章 微生物对污染物的降解转化
(Biological catalyst)
一、 基本概念：
反应生成的
二、 酶的催化特点：
按酶促反应的类型分类氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类、合成酶类 按酶在细胞的部位分类按酶在细胞的不同部位，分为胞内酶、胞外酶和表面酶 按酶蛋白结构的特点分类多酶复合体系、寡聚酶、单体酶 按酶生成与底物是否存在的关系分类组成酶(Constitutive enzymes)和诱导酶(Inducible enzymes)
活性中心：酶蛋白分子发生化学反应的小部分氨基酸微区
酶活性中心与底物作用
微生物治理污染的原理
微生物治理污染的原理
微生物治理污染的原理是利用微生物对污染物进行降解、转化或吸附，从而减少或去除污染物。
微生物是一类高度适应环境的生物，它们能够利用多种有机物和无机物为能源和营养源，通过代谢活动对污染物进行降解。
微生物治理可以分为两种类型：生物辅助治理和生物修复。
生物辅助治理是指利用微生物来转化或降解污染物，以达到减少或去除污染的目的。
生物修复则是指引入特定的微生物来修复受到污染的环境，使其恢复到原有的健康状态。
微生物治理污染的原理包括以下几个方面：
1. 吸附作用：一些微生物表面存在着吸附剂，可以吸附污染物，从而将其从环境中去除或减少其浓度。
2. 生物降解：微生物通过各种代谢途径，将有机污染物分解成无害的物质，如二氧化碳和水。
这可以通过微生物合成特定的酶来实现，这些酶可以将有机物转化成更小的分子。
3. 生物转化：微生物可以将一些有毒物质转化为相对无害的物质。
例如，某些微生物可以将重金属离子还原成零价态的金属，从而减少其毒性。
4. 生物吸收和富集：一些微生物可以通过吸收和富集污染物来减少其在环境中的浓度。
这些微生物可以在富集了污染物后被收集和处理。
微生物治理污染的原理在环境治理中具有广泛应用，例如在水体污染治理、土壤修复和废物处理中都有一定的应用。
但需要注意的是，微生物治理并非适用于所
有类型的污染物，对于一些特定的污染物可能需要结合其他方法来进行治理。
此外，在微生物治理中还需要考虑微生物的选择性、适应性和生态位等因素，以确保治理效果的稳定和持久。
微生物对污染物的降解与转化
在自然界，完全的生物降解可能是由于混合种群的 作用而非单一菌种的活性。必须注意，在实验室条 件下可降解的化合物，在自然环境中未必能降解， 反之亦然。
生物降解过程可能产生顽固的中间体，在环境中长 期滞留，有的可能有致癌、致畸、致突变作用，威 胁人体健康，尽管这种情况是例外而不是规律。
Bacteria have evolved over millions of years to be able to get energy and nutrients from chemicals, in a process called biodegradation.
Bacteria grow by breaking down chemicals into smaller compounds, nutrients and water.
卤代作用能抗生物降解，卤素取代基愈多，抗性 愈强。
官能团的位置也影响化合物的降解性，如两个取 代基的苯化物，间位异构体往住最能抵抗微生物 的攻击，降解最慢。
（三）、温度
温度支配着酶反应动力学、微生物生长速度以及化 合物的溶解度等，因而对控制污染物的降解转化起 着关键作用。
在自然环境中地理和季节的变化能对微生物降解转 化污染物的速度和程度起支配作用。
It is nature's way of getting rid of wastes by breaking down organic matter into nutrients that can be used by other organisms.
As a result, the ability of a chemical to biodegrade is an indispensable element in the understanding of any risk posed by that chemical on the environment.
微生物对环境中有机污染物的降解
微生物对环境中有机污染物的降解有机污染物是当代社会面临的一个严重环境问题。
它们来源于工业废水、农药、化肥、石油、塑料等，在自然界中存在着对生态系统和人类健康产生潜在危害的风险。
然而，幸运的是，微生物在环境修复和降解有机污染物的过程中发挥着重要的作用。
本文将探讨微生物在有机污染物降解过程中的效果和应用。
在自然界中，微生物包括细菌、真菌、藻类、古细菌等不同类型的单细胞生物。
它们具有独特的代谢机制，能够将有机污染物转化为无害的物质，且这个过程是高效和环保的。
以石油为例，石油中的烃类化合物一旦泄漏到土壤或水体中，会对环境造成严重污染。
然而，许多微生物群体具有降解石油类化合物的能力。
它们通过产生特定的酶来降解有机物，将其分解为较小和较简单的分子，进一步释放能量和碳源来满足其生长和繁殖的需求。
由于微生物对不同有机污染物的适应能力，它们可以降解多种有机化合物，包括苯类、酚类、农药、塑料等。
微生物降解有机污染物的能力在环境修复和废物处理中得到了广泛应用。
生物修复（bioremediation）是一种利用微生物来恢复污染环境的技术。
生物修复通常采用两种方法：一种是通过向受污染区域引入适量的微生物，以利用它们的降解能力来净化环境；另一种是通过优化现有环境中的微生物生长条件以促进其活性。
例如，在石油泄漏事故中，可以通过引入适宜的细菌来加速石油降解。
同时，调整土壤的温度、湿度和氧气的供应量等因素也可以提高微生物的降解效率。
除了生物修复，微生物在废物处理中也发挥着重要作用。
有机废物通常需要进一步处理才能达到安全的排放标准。
在废物处理中，微生物常常被用来进行生物转化或厌氧降解。
生物转化是指微生物通过代谢过程将有机废物转化为更稳定和易处理的形式。
厌氧降解是指在无氧条件下，微生物将有机废物降解为沼气和有机肥料等有用产物。
这些废物处理方式利用了微生物的天然降解能力，不仅降低了废物处理的能源成本，而且减少了对环境的进一步破坏。
微生物对环境中有机污染物的降解过程是一个复杂的生物化学过程。
微生物对污染物的分解与转化
计算例题
某城市混合废水用活性污泥法处理，其曝气池的有 效容积为340m3，进水流量为150m3/h，进水BOD5 为200mg/L，出水BOD5为20mg/L，曝气池内污泥浓 度为4g/L（其中挥发份占75%），①计算剩余污泥 量；②若剩余污泥含水率为99.2%，剩余污泥体积 是多少？（取a=0.6 b=0.075）
处理污泥则用厌氧法。 若处理高浓度有机废水，则往往先采用厌氧生物处理，将有
机污染降至一定浓度后，再采用好氧法处理至达到排放标准。 厌氧处理还有可能使难以好氧生物降解的有机物转化为较易 好氧降解的物质。
二、污水中有机物的好氧分解
污水
曝气池 污泥回流
二沉池
排水
剩余污泥
微生物的增殖与剩余污泥量的计算
若处理系统仅为去除碳源污染物则b为零，只计 第一项和第二项。
三、有机物的厌氧生物分解
主要用于高浓度的有机 废水与剩余污泥的处理
有机物的厌氧分解过程 4% 早期认为分为两个阶段：
酸性发酵阶段和碱性发
酵或产甲烷阶段——两 阶段理论
H2 + CO2
有机物
（多糖、脂肪、 蛋白质）
（1）发酵细菌
丙酸、丁酸等脂肪 酸及乳酸、芳香酸 等有机酸、醇类等
三大有机物有氧呼吸代谢途径示意图
污水中有机物生物分解的过程
CO2 SO42NO3……
H2S、CH4、乙醇、 低级脂肪酸……
微生物体Βιβλιοθήκη 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。
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。
微生物对污染物的降解与转化
微生物对污染物的降解与转化微生物的一大特点，是代谢类型的多样性，自然界存在的各种物质，特别是有机化合物，几乎都可找到使之降解或转化的微生物。
就是随着工业发展，排入环境引起环境污染的许多人工合成物，由于微生物繁殖迅速，个体微小，比表面大等特点，它们较其他生物更易适应环境，已有不少证据表明，微生物“正学着”对付众多的“陌生的”人造化合物。
可见微生物对污染物的降解和转化具有巨大的潜力。
（1）微生物对无毒有机物的降解无毒有机物主要是生活废弃物。
很多微生物都有能力降解这为在污染物。
微生物通过好氧分解或厌氧分解来分解有机物。
（2）微生物对有毒有机物的降解有毒有机物一般属于难生物降解性物质和不可生物降解性物质。
研究这些有机物的可溶解性，从环境保护角度来看，具有重要的实践意义。
①农药农药是除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学药剂的总称。
由于农药对粮食生产的重要，目前全世界农药的总产量已达200多万吨，品种约有500余种，常用的也有100种。
而当前使用的农药多是有机氯制剂、有机磷制剂和有机汞制剂。
这些有毒化合物在环境中的存留时间一般较长。
因此，大量农药累积于自然环境中，对人和动物具有严重的危害。
微生物与农药之间的关系可概括成两个方面。
一方面农药抑制土著种群的数量和作用可用于杀害和抑制某些有害种类；另一方面，几乎全部现代农药都是有机的，因而可以想象微生物可以代谢这些药物，改变和破坏它们的毒性。
现已了解，环境中有机农药的消失，主要是由于微生物的降解作用。
并已从土壤、水体、污泥、污水中分离到能降解农药的细菌、放线菌、真菌等微生物。
由此，可利用微生物降解有机污染物。
微生物以两种方式降解农药，一种方式是以农药作为生长的唯一碳源和能源，有时还作为唯一的氮源，而使农药降解，具有这种能力的微生物很多，其中假单胞菌属、诺卡氏菌属及曲霉属中的一些种类最为突出；另一种方式是通过共代谢作用，即微生物从其它化合物获得碳源和能源后，才能使农药转化甚至完全降解。
微生物降解有机污染物的机理及应用
微生物降解有机污染物的机理及应用随着环境问题的不断凸显，有机污染物治理成为了重要的研究方向之一。
其中，微生物降解被认为是一种环保、高效、低成本的治理方式，具有广泛的应用前景。
本文将结合微生物降解有机污染物的机理，详细介绍其应用现状及发展前景。
一、微生物降解有机污染物的机理微生物降解有机污染物是指利用微生物群体对有机物质进行生物化学反应降解的一种过程。
微生物降解机理主要包括两个方面，即微生物的生长和代谢过程。
微生物在生长和繁殖过程中会分泌酶类，将大分子有机物降解为小分子物质，进而被微生物细胞摄取利用。
微生物降解过程中，这些小分子物质不断转化代谢，进而被排泄至环境中，完成了对有机污染物的处理与去除。
微生物在降解有机污染物过程中还能够利用这些有机物质进行能量来源的获取，促进微生物的生长和繁殖。
而微生物降解机理中的另一重要方面则是微生物的代谢过程。
微生物通过代谢过程将有机物质转化为无机物（如二氧化碳、水），最终使有机污染物被完全分解并还原至原来的元素状态。
微生物代谢的具体过程包括酸化、氧化、还原等过程。
比如在氧化的过程中，微生物通过把有机物中的碳氧化为二氧化碳的方式将有机污染物进行分解和清除。
总之，微生物降解有机污染物的机理及过程十分复杂，同时还存在着大量的微生物种类，它们对不同类型的有机物质都有各自的适应性和特异性降解能力。
二、微生物降解有机污染物的应用由于微生物降解具有高效、环保、节能、成本低等诸多优点，在实际工程应用中也得到了广泛的使用。
1. 土壤有机污染物治理目前，土壤有机污染物治理主要有生物修复、生物植物修复等方法，其中生物往往是最常用的治理手段之一。
微生物在土壤中生长繁殖庞大，能够在短时间内将大量有机污染物分解，使处理过程达到更高的效率。
2. 水污染治理水污染也是微生物降解的一大应用领域。
在水污染治理过程中，微生物可以通过调节微量元素、水温、pH值等方式活跃微生物群体，促进微生物降解污染物的速度和效率。
微生物在环境中有机污染物的降解与去除机制研究
微生物在环境中有机污染物的降解与去除机制研究随着工业化和城市化的迅速发展，环境污染问题日益突出，尤其是有机污染物的排放给环境和人类健康带来了严重的威胁。
有机污染物包括石油类、农药、化肥、有机化合物等，它们的存在会对土壤、水体和大气造成严重污染。
为此，急需寻找高效的有机污染物降解与去除方法，其中微生物的作用尤为重要。
微生物降解有机污染物的原理是利用微生物的代谢能力来分解和转化有机物。
微生物通常通过生物氧化、脱氯酶、酚类物质降解等途径来处理有机污染物。
首先，微生物会通过分泌酶类将有机物降解为小分子化合物，然后进一步将这些小分子化合物通过细胞内代谢途径转化为无害的物质。
微生物降解有机污染物的过程通常分为三个主要阶段：酶的诱导期、兴盛期和稳定期。
在酶的诱导期，微生物首先感知到有机污染物的存在，并合成相应的酶类来降解这些物质。
这个阶段通常需要一定的时间，因为微生物需要适应有机物的特性并合成相应的酶类。
在兴盛期，微生物会迅速繁殖，并大量分泌酶类来降解有机污染物。
在这个阶段，有机物的降解速率会显著增加。
最后，在稳定期，微生物的数量和有机物的降解速率会趋于平衡，形成一个相对稳定的状态。
微生物降解有机污染物的机制主要包括生物氧化和共代谢两种方式。
生物氧化是指微生物通过分泌氧化酶类来降解有机物，将它们转化为水和二氧化碳等无害物质。
共代谢是指微生物在代谢过程中产生的酶对有机物进行降解，但这个过程并非微生物的能量来源。
微生物的共代谢能力使其能够降解一些难降解的有机物，这对于环境治理具有重要意义。
值得注意的是，微生物降解有机污染物的效率受到多种因素的影响。
首先是环境条件，包括温度、pH值、营养物质的浓度等。
不同的微生物对环境条件有不同的适应性，因此在选择适用的微生物时需要考虑实际环境的特点。
其次是有机污染物的性质，包括化学结构、溶解度、稳定性等。
不同的有机物对微生物的降解速率也会产生不同的影响。
此外，微生物本身的种类和数量也会影响有机污染物的降解效果，因此需要选择适合的菌种来处理有机污染物。
微生物对污染物的降解和转化
•3、氧化反应
• 有机毒物在水环境中所常遇见的氧化剂有单重态氧 (1O2)，烷基过氧自由基(RO2·)，烷氧自由基(RO·)或羟 自由基(OH·)。这些自由基虽然是光化学的产物，但它 们是与基态的有机物起作用的，所以把它们放在光化学 反应以外，单独作为氧化反应这一类。
二、微生物的生物化学转化作用
（1）酶浓度对酶促反应速度的影响
在酶促反应中，如果底物浓度足够 大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓 度成正比。
底物分子浓度足够时，酶分子越多 ，底物转化的速度越快。
•（2）底物浓度对酶促反应速度的影响
当底物浓度很低时 ，有多余的酶没与底物 结合，随着底物浓度的 增加，中间络合物的浓 度不断增高。反应速度 也迅速增加。
•生物降解（biodegradation）•主要是 微生物降 •微生解物的代谢活动主要体现在以下几个方面：
1.氧化作用 （失电子，自身被氧化，化合价升高）
•Fe2+
Fe3+
•氧化亚铁硫杆菌
S
SO42-
•氧化硫硫杆菌
•NH3
NO2-
NO3•-亚硝化单胞菌属
•硝化杆菌属
•醇（糖类 C-OH） ）
醛（-CHO）
•二、微生物的生物化学转化作用
8. 缩合反应 两个或多个有机分子相互作用后以共价键结合 成一个大分子，同时失化反应
•
-C=O
-CH-NH2 （酮基发生氨化）
• 丙酮酸转化为丙氨酸：
•
CH3COCOOH－CH3CHNH2COOH
•二、微生物的生物化学转化作用
•1、直接光解
•光化学反应的先决条件应该是污染物的吸收光谱要与太阳 发射光谱在水环境中可利用的部分相适应。
微生物对环境污染物的降解与转化
l0.1.1.1 诱导酶的产生
微生物可能有降解某种污染物的基因， 但当该污染物不存在时，基因处于“关闭” 状态，污染物（诱导物）一旦出现，基因便 被“打开”，从而合成相应的酶，微生物即 可降解这种污染物。
例如：
增塑剂一直被认为是难以生物降解的有 机物，但已从环境中分离出了降解此物质的 微生物，其中气单胞菌分解增塑剂的酶正是 诱导酶；
②次级降解，降解得到的产物不再导致环境污 染；
③最终降解，完全转化为CO2、NH3、H2O等 无机物。
10.2.2.4 塑料的降解
一般认为，以颗粒淀粉或改性胶状淀粉 作为添加剂的塑料是较为理想的生物降解塑 料。
影响塑料降解的因素主要有微生物的种 类、温度、pH值及养分等。在黑暗、湿度较 大、有效碳源及大量无机盐存在的情况下， 塑料的生物降解容易进行。
与正烷烃相比，支链烷烃较难为微生物 所降解。支链的存在增强了烷烃的降解难度， 且支链越大越多，降解难度越大，支链烷烃 的氧化还会受到正烷烃氧化作用的抑制。
微生物对芳烃的降解，细菌借助双加氧
酶的催化作用把分子氧的两个氧原子结合到 底物中，使芳烃氧化成具有顺式－二氢二酚 类。顺式－二氢二酚类进一步氧化成儿茶酚 类，儿茶酚类在另一种催化芳环裂解的加双 氧酶的作用下进—步氧化裂解。与细菌相反， 真菌则借助于单加氧酶和环水解酶的催化作 用，把芳烃氧化成反式—二氢二酚类化合物。
(1)PCBs的好氧降解 均为共代谢过程。
(2)PCBs的厌氧生物降解 主要是一个还原脱氯过程。
10.2.2.6 偶氮化合物的降解 偶氮化合物广泛应用于纺织业和印刷业。
某些偶氮染料具有致突变和致癌作用。
微生物对环境中有机污染物的降解研究
微生物对环境中有机污染物的降解研究在人类不断发展的同时，工业化和城市化进程也给自然环境带来了巨大的压力。
有机污染物的排放是其中之一，它们对生态环境和人类健康产生了不可忽视的影响。
然而，幸运的是，微生物世界中存在着许多具有生物降解能力的微生物，它们可以通过代谢和降解作用来净化环境中的有机污染物。
一、微生物降解能力的基础原理微生物降解有机污染物的能力源于其丰富的代谢途径和酶系统。
微生物通过产生特定的酶来将有机污染物分解为较小的、无毒的物质，从而实现净化环境的功能。
这些酶可以将有机化合物氧化、还原、水解、脱氢等，最终分解为无机物或者稳定的有机物，在环境中形成新的物质循环。
二、微生物降解有机污染物的分类微生物降解有机污染物的能力是多种多样的。
根据被降解的有机污染物的类型，可以将其分为以下几类：1. 石油类物质的降解石油类物质包括原油、汽油、柴油等，它们是重要的能源来源，但由于人为原因导致的石油泄漏和事故往往造成环境的严重污染。
然而，微生物在自然界中能够降解这些石油类物质，通过代谢和分解作用将其转化为无毒的物质。
这些微生物的代表包括石油降解菌、石油吸附菌等。
2. 农业农药的降解农业农药的广泛使用也对环境造成了不可忽视的污染。
然而，微生物界中存在着一系列能够降解农药的菌种，它们通过代谢和酶的作用将农药分解为无毒的物质，并最终转化为无害的物质。
这些微生物包括农田土壤中的细菌、真菌等。
3. 有机溶剂的降解有机溶剂是工业生产中广泛使用的一种化学物质，然而，排放的有机溶剂对环境和人体健康构成威胁。
幸运的是，微生物界中存在着一类特殊的酶——有机溶剂降解酶，它可以将有机溶剂分解为无毒的物质，从而净化环境。
三、微生物降解有机污染物的应用微生物降解有机污染物的能力不仅存在于自然界，也被广泛应用于环境保护和治理中。
以下是其中几个典型的应用：1. 生物修复微生物降解技术被广泛应用于土壤和水体的生物修复中。
利用优势微生物菌群和酶的作用，可以加速有机污染物的分解和转化过程，从而恢复受污染的环境。
微生物与环境污染物的相互作用
微生物与环境污染物的相互作用微生物是地球上广泛存在的生物体，它们在环境中发挥着重要的作用。
同时，环境污染物也对微生物产生了深远的影响。
本文将探讨微生物与环境污染物之间的相互作用，并对这种作用的影响进行分析。
1. 微生物对环境污染物的降解微生物在自然界中扮演着环境修复的重要角色。
它们具有许多酶系统，能够高效地降解多种有机和无机物质，包括石油、农药、重金属等环境污染物。
通过微生物代谢产物的作用，环境污染物可以被转化为无害的物质，从而减轻了对生态系统的破坏。
2. 环境污染物对微生物的影响环境污染物对微生物的生存和活动产生了负面影响。
有些化学物质具有毒性，可以直接杀死微生物，导致微生物数量的减少。
此外，部分环境污染物对微生物的生长和代谢产生了抑制作用，阻碍了微生物对其他环境物质的降解能力。
3. 微生物与重金属的相互作用重金属是一类常见的环境污染物，对生物体有毒性。
微生物通过多种机制对重金属起到一定的稳定和解毒作用。
其中，微生物能够通过吸附、沉淀、还原、离子交换等方式，促进重金属的转化和迁移，减少其在环境中的富集。
此外，一些微生物还能够通过产生特定的配体物质，与重金属形成络合物，降低重金属的毒性。
4. 微生物与有机污染物的相互作用有机污染物包括石油、农药、塑料等物质，对环境和生物体都具有潜在的危害。
微生物通过降解有机污染物的能力，在环境修复中发挥着重要作用。
它们通过产生酶类，将复杂的有机分子分解为较简单的化合物，进而实现有机污染物的降解和转化。
5. 微生物与污水处理的相互作用污水处理是一项重要的环境保护工作。
微生物在这个过程中扮演着关键的角色。
它们通过吸附、降解和沉淀等方式，将污水中的有机物质和氮、磷等污染物转化为无害的产物，并去除水体中的污染物。
同时，微生物还能够改善水体的生物降解能力，促进水体中其他微生物和生物体的生长。
综上所述，微生物与环境污染物之间存在着密切的相互作用。
微生物通过降解环境污染物发挥环境修复的作用，同时也受到环境污染物的影响。
微生物与环境中的污染物降解
微生物与环境中的污染物降解污染物是当今社会面临的重要环境问题之一，对人类健康和生态系统稳定产生了巨大影响。
在环境污染治理的过程中，微生物被广泛应用于降解污染物的处理中。
本文将探讨微生物在环境中降解污染物的机制和应用，旨在加深对微生物在污染治理中的重要性的了解。
一、微生物降解污染物的机制微生物降解污染物是一种生物修复的方法，通过微生物的代谢活动和生物酶的作用，将有机物质转化为无害的物质。
微生物降解污染物的机制主要包括以下几个方面：1. 生物酶的作用：微生物产生的生物酶可以将污染物分解成更简单的物质，进而降低毒性和活性。
2. 微生物代谢：微生物通过摄取、吸附和降解污染物，利用其作为能源或生长因子进行代谢，将污染物转化为无害物质。
3. 生态系统协同作用：微生物与其他生物体之间存在复杂的相互作用关系，例如微生物与植物的根系共生，可以增加降解污染物的能力。
二、微生物在环境污染治理中的应用微生物在环境污染治理中具有许多优势，包括高效降解、环境友好、成本低等。
以下是微生物在不同污染物治理中的应用案例：1. 石油污染治理：微生物可以降解石油类污染物，包括原油、石油烃和石油中的有毒物质。
在石油泄漏事故中，通过引入具有石油降解能力的微生物，可以加速石油的降解，减少对环境的影响。
2. 有机废水处理：微生物通过降解废水中的有机物质，将有害物质转化为无害物质，达到净化水体的目的。
例如，厌氧条件下的微生物可以将有机废水中的有机物质转化为甲烷等可再生能源。
3. 重金属污染治理：微生物可以降解重金属离子或将重金属转化为低毒性形态，从而减少对环境的危害。
例如，一些微生物可以将铬离子转化为不溶于水的铬沉淀，降低了其毒性。
三、微生物降解污染物的应用前景随着对环境污染治理需求的不断增加，微生物降解污染物的应用前景日益广阔。
一方面，随着生物技术的发展，可以通过改良微生物基因工程技术，提高微生物降解污染物的效果和效率。
另一方面，微生物降解污染物的应用也可以结合其他治理方法，形成多种治理技术的综合应用，提高治理效果。
环境污染的生物净化原理
环境污染的生物净化原理
环境污染的生物净化原理是指利用生物体的活动来去除或降低环境中的污染物质。
生物净化主要依靠微生物、植物和动物等生物体的代谢活动来进行。
1. 微生物净化：微生物是自然界中最具代谢能力的生物体，它们通过吸附、吸收、分解等方式将污染物废物降解成无害的物质。
例如，生物降解污泥处理系统中使用的微生物能分解有机物质，将其转化为二氧化碳、水等无害物质。
2. 植物净化：植物对环境中的污染物质具有吸收、解毒和分解能力。
植物的根系可以吸收土壤中的重金属离子和有机物质，将其转化为不易挥发的化合物，减少其毒性。
植物的叶片可以通过光合作用将二氧化碳转化为氧气，改善大气污染。
3. 动物净化：一些动物对环境中的污染物质具有吸附、吃食和分解能力。
例如，活性炭是一种常用的吸附剂，在水处理中常用于去除水中的有机污染物。
一些食草动物可以通过吃食植物来摄取其中的污染物质，将其排泄出体外。
生物净化的原理在实际应用中被广泛使用，例如生物处理污水、植物修复受污染土壤等。
然而，生物净化能力受到环境条件、污染物质的种类和浓度等因素的限制，需要进行合理的工程设计和管理来提高净化效果。
华北理工《水处理生物学》章节习题及答案10微生物对污染物的分解与转化
第十章微生物对污染物的分解与转化1.根据分解程度，有机物的生物分解有哪几种类型？各种类型的特点分别是什么？根据生物分解的程度和最终产物的不同，有机物的生物分解可分为生物去除（表观分解）、初级分解、环境可接收的分解和完全分解（矿化）等不同的类型。
各类生物分解的特点如下：生物分解类型特点分解对象有机物的分析方法生物去除由于微生物细胞、活性污泥等的吸附作用使化学物质浓度降低的一种现象。
这里所说的"生物去除"不是真正意义上的分解，而是一种表观现象，也可称为"表观生物分解"。
各种色谱分析有机碳分析初级分解在分解过程中，化学物质的分子结构发生变化，从而失去原化学物质特征的分解各种色谱分析官能团分析毒性测试环境可接收的分解经过生物分解，化学物质的物理化学性质和毒性达到环境安全要求的程度各种色谱分析官能团分析毒性测试完全分解有机化合物被分解成稳定无机物（CO2、H2O等）的分解总有机碳分析产生的CO2分析2.试比较有机物的好氧分解和厌氧分解各有什么特点？两者有何不同？有机物的好氧生物分解是在有氧的条件下，借好氧微生物的作用来进行的。
有机物的厌氧生物分解是在无氧条件下，借厌氧微生物，主要是厌氧菌（包括兼性菌）的作用来进行的。
与厌氧生物分解相比，有机物的好氧分解往往具有分解速率快、分解程度彻底、能量利用率高、转化为细胞的比例大（即细胞转化率高）等特点。
3.有机物生物分解性试验的意义何在？简要概述生物分解性试验的方法体系？不同的化合物，具有不同的分子结构和物理化学性质，同时也具有不同的生物分解性。
正确评价有机物的生物分解难易程度，即生物分解性，对于评价有机污染物在环境中的迁移转化规律及其生态与健康风险，预测其在污水生物处理和生物净化装置中的去除效果等都具有重要的意义。
生物分解性试验分为"生物分解潜能试验"和"生物分解模拟试验"两大类。
（1）生物分解潜能试验生物分解潜能试验的主要目的是评价有机物是否具有被生物分解的潜在性。
微生物对污染物的降解和转化.doc
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。
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三、有机物的厌氧生物分解
有机物的厌氧生物分解是在无氧的条件下，借厌氧微生物（包括兼 性微生物），主要是厌氧菌（包括兼性菌）的作用来进行的。
细胞物质
有机物+微生物
有机酸、醇+微生物 CO2、H2S、NH3、 PO43-等+能量
细胞物质
CO2、CH4+能量
产酸细菌的作用
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甲烷细菌的作用
三、有机物的厌氧生物分解
抑制作用（拮抗）：分解产物抑制其他微生物 捕食作用
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三、注意问题
去毒作用机制：
三、注意问题
O R－C－OH ROH RH ROCH3 RNH2 O R－ C＝ N R－C－NH2
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O R－C－O－R’ RH 2) 羟基化作用（hyolroxylation） RH
1) 水解作用（hudrolysis 3) 脱卤作用（dehalogenation） 4) 甲基化（methylation） 5) 去甲基（demethylation） 6) 硝基还原（nitro reduction） 7) 去氨基（deamination） 8) 醚键断裂（ether cleavage） 9) 腈转化为酰胺
微 生 物
生物去除
化学能(污染物等)、光能 受 氢 体 O2、CO2、SO42-、NO3-等
初级分解
CO2、H2O、 NH4+、 NO2- NO3- 、 SO42-、 PO43-、H2、N2、H2S、 CH4、乙醇、有机酸、 硫醇等简单化合物
经过生物分解，化学物质的 环境可接收的分解 物理化学性质和毒性达到环 境安全要求的程度 完全分解 有机化合物被分解成稳定无 机物（CO2、H2O）的分解
第一节 微生物对有机物的分解作用
子有机物或简单无机物的过程。
细胞物质（微生物的生长） 生物分解后的去向 分解产物（CO2、小分子有机物等）
7
8
一、生物分解的一般特点与分类
有机污染物的生物分解过程
污染物、细胞构成物 C、H、O、N、P、S、 矿物元素、维生素等 能 源 有机体分解(内源呼吸) 微生物体 合成 生物污泥 分解 能 + 分 解 产 物
原因： 1）缺少进一步降解的酶系；e.g. 2, 4-D （二氯苯氧乙酸） 2）中间产物的抑制作用； 3）浓度低，不能维持生命代谢。
• 易降解物质的添加增加微生物浓度 3. 一种基质阻碍另一基质的降解 • 抑制作用 • 顺次利用（sequential use )：一种基质的分解只发生在另一种基质大 部分或全部降解之后。
可生物降解有机物，对 微生物无毒害或抑制作 用 可生物降解有机物，但 对微生物有毒害或抑制 作用 难生物降解有机物，对 微生物无毒害或抑制作 用 难生物降解有机物，对 微生物有毒害或抑制作 用
污水中的污染物质
无机物 氮、磷（N、P） 硫酸盐与硫化物（SO42-、H2S、HS-、S2-） 氯化物 非重金属无机有毒物质（氰化物、砷） 重金属离子 酸、碱
2）异源基团数目增加，降解性越差。
能使降解性降低的基团称异源基团。 OH Cl
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OH Cl Cl
OH Cl Cl Cl
H OH CH3 OH Cl －C －CH3 > Cl －C－CH3 Cl CH3 CH3 Cl Cl
二、有机物的生物分解性与分子结构的关系
5）脂肪族：分子量越大越不易降解
三、注意问题
分解性 不良
良好
在环境中易生 物分解
生物分解 性试验
生物分解模拟试验
本质性生物分解试验
分解性 良好 生物分解模拟试验
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河口模拟试验 海洋模拟试验 土壤模拟试验
不良
在环境中难 生物分解
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二、有机物的生物分解性与分子结构的关系
一般规律，但例外较多
二、有机物的生物分解性与分子结构的关系
3）异源基团的位置对生物降解性产生显著影响。
Ⅰ 有机物 发酵性细菌
三、厌氧生物处理的基本原理
水解阶段
产酸发酵阶段
产氢产乙酸阶段
产甲烷阶段
脂肪酸（丙酸、丁酸、乳酸等）、醇类 Ⅱ 产氢产乙酸细菌
复杂的非溶解性 有机物质在产酸 细菌胞外水解酶 的作用下被转化 为简单的溶解性 单体或二聚体。 产酸发酵细菌将 溶解性单体或二 聚体有机物转化 为以挥发性脂肪 酸和醇为主的末 端产物，同时产 生新的细胞物质。 将产酸发酵阶段 2C 以 上 的 有 机 酸和醇转化为乙 酸、氢气、二氧 化碳的过程，并 产生新的细胞物 质。 由严格专性厌 氧的产甲烷菌 将乙酸、甲酸、 甲醇、甲胺和 CO2/H2 等 转 化 为 CH4 和 CO2。
第二节 有机物的生物分解性
图19-1 产甲烷的串联代谢（McCarty和Smith,1986）
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一、有机物生物分解性评价方法
三、注意问题
（六）污水中有机污染物的生物分解性评价 • BOD5/CODcr比值预测污水可生物处理性的参考标准 BOD5/CODcr>0.4-0.6 可生物处理性好 0.2<BOD5/CODcr<0.4 含有难生物分解的有机物，较难生物处理 BOD5/CODcr<0.1 有机污染物的生物分解性差，难以生物处理
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三、注意问题
（四）微生物间的相互作用 1. 协同作用（共生关系） 类型： 单一不能降解 单一降解慢 作用机理： • 提供生长因子：提供维生素B、氨基酸等 • 分解中间代谢产物 • 分解共代谢产物 • 分解有毒产物 2. 3.
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三、注意问题
（五）生物去毒作用与激活作用 • 生物分解和转化过程中，有机物的毒性往往发生变化。 混合能降解 混合能降解快 • 生物分解产物的毒性低于原化合物时的生物分解作用，称去毒作用 （Detoxication） • 生物分解产物的毒性大于原化合物时的生物分解作用，称激活作用 （activation）。常见的激活反应有：脱卤作用、亚硝胺的形成、环氧化作用、 硫醚的氧化、甲基化等。 1. 去毒作用（Detoxication） 有毒物 去毒作用 在毒理学上：活性物质无活性物质 钝化产物 代谢产物 CO2
（1）有机物的氧化 CxHyOz+(x+1/4y-1/2z)O2 （2）细胞物质的合成 n(CxHyOz)+NH3+(nx+ny/4-nz/2-5)O2 C5H7NO2+(nx-5)CO2+1/2(ny-4)H2O+能量 （3）细胞物质的氧化 C5H7NO2+5O2 5CO2+2H2O+NH3 +能量 xCO2+1/2yH2O+能量
有机物生物分解性评价的意义？ 如何确定有机物生物分解性评价的实验条件？（微生物种类浓度、环 境条件、受试化合物的浓度等）
一、有机物生物分解性评价方法
有机物生物分解性评价的一般步骤
受试有机化合物 易生物分解试验
易生物分பைடு நூலகம்试验 生物分解潜能试验
本质性生物分解试验 污水生物处理系统试验（好氧、厌氧） 河流、湖泊模拟试验
一、生物分解的一般特点与分类
生物分解类型
生 物 不 可 降 解 残 留 物
特点 由于微生物细胞、活性污泥 等的吸取作用使化学物质浓 度降低的一种现象。 在分解过程中，化学物质的 分子结构发生变化，从而失 去原化学物质特征的分解
分解对象有机物的分析方法 各种色谱分析 有机碳分析 各种色谱分析 官能团分析 毒性测试 各种色谱分析 官能团分析 毒性测试 总有机碳分析 产生的CO2分析
（一）生物分解性与浓度的关系 有些有机物在浓度低时可以降解，高于某一浓度时降解性变差（产生抑制 作用）。
6）芳香族<脂肪族（小分子）
7）复环芳烃中环越多越难降解
polycyclic
8）好氧条件下的降解规律与厌氧有时不同 9）化学品的生物降解性预测
－
S
－
sz
S
毒性较大的污染物的生物降解需稀释。
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三、注意问题
（二）共代谢现象 单独存在时不能被降解，只有在其它物质被降解时才能被降解的现象。（不能 作为能源或碳源的化合物的代谢）
三、注意问题
（三）有机物间的相互作用 互不影响、促进作用、抑制作用（顺次利用） 1. 多基质同时被利用 2. 一种基质促进第二种基质的降解 • 甲苯促进假单胞菌对苯、二甲苯的降解
乙酸
Ⅳ 同型产乙 酸细菌
H2＋CO2
Ⅲ 产甲烷细菌 CH4
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三、厌氧生物处理的基本原理
复杂有机化合物 （碳水化合物、蛋白质、类脂类） 5% (1)水解 简单有机化合物 （单糖和双糖、氨基酸、肽等） 10% (2)产酸发酵 挥发性脂肪酸和醇 （丙酸、丁酸、戊酸和乙醇等） (3)产氢产乙酸 13% H2 + CO2 28% (4)产甲烷 CH4 + CO2 同型产乙酸 17% 乙酸 72% 35% 20%
2. 激活作用（activation） 常见的激活反应 （1）脱卤作用
形成有毒产物
RCl ROH RNO2
（2）亚硝胺的形成（nitroamine formation） （3）环氧化作用（epoxiadation） （4）硫醚的氧化 （5）甲基化
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1）增加A类取代基一般降解性变差，B类有时可以增加降解性。
OH OH OH 减慢 Cl 4）甲基分支越多越不易降解 OH Cl3 > －CH