水环境化学-6 水环境中的微生物化学过程
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环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化
对于其他金属碳酸盐则可写为： -lg[Me2＋] =0.5p Ksp -0.5pα2 由2 [Me2＋] + [H+] = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-]得： (Ksp/α2)1/2 (2 – α1- 2α2) + [H+] – Kw/[H+] = 0
当pH > pK2 时，α2≈1，CO32-为主，lg[Ca2+] = 0.5 lg KSP
四、氧化还原
氧化－还原平衡对水环境中无机污染物的迁移转化 具有重要意义。水体中氧化还原的类型、速率和平衡， 在很大程度上决定了水中主要溶质的性质。例如，厌 氧型湖泊，其湖下层的元素都将以还原形态存在；碳 还原成－4价形成CH4；氮形成NH4＋；硫形成H2S；铁 形成可溶性Fe2+。其表层水由于可以被大气中的氧饱 和，成为相对气体性介质，如果达到热力学平衡时， 则上述元素将以氧化态存在：碳成为CO2；氮成为 NO3-；铁成为Fe(OH)3沉淀；硫成为SO42-。显然这种 变化对水生生物和水质影响很大。
发生吸附的表面净电荷的符号 － 金属离子所起的作用 吸附时所发生的反应 发生吸附时要求体系的pH值 吸附发生的位置 对表面电荷的影响 反离子
阳离子交换 配位体交换 ＞零电位点 任意值 扩散层 无 内层 负电荷减少 正电荷增加
（2）吸附等温线和等温式：在固定温度下，当吸附达到平 衡时，颗粒物表面的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度
达到临界状态，就可以发生快速凝聚。
三、溶解和沉淀
溶解与迁移 实际溶解沉淀过程的复杂性 1、氧化物和氢氧化物：氧化物可以视作氢氧化物的脱水产物 Me(OH)n (s) Men+ + n OH根据溶度积： Ksp= [ Men+ ] [ OH- ]n 可转化为： [ Men+ ] = Ksp / [ OH- ]n = Ksp[ H+] / Kwn -lg [ Men+ ] = -lgKsp – n lg [ H+ ] + n lgKw pc = pKsp- n pKw + n pH = pKsp – n pOH 可以做 pc-pH 图，斜率等于 n，即金属离子价； 截距是 pH = 14 - (1/n)pKsp。
水处理微生物过程
*
8
内源呼吸
微生物在利用外部基质进行生理代谢获取能量及 营养质同时，细胞物质同时也在进行自身的氧化分 解，即内源代谢或内源呼吸。
外源有机物充足时，消耗的细胞组分会被持续更 新，微生物自身的氧化分解并不明显；而在外源基 质不足时，微生物的内源呼吸作用则成为向微生物 提供能量、维持其生命活动的主要方式。
*
7
1.生物降解的一般概念
矿化(mineralization)
矿化是将有机物完全无机化并获取能源和小分子 营养质的过程，是与微生物生长相关的过程。
共代谢(co-metabolism)
共代谢是需要有另一种基质的代谢提供能源和营 养质，由非专一性酶促反应完成的复杂污染物降解 过程，一般仅使有机物分子得到修饰或转化，但不 能使其完全分解。
*
Alkene monooxygenase/EaCoMT
30
*
氯烃降解的典型放线菌
FEMS Microbiol Rev 34 (2010)34145–475
VC、cDEC好氧降解途径
*
32
FEMS Microbiol Rev 34 (2010) 445–475
(2) PCB好氧降解途径
*
Stuart E Strand 33
构建微生物功能菌群；
营造适合作用的代谢环境；
工程技术方法的发展促进相关微生物工艺 。
*
6
二、有机污染物的降解
有机污染物的生物净化一般被称为生物降解；
微生物分解有机物的能力是巨大的； 依据微生物对有机物的降解能力大小可分为易
生物降解的、难生物降解的和不可生物降解的 ；
生物降解过程是以微生物的代谢为核心，污染物 在分解过程中则遵循物理化学原理，其危害和暴 露过程对环境的影响是环境毒理学关心的内容。
《水环境化学》课程标准
《水环境化学》课程标准一、前言（一）课程基本信息1.课程名称：水环境化学2.课程类别：专业基础课3.学时：60-804.适用专业：水环境监测与治理/城市水净化技术（二）课程性质本课程是高职高专水环境监测与治理专业基础课程。
本课程是培养和锻炼学生水环境污染分析能力的核心课程，使学生了解常见化学污染物质在水体环境中的行为、效应及其影响因素，掌握典型水污染事件的分析方法，获得水质关键指标的测定分析能力。
通过对《水环境化学》这门课程的学习，将使学生了解当代水环境问题，熟悉和掌握有关污染物在水环境介质中迁移、转化规律的基本知识、基本理论、基本技能和基本方法，使学生今后能够在水文水资源工程的专业岗位上，对各自区域内的水质和水量问题和水质问题作本课程以《分析化学》、《有机化学》和《仪器分析》等课程的学习为基础，为进一步学习《水质检验技术》、《给水处理》、《水污染控制技术》和《工业废水处理》等专业技术课程服务，为学生练就水质与水环境分析、水净化工程设计和水处理设施运行维护等岗位工作能力奠定知识和能力基础。
（三）课程标准的设计思路1.课程设置的依据经过企业调研、往届毕业生就业岗位调研和行业专家座谈，决定把水质检验分析岗位、水净化工程、水处理设施运行维护和水质工程辅助设计岗位作为城市水净化技术专业的就业核心岗位群，把水环境化学课程作为培养学生水质及水环境污染分析能力的核心专业基础课程。
2.课程改革的基本理念课程以工作任务确定职业能力，以职业能力为目标，对接行业标准，关注职业素养，构建由项目带动、任务驱动的工作过程化课程；教学中贯穿工学结合，体现工作过程，达到教、学、做的融合；注重运用多媒体教学、现场教学等教学手段；实施多元评价，全方位关注学生对知识和技能的掌握。
以现实存在的水环境污染事件为载体组织课程内容和课程教学，让学生在完成具体案例分析的过程中掌握知识和技能，通过一个个污染事件的分析、讨论和总结训练最终提高学生的行业知识和分析能力。
第6章环境中的微界面过程PPT课件
RC NHO 3+ OHK1
RC NO HO 3+-
K2
COOR
NH2
低pH值
中等pH值
高pH值
精选PPT课件
16
6.2 矿物微粒的界面过程
6.2.1 表面配位模型
1、金属氧化物微粒表面的配位作用 1）羟基化表面的物理化学过程 金属氧化物表面都含有≡MeOH基团，这是由于其表面离 子的配位不饱和，在水溶液中与水配位，水发生离解吸附而生 成羟基化表面。具体归纳如图2.1所示。
● 如果在四面体片层发生Si4+被Al3+同晶替代，过剩的负电荷 分布在一个四面体的三个表面氧原子上，这种电子是定域的， 因而使表面空穴具有较强的Lewis碱性，能与阳离子和偶极分子 发生较强的配位作用。K-云母和K-蛭石矿是这一配合作用的例 子。
精选PPT课件
26
2、表面配位模型的基本要点
1）矿物微粒表面与溶质反应形成表面配合物，反应的方式类似 于均匀溶液中的配位反应；
有下列平衡：
≡MeOH + MZ+ MeOM(Z-1) + H+
*
K
s 1
2≡MeOH + MZ+ (MeO)2M(Z-2) + 2H+
*βs 2
例如：铁氧化物具有表面羟基，能够与金属离子相互作
用形成表面配位化合物
≡Fe–OH + Me2+ ≡Fe–OMe++ H+
精选PPT课件
22
因此表面配位化合物的表观稳定常数分别为：
享顶角氧原子而形成表面空穴(图1.3)。
图1.3 硅氧四面体片层的表面空穴示意图
3）具有表面羟基
PFU微型生物群落监测法
受不了啦，快跑吧！
图6.11 大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处
三、利用微生物监测
空气微生物是空气污染的重要因子，它与气溶 胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境、左右疾病 发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和 作用的必要前提。
室内空气微生物监测：
某医院的空气微生物监测163份标本，合格88 份，合格率仅54％；表明空气微生物的污染与医院 感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生 素，控制医院感染是十分重要的。
其原因为:植物能以庞大的叶面积与空气接触，进 行活跃的气体交换;植物缺乏动物的循环系统来缓
冲外界的影响;植物固定生长的特点使其无法避开
污染物的伤害。
因为植物对大气污染的反应敏感性强，加上本身
位臵的固定，便于监测与管理，大气污染的生物 监测主要是利用植物进行监测。
（一）指示植物及其受害症状
指示植物：对大气污染反应灵敏，用以指示 和反映大气污染状况的植物（草本、木本、 地衣、苔藓等）。
大部分有机 有机物全分解 物已完成无 机化过程 有Fe2O3存在 大部分氧化 数量减少， 数量少，每毫 每毫升在10 升在100个以下 万个以下
（三）PFU微型生物群落监测法
PFU法是以聚氨酯泡沫塑料块（PFU）作为人工 基质沉入水体中，经一定时间后，水体中大部分微型 生物种类均可群集到PFU内，达到种数平衡，通过观 察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状 况。 根据水环境条件确定采样时间，一般在静水中采 样约需四周，在流水中采样约需两周；采样结束后， 带回实验室，把PFU中的水全部挤于烧杯内，用显微 镜进行微型生物种类观察和活体计数。
受害症状：叶绿素被破坏、细胞组织脱水， 进而发生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄 色、褐色或灰白色）的斑点，叶片脱落，甚 至全株枯死等异常现象。
第三章水环境化学
总含盐量(TDS)：
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
环境化学：第三章 水环境化学 1
pressure
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1.天然水的组成
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1.天然水的组成
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
第6章 水环境中的微生物化学过程1
一、关于微生物的一些重要概念 1、微生物生态学及相互作用 、 （1）环境条件的影响 ） 虽然微生物普遍存在， 但在特定环境中， 虽然微生物普遍存在 ， 但在特定环境中 ， 只有一小 部分微生物的代谢是活跃的。 部分微生物的代谢是活跃的。 由于温度、 值 由于温度、pH值、氧气浓度等因素影响微生物群落 的组成、 生长速率和酶含量， 的组成 、 生长速率和酶含量 ， 这些环境条件不仅能 影响微生物参与的转化速率， 影响微生物参与的转化速率 ， 有时还能成为这些反 应能否进行的控制因素。 应能否进行的控制因素。
与普通的DNA在细胞增殖过程中由细胞到子细胞的 在细胞增殖过程中由细胞到子细胞的 与普通的 垂直” 传递不同，质粒DNA可以在不同子细胞微生 “ 垂直 ” 传递不同 ， 质粒 可以在不同子细胞微生 物间“水平”交换。 物间“水平”交换。
细菌遗传性的改变主要由基因突变或基因重组所致。 细菌遗传性的改变主要由基因突变或基因重组所致。 基因突变 所致 基因重组是指两个不同性状个体内的遗传物质在一个 细胞内经重新组合形成新基因型个体的过程。 细菌的基因重组有转化、转导和接合3种方式。
根据微生物对有机物的降解能力大小， 根据微生物对有机物的降解能力大小，可 将有机物分为： 将有机物分为： 1）易生物降解的有机物； ）易生物降解的有机物； 2）难生物降解的有机物； ）难生物降解的有机物； 3）不可生物降解的有机物。 ）不可生物降解的有机物。
根据微生物对有机物的降解能力大小， 根据微生物对有机物的降解能力大小，可 将有机物分为： 将有机物分为： 1）易生物降解的有机物； ）易生物降解的有机物； 来源于动、 来源于动、植物残体及生物代谢过程中产 生的物质和排泄物。如碳水化合物、蛋白质、 生的物质和排泄物。如碳水化合物、蛋白质、 脂肪、核酸等。这些物质， 脂肪、核酸等。这些物质，通过微生物所产 生的酶，很容易被分解成糖、氨基酸、甘油、 生的酶，很容易被分解成糖、氨基酸、甘油、 脂肪酸等简单的有机物， 脂肪酸等简单的有机物，并最终分解为 CO2,H2O,NH3等。
水环境中的化学反应
2)沉淀形成的速率 d[Ca2+]/dt=Ks( [Ca2+]实- [Ca2+]饱和)2
6.2.1类别 1) 弱酸弱碱的电离平衡 2) 金属离子的水解平衡 3)络合平衡
6.2.2 特点 1) 反应速度快 2) 达到平衡后，弱酸弱碱、金属离子均可 以多种形式存在，各种形式可以相互转 化
6.2.3 影响因素 1) pH 2) 配位体浓度、形式、络合数的饱和度
E0:在0℃，有关离子浓度为1mol/L时的电位， 称标准电位。
天然水体中，常见的是O、N、S、Fe等元 素的氧化还原反应。其标准电位(E0)如下：
O2/H2O: +1.23
Fe3+/Fe2+:+0.27
NO3-/NO2-:+0.94
SO42-/SO32-:-0.71 S/S2-: -0.08
Eh:用惰性金属(通常用铂)作指示电极，以甘 汞电极作参比电极，直接置于天然水中测 得的电位(计算时则以标准氢电极为标准进
在等电点时，胶体的稳定性最低。
6.2.2 吸附作用对污染物环境行为的影响 1)吸附作用对重金属迁移转化的影响 吸附作用是使许多微量金属从不饱和的天 然溶液中转入固相的最重要的途径。 溶解态物质在向大的聚集物迁移的过程中 需要依靠胶体作中介：首先金属与胶体表 面通过吸附等作用快速形成络合物，接 着，，胶体慢慢聚集在大的颗粒物。
行校正)。
6.1
天然水体氧化还原能力的量度
6.1.1 天然水体的Eh值
用于表示水体环境氧化还原状态
其具有如下含义： 1) 水体是由许多单氧化-还原体系构成的氧 化-还原复合体系，Eh是其综合体现。
2)水体Eh值与单氧化-还原体系E的关系 ① 多个单氧化-还原体系存在，复合体系Eh 值介于单体系E之间并且接近于存在量较高 的单体系电位E。
6.2.1类别 1) 弱酸弱碱的电离平衡 2) 金属离子的水解平衡 3)络合平衡
6.2.2 特点 1) 反应速度快 2) 达到平衡后，弱酸弱碱、金属离子均可 以多种形式存在，各种形式可以相互转 化
6.2.3 影响因素 1) pH 2) 配位体浓度、形式、络合数的饱和度
E0:在0℃，有关离子浓度为1mol/L时的电位， 称标准电位。
天然水体中，常见的是O、N、S、Fe等元 素的氧化还原反应。其标准电位(E0)如下：
O2/H2O: +1.23
Fe3+/Fe2+:+0.27
NO3-/NO2-:+0.94
SO42-/SO32-:-0.71 S/S2-: -0.08
Eh:用惰性金属(通常用铂)作指示电极，以甘 汞电极作参比电极，直接置于天然水中测 得的电位(计算时则以标准氢电极为标准进
在等电点时，胶体的稳定性最低。
6.2.2 吸附作用对污染物环境行为的影响 1)吸附作用对重金属迁移转化的影响 吸附作用是使许多微量金属从不饱和的天 然溶液中转入固相的最重要的途径。 溶解态物质在向大的聚集物迁移的过程中 需要依靠胶体作中介：首先金属与胶体表 面通过吸附等作用快速形成络合物，接 着，，胶体慢慢聚集在大的颗粒物。
行校正)。
6.1
天然水体氧化还原能力的量度
6.1.1 天然水体的Eh值
用于表示水体环境氧化还原状态
其具有如下含义： 1) 水体是由许多单氧化-还原体系构成的氧 化-还原复合体系，Eh是其综合体现。
2)水体Eh值与单氧化-还原体系E的关系 ① 多个单氧化-还原体系存在，复合体系Eh 值介于单体系E之间并且接近于存在量较高 的单体系电位E。
第三章 水环境化学
6
1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物） 天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天 然溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化 过程中，经过水溶解迁移、搬运到水中的地壳矿 物质。
7
（1）天然水中的主要离子组成
天然水中常见的八大离子： K+ 、 Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 HCO3- 、 NO3- 、 Cl- 、 SO42-。 常见的八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。 水中这些主要离子，常用来作为表征水体主要化学特征性指标。 硬 Ca2+ HCO3度 Mg2+ CO32碱 度 酸 H+ OH碱 金 属
1 =0.3086 2.24 1 2.24 =0.6914 2.24 1
[ H 2 CO3 ] [ HCO3 ]
*
所以此时[H2CO3*]=α0CT=0.3086×3×10-3molL-1=0.9258×10-3molL-1 [HCO3-]=α1CT=0.6914×3×10-3molL-1=2.0742×10-3molL-1 加酸性废水到pH=6.7，有0.9258×10-3molL-1的H2CO3*生成，故每升河水中要加入 0.9258×10-3mol的H+才能满足上述要求，这相当于每升河水中加入浓度为1×10-2 molL-1的硫酸废水的量V为： V=0.9258×10-3mol/(2×1×10-2molL-1)=0.0463L=46.3mL。因此相当于每升河水中
100 CO2+H2CO3 HCO3CO32-
80 60 40 20 0
2 4 6 pH 8 10 12
28
碳酸化合态分布图的理解： a、总体分布态势：
养殖水环境化学
养殖水环境化学一、养殖水环境化学的概念养殖水环境化学是研究养殖水体中各种化学物质的含量、种类、性质及其对养殖生物和人类健康的影响，以及污染防治和生态修复的学科。
它是水产养殖学、环境科学和化学等多个学科的交叉领域。
二、养殖水环境化学的研究内容1、养殖水体中各种化学物质的种类和含量养殖水体中包含大量的化学物质，如溶解氧、pH值、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等，这些物质对养殖生物的生长和生存都有着重要的影响。
因此，了解这些物质的种类和含量是非常重要的。
2、养殖水体中化学物质的性质及其对养殖生物和人类健康的影响不同的化学物质对养殖生物和人类健康的影响是不同的。
例如，高浓度的氨氮和亚硝酸盐会对养殖生物产生毒害作用，而低浓度的溶解氧则会对养殖生物的生长和生存产生负面影响。
因此，了解这些化学物质的性质及其对养殖生物和人类健康的影响是非常重要的。
3、养殖水体中化学物质的污染防治和生态修复随着养殖业的不断发展，养殖水体中的化学物质污染问题也越来越严重。
因此，如何进行污染防治和生态修复是养殖水环境化学研究的重要内容之一。
例如，通过改善水体中的溶解氧含量、降低氨氮和亚硝酸盐的浓度等措施可以有效地防治养殖水体的污染。
三、养殖水环境化学的意义1、有利于保护水资源和生态环境随着养殖业的不断发展，养殖水体的污染问题也越来越严重。
通过研究养殖水环境化学，可以了解养殖水体中各种化学物质的性质及其对生态环境的影响，从而采取有效的措施进行污染防治和生态修复，保护水资源和生态环境。
2、有利于提高养殖生产效益和质量通过研究养殖水环境化学，可以了解各种化学物质对养殖生物生长和生存的影响，从而采取有效的措施调节水体中的化学物质含量，提高养殖生产效益和质量。
3、有利于保障人类健康和食品安全养殖水体中的化学物质不仅会对养殖生物产生影响，而且还会对人类健康和食品安全产生影响。
因此，通过研究养殖水环境化学，可以了解这些化学物质的性质及其对人类健康和食品安全的影响，从而采取有效的措施保障人类健康和食品安全。
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根据催化反应类型，酶可分成六大类：
③ 水解酶（催化水解反应）
酯酶：是一种水解酶，可在水分子的参与下，经由水解作用， 将酯类切割成酸类与醇类。此类酶参与多种生物化学反应，依 其专属受质、蛋白质结构，以及功能而有所不同。
根据催化反应类型，酶可分成六大类： ④ 裂解酶（催化底物分子某些键非水解性断裂反应）
处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是 细菌的首次捕食者。
4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出 现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。
由于温度、pH值、氧气浓度等因素影响微生物群 落的组成、生长速率和酶含量，这些环境条件不仅 能影响微生物参与的转化速率，有时还能成为这些 反应能否进行的控制因素。
1、浮游微生物群落 2、底栖微生物群落
1、浮游微生物群落
浮游植物：包括真核生物（藻类）和原核生物 （蓝细菌（蓝藻））两类生物在内的光自养生物。 浮游细菌
原生动物
2. 底栖微生物群落
海（河、湖）底是水体与地表之间的一个过渡区， 是含有有机物、矿物颗粒物质以及水的一个扩散和 松散型的复合体。
铁卟啉
⑤ 辅酶A
辅酶A是泛酸的一个衍生物，简写为CoASH,是 一种转移酶的辅酶，所含的巯基与酰基形成硫 酯，在酶促反应中起着传递酰基的功能。
巯基
乙酰基
酰基 硫脂
2、有机物的生物降解性
① 易生物降解的有机物
来源于动、植物残体及生物代谢过程中产生的 物质和排泄物。如碳水化合物、蛋白质、脂肪、核 酸等。这些物质，通过微生物所产生的酶，很容易 被分解成糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等简单的有机 物，并最终分解为CO2、H2O、NH3等。 ② 难生物降解的有机物
糖类的微生物降解
糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为 多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。
烟酰胺
辅酶Ⅰ
腺嘌呤
辅酶Ⅱ
③ 辅酶Q
辅酶Q又称泛醌，简写CoQ, 是一些氧化还原酶 的辅酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功能。
共轭环己二烯二酮
④ 细胞色素酶系的辅酶
细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主 要有细胞色素b,c1,c,a 和a3等几种。它们的酶蛋 白部分各不相同，但是辅酶都是铁卟啉。 在酶 促反应时辅酶铁卟啉中的铁不断地进行氧化还 原，起到传递电子的作用。
去氢氧化
在生物氧化中有机物质的氧化大多为去氢氧 化，所脱落的氢由相应氧化还原酶按一定顺 序传递至受氢体。
生物氧化中的氢传递过程
① 有氧氧化中以分子氧为直接或间接受氢体的氢传递过程 ② 无氧氧化中有机底物转化中间产物作受氢体的氢传递过
程 ③ 无氧氧化中某些无机含氧化合物作受氢体的氢传递过程
这类氢传递过程中最常见的受氢体是硝酸根、硫酸 根和二氧化碳。它们接受来源于有机底物由酶传递来的 氢，而被分别被还原为分子氮（或一氧化二氮）、硫化 氢和甲烷。
微生物一词并非生物分类学(种、属、科、目、 纲、门、界)的专门名词。
微生物是一切肉眼看不见或看不清、个体微小、 构造简单的低等生物的统称，它包括原核生物 （细菌、古细菌、放线菌、立克次氏体、支原 体、衣原体）、真核生物（原生动物、真菌、 藻类）、非细胞生物（噬菌体、病毒）等个体 微小，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能 看清其形态构造及测量其大小的生物。
谷氨酸 + NH3 → 谷氨酰胺
酶按照成分，分为单成分酶和双成分酶两大类。
单成分酶只含有蛋白质，如脲酶、蛋白酶。
双成分酶除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分， 前者称酶蛋白，后者称辅基、辅酶。
辅基同酶蛋白的结合比较牢固，不易分离。辅 酶与酶蛋白结合松弛，易于分离。两者区别仅 在于同酶蛋白结合的牢固程度不同，而无严格 的界线。为了简便，均称为辅酶。
底物结合的反应）
根据催化反应类型，酶可分成六大类： ① 氧化还原酶（催化氧化还原反其作用是催化过氧化氢转化为水和氧气的反应。
2 H2O2 → 2 H2O + O2
根据催化反应类型，酶可分成六大类：
② 转移酶（催化化学基团转移反应）
根据催化反应类型，酶可分成六大类： ⑥ 合成酶（与高能磷酸化合物分解相耦联，催化两种
底物结合的反应）
谷氨酰胺合成酶：是一种控制氮代谢的酶，催化铵离子和谷 氨酸合成谷氨酰胺，同时消耗ATP(三磷酸腺苷)。 这个反应分成两步进行：酶先让ATP和谷氨酸反应，生成γ谷氨酰磷酸；接着铵离子上来，替换掉磷酸。
同一辅酶可以结合不同的酶蛋白，构成许多 种双成分酶，可对不同底物进行相同反应。
若干重要辅酶的功能
① FMN 和 FAD
黄素单核苷酸 黄素腺嘌呤二核苷酸
② NAD+和NADP+ ③ 辅酶Q
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷
④ 细胞色素酶系的辅酶
⑤ 辅酶A
① FMN 和FAD
辅酶FMN和 FAD分别是黄素单核苷酸和黄素腺 嘌呤二核苷酸的缩写，是一些氧化还原酶的辅 酶，在酶促反应中具有传递氢原子的功能。
异咯嗪基
异咯嗪基
黄素单核苷酸(FMN)
腺嘌呤
黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
异咯嗪基
异咯嗪基
黄素单核苷酸(FMN)
腺嘌呤
黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
② NAD+和NADP+
辅酶NAD+和NADP+分别称为辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ ， 依次是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤 二核苷酸磷的缩写，是一些氧化还原酶的辅酶， 在酶促反应中具有传递氢原子的功能。
主要是工农业生产中排出的有机污染物，如农 药、烃类等。
DDT
杀虫剂DDT能让人产生心醉神迷似的感受。20世纪50年代一 种流行的鸡尾酒――名叫“Mickey Slim”，据悉是将少量的 DDT加入杜公子酒中制成的。此图为二名女士在飘飘欲仙地 “喝”DDT。
DDT
DDT在自然环境中可通过生物过程转化为DDD 和DDE，两种产物更难于进一步被生物降解。 DDT的微生物分解主要是在厌氧条件下通过脱 氯作用形成DDD的过程中而发生的。
第6章 水环境中的微生物化学过程
物质在生物作用下经受的化学变化，称为生 物转化或代谢。
生物转化、化学转化和光化学转化构成了污 染物质在环境中的三大主要转化类型。
物质在环境中的生物转化，微生物起着关键 作用。由于微生物大量存在于自然界，生物 转化呈多样性，又具有大的表面/体积值，繁 殖非常迅速，对环境条件适应性强等特点。
能 量
一般催化剂催 化反应的活化能
底物
非催化反应活化能
酶促反应 活化能
反应总能量改变
产物 反应过程
酶促反应活化能的改变
生物技术的四大支柱
生 物技术 （ 生物工程）
基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程
根据催化反应类型，酶可分成六大类： ① 氧化还原酶（催化氧化还原反应） ② 转移酶（催化化学基团转移反应） ③ 水解酶（催化水解反应） ④ 裂解酶（催化底物分子某些键非水解性断裂反应） ⑤ 异构酶（催化异构反应） ⑥ 合成酶（与高能磷酸化合物分解相耦联，催化两种
80年代初发现了具有催化功能的RNA——核酶 (ribozyme)，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念， 开辟了酶学研究的新领域。
酶与一般催化剂的共同点:
➢ 在反应前后没有质和量的变化； ➢ 只能催化热力学允许的化学反应； ➢ 只能加速可逆反应的进程，而不改变反
应的平衡点。
酶促反应具有极高的效率:
谷氨酸脱羧酶(GAD)：是一个催化谷氨酸脱羧为γ-氨基丁酸 并释放CO2的酶。此反应以如下方式进行：
HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH → CO2 + HOOC-CH2-CH2-CH2NH2
根据催化反应类型，酶可分成六大类：
⑤ 异构酶（催化异构反应）
异构酶：是一种催化同分异构体转换的酶。 葡萄糖-6-磷酸异构酶：D-葡萄糖-6-磷酸⇔D-果糖-6-磷酸
酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020 倍，比一般催化剂高107～1013倍;
酶加速反应的机理是降低反应的活化能
(activation energy)。
活化能:又被称为阈能,用来定义一个化学反应的发生所需要克服 的能量障碍,表示一个化学反应发生所需要的最小能量。
活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。
在沉积物的下部，微生物数量由于氧的消耗而下降， 利用硝酸盐、硫酸盐和铁作为末端电子受体的厌氧 微生物过程显示了较深的沉积物层特征。
活性污泥微生物的分类 1）细菌： 异养型原核细菌（107～108个/mL） 动胶杆菌属 假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势） 产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势） 黄杆菌属 大肠埃希式杆菌 2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌 3）原生动物：鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断
在双成分酶催化反应时，一般是辅酶起着传 递电子、原子或某些化学基团的功能，酶蛋 白起着决定催化专一性和催化高效率的功能。
只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性， 而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时 则均失去相应作用。
辅酶的成分是金属离子、含金属的有机化合 物或小分子的复杂有机化合物。已经发现的 辅酶有30余种。
微生物能否利用环境中的污染物，取决于其 能否合成降解污染物的酶。
细菌对有机物的氧化分解作用往往超过一般 的化学氧化作用，在反应进行的速度和深度 方面胜过强的化学氧化剂。
细菌对有机物新陈代谢过程的各种反应都是 依靠称为酶的一种生物催化剂来完成的。
1、酶 (Enzyme)
酶是一类由细胞制 造和分泌的、以蛋白质 为主要成分的、具有催 化活性的生物催化剂。
湿地是地球生态环境的重要组成部分，与森林、海洋并 称为全球三大生态系统。
《湿地公约》对湿地的定义为“湿地是指天然或人工、 长久或暂时的沼泽地、泥炭地、静止或流动的淡水、半 咸水、咸水水域，包括低潮时水深不超过6米的海水区。”