环境生物学第七章

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BOD曲线的七个阶段
1微生物增殖的迟缓期 2细菌的对数生长期 3耗氧平缓阶段 4原生动物耗氧峰 5耗氧再次平缓阶段 6硝化细菌耗氧峰 7最终转化成水和CO2
BOD曲线
有机物的好氧（降解可分为碳化阶段和硝化阶段两个 阶段进行：
环境营养成分供应不够，则污染物的降解 转化就会受到限制。
Biblioteka Baidu4）氧
微生物降解转化污染物的过程可能是好氧 的，也可能是厌氧的。
好氧过程需要游离氧（O2）。对于环境中 污染物的降解转化，
尤其要关心的是以结合氧为电子受体的厌 氧呼吸，例如由NO3-生成NO2-，由SO42-生 成H2S，结果对高等生物造成危害。
物处理组合成一个系统，生物处理作为主体 发挥主要作用。
（二）大气污染净化
1气溶胶状态污染物的控制 重力沉降、旋风降尘、静电除尘、过滤式除尘 2气体状态污染物的吸附与净化 气体吸附法、气体吸收法 3生物处理法 利用生物的生物化学作用使大气污染物分解转化为无
害物质。 （1）生物吸收 （2）生物洗涤 （3）生物过滤
第二节 生物对污染净化原理
一、微生物对污染物的降解与转化 完全的生物降解是由于混合菌群的作用
而非单一菌种的活性。 生物降解有可能产生更难以降解的中间
体，有可能产生“三致效应”。
思考题：
微生物不能依靠某种有机污染物生长，是不是 这种污染物就难以生物降解与转化？
二、微生物对污染物降解与转化的 途径
③生物净化指通过生物的吸收、降解作用使地 理环境中有害物质的浓度降低和消失
生物净化
biological purification 生物类群通过代谢作用使环境中污染物的数
量减少，浓度降低，毒性减轻，直至消失的过 程
氧垂曲线
溶解氧是水体自净的标志。溶解氧的变化可用 氧垂曲线表示(如图7-2所示)。
第二篇 环境污染的生物净化第
五章 环境污染生物净化的原理 一第、一环节境污环染境的污类染型净化概述 水体污染、大气污染、固体废弃物污染 二、环境污染治理 1、污水处理 2、大气污染净化 3、固体废弃物处理
三、环境污染治理的方法
（一）污水处理
1、物理法（沉淀法、过滤法、离心分离法、浮选
法、吸附法、萃取法、吹脱法、蒸发结晶法、反渗透 法）
壤等，有使进入其中的污染物质的浓度 和危害程度自然减低的能力，这种现象 称为自净作用 自净作用按其发生机理可分为物理净化、 化学净化和生物净化3类。
自净作用的分类
①物理净化指污染物通过稀释、扩散、淋洗、 挥发、沉降等作用降低浓度而减轻危害程度
②化学净化指有害污染物在地理环境中通过氧 化和还原、化合和分解、吸附、凝聚、交换、 络合等化学反应，转化为无害或危害程度减轻
生物对污染净化的原理
微生物对污染物的降解与转化 微生物个体微小、繁殖迅速、数量巨大、
代谢能力强速度快、易于突变，易适应 环境 把有各种分解能力的微生物的基因组合 到某种微生物中，构建 “工程菌”，这 些“人造的微生物”比天然的微生物有 高得多的分解效率
该图反应了耗氧和复氧的协同作用。
图中a为有机物分解的耗氧曲线， b为水体复氧曲线， c为氧垂曲线，最低点CP为最大缺氧点。若CP点的溶解
氧量大于有关规定的量，说明污水未超过水体的自净 能力。
CP点低于规定的最低溶解氧含量，会出现无氧状态， 此时氧垂曲线中断，说明水体已经污染。
在无氧情况下，水中有机物因厌氧微生物作用进行厌 氧分解，产生硫化氢、甲烷等，水质变坏，腐化发臭。
有机物中作为微生物的营养基质1/3通过微生物的呼吸 作用被氧化分解
2/3的营养基质通过微生物的合成代谢转化为细胞物质 表现为菌体生长。
同化代谢部分有20%是生物不能分解的残留部分 所以有 BODU＝1/3CODB+2/3CODB×80% BOD5=2/3BODU 所以BOD5=0.58CODB
（5）有机底物或金属的浓度
有机底物的浓度对其降解速率会有明显的 影响。某些化合物在高浓度时由于微生物 量迅速增加而导致快速降解。另一方面， 某些在低浓度时易生物降解的化合物，高 浓度时会抑制微生物的活性。
四、有机污染物生物可降解性的评价 方法
1测定生物氧化率（用活性污泥作为测定用微生物，被 测有机物作为底物，瓦氏呼吸仪上检测耗氧量）
②官能团的性质和数量对有机化合物的生 物降解性影响很大。
官能团的位置也影响化合物的降解性，如有两 个取代基的苯化物，间位异构体往往最能抵抗 微生物的攻击，降解最慢。
4 环境因素
（1）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。
（2）酸碱度
强酸强碱会抑制大多数微生物的活性，通 常在pH4～9范围内微生物生长最好。一般 细菌和放线菌更喜欢中性至微碱性的环境， 酸性条件有利于酵母菌和霉菌生长。
pH可能影响污染物的降解转化产物，例如 在pH4.5时，汞容易发生甲基化作用。
（3）营养
微生物生长除碳源外，需要氮、磷、硫、 镁等无机元素。此外，有些微生物没有能 力合成足够数量的、生长所需的氨基酸、 嘌呤、嘧啶和维生素等特殊有机物。
生化需氧过程中的生物系统和生化反应
①生物系统：细菌、原生动物 ②生化反应：氧化反应、合成反应、内源呼吸
反应 ③BOD5约为2/3BODU ④BOD5/COD最大值为0.58
因为COD包括一部分能被生物降解的有机物耗 氧量（CODB） 一部分为不能被生物降解的有机物的耗氧量 （CODNB）。
BODU<CODB
2测呼吸线 3测定相对耗氧速度曲线 4测定BOD5与COD之比（＞0.45生化降解性好） 5测COD30 6培养法
有机污水生化呼吸线和内源呼吸线之间 的关系
①生化呼吸线位于内源呼吸线之上（图A所示），说明 该污水可被微生物降解，两条线之间距离越大，说 明该有机物的可生化性越好。
②生化呼吸线先是位于内源呼吸线之下（图B所示）， 随着培养时间延长，上移到内源呼吸线之上，这说 明该污水对微生物有一定的毒性，但微生物能很快 适应，并能降解其中的污染物。
生物降解（微生物降解）氧化还原作用、 脱羧基、脱氨基、加水分解、脱水、酯 化等。
光降解（具有紫外线吸收峰的化合物）
化学降解
三、影响微生物对有机物降解转 化的因素
1微生物的代谢活性
微生物的种类和生长状况，同种微生物的 不同菌株降解性能也不同。
不同种类微生物对同一有机底物或有 毒金属反应不同。同种微生物的不同 菌株反应也不同 。
2微生物的适应性
（1）驯化：定向选育微生物的方法与过程， 通过人工措施使微生物逐步适应某特定条 件，最后获得具有较高耐受力和代谢活性 的菌株。
通过适应过程，新的、为微生物陌生的化 合物能诱导必需的降解酶的合成；或由于 自发突变而建立新的酶系；或虽不改变基 因型，但显著改变其表现型，进行自我代 谢调节，来降解转化污染物。在以上过程 中，微生物群体结构向着适应于环境条件 的方向变化。
③生化呼吸线和内源呼吸线基本重合（图C所示），说 明该污水对微生物无毒性，且污水中有机污染物不 可降解。
④生化呼吸线位于内呼吸线下方（图D所示），说明污 水对污泥有微生物不可适应的毒性。生化呼吸线和 内源呼吸线之间的距离越大，说明污水毒性越大。
五、废水处理的原理
自净作用 地理环境的各个要素如大气、水体、土
2、化学法（化学凝聚法、中和法、氧化还原法、离
子交换法）
3、生物法主要利用微生物的生命活动过程，
对废水中的污染物质进行转移和转化作用，整 个过程是微生物所产生的酶的参与下发生的生 物化学反应。亦称废水生化处理。
废水生物处理的目标
1去除废水中的有机物和悬浮物，得到透明的 处理水
2去除N、P等营养盐 3减少产生污泥量 4回收可利用资源 所以实践中废水的处理是物理、化学处理与生
2 化学需氧量（COD） 3 总需氧量 4 总有机碳 5 固体物质 6 含氮化合物 7 ｐH值 8 生物污染指标（1）细菌细胞总数（2）大肠菌群数
BOD（Biochemical Oxygen Demand）曲 线
600
500
CODt
400
BOD, mg/L
300
200
NBOD
100
CBOD
0
BODU
（三）固体废弃物的处理
1工业废弃物 （1）物理化学方法： 覆盖石土或化学反应剂，形成抗水抗空气的外壳； （2）生物方法 栽种永久性植物固定废石尾矿。 2城市垃圾的处理 （1）填埋 （2）堆肥 （3）制沼气 （4）焚烧
四、环境的污染与净化指标
1 生物化学需氧量生化耗氧量（BOD）表示，它是指在 特定时间和温度下，微生物好氧过程中氧化一升污水中 的有机物所需氧的毫克数。 （20℃,5ｄ）
①.碳化阶段：
碳化需氧量
有机物→CO2.H2O.NH3 CBOD
BODt(20) BOD5 BOD10 BOD20 BODt/BODU 70—85% 90% ≈100%
②.硝化阶段：
硝化需氧量
为氨N是H无3→机N物O，2-、所N以O作3-为有机污染B的O指D标（，NB只O采D用）碳因化
需氧量（称为生化需氧量）不包括硝化需氧量。
（2）驯化方法
驯化方法有多种，最普通的途径是以目标化合 物为唯一碳源或主要碳源来培养微生物，在逐 步提高该化合物浓度的条件下，经多代传种而 获得高效降解菌。
可在添加有毒化合物的模型土柱中，用添加目 标化合物回流法富集培养微生物，筛选出能以 目标化合物为唯一或主要碳源的微生物。
3化合物结构
①结构简单的较复杂的易降解，分子量小 的较分子量大的易降解，聚合物和复合物 抗生物降解。烃类化合物一般是链烃比环 烃易降解，不饱和烃比饱和烃易降解，直 链烃比支链烃易降解，支链烷基愈多愈难 降解。碳原子上的氢都被烷基或芳基取代 时，会形成生物阻抗物质。