污染物生物降解的影响因素
典型有机物的生物降解
研究有机物对微生物群落结 构和功能的影响以及微生物 群落对有机物降解的反馈作
用
利用基因组学和蛋白质组学研究生物降解的分子机制
通过基因组学手段分析参与有机物生物降解的 关键基因及其作用机制
通过蛋白质组学手段分析有机物生物降解过程 中的关键酶及其作用机制
研究基因组学和蛋白质组学在有机物生物降解 中的相互关系和作用原理，为深入理解有机物 生物降解过程提供分子层面的证据
生物降解的过程
溶解
有机物首先溶解在水中，以便微生 物接触并分解。
分解
微生物分泌的酶将有机物分解成小 分子。
吸收
微生物将分解后的小分子吸收到细 胞内，进一步分解或利用。
排泄
微生物将分解后的无机物排出体外 ，完成生物降解过程。
03
典型有机物的生物降解
有机酸和醇的生物降解
氧化反应
有机酸和醇可被氧化为相应的 酮或醌，涉及的酶是醇氧化酶
05
生物降解的应用
水处理和废水处理
废水处理
生物降解是废水处理的核心方法之一，通过微生物的分解代谢，可以去除废水中 的有机污染物，达到净化水质的目的。
水处理
生物降解技术也可用于水处理，如活性污泥法、生物膜法等，有效去除水体中的 有机污染物，提高水质。
有机废物的生物降解
有机废物处理
利用微生物对有机废物进行分解代谢，实现有机废物的减量 化、无害化和资源化。
和过氧化酶。
还原反应
某些有机酸和醇可在还原酶的作 用下被还原为烷烃或醇。
水解反应
某些有机酸和醇可发生水解反应， 产生无机酸和醇。
有机酯的生物降解
水解反应
有机酯可在酯酶的作用下水解 为醇和酸。
氧化反应
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.
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
4
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
第二章 微生物对污染物质的降解1
速度 =
kc − dc = 1 dt k2 + c
第二节 微生物降解动力学
二、双曲线速度模型
速度直接取决于浓度，同时取决于浓度与它项之和。 速度直接取决于浓度，同时取决于浓度与它项之和。 双曲线速度模型适用于通过表面吸附或表面与催化分子复 合而进行的催化反应。 合而进行的催化反应。
第二节 微生物降解动力学
第三节 石油的微生物降解
一、降解机理 （一）烷烃 （二）烯烃 （三）脂环烃类 （四）芳香烃 （五）多环芳烃 二、影响石油降解的因素
第三节 石油的微生物降解 降解机理
（一）烷烃 微生物对烷烃分解的一般过程是逐步氧化，生成相应的醇、 微生物对烷烃分解的一般过程是逐步氧化，生成相应的醇、 醛和酸，而后经β 氧化进入三羧酸循环，最终分解成CO 醛和酸，而后经β-氧化进入三羧酸循环，最终分解成CO2 最常见的氧化是烷烃末端甲基氧化； 和H2O。最常见的氧化是烷烃末端甲基氧化；此外还有两 端甲基氧化形成二羧酸，次末端氧化生成酮类。 端甲基氧化形成二羧酸，次末端氧化生成酮类。
第一节 微生物降解转化物质的巨大潜力
四、微生物繁殖快，易变异，适应性强 微生物繁殖快，易变异， 繁殖快 由于微生物繁殖快，数量多， 由于微生物繁殖快，数量多，可在短时间内产生大量 变异的后代，对进入环境的“陌生”污染物， 变异的后代，对进入环境的“陌生”污染物，微生物可通 过突变，改变原来的代谢类型而适应、降解之。最为人所 过突变，改变原来的代谢类型而适应、降解之。 熟知的例子，是微生物产与赖药性的变异，当微 生物经常与次致死剂量的抑菌或杀菌物质接触后， 生物经常与次致死剂量的抑菌或杀菌物质接触后，先是经 过自然突变改变了代谢类型，对该药物产生了抗性， 过自然突变改变了代谢类型，对该药物产生了抗性，进而 可能对该药物完全产生依赖性，本来对菌体有毒的药物， 可能对该药物完全产生依赖性，本来对菌体有毒的药物， 却变为该菌所不可缺少的营养物质， 却变为该菌所不可缺少的营养物质，例如野生型的大肠埃 希氏菌变为链霉素依赖突变型
环境污染物迁移转化规律解析及影响因素综合调控策略
环境污染物迁移转化规律解析及影响因素综合调控策略在当代社会，环境污染已经成为全球面临的重大问题之一。
环境污染物的迁移转化规律对于环境保护和生态系统的健康至关重要。
本文将重点探讨环境污染物的迁移转化规律及其影响因素，并提出相应的综合调控策略，旨在进一步保护环境和人类健康。
一、环境污染物的迁移转化规律1. 迁移规律：环境污染物在环境介质中的迁移受到多种因素的影响，包括地表水流、大气扩散、土壤渗透等。
不同环境介质的物理、化学特性对于污染物的迁移速度和路径起到决定性作用。
2. 转化规律：环境污染物在迁移过程中会发生一系列的物理、化学和生物转化，包括降解、吸附、挥发、溶解等。
这些转化过程会影响污染物的迁移路径和浓度，进而对生态系统产生影响。
二、影响因素分析1. 环境介质特性：地表水、土壤和大气等介质具有不同的物理、化学和生物性质。
地表水的流速和流向、土壤的孔隙结构和含水量、大气的风向和风速等因素会对污染物的迁移具有直接影响。
2. 污染物特性：不同的环境污染物具有不同的化学结构和稳定性，这决定了它们在环境介质中的行为。
一些有机污染物具有较高的挥发性和亲脂性，容易通过大气和水体传播，而无机污染物的行为则更加复杂。
3. 生态系统特性：生态系统中的生物活动、微生物群落和植被覆盖等因素也会对污染物迁移转化规律产生影响。
生物降解和生物吸附等生物过程对环境污染物的去除具有重要作用。
三、综合调控策略1. 源头治理：加强工业、农业和城市废水的治理，减少环境污染物的排放量。
采用先进的污染物处理技术，如膜分离、活性炭吸附等，可以有效降低污染物产生和排放。
2. 介质调控：有效管理和保护地表水、土壤和大气等介质，以减少环境污染物的累积和扩散。
优化农田水利设施，控制土壤侵蚀，避免农药和化肥的渗漏。
加强空气质量监测和大气污染物的治理，以减少污染物对环境的影响。
3. 转化调控：针对不同污染物的特点，开展转化调控措施。
对于有机污染物，可以利用生物降解、光催化等技术进行处理；对于重金属和无机污染物，可以采用吸附、沉淀等技术进行去除。
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。
影响污染物生物降解的因素[1]
![影响污染物生物降解的因素[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/1b6557260812a21614791711cc7931b765ce7b48.png)
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。
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。
生物对污染物与毒素的降解与解毒机制
重金属解毒
如汞、铅等重金属，动物可通过形成金属硫 蛋白等结合物，降低其在体内的毒性。
有机污染物解毒
如多氯联苯等有机污染物，动物可通过肝脏中的细 胞色素P450酶系进行代谢，将其转化为低毒或无毒 物质。
药物解毒
动物在摄入药物后，可通过代谢和排泄等方 式将药物及其代谢产物排出体外，避免药物 在体内积累导致中毒。
动物解毒的应用前景
环境污染治理
利用动物的解毒机制，开发 生物修复技术，用于治理环 境污染，如重金属污染、有 机污染等。
医学应用
研究动物的解毒机制，可为 医学领域提供新的治疗思路 和方法，如针对药物中毒、 重金属中毒等的治疗。
食品安全
通过了解动物的解毒机制， 可以评估食品中污染物的风 险，并制定相应的食品安全 措施。
生物监测技术
01
生物指示物
利用生物体对污染物的敏感反应，指示环境中污染物的存在和程度。例
如，利用某些植物或动物作为指示物，监测土壤或水体中的重金属、有
机污染物等。
02
生物标志物
利用生物体内特定化学物质的变化，反映环境中污染物的暴露和效应。
例如，通过分析人体血液或尿液中的特定化学物质，评估人体对污染物
代谢解毒
动物体内通过一系列生物化学反应，将有毒物质转化为无毒或低毒物质。这些反应包括 氧化、还原、水解、结合等，主要由肝脏完成。
排泄解毒
动物将吸收到体内的有毒物质，通过排泄系统（如肾脏、肠道、皮肤等）排出体外，达 到解毒的目的。
蓄积与分布
某些有毒物质在动物体内可被蓄积于特定组织或器官中，从而降低其在其他组织中的浓 度，减少对机体的危害。
吸收作用
植物通过根系吸收土壤或水体中的污染物，将其转运至地上部分 。
微生物对污染物的降解和转化
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一、有机污染物的降解途径
第一节 有机污染物的生物降解
（具有紫外线吸收峰的化合物）
光降解（光解作用）
（由于温度、氧气、pH、金属离子等发生化学降解或转化）
化学降解
（通过动物、植物和微生物的代谢活动来分解各种有机物） 自然界化学物质的降解主要通过上述三种途径交叉进行，其中与微生物降解作用的关系最大。
二、微生物的生物化学转化作用
乙酰化作用 氨基转化为酰胺 NH2 ―NH-CO-CH3
01
微生物的生物化学转化作用
02
小结：以上各种微生物的化学作用，实质上是微生物代谢过程中的酶反应！（在化学条件下也能够发生上述反应，但是条件苛刻，经常是高温、高压等，但是酶的反应一般在常温常压下进行。）
反应条件温和：常温、常压、中性。
酶的化学本质
酶的蛋白质本质 所有的酶都是蛋白质。有的是简单蛋白质，有的是结合蛋白质。 酶同其他蛋白质一样，由氨基酸组成。 不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才能称为酶
结合蛋白质酶（结合非蛋白组分后才表现出酶的活性）
4
酶蛋白结合非蛋白组分后形成的复合物称“全酶”，全酶=酶蛋白+辅助因子。
敏感性：对环境条件极为敏感，酶容易失活
酶活力的调节控制：如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。调整的本质是酶的活性中心的改变（有或无、优或劣）
酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关，有些酶是复合蛋白质，其中的小分子物质(辅酶、辅基及金属离子)与酶的催化活性密切相关。若将它们除去，酶就失去活性。
二、微生物的生物化学转化作用
微生物降解有机污染物的机制研究
微生物降解有机污染物的机制研究有机污染物污染水体、土壤、空气等环境，对人类健康和自然生态环境造成了严重威胁。
因此，降解有机污染物成为了当前环境保护和生态修复的热点问题之一。
微生物降解是一种重要的环境友好型污染物处理技术，广泛研究和应用的生化反应机理是微生物利用有机物为能源和有机质的方式，并把它们分解转化为无机物、水和二氧化碳的过程。
微生物降解有机污染物的机制受到了广泛关注，具有重要的环境意义。
一、微生物降解有机污染物的分类有机污染物是包括多种毒性化合物的广泛的组合，通常分为以下四大类：1. 酚类。
苯酚、溴酚、氯酚、甲基酚等。
2. 烃类。
石油类、芳香族化合物、环芳烃类、多环芳烃类等。
3. 醛类与酮类。
戊酮、甲醛、乙醛等。
4. 氯化物类。
氯甲烷、氯乙烷、氯丙烷等。
二、微生物降解有机污染物的机理微生物降解有机污染物的机理主要有以下几个环节。
1. 吸附阶段。
微生物细胞壁可吸附并浓缩有机污染物。
2. 分解阶段。
由微生物细胞外产生的酶在有机物表面上逐渐分解。
3. 吸收阶段。
分解后的产物继续在细胞膜上吸收和分解，来满足细胞生长的能量需求。
4. 呼吸阶段。
微生物将分解后的产物与氧气共同通过细胞质膜上的电子传递链，产生生物能量，完成有机物的分解。
与此同时，微生物降解有机污染物的机理还与环境因素有密切关系，包括温度、pH、营养物质等。
有机污染物的种类和浓度也会对微生物降解产生重要影响。
三、微生物降解有机污染物的微生物种类在微生物降解有机污染物的过程中，有机物所需要的能力迥不相同。
这导致了有机物需求的微生物种类也存在差异。
1. 烃类有机污染物的降解可由细菌、真菌、蓝藻、浮游植物、原生动物等微生物完成。
2. 酚类有机污染物的降解主要依赖于大肠杆菌、绿藻、硫酸盐还原类细菌和多种细菌的联合降解。
3. 醛类与酮类的降解普遍由细菌进行，其中属于可产丙酮酸轮回途径的酸性菌和产乙酸菌是醛类溶解的具有良好的基础菌群。
4. 氯化物有机污染物的消除主要依靠具有脱氯功能的细菌和还原键代谢菌，包括铁还原菌，硫酸盐还原菌等。
有机污染物的降解
影响生物降解的因素生物降解有机化合物的难易程度首先决定于生物本身的特性，同时也与有机物结构特征有关。
结构简单的有机物一般先降解，结构复杂的一般后降解。
具体情况如下：①脂肪族和环状化合物较芳香化合物容易被生物降解。
②不饱和脂肪族化合物(如丙烯基和羰基化合物)一般是可降解的，但有的不饱和脂肪族化合物（如苯代亚乙基化合物）有相对不溶性，会影响它的生物降解程度。
有机化合物主要分子链上除碳元素外还有其他元素（如醚类、饱和对氧氮乷和叔胺等），就会增强对生物降解作用的抵抗力。
③有机化合物分子量的大小对生物降解能力有重要的影响。
聚合物和复合物的分子能抵抗生物降解，主要因为微生物所必需的酶不能靠近并破坏化合物分子内部敏感的反应键。
④具有被取代基团的有机化合物，其异构体的多样性可能影响生物的降解能力。
如伯醇、仲醇非常容易被生物降解，而叔醇则能抵抗生物降解。
⑤增加或去除某一功能团会影响有机化合物的生物降解程度。
例如羟基或胺基团取代到苯环上，新形成的化合物比原来的化合物容易被生物降解，而卤代作用能抵抗生物降解。
很多种有机化合物在低浓度时完全能被生物降解；而在高浓度时，生物的活动会受到毒性的抑制，酚便是一例。
有机污染物降解污染物的降解过程及降解系数污染物进入水体后，立即受到水体的平流输移、纵向离散和横向混合作用，同时与水体发生物理、化学和生物生化作用，使水体中污染物浓度逐渐降低，水质逐渐好转，这就是污染物在水体中的稀释降解过程。
在这一过程中，大多数有毒污染物经过各种物理、化学和生物作用转化为低毒或无毒的化合物；一些不稳定的污染物转变为稳定的化合物；重金属等污染物随着吸附作用而逐渐沉淀，进入底泥；而一些复杂的有机物，逐步氧化分解为较简单的化合物。
污染物的稀释降解过程是连续不断的，其浓度呈逐渐下降趋势，并且在整个自净过程中，初期水体中的溶解氧会因参加反应急剧下降，而随着自净过程的进行，水中的溶解氧在降低到一定程度后，缓缓上升，恢复到原有水平。
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。
有机污染物的微生物降解
3 、降解菌的富集和筛选
将采集的水样1 cm3接种于柴油的体积分数为 1 %(v／v)的100 cm3 MMC中．在28℃ ，200 r／ min的摇床培养4～5 d后从培养液中取出1 cm3。 转入100 cm3新鲜培养基中．如此富集8次后将最 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．
2.氯丹又称氯化茚，主要用于防治地下害虫、白 蚁和卫生害虫，可使人致癌 3.狄氏剂 用于防治蚊、 蝇、白蚁、蝗虫以及地下害虫、棉花害虫、森林害虫， 可引起人肝功能障碍、致癌 4.异狄氏剂 用于防治棉 花害虫、水稻害虫、甘蔗害虫、鼠类，可妨碍人发育、 致癌 5.七氯 又称七氯化茚，农业上用于防治地下害 虫及卫生害虫，可影响人的生殖器官、致癌 6.灭蚁灵 用于防治棉象鼻虫和害虫、蝇、蟑螂，可使人致癌 7. 毒杀芬 又称氯化茨烯，用于防治棉花害虫、地下害虫、 蝇、蟑螂，可使人致癌 8.滴滴涕 又称二二三，农业、 林业、粮食卫生等行业用来防治害虫，影响人的肝脏、 致癌。
2、大气中的有机化合物，有的是以气态存在，有的 形成气溶胶或吸附在颗粒物上。有些有机物在日照下 能与大气中存在的物质如氧化剂和自由基等作用发生 光化学反应。 例如洛杉矶光化学烟雾事件，就是由于大气中有 一定数量的烃类、二氧化氮 (NO2)等经阳光照射产生 一系列光化学反应而造成的。 大气中的有机物也可随 着颗粒物的沉降或降水的淋洗而进入土壤或水体的底 泥中。
④具有被取代基团的有机化合物，其异构体的 多样性可能影响生物的降解能力。如伯醇、仲醇非 常容易被生物降解，而叔醇则能抵抗生物降解。 ⑤增加或去除某一功能团会影响有机化合物的 生物降解程度。例如羟基或胺基团取代到苯环上， 新形成的化合物比原来的化合物容易被生物降解， 而卤代作用能抵抗生物降解。 很多种有机化合物在低浓度时完全能被生物 降解；而在高浓度时，生物的活动会受到毒性的抑 制，酚便是一例。
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）
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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
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
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
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
混合菌更具价值
• 2. 单一微生物容易产生有毒的末端产物
•
•
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
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
•
•
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
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
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
•
•
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
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
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
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
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
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
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
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