第十章微生物对污染物的分解与转化作用
第十章微生物对污染物分解与转化作用
有机酸、醇 + 微生物
CO2、NH3、H2S、PO34 等 + 能量
CO2、CH4 + 能量
产酸细菌的作用
甲烷细菌的作用
有机物的厌氧分解
10
第一节 微生物对有机物的分解作用
厌氧分解（降解）的三阶段、四类群过程
有机物 Ⅰ 发酵性细菌 脂肪酸（丙酸、丁酸、乳酸等）、醇类
Ⅱ 产氢产乙酸细菌
乙酸
Ⅳ
同型产乙 酸细菌
生物分解类型
生物去除 （Bioelimination）
初级分解（Primary biodegradation）
环境可接收的分解 （Environmentally acceptable biodegradation） 完全分解(矿化) （Ultimate biodegradation）
特点
分解对象有机物的 分析方法
毒性达到环境安全要求的程度。
官能团分析
毒性测试
有机化合物被分解成稳定无机物（CO2、H2O 总有机碳分析
等）的分解
产生的CO2分5 析
第一节 微生物对有机物的分解作用
根据分解 条件分类
好氧分解：在好氧条件下进行的分解 厌氧分解：在厌氧条件下进行的分解
好氧呼吸 厌氧呼吸 发酵
微生 物的 分类
• 好氧微生物（aerobe）：只能在有氧条件下生 长，没有氧气无法生存
臭味物质
S—— H2S
P—— PO43
低级脂肪酸也有臭味 12
第一节 微生物对有机物的分解作用
好氧分解与厌氧分解的比较
• 好氧降解的有机物降解速率快、彻底； • 能量利用率高； • 菌体转化率高（合成系数大）、合成速率快
产生差别的主要原因：能量代谢水平（利用程度）不同
教案10 微生物对有机物的分解作用
一、微生物对有机物的分解作用（3） 有机物的厌氧生物分解
3.厌氧分解影响因素
(五)营养与C/N比。与好氧法相比，厌氧处理对污水中N、P要求较 低。有资料报导，只要达到COD:N:P=800：5：1即可以满足厌氧处理的 营养要求。但一般来讲，要求C/N比达到（10～20）：1为宜。如太高则 细胞含氮量不足，消化液的缓冲能力低，pH容易降低，若太低，氮量过 高，pH可能上升，铵盐容易积累，会抑制厌氧过程 。 （六）有毒物质。重金属能使酶变性以及其与氢氧化物的絮凝作 用亦能使酶沉淀；H2S的毒害作用：脱硫弧菌会优先还原SO42-和SO32-， 产生H2S ，形成与产甲烷菌对基质的竞争， H2S 对产甲烷菌的毒害作 用更进一步影响系统的正常工作；氨的毒害作用：当有机酸积累时，pH 降低，此时NH3转变为NH4+，当浓度超过150mg/L时，消化受抑制。
<0.1
<0.3
差
一、微生物对有机物的分解作用（3） 有机物的厌氧生物分解
2.厌氧分解机理
合成
细胞物质
两段理论
有机物++微生 物 （COHNSP）
氧化（呼吸）
细胞物质 有机酸、醇 CO2、H2O、NH3 SO42-、PO43-+能量
+微生物
CO2、CH4 + 能量
产酸细菌的作用
甲烷细菌的作用
一、微生物对有机物的分解作用（3） 有机物的厌氧生物分解
（1）有机物的氧化
一般可表示：细菌C5H7NO2；真菌C10H17NO6 ；藻类C5H8NO2；原生动物C7H14NO3
1 1 1 CxHyOz ( x y z )O2 xCO2 yH 2O 能量 4 2 2
ny n z 5)O 2 4 2 1 C5 H 7 NO2 +(nx-5)CO2 + ( ny 4)H 2O 能量 2 n(CxHyOz ) NH 3 (nx
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。
微生物对环境污染物降解的作用与机制
微生物对环境污染物降解的作用与机制近年来，随着环境污染问题日益严重，寻找有效的污染物降解方法成为了一项紧迫的任务。
在这些寻找过程中，微生物降解技术得到了广泛的关注。
微生物具有独特的降解能力和机制，能够有效地降解各种有机和无机污染物。
本文将重点探讨微生物在环境污染物降解中的作用与机制。
一、微生物在有机污染物降解中的作用与机制有机污染物是目前环境中的主要污染源之一，如石油烃类、农药、有机溶剂等。
微生物在有机污染物降解中发挥着不可替代的作用。
首先，微生物能够利用有机污染物作为能源和碳源，通过代谢途径将其分解为无害物质。
其次，微生物具有多样的降解酶系统，如氧化酶、脱氢酶等，能够有效地催化有机污染物的降解反应。
此外，微生物还能够通过生物合成新的酶和代谢产物，进一步促进有机污染物的降解过程。
以石油烃类为例，微生物降解是其最主要的自然去除方式之一。
石油烃类污染物可以被微生物降解为二氧化碳和水，并释放出能量以供微生物生长。
这一过程主要依赖于微生物产生的酶系统，如脱氢酶和氧化酶等，能够将石油烃类分解为更小的分子，并最终降解为无害物质。
同时，微生物还能够通过生物膜等特殊结构的形成，在抑制外界影响下，提高降解效率。
二、微生物在无机污染物降解中的作用与机制除了有机污染物，无机污染物（如重金属离子、氮、磷等）也给环境带来了严重的污染。
微生物在无机污染物的降解中同样发挥着重要作用。
首先，部分微生物能够利用无机污染物为能源，并将其还原为无害的形态。
其次，微生物能够通过螯合、沉淀等作用，将无机污染物从环境中去除。
此外，微生物还能够通过菌体表面的吸附作用，将无机污染物固定在细胞表面，从而达到去除的目的。
以重金属离子为例，微生物降解是目前重金属污染修复技术中的重要手段之一。
一些特殊的微生物具有对重金属离子高度选择性的吸附能力，在根际微生物和土壤微生物的共生作用下，可以有效地抑制重金属离子的固溶转化并减少其毒性。
此外，一些微生物还具有还原重金属离子的能力，通过还原反应将重金属离子转化为不溶于水的沉淀物。
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。
微生物在环境中的分解和转化作用
微生物在环境中的分解和转化作用简介：微生物是一类微小的生物体，包括细菌、真菌、原生动物和病毒等。
在自然界中，微生物扮演着非常重要的角色，尤其是在环境中的分解和转化作用上。
本文将探讨微生物在环境中的分解和转化作用，包括其对土壤、水体和空气中的有机物质的分解，以及有害物质的转化和降解。
1. 微生物对土壤中有机物质的分解作用土壤是生物活动的重要场所，其中包含大量的有机物质。
微生物通过分解有机物质，将其转化为更简单的化合物，供植物吸收和利用。
这种分解作用主要是由细菌和真菌完成的。
细菌通过分泌酶类物质，将有机物质降解为小分子的有机物和无机物。
例如，硝化细菌可以将土壤中的氨氮转化为硝酸盐，供植物吸收和利用。
而腐殖质降解细菌则能将有机质转化为可供植物利用的无机物。
真菌则通过分泌酶类物质，将有机物质分解为低分子量化合物，如果糖、葡萄糖等，供自身生长和繁殖使用。
同时，真菌也能将有机物质分解为二氧化碳和水，释放到土壤中。
2. 微生物对水体中有机物质的分解作用水体是它们生存和繁殖的重要场所，但水体中的有机物质也是微生物活动的主要来源。
微生物通过对水体中的有机物质的分解作用，使其转化为无机物，进一步影响水体的质量与生态系统。
细菌和真菌同样扮演了关键的角色。
细菌通过对有机物质的分解，将其转化为碳酸盐、氨氮等无机物质，进一步影响水体中的生态环境。
真菌则分泌酶类物质，将有机物质分解为低分子量化合物，其中一些还能作为浮游生物的食物来源。
此外，微生物在水体中的分解作用还有助于维持水体的营养循环。
细菌通过分解植物和动物的遗体，将有机物质转化为无机物质，进一步为水中的生物提供养分。
3. 微生物对空气中有机物质的分解作用尽管空气中有机物质的含量较低，但微生物在其中的作用同样不可忽视。
微生物通过空气中的悬浮颗粒和微粒，吸附和附着微生物，并利用其中的有机物质进行生长和繁殖。
细菌能够分解空气中的有机物质，将其转化为二氧化碳和水。
此外，微生物还可以利用颗粒物质中的有机物质进行代谢，如异养细菌通过分解硫化氢等有机物质，进一步转化为无机物质。
微生物对污染物的降解和转化
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。
微生物对环境污染的降解作用
微生物对环境污染的降解作用随着工业化和城市化的快速发展，环境污染日益严重，给人类生活和生态环境带来了巨大的威胁。
为了减轻环境污染对人类的危害，人们不断探索和研究各种能够降解污染物的方法。
而微生物因其具有高效降解污染物的能力而备受关注。
本文将介绍微生物对环境污染的降解作用，并探讨其在环境保护中的潜力和应用前景。
在自然界中，微生物是一类能够在无机物和有机物转化过程中发挥重要作用的生物体。
它们能够通过吸附、吸收、吸附、降解等过程，将有毒有害物质转化成无毒无害的物质，并进一步分解和利用。
这种微生物的降解作用对减轻环境污染具有重要意义。
首先，微生物在地下水和土壤中的降解作用是非常显著的。
例如，石油和石油制品是常见的水和土壤污染源。
然而，利用微生物降解石油和石油类物质可以有效地减少污染。
研究表明，一些微生物可以利用石油为碳源，通过产生酶来分解石油中的碳氢化合物。
这些酶具有高度专一性和高效降解能力，可以将石油分子分解成较小的碳骨架，从而实现对石油的降解。
除了石油，微生物也能够降解其他有机化合物，如农药、有机溶剂和重金属等，这对于减轻土壤和地下水的污染有着重要的意义。
其次，微生物在水体中的降解作用也十分重要。
水体污染的主要来源包括工业废水、农业面源污染和城市污水处理效果不佳等。
这些污染物会对水生生物和水环境造成严重损害。
然而，通过利用微生物的降解作用，可以将这些污染物快速转化成无害物质。
例如，一些微生物能够降解有机废水中的有毒有机物质，如苯、酚、甲苯等。
研究发现，这些微生物能够分解这些有机物质，产生二氧化碳和水等无毒化合物，从而修复受污染的水体。
此外，微生物在空气中的降解作用也不容忽视。
空气中的污染造成了大气环境的恶化，给人类健康和气候带来了负面影响。
然而，通过利用微生物降解空气中的污染物，可以有效减少空气污染。
微生物降解空气污染物的机制多种多样，包括氧化、还原、吸附、挥发等。
研究表明，一些微生物能够降解有机化合物、硫化物和氮化物，从而减少空气污染物的浓度。
微生物对污染物的分解与转化ppt课件
l第一节 氧循环 l第二节 碳循环 l第三节 氮循环 l第四节 硫循环 l第五节 磷循环 l第六节 铁、锰循环
第一节氧循环
大气中氧含量丰富，占空气21%。人和动物呼吸、微生物 分解有机物都需要氧。
人、动物和 微生物呼吸
植物及藻类 光合作用
第二节碳循环
主要含碳的物质：二氧化碳、碳水化合物、脂肪、蛋白质等
木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连 的作用。
在自然界中 ，木质素的储量仅次于纤维素 ，而且每年都 以500 亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出 大约 1.4 亿吨纤维素 ，同时得到 5000万吨左右的木质素副产 品,但迄今为止 ，超过95 %的木质素仍以“黑液”直接排入江河 或浓缩后烧掉 ，很少得到有效利用。
1moL FADH2经呼吸链氧化产生
2 molATP
1moL NADH2经呼吸链氧化产生
3molATP
开始激活硬脂酸消耗
- 1molATP
总的ATP=16+17×7+12=147molATP
16molATP
六、木质素的转化
木质素是由四种醇单体(对香豆醇、松柏醇、 5-羟基松 柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物。
(2)许多放线菌能够分解纤维素。土壤放线菌有 2.0%~4.4% 能分解纤维素，其中包括白色链霉菌、灰色链霉菌、红色链霉 菌等。放线菌的纤维素分解能力较弱，不及细菌和真菌。
三、果胶质的转化
果胶质是构成高等植物细胞质的物质并使相邻近的细 胞壁相连。天然的果胶质又称为原果胶。天然果胶质的主 要组成是由D-半乳糖醛酸以d- 1.4糖苷键相连形成的直链高 分子化合物，其中大部分羧基已形成甲基酯，而不含甲基 酯的称为果胶酸。
微生物对污染物的分解与转化演示文稿
解”或“生物降解”。 有机物的生物分解是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 无机物的过程。 污水中有机污染物的生物分解过程见下图。
第3页，共67页。
第一节 微生物对有机物的分解作用
的来源，多余的即排泄到环境中。
第41页，共67页。
第四节 典型含氮有机物质的生物分解
能分解蛋白质和氨基酸的微生物有： 氨化细菌（占主导作用） 好氧细菌如荧光假单胞菌、灵杆菌等。 兼性厌氧细菌如变形杆菌等。 厌氧细菌有腐败梭菌等。 霉菌有曲霉、毛霉、木霉、链霉菌等。
第42页，共67页。
第四节 典型含氮有机物质的生物分解
共代谢作用的机理有待于继续研究。
第20页，共67页。
第二节 有机物的生物可分解性
三、污水中有机物的生物分解性评价 污水中混合有机污染物可生物降解性评价方法主要有： BOD5/CODCr比值法、瓦氏呼吸仪测量法、BOD5和TOC
的比值等。
常用的简单易行的方法是BOD5/CODCr比值法。一般认 为：
微生物的共代谢作用举例： 直肠梭菌在有蛋白胨类物质存在时，才能降解丙体六六
六。
链霉菌需节杆菌的协同作用，才能降解二嗪农(农药）。
（两种微生物共代谢二嗪农）
第19页，共67页。
第二节 有机物的生物可分解性
在实践中，已有某些难降解的有机物，经 合适的微生物的一系列共代谢作用而彻底 降解。因此，共代谢在难生物降解化合物 的降解转化中将起重要的作用。
第21页，共67页。
第二节 有机物的生物可分解性
✓ BOD5/CODCr比值大于0.4~0.6(0.45)， 该废水可生化性较好。
微生物对污染物的分解作用
就活性污泥而言，可用其挥发部分代表微生物，曝气 池内挥发性污泥量可作为X代入式中，池中所增加的 微生物细胞的量可假定大致等于所排放的剩余污泥挥 发性部分的量。
有机物生物氧化所需要的氧气量=微生物生长活 动需要的氧气+自身氧化过程中所需要的氧气
O2 a'S b' X
甘油的转化：
脂肪酸的β氧化：
奇数碳原子的 脂肪酸β氧化， 产物除了乙酰 辅酶A外，还 有丙酸。
能量的计算：
18C硬脂酸完全氧化可产生大量能量。1mol硬脂酰辅酶A 每经一次β氧化作用，产生1mol乙酰辅酶A，1mol FADH2， 以及1mol NADH2。
1moL乙酰辅酶A经TCA循环氧化产生 1moL FADH2经呼吸链氧化产生 1moL NADH2经呼吸链氧化产生 开始激活硬脂酸消耗
氧化烷烃的微生物有甲烷假单胞菌，分枝杆菌；头孢霉、 青霉能氧化甲烷、乙烷和丙烷。
2、芳香烃化合物的转化
苯和酚的分解菌有荧光假单胞菌、铜绿色假单胞菌及苯杆菌。 菲杆菌、菲芽孢杆菌巴库变种、菲芽孢杆菌古里变种能分解菲。
荧光假单胞菌、小球菌以大肠埃希氏菌能分解苯并芘
第四节 含氮有机物的生物分解
自然界氮素含量丰富，存在的形式有3种： 1、分子氮（占大气78%） 2、有机氮化合物 3、无机氮化合物（氨氮和硝酸氮）
蛋白质
肽
氨基酸
2、氨基酸转化
（1）氧化脱氮
丙氨酸
1 2
O2
丙酮酸
NH3
TCA
（2）还原脱氮
甘氨酸 2H 梭状芽孢杆菌 乙酸 NH3
（3）水解脱氮
丙氨酸 H2O 乳酸 NH3
（4）减饱和脱氨
微生物的代谢产物与环境污染
氧气和二氧化碳浓度
pH值：最适pH值为3
光强度：较低时有利于产毒
1.6 预防措施
预防霉菌污染为根本措施：⑴降低温度；⑵降低粮食水分；⑶通风干燥，控制环境湿度；⑷减少氧气含量；⑸培育抗霉新品种。
去毒措施：⑴挑选霉粒；⑵碾压水洗米糠中的毒素；⑶含毒的油可用碱精炼去毒；⑷含毒的液体用活性炭吸附去毒；
第十章 微生物的代谢产物与环境污染
目的：了解各种微生物所产毒素的毒性及其相关症状，尤其是黄曲霉毒素的分类和蓝细菌释放毒素的规律。
第一节 微生物的毒素及其污染
微生物毒素是微生物的次生代谢产物，是一类具有活性、在低剂量时就对其他生物产生毒性的化合物。
细菌、放线菌、真菌和藻类均可产生毒素。
我国的标准
玉米、花生、花生油、坚果和干果(核桃、杏仁) ≤ 20 μg/kg；
大米、其他食用油(香油、菜籽油、大豆油、葵花油、胡麻油、茶油、麻油、玉米胚芽油、米糠油、棉籽油) ≤ 10μg/kg；
其他粮食(麦类、面粉、薯干)、发酵食品(酱油、食用醋、豆豉、腐乳制品)、淀粉类制品(糕点、饼干、面包、裱花蛋糕) ≤ 5μg/kg
膳食中的亚硝酸盐不会对人体健康造成危害，只有过量摄入亚硝酸盐，体内又缺乏维生素C的情况下，才会对人体引起危害。
3.NO2和NO：
NO2损害肺，NO损害血红蛋白和神经中枢。
4.羟胺：潜在的致突变物。
5.亚硝胺类：前体是亚硝酸盐和胺类。致癌、致畸变、致突变。
在咸鱼、腊肉及腌制蔬菜中有亚硝胺产生。
1.氨气：污染空气，水体中的氨气转化成硝态氮和铵态氮，加剧水体富营养化。
2.硝酸盐和亚硝酸盐
第十章-微生物对环境污染物的降解和转化
NaSO3
CH3 | C CH2
| CH3
ABS
CH3 |
CH3 |
CHCH2 C CH3
|
CH3 3
甲基分支干扰生物降解,链末端与4个碳原子相连的抗攻 击的能力更强。
15
• 危害:ABS可以在天然水体中存留800h以上,使这得接纳 他的水体长时间保持，产生大量泡沫，引起水体缺氧。
• 为使洗涤剂易于生物降解，人们将ABS的结构改变为线 性的直链烷基苯磺酸盐（LAS）：
CH3
CH3
CH3
N NaaSS OO 3 3
| C
CH2 CH|C（ HCC HH 2 2） C| 9
CC H3 H3
|
|
|
• 由于减少了分支,它的C生H3物AB分SC 解H 速3 度大为3提C 高H。3
16
A．降解洗涤剂的微生物
11
３影响石油降解的因素(p182)
• 石油烃的种类和组成 • 环境因素（溶解度、物理状态（油水界
面）、温度、氧气、养料）
12
（三）农药
• 如杀虫剂、除草剂等 • 化学成分:有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其它
取代物的简单烃骨架（有机磷、有机锡、有机氯等）。
• 相比较其它取代基团而言,微生物对卤素取代基往往不适应，因而 随着卤素取代基数量的增多，农药的生物可降解性大幅度下降。
引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动 物，数目之多令人触目惊心。 • （3）.影响景观
• 目前发现能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解 速度缓慢。他们主要是细菌、放线菌、曲霉中的某些 成员。
19
* 如何制造完全生物可降解塑料 ？有哪些种类？发展前景如何？
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。
环境工程 第十章 微生物在环境工程中的应用
• 有机无毒类：碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有机 物，它们容易降解为无机物。
• 有机有毒类：多属于人工合成的有机物如农药、杀虫剂、合 成洗涤剂、合成染料等。它们不易被生物降解。通常是致癌、 致畸、致突变物。
受氢体 O2、CO2、SO42－、NO3－等
分解
能量 ＋ 代谢产物 CO2、H2O、SO42－、 NO3－、NH4＋、 PO43－、H2S、CH4、
热能 有机酸、醇等 排水
排出 不可降解
残留物
图10－2 污水处理中的生化过程
(一)、好氧性生物处理
1. 在反应槽中供給氧气，使废水中的有机物(如碳水化合 物、蛋白質、脂肪等)被好氧性微生物分解成穩定物質 的方法。
2. 在厌氧状态下，有机物的稳定化是由酸性生成菌及甲烷菌
分二阶段完成。
3. 反应式： 有機物 + 結合氧 (如NO3- , SO42-)
酸性生成菌
酸菌細胞 + 有機酸 + CO2 + H2O + NH3 + H2 H2S + CH4 + CO2 + 甲烷菌細胞 甲烷菌
4. 例如：厌氧接触法、厌氧滤床、厌氧流动床等属于厌氧性 处理。
按废水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的 混合方式活性污泥法主要有两大运行方式：推 流式和完全混合式。
• 推流式 –推流式活性污泥曝气池有若干个狭长的流槽， 废水从一端进入，另一端流出。随水流的过 程，底物降解，微生物增长；从池首端到尾 端，混合液内影响活性污泥净化功能的各种 因素，如F/M值、微生物的组成和数量、基 质的组成和数量等都在连续地变化，有机物 降解速率、耗氧速率也连续变化。
微生物对水生态系统污染物的转化作用
微生物对水生态系统污染物的转化作用水是人类生活中最基本的需求之一，同时也是一个广阔的生态系统，包含众多的生物种类和独特的自然环境。
但是，随着现代工业和城市化的迅速发展，水生态系统的污染问题成为一个严重的问题。
许多工业和城市废水中含有大量的有机物，这些有机物会导致水生态系统的污染。
然而，微生物是生态系统的一个重要组成部分，也是水生态系统中的一种极其重要的生物，它们对于水生态系统中的污染物质转化起着至关重要的作用。
微生物可以利用各种有机物作为能源来生存和繁殖，包括废水中的有机物。
水生态系统中的微生物可以分解各种有机物并将其转化为有用的物质。
这个过程通过分解有机物质来释放出能量和营养物。
这样的生化反应是微生物和水生态系统中其他生物生存的基础。
其中，微生物在水生态系统中污染物的转化过程中起着至关重要的作用。
微生物在水生态系统中的功能是多种多样的。
例如，一些微生物可以将有机物质转化为更简单的物质，如二氧化碳和水，并释放出能量。
这个过程被称为氧化反应，它是一个能量释放的过程。
另一方面，一些微生物可以将有机物质还原为更复杂的物质。
还原反应与氧化反应正好相反，它需要能源来推动。
无论是氧化还是还原反应，都需要微生物的参与。
微生物在水生态系统中的一种典型的转化作用就是有机质的分解。
这个过程被称为腐解过程。
水生态系统中的各种微生物可将几乎所有有机物质转换为水和二氧化碳。
这个反应过程释放出大量的热量和能量，这样有机物质就能被利用。
此外，微生物能够将有机物质转化为各种形式，包括氨、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐和硫酸盐等。
这些形式是其他微生物的能源来源。
微生物对水生态系统中的污染物的转化作用还可以进一步分为两类，一类是通过生物吸附和生物降解来减少污染物的浓度，另一类是通过将有机污染物转化为无害物质来消除其毒性。
对于水生态系统中的氮、磷和硫等有机污染物质，微生物的转化能力尤为重要。
氮是水生态系统中的一个重要元素，同时也是废水中常见的有机污染物之一。
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3）浓度低，不能维持生命代谢。
22
第二节 有机物的生物分解性
（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 • 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。
23
第二节 有机物的生物分解性
（四）微生物间的相互作用 1. 协同作用（互生关系） 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 分解有毒产物 2. 抑制作用（拮抗）：分解产物抑制其他微生物 3. 捕食作用
8
第一节 微生物对有机物的分解作用
三、 有机物的厌氧生物分解
厌氧分解的基本过程：
消化（与好氧分解基本一样）、厌氧呼吸、发酵
第一节 微生物对有机物的分解作用
细胞物质 有机物+微生物 细胞物质
有机酸、醇 + 微生物 3 CO2、NH3、H2S、PO4 等 + 能量
CO2、CH4 + 能量
产酸细菌的作用
• BOD5/DOC比值预测污水可生物处理性的参考标准
BOD5/DOC>1.2 可生物处理性好 0.3<BOD5 /DOC<1.2 含有难生物分解的有机物，较难生物处理
BOD5/DOC<0.3
有机污染物的生物分解性差，难以生物处理
29
第三节 不含氮有机物质的生物分解
一、纤维素、半纤维素、木质素的生物分解 二、淀粉的生物分解 三、脂肪的生物分解 四、芳香族化合物的生物分解 五、烃类化合物的生物分解 六、合成洗涤剂的生物分解
O R－C－OH
ROH RH ROCH3 RNH2 O
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 R－CN
R－C－NH2
26
第二节 有机物的生物分解性
去毒作用
钝化产物
CO2 代谢产物
25
在毒理学上：活性物质无活性物质
第二节 有机物的生物分解性
去毒作用机制： O 1) 水解作用（hudrolysis ） R－C－O－R’
2) 羟基化作用（hyolroxylation） 3) 脱卤作用（dehalogenation） 4) 甲基化（methylation） RH RCl ROH RNO2
5
初级分解（Primary biodegradation） 环境可接收的分解 （Environmentally acceptable biodegradation） 完全分解(矿化) （Ultimate biodegradation）
有机化合物被分解成稳定无机物（CO2、H2O 等）的分解
第一节 微生物对有机物的分解作用
16
第二节 有机物的生物分解性
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 分解性 不良 良好 在环境中易 生物分解
本质性生物分解试验
分解性 良好
不良
在环境中难 生物分解
17
生物分解模拟试验
第二节 有机物的生物分解性
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）
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。
一、有机物的生物分解性评价方法
有机物生物分解性（亦称：生物降解性）评价的意义？ 如何确定有机物生物分解性评价的实验条件？
易生物分解试验 生物分解潜能试验 本质性生物分解试验
生物分解 性试验
生物分解模拟试验
污水生物处理系统试验（好氧、厌氧）
河流、湖泊模拟试验 河口模拟试验 海洋模拟试验 土壤模拟试验
15
28
第二节 有机物的生物分解性
（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，难生物处理
微 生 物
化学能(污染物等)、光能 受 氢 体 O2、CO2、SO42-、NO3-等
生 物 不 可 降 解 残 留 物
CO2、H2O、 NH4+、 NO2- NO3- 、 SO42-、 PO43-、H2、N2、H2S、 CH4、乙醇、有机酸、 硫醇等简单化合物
热能
随水排出
4
第一节 微生物对有机物的分解作用
30
31
第三节 不含氮有机物质的生物分解
一、纤维素、半纤维素、木质素
2. 激活作用（activation） 形成有毒产物
常见的激活反应
（1）脱卤作用
Cl2C＝CHCl 三氯乙烷
H Cl－C＝CH2 氯乙烯（强致癌物）
（2）亚硝胺的形成（nitroamine formation） R NH＋NO2 R’ （仲胺）
脱烷基
R R’
N－N＝O
（亚硝胺）（致癌、致畸）
R N－R” R’ （叔胺）
二、 有机物的好氧生物分解
好氧分解过程： （1）消化：由胞外酶把大分子分解为可以被细胞吸收的小分子。
（2）小分子的脱氢氧化：产生可进入TCA循环的乙酰－CoA。
（3）乙酰－CoA进入TCA循环和呼吸链被氧化成CO2和H2O
好氧分解的产物：
CO2、 H2O、
有机物CHONSP （NH3＋NO2－＋NO3－） H2SO4 、H3PO4
反硝化
NO
3
27
第二节 有Байду номын сангаас物的生物分解性
（3）环氧化作用（epoxiadation） O －HC＝CH－ HC－CH－ （4）硫醚的氧化 O O
－C－S－C－
（5）甲基化 Hg
－C－S－C－
－C－S－C－
O
CH3Hg+
CH3HgCH3
引自：沈德中：污染环境的生物修复.化工出版社..2001，10
甲烷细菌的作用
有机物的厌氧分解
10
第一节 微生物对有机物的分解作用
厌氧分解（降解）的三阶段、四类群过程
有机物 Ⅰ 发酵性细菌
脂肪酸（丙酸、丁酸、乳酸等）、醇类 Ⅱ 产氢产乙酸细菌
乙酸
Ⅳ 同型产乙 酸细菌
H2＋CO2
Ⅲ 产甲烷细菌 CH4
11
第一节 微生物对有机物的分解作用
三、 有机物的厌氧生物分解
2
第一节 微生物对有机物的分解作用
一、生物分解的一般特点与分类
生物分解的基本规律：
• 有机物经逐步分解后，产生能进入TCA循环或（和） 能作为合成代谢原料的中间代谢产物。
• 逐步分解过程因化合物而异，但后面的分解过程基本
相同。 细胞物质（微生物的生长） 分解产物（小分子有机物、无机物等）
3
生物分解后的去 向（产物）？
厌氧分解的基本过程：
消化（与好氧分解基本一样）、厌氧呼吸、发酵
问题： • 最终产物为什么是甲烷、氨、 硫化氢？ • 厌氧分解的水往往呈黑色， 为什么？
最终产物： C N
有机酸 CH 4、CO2
NH3、RNH 2
有机酸
3 4
臭味物质 低级脂肪酸也有臭味
S—— H 2 S P—— PO
12
第一节 微生物对有机物的分解作用
Cl
18
Cl
第二节 有机物的生物分解性
3）异源基团的位置对生物降解性产生显著影响。 OH OH OH 减慢 Cl 4）甲基分支越多越不易降解 H －CH3 > －C－CH3 > CH3 CH3 －C－CH3
Cl
加速
CH3
19
第二节 有机物的生物分解性
5）脂肪族：分子量越大越不易降解 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
v
v
sz
S
毒性较大的污染物的生物降解需稀释。
抑制浓度
S
21
第二节 有机物的生物分解性
（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）
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；
ATP中高能键贮存的能力：48.1kJ/mol 好氧：48.1×38＝1826.4kJ
厌氧：48.1×2＝96.1kJ
38ATP
2ATP
能量利用率64％
能量利用率43%
13
第二节 有机物的生物分解性
一、有机物的生物分解性评价方法
二、有机物的生物分解性与分子结构的关系 三、值得注意的几个问题
14
第二节 有机物的生物分解性
24
混合能降解 混合能降解快
第二节 有机物的生物分解性
（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。 • 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）。 1. 去毒作用（Detoxication） 有毒物
化学品的生物降解性预测 物理化学性质～生物降解性/QSBR (Quantitative Structure Biodegradability Relationship)