第十章微生物的有机物降解PPT课件
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4、厌氧反应概括如下： • C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2 • N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机
酸（臭味） • S → H2S（臭味） • P → PO43• 水体自净的天然过程中
厌氧分解（开始）→ 好氧分解（后续）
• 二、有机物的好氧生物分解
有机质＋ 微生物＋氧
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• 兼性微生物的代谢：DO>0.2~0.3mg/L条件下：好氧代谢 DO<0.2~0.3mg/L条件下：厌氧代谢
• 一些好氧微生物（好氧细菌，球衣细菌、真菌等）能在微氧 环境（DO接近于零）中生长。因此在微氧环境中占优势的 微生物常常是好氧微生物。
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3、 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。
a和b的值可通过试验确定如下： 将式两侧各除去X，得：
△X/X= a △S/X-b
△S/X为横坐标， △X/X为纵坐标作图，可得一直线，其斜率即
a，纵轴上的截距为（-b）
就活性污泥来说，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；此外，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。
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
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
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2、根据是否在有氧气存在的条件下，可分为 好氧分解和厌氧分解两种类型。与厌氧生 物分解相比，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 为细胞的比例大等特点。
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.
厌氧微生物（anaerobe）：只能在没有氧气的环境 下生长，有氧气反而不能生长。
兼性微生物（facultative aerobe）：即可在有氧条 件下，也可在无氧条件下生长。在自然 界中，大多数微生物属于这一类。
对于生活污水和性质与之接近的工业废水，a一 般可取0.05~0.1，b可取0.05~0.1；污泥泥龄长，a值 取小，b值取大；污泥泥龄短，a值取大，b值取小。
生物处理构筑物内所增加的细胞物质也可约略 地以投入的有机物（以BOD5）的50%左右估算。
活性污泥法
空气
初次沉 淀池
曝气池 再生池
二次沉 淀池
第十章 微生物对污染物的分解与转化
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 （一）有机物生物分解的一般特点 1、概念：微生物对有机物的分解作用（或降解作用） 常简称为“生物分解”或“生物降解”。 2、特点：有机物经逐步分解后，产生能进入TCA途径 或能作为合成代谢原料的中间代谢产物，继而被转化 为小分子有机物、无机物等分解产物和微生物细胞。
（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： 有机物CHONP
CO2、 H2O、 （NH3＋NO2＋NO3－）
H2SO4 、H3PO4
反应中的亚硝酸、硝酸、硫酸和磷酸可与水中的 碱性物质作用，形成相应的盐类。
4、一般情况下，生物处理构筑物内新生长（增加）的细胞物 质等于所合成的细胞物质减去由于内源呼吸而耗去的细胞物 质，可用于下列算式表示：
△X=a △S-Bx
△X表示新生长的细胞物质（Kg/d） △S表示所利用的食料（基质），即去除的BOD5（Kg/d） X表示构筑物内原有的细胞物质（Kg） a表示合成系数 b表示细胞自身氧化率或衰减系数。
特点
分解对象有机物 的分析方法
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
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。
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。
微生物 细胞增长
CO2、H2O、SO42－、NH3、 ＋能量 PO43－等
随水排出
热能释出
1、有机物氧化和细胞物质合成的反应：
CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2
XC O2 ＋0.5H2O＋Q
2、细ห้องสมุดไป่ตู้物质的合成（包括有机物的氧化，并以 NH3作氮源）
3、细胞物质的氧化（内源呼吸）
在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分 是相当稳定的，一般可用下列实验式表示： 细菌，C5H17NO2；真菌，C10H17NO6；藻 类，C5H8NO2；原生动物，C7H14NO3。
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）
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 化学能(污染物等)、光能
受氢体 O2、CO2、SO42-、NO3-等
有机体分解(内源呼吸)
微生物体 生
微 合成
生物污泥
物 不 可
有机物的生物分解类型及其特点
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 （Ultimate biodegradation）
污 泥
回流污泥
剩余污泥
• 三、有机物的厌氧生物分解
有机物+微生物
细胞物质
有机酸、醇 + 微生物
CO2、NH3、HS、P O
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等 + 能量
细胞物质
生
降 解
残
物 分解
留 物
能+
分 解产物
热能
CO2、H2O、 NH4+、 NO2- NO3- 、 SO42-、 PO43-、H2、N2、H2S、 CH4、乙醇、有机酸、 硫醇等简单化合物
随水排出 3
二、生物分解的分类
1、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）等不同类型。
4、厌氧反应概括如下： • C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2 • N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机
酸（臭味） • S → H2S（臭味） • P → PO43• 水体自净的天然过程中
厌氧分解（开始）→ 好氧分解（后续）
• 二、有机物的好氧生物分解
有机质＋ 微生物＋氧
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• 兼性微生物的代谢：DO>0.2~0.3mg/L条件下：好氧代谢 DO<0.2~0.3mg/L条件下：厌氧代谢
• 一些好氧微生物（好氧细菌，球衣细菌、真菌等）能在微氧 环境（DO接近于零）中生长。因此在微氧环境中占优势的 微生物常常是好氧微生物。
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3、 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。
a和b的值可通过试验确定如下： 将式两侧各除去X，得：
△X/X= a △S/X-b
△S/X为横坐标， △X/X为纵坐标作图，可得一直线，其斜率即
a，纵轴上的截距为（-b）
就活性污泥来说，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；此外，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。
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
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
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2、根据是否在有氧气存在的条件下，可分为 好氧分解和厌氧分解两种类型。与厌氧生 物分解相比，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 为细胞的比例大等特点。
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.
厌氧微生物（anaerobe）：只能在没有氧气的环境 下生长，有氧气反而不能生长。
兼性微生物（facultative aerobe）：即可在有氧条 件下，也可在无氧条件下生长。在自然 界中，大多数微生物属于这一类。
对于生活污水和性质与之接近的工业废水，a一 般可取0.05~0.1，b可取0.05~0.1；污泥泥龄长，a值 取小，b值取大；污泥泥龄短，a值取大，b值取小。
生物处理构筑物内所增加的细胞物质也可约略 地以投入的有机物（以BOD5）的50%左右估算。
活性污泥法
空气
初次沉 淀池
曝气池 再生池
二次沉 淀池
第十章 微生物对污染物的分解与转化
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 （一）有机物生物分解的一般特点 1、概念：微生物对有机物的分解作用（或降解作用） 常简称为“生物分解”或“生物降解”。 2、特点：有机物经逐步分解后，产生能进入TCA途径 或能作为合成代谢原料的中间代谢产物，继而被转化 为小分子有机物、无机物等分解产物和微生物细胞。
（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： 有机物CHONP
CO2、 H2O、 （NH3＋NO2＋NO3－）
H2SO4 、H3PO4
反应中的亚硝酸、硝酸、硫酸和磷酸可与水中的 碱性物质作用，形成相应的盐类。
4、一般情况下，生物处理构筑物内新生长（增加）的细胞物 质等于所合成的细胞物质减去由于内源呼吸而耗去的细胞物 质，可用于下列算式表示：
△X=a △S-Bx
△X表示新生长的细胞物质（Kg/d） △S表示所利用的食料（基质），即去除的BOD5（Kg/d） X表示构筑物内原有的细胞物质（Kg） a表示合成系数 b表示细胞自身氧化率或衰减系数。
特点
分解对象有机物 的分析方法
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
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。
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。
微生物 细胞增长
CO2、H2O、SO42－、NH3、 ＋能量 PO43－等
随水排出
热能释出
1、有机物氧化和细胞物质合成的反应：
CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2
XC O2 ＋0.5H2O＋Q
2、细ห้องสมุดไป่ตู้物质的合成（包括有机物的氧化，并以 NH3作氮源）
3、细胞物质的氧化（内源呼吸）
在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分 是相当稳定的，一般可用下列实验式表示： 细菌，C5H17NO2；真菌，C10H17NO6；藻 类，C5H8NO2；原生动物，C7H14NO3。
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）
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 化学能(污染物等)、光能
受氢体 O2、CO2、SO42-、NO3-等
有机体分解(内源呼吸)
微生物体 生
微 合成
生物污泥
物 不 可
有机物的生物分解类型及其特点
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 （Ultimate biodegradation）
污 泥
回流污泥
剩余污泥
• 三、有机物的厌氧生物分解
有机物+微生物
细胞物质
有机酸、醇 + 微生物
CO2、NH3、HS、P O
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等 + 能量
细胞物质
生
降 解
残
物 分解
留 物
能+
分 解产物
热能
CO2、H2O、 NH4+、 NO2- NO3- 、 SO42-、 PO43-、H2、N2、H2S、 CH4、乙醇、有机酸、 硫醇等简单化合物
随水排出 3
二、生物分解的分类
1、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）等不同类型。