污染物的生物迁移和转化

3 [CH2O] + 2 N2 + 3H2O + 4H+
3CO2 + 4 NH4+
硝化作用：氨在有氧条件下通过微生物的作用氧化成硝酸盐的过程。
硝化作用要求高水平的氧，即充足的氧供给条件；
中性至弱碱性条件，当pH>9.5时硝化细菌受到抑制，pH<6.0 时亚硝化细 菌被抑制；
最适宜温度为30℃，低于5℃或高于40℃时就不能活动。
R-CH-COOH + H2O
R-CH-COOH + NH3
NH2
氧化脱氨
R-CH-COOH + O2
R-COOH + CO2 + NH3
NH2
还原脱氨
R-CH-COOH + 2 [H]
RCH2COOH + NH3
NH2
脱氢氧化脱氨
R-CH-COOH
RCH=CHCOOH + NH3
固氮作用：通过固氮菌的作用把分子氮转变为氨的过程。所生成的 氨并不排出菌体外，而是在菌体内进一步参与合成氨基酸和蛋白质。
生物放大并不是在所有条件下都能发生，有些物质只能沿食物链 传递而不放大，有些物质既不能沿食物链传递也不能沿食物链放 大。原因是同种生物可能隶属于不同食物链不同的营养级，因而 有不同的食物来源，扰乱了生物放大；不同生物或同种生物在不 同条件下对污染物的吸收、降解、排泄、积累等均有可能不同， 也会影响生物放大状况。
反硝化细菌需要厌氧环境，有丰富的有机物作为碳源和能源，一般适宜的酸 度范围是中性至弱碱性，温度为25℃左右。
反硝化作用通常有三种情形：
（1）包括细菌、真菌和放线菌在内的的多种微生物，将硝酸盐转化为
亚硝酸。
HNO3 + 2H
HNO2 + H2O
（2）兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等使硝酸盐还原成N2O或N2。
硫是生命的必需元素，在环境中有单质硫、无机硫化合物和有机 硫化合物三种存在形态。
环境中的含硫有机化合物有含硫的氨基酸、磺胺酸等，微生物降 解在好氧条件下是硫酸，在厌氧条件下是硫化氢，降解不彻底时 可形成硫醇而被菌体暂时积累，再转化为硫化氢。
NH2 HS-CH 2-CH-COOH
NH2 HS-CH 2-CH-COOH
4. 污染物的生物转化
4.1 生物转化的若干概念与规律 4.2 无机物的微生物转化 4.2.1 氮的微生物转化 4.2.2 硫的微生物转化 4.2.3 重金属元素的微生物转化 4.3 有机物的微生物转化 4.3.1 氧化反应类型 4.3.2 还原反应类型 4.3.3 水解反应类型 4.3.4 结合反应类型
硝化作用在自然界，特别是在土壤环境和污水处理中很重要，比如 肥料以铵盐或氨形态进入土壤时，微生物的硝化作用可将其转变为 植物较易吸收利用的硝态氮。
2
NH3
+
3
亚硝化细菌
O2
Baidu Nhomakorabea
2
H++
2
NO2-
+
2
H2O
+
能量
2NO2-+ O2 硝化细菌 2 NO3- + 能量
硝酸盐在通气不好的情况下，通过反硝化细菌的作用而还原的过程称为 反硝化作用。
3.2 生物富集
生物通过非吞食方式从外界摄取营养物质的同时，使某些污染物或元素 在生物体内的浓度大大超过周围环境中的浓度的现象，称为生物浓缩或 生物富集。常用浓缩系数来表示生物浓缩率。
3.3 生物放大
在生态系统中，生物往往通过食物链和呼吸两个途径在体内浓缩 污染物质。一种污染物的浓度在同一食物链上往往随着营养级提 高而逐步增大，甚至可提高数百倍至数万倍，从而对人体构成危 害，这种作用称为生物放大作用。生物放大的程度可以用生物浓 缩系数表示。
生物活化是有的污染物在生物体内的代谢过程中转变为比母体毒 性更大的生物活性物质的现象，例如汞的甲基化。

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4.2.1 氮的微生物转化
氮是构成生物体的必需元素。在环境中氮的主要形态有三种：空 气中的分子氨；生物体内的蛋白质、核酸等有机氮化合物，以及 生物残体变成的各种有机氮化合物；铵盐、硝酸盐等无机氮化合 物。三种形态间的转化主要是通过微生物作用，包括氮的同化、 氨化、硝化、反硝化和生物固氮等
污染物的生物迁移和转化
3.1 生物积累 3.2 生物富集 3.3 生物放大
3.1 生物积累
生物从周围环境和食物链蓄积某种物质或元素，使其在机体中的浓度超 过周围环境中浓度的现象称为生物积累，可用生物浓缩系数BCF表示。
生物富集和生物放大都可以造成生物积累。
BCF CB (某物质或元素在生物体 内的浓度) C（E 某物质或元素在周围 环境中的浓度）
细菌 细菌
O
CH 3-C-COOH
+
H2SO4 +
NH
+ 4
O
CH3-C-COOH + H2S + NH3
硫化氢、单质硫在微生物作用下氧化，最后生成硫酸的过程称为 硫化作用。在硫化作用中以硫杆菌和硫磺菌为最重要。
2 H2S + O2 2H2O + 2S + 3O2 Na2S2O3 + H2O + 2O2
2H2O + 2S 2 H2SO4 Na2SO4 + H2SO4
生物转化是指污染物进入生物体后，在有关体内酶或分泌到体外 的酶的催化作用下的代谢变化过程，包括生物降解和生物活化两 种转化过程。
生物降解是在生物体内酶或分泌酶的作用下将有机物分解为简单 有机物或无机物，转变为低毒或无毒物的过程。多数污染物经生 物转化后，水溶性提高，毒性也相对减弱或消失，有的分解中间 产物与生物体内的物质相结合，生成易排泄物而迅速排出体外。
氮的同化：绿色植物和微生物吸收硝态氮NO3--N和铵态氮NH4+-N， 组成机体中的氨基酸、多肽、蛋白质、核酸等含氮有机物质的过 程，与光合作用、糖类物质代谢过程相伴随。
氨化过程：所有有机残体中的有机氮化合物，经微生物的作用分 解成氨态氮的过程。
蛋白质水解酶
蛋白质
多肽
二肽
氨基酸
NH2
水解脱氨 OH
2
HNO3
-
4H 2 H2O
2 HNO2
4H -2 H2O
2 HNO
2H -2 H2O
N2
-
H2O
2
H - H2O N2O
（3）梭芽孢杆菌将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨。
HNO3
2H - H2O
HNO2
2H - H2O
HNO
H2O
NH(OH) 2
2H - H2O
NH2OH
2H -H2O
NH3
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