4环境污染的生物净化(概述)污染物微生物降解原理

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BOD曲线
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）所有的微生物继续减少， 有机物最终转化为CO2和H2O。
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2 环境污染治理方法概述
污水处理方法
• 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 • 化学法：化学凝聚法、中和法、氧化还原法、离子 交换法 • 物化法：电解法、电渗析法 • 生物法：好氧法、厌氧法等
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大气污染物净化方法
气溶胶状态污染物的控制方法
• 重力沉降 • 旋风除尘 • 静电除尘 • 过滤式除尘 气体状态污染物的吸附与净化 • 气体吸收法 • 气体吸附法 大气污染物的生物净化方法 • 生物吸收法 • 生物洗涤法 • 生物过滤法
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固体废弃物的处理方法
工业废弃物
• 物理与化学法：覆盖法、化学反应剂法 • 生物法：栽种永久性植物 城市垃圾 • 填埋法 • 堆肥法 • 制取沼气 • 焚烧法
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3 环境污染的污染与净化指标
BOD5 COD TOD TOC 固体物质 含氮化合物 pH值
环境污染的生物净化
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环境污染生物净化的原理
环境污染净化概述 生物对污染净化的原理
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1环境污染物的类型和来源
微生物的适应性
• 驯化（Domestication）：是一种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。
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影响微生物对物质降解转化作用的因素（2）
化合物的结构
• 烃类：链烃的易降解性大于环烃，直链烃大于支链烃，不饱 和烃大于饱和烃，支链烷基越多，越不易被降解 • 当主链上的C被S、N、O取代时，对生物氧化的阻抗上升 • 当C原子上的H被烷基或芳基取代时，会生成生物氧化的阻抗 物。 • 官能团的性质和数量 • 分子量大小
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微生物对污染物降解与转化的途径
自然界中化学物质的降解的3种方式：这三种方式往往
综合交叉进行。
• 光降解 • 化学降解 • 生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染物 大分子转会为小分子，实现污染物的分解或降解。其中微生 物所起的降解作用最大，故也称为微生物降解。
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当某种物质（有用的或必须的）成为污染物时，必 须在特定的环境中达到一定数量或浓度，并且持续 一定的时间。 一次污染物和二次污染物：
二次污染物是指进入大气的一次污染物之间相互

作用或一次污染物与正常大气组分发生化学反应， 以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产 生的新的污染物，它常比一次污染物对环境和人 体的危害更为严重。
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BOD 和COD的比较
废水处理中多以BOD 和COD两个指标来度量水样的有机污染物
浓度和被净化程度。 BOD： • 反映的是微生物能够降解的那部分有机物的数量，基本上反 映出水体中生物氧化分解有机物所消耗的氧量，比较符合实 际，但检出时间过长，不能迅速及时指导生产实践，而且毒 性大的废水可抑制微生物的作用而影响结果，甚至无法测定。 COD： • 一般表示废水中有机污染物重量的98％，几乎可以表示出有 机物全部氧化所需氧量，测定不受水质限制，并可在数小时 内完成；但是它不能反映微生物能够降解的那部分有机物的 数量。 BOD 和COD的关系： • 可以认为COD包括两部分：一部分为能够被微生物降解的有 机物的耗氧量COD B，另一部分为不能够被微生物降解的有 机物的耗氧量CODN B。 • BOD u COD B • BOD 5 = 0.58 COD B
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A
B
A
B
C 注： A B C 细胞的染色体 质粒
图5－2 多质粒超级菌的构建示意简图
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共代谢（Co－Metabolism）
• 微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源或其他任何 营养），同时非生长基质B（不能从中获得能量或营养）也伴 随着发生氧化或其它反应。
辐射污染
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环境效应——环境污染所导致的环境变化
环境生物效应：指各种环境因素变化而导致生态
系统变异的结果。如恐龙的灭绝、水利工程、森 林砍伐；急性与慢性效应。
环境化学效应：在多种环境条件的影响下，物质
之间的化学反应所引起的环境效果。如：酸雨、 光化学烟雾、土壤酸化等。
环境物理效应：物理作用引起的环境效果。如热
岛效应、温室效应、颗粒物的污染、噪声污染等。
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污染物（Pollutant）
污染物
• 指进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化， 直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。
生产性污染物和生活污染物
• 在纯培养下，共代谢只是一种截止式转化，但在混合培养和 自然环境条件下，转化可为其它微生物进行的共代谢或其他 生物对某种物质的降解铺平道路，使其代谢产物可继续降解， 故污染物在有合适的底物和环境条件下可通过共代谢作用而 降解。
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共代谢微生物不能够从非生长基质的转化作用获得能
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4 微生物对物质降解与转化的特点:
微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大； 种类繁多，分布广泛，代谢类型多样； 微生物具有多种降解酶； 微生物繁殖快，易变异，适应性强； 微生物具有巨大的降解能力；
• 质粒（Plasmid）：染色体外遗传物质，是在原核微生物中除 染色体外，还存在的一种较小的携带少量遗传基因的环状 DNA分子。 • 质粒可用来培育优良菌种，或用作基因工程中基因转移的载 体。 • 例如：多功能超级细菌的构建
生物污染指标
• 细菌总数 • 大肠菌群总数
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生化需氧量BOD
生化需氧量BOD（Biological Oxygen Demand）
• 概念：在20℃条件下，微生物好氧分解水样（废水 或受污染的天然水）中有机物所消耗的溶解氧量。 • BOD5：微生物5天好氧分解有机物所消耗的溶解氧 量。 有机物生化耗氧过程的两个阶段 • 碳化阶段：将有机物分解成CO2、H2O、NH3，碳化 作用消耗的氧量称为碳化需氧量。 • 硝化阶段： NH3被转化为亚硝酸盐和硝酸盐，硝化 作用消耗的氧量称为硝化需氧量。
示有机物的总量，故常常被用来评价水体中有机物污染的程 度。
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固体物质
总固体 悬浮固体 溶解性固体 挥发性固体 非挥发性固体
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含氮化合物
含氮化合物的几种化学形态
• 有机氮：蛋白质、氨基酸、尿素等 • 无机氮：包括氨氮：NH3－N、NH4＋－N和硝态氮：NO2－－N、 NO3－－N。 常用水质测定指标 • 总氮：包括有机氮和无机氮化合物的测定。 • 凯氏氮：指以凯氏法测得的氮量，包括了氨氮和在此条件下 能被转化为铵盐的而测定的有机氮化合物。此类有机氮化合 物主要指蛋白质、氨基酸、核酸、尿素以及氮为负三价的有 机氮化合物，由于一般水中存在的有机氮化合物多为这些， 故，在测定凯氏氮和氨氮之后，两者的差值即有机氮。 • 氨氮 • 亚硝酸盐氮 • 硝酸盐氮
TOD UOD 7 BOD 5 6
3
2 1
4
t/cl
图5－1 BOD曲线
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化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）
概念
• COD是指在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消 耗氧化剂的量，以氧的毫克/升来表示。 • 它反映了水中受还原性物质污染的程度，水中还原性 物质包括：有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。 水被有机物污染是很普遍的，故COD也作为有机物相 对含量的指标之一。 • 在规定条件下，强氧化剂重铬酸钾K2Cr2O7可氧化大多 数常见的有机污染物，故在实际使用中常把COD Cr 的 测定值近似地代表废水中的全部有机物。
量、碳或其他任何营养。
当微生物在利用生长基质A时，非生长基质B伴随着发生氧 化或其他反应，由于B与A具有类似的化学结构，而微生物
降解生长基质A的初始酶E1的专一性不高，在将A降解为C 的同时，将B转化为D。但接着攻击降解产物的酶E2，则具 有较高专一性，不会把D当作C继续转化。
A B E1 E1 C D E2 E2
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总需氧量TOD和总有机碳TOC
总需氧量TOD （Total Oxygen Demand）
指：有机物和少量无机物在铂催化下，在燃烧炉 900℃高温燃烧成稳定的最终产物所消耗的氧的量。 总有机碳TOC（Total Organic Carbon） • 是以碳的含量表示水体中有机物质总量的综合指标。 • 它的测定采用燃烧法：在950 ℃和铂催化下，测定 二氧化碳的含量，并扣除150 ℃燃烧测得的碳酸盐 等无机碳元素的含量。 • 该法能将有机物全部氧化，比BOD 5和COD更能直接表
如光化学烟雾、酸雨等
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环境污染物的类型
地表水体污染物
• 生活污水 • 工业废水 • 农业废水和灌溉水 大气污染物 • 气溶胶状态污染物 粉尘、烟、飞灰、雾 飘尘、降尘、总悬浮颗粒 • 气体状态污染物 含硫化合物、含氮化合物、碳氢化合物、碳氧化合物、 卤素化合物 一次污染物和二次污染物 固体废弃物
微生物代谢活动中的化学作用（实质是酶反应）
• • • • • 氧化作用 还原作用 脱羧作用 水解作用 脱氨基作用等
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影响微生物对物质降解转化作用的因素（1）
微生物的代谢活性
• 不同种类微生物对同一底物的反应不同； • 微生物在不同的生长时期的活性是不相同的，在对数期代谢 最旺盛，活性最强。 • 微生物的种类组成决定化合物降解的方向和速度，同时微生 物的种类组成又与环境中的化学物质有关。
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污染源（Pollution Source）
造成环境污染的污染物发生源称为污染源。 它通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害物质的场所、设
备和装臵。
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污染源示意图
污染物的自然来源 （Natural Source ） : 自 然界向环境排放，如：活动 的火山或矿床。
什么是环境ห้องสมุดไป่ตู้染？
• 环境污染（Environmental Pollution）是指有害物质或因子进入环 境，并在环境中扩散、迁移、转化，使生态系统结构与功能 发生变化，对人类以及其他生物的生存和发展产生不利影响 的现象。
环境污染的分类
废气污染 生物污染 按污染物性质 化学污染 物理污染 按污染物形态 废水污染 固体废弃物污染 噪声污染
污染物的人为来源 （Artificial Source ） : 来自人类活动，影响范围广、 危害大，如工业三废
农业
交通
工业
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工业污染源（点源、三废） 农业污染源（面源、农用化学品） 交通运输污染源（线源、水气污染、噪声） 生活污染源（三废、固废）