微生物对有机物的降解作用

四 存在问题及发展方向
1.存在问题
（1）微生物对有机物的降解有一定的选择性； （2）微生物不能将有机物彻底降解； （3）某些有机物经生物降解后，毒性增加。如三氯乙 烯 （TCE）降解的产物之一氯乙烯（VC）是致癌物。
2.发展方向
（1）通过基因工程，培养“超级菌”和“混合菌”，使其可
同时
分解多种有机污染物；
（3）污染物的性质
有机物的分子量、空问结构、取代基的种类及数量 等都影响到微生物对其降解的难易程度。一般情况下， 高分子化合物比低分子量化合物难降解，聚合物、复合 物更能抗生物降解；空间结构简单的比结构复杂的容易 降胞解 菌W；B苯C环-3上所有降-解0H。或-NH2 的化合物都比较容易被假单
（4）环境条件
对于各种杀虫剂的微生物降解途径已比较清楚，表1 列举了几种主要的降解途径。
2.影响因素
（1）营养物质
微生物分解有机物一般利用有机污染物作为碳源， 但同时需要其他的营养物质，如氮源、能源、无机盐和 水。
（2）电子受体
有机污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度 极大地影响着污染物降解的速率和程度。微生物氧化还 原反应的最终电子受体包括溶解氧、有机物分解的中间 产物和无机酸根（如硝酸根、硫酸根和碳酸根等）三大 类。
有机质
CO2
以多环芳烃（PAHs）和农药的降解为例来说明。
①微生物对PAHs降解主要有两种代谢方式
a.以PAHs为唯一碳源和能源代谢机理 在多环芳烃的诱导和微生物分泌的单加氧酶或双加氧酶
的催化作用下，把氧加到苯环上，形成C-0键，再经过加氢、 脱水等作用使C-C键断裂，苯环数减少。
b.与其它有机质共代谢机理 PAHs苯环的断开主要是靠加氧酶的作用：加氧酶把氧加
3.微生物降解有机物的优势
（1消）微除生污物染可物以，将无有二机次物污彻染底；分解成CO2和H2O，永久的
（2）降解过程迅速，费用低，为传统物理、化学方法费用 的30%～50%；
（3）降解过程低碳节能，符合现在节能减排的环保理念。
二 微生物降解有机物的机理及影响因素
1.降解机理
用于降解有机物的微生物主要有细菌和真菌，降 解的方式主要包括堆肥法、生物反应处理和厌氧处理 等，但每一过程都是利用微生物的代谢活动把有机污 染物转化为易降解的物质甚至矿化。
这主要包括酸碱度（PH一般应在6.5～8.5的范围 内）、温度、湿度。
（5）微生物的协同作用
自然界中，多数微生物降解过程需要两种或更多种类 微物的协同作用才能完成。微生物之间的这种协同作用 主要体现在：
（ⅰ）一种或多种微生物为其他微生物提供B族维生素、氨 基酸及其他生长因素；
（ⅱ）一种微生物将目标污染物分解为中间产物，第二种 微生物继续分解中间产物；
微生物对有机物的 降解作用
主要内容
1 有机物污染及处理方法
1
3 微生物降解有机物的机理及影响因素 2 微生物降解有机物的应用现状 4 存在问题及发展方向
一 有机物污染及处理方法
1. 有机物的污染
有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基 酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他 可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。 可分为天然有机污染物和人工合成有机污染物两大 类。
（1）天然有机污染物污染
天然有机污染物主要是由生物体的代谢活动及其他 生物化学过程产生的，如萜烯类、黄曲霉毒素、氨基甲 酸乙酯、麦角、细辛脑、草蒿脑、黄樟素等。近年来发 现许多种天然有机污染物能使动物发生肿瘤，还发现羊 齿植物中有一些未知的物质对动物有致癌性。有些天然 有机污染物可以与其他污染物反应生成二次污染物。如 横樟素和黄曲霉毒素B1能与氧化剂反应形成具有更强致 癌活性的环氧黄樟素和2,3-环氧黄曲霉毒素B1。
中白僵菌降解率达96％ 、假单胞菌降解率为95％； 2.芳香族化合物的降解
芳香族化合物包括苯二甲酸酯类化合物、氯苯类化 合物（农药，五氯酚等）、苯胺、硝基苯类化合物和其 他芳香烃类化合物。用于降解他们的微生物主要包括白 腐菌、芽胞杆菌、枯草芽孢杆菌等。
例如白腐菌2d可降解约40%的氯苯类化合物；60d可 降解88～90%的五氯酚；
3.厌氧好氧生物处理组合工艺
在实际废水处理中，由于单独好氧处理或单独厌 氧处理都存在自身难以克服的缺点而难以满足出水达 标排放的要求。因而从80年代开始，厌氧好氧生物处 理组合工艺逐渐成为主导工艺。采用厌氧好氧工艺不 仅克服了好氧工艺的高能耗、高运转费用及稀释水量 大等特点，也克服了厌氧处理出水不能达标排放的缺 点，在经济和技术上都是可行的。
（2）发展“联用技术”，将物理方法、化学方法和生物方法 等 有效结合起来；
（3）全面了解微生物降解的过程，以免生成毒性更大的降 解产物。
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2. 处理方法
（1）物化法
物化法处理难降解有机污染物的文献报道不多见主有吸 附法萃取法各种膜处理技术等。
吸附法主要采用交换吸附 物理吸附或化学吸附等方式 将 污染物从废水吸附到吸附剂上 达到去除的目的 吸附效果受到 吸附剂结构 性质和污染物的结构和性质以及操作工艺等因素 的影响 常用的吸 附 剂 有 活 性 炭 树 脂 活 性 炭 纤 维 硅 藻 土等。
（2）人工合成有机污染物
人工合成有机污染物是随着现代合成化学工业的兴 起产生的。如塑料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、染 料、溶剂、涂料、农药、食品添加剂、药品等人工合成 有机物的生产,一方面满足了人类生活的需要,另一方面 在生产和使用过程中进入环境并在达到一定浓度时，便 造成污染，危害人类健康。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 有机物也可以由光化学反应而降解或氧化。
到C-C键上形成C-0键，经加氢、脱水等作用使C-C键断裂， 苯环数减少。微生物加氧酶对多环芳烃的作用见图1。
②微生物对农药的降解
目前，对于微生物降解农药的研究主要集中于细菌。 细菌降解农药的本质是酶促反应，即化合物通过一定的 方式进入细菌体内，然后在各种酶作用下，经过一系列 的生理生化反应，最终将农药完全降解或分解成分子量 较小的无毒或毒性较小化合物的过程。
萃取法是利用与水互不相溶但对污染物的溶解能力较强的 溶剂将其与废水充分混合接触 大部分的污染物便转移至溶剂 相 分离废水和溶剂 使废水得到了净化
（2）化学方法
化学氧化技术常用于生物处理的前处理一般是在催 化剂的作用下用化学氧化剂处理有机废水可提高废水可 生化性或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化 常用的 氧化剂有 O3 \ H2 O2 \ K Mn O4 等 。
如臭氧氧化，其氧化有机物的途径有两种：一是臭 氧分子的直接氧化反应，包括打开双键发生加成反应、 亲电反应和亲核反应；另一种是自由基的反应，即臭氧 在碱性环境作用下，产生活泼的自由基，主要是羟基自 由基（·OH），与污染物反应。
（3）生物方法
包括植物修复，动各种活体植物，通过提取 降解和固定等清除环境中的污染物，或削减污染物的毒 性，可用于受污染的地下水、沉积物和土壤的原为修复。 其方式主要有四种：植物提取、植物降解、植物稳定和 植物挥发。
（2）微生物降解的应用工艺
现在降解有机污水应用最广的方法是微生物降解的方 法。其中有好氧处理工艺和厌氧处理工艺，好氧处理工艺 常用的方法有活性污泥法和生物膜法等，厌氧处理工艺有 厌氧生物滤池和厌氧生物转盘等。以抗生素废液作为处理 的对象来说明。
1.抗生素生产废水好氧处理工艺
2.抗生素生产废水厌氧处理工艺
（ⅲ）一种微生物通过共代谢将目标产物进行转化，只有 在其他微生物存在条件下才能将其彻底分解；
（ⅳ）一种微生物分解目标产物形成有毒中间物，使分解 率下降，其他微生物可能以这种有毒中间产物为碳源。
三 微生物降解有机物的应用现状
（1）微生物对不同有机物的降解
1.酚类化合物的降解 降解菌主要包括黄杆菌、镰刀菌、产碱杆菌等，其
动物修复技术是指用小型或大型动物来修复受污染的 环境。如用蚯蚓富集农药六六六，以达到修复的目的。
微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水 体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。包括自然 和人为条件下的污染物降解或无害化过程。其机理在后 面做详细介绍。
（4）联用技术
结合了以上三种方法，可以在很大程度上 提高污染修复效率。如物理修复中的电动力学 修复可以为微生物提供营养，提高土壤微生物 的降解活性；也可以将污染物迁移至植物根部， 提高植物修复效率。
3. 氯代脂肪族化合物的降解
如分枝杆菌TA5和TA27能以乙烷、乙醇和其他含碳化 合物为能源，可降解初始浓度为75mg/L的三氯乙烷。大 肠杆菌、假单胞菌、可使四氯化碳降解脱氯。
4. 腈类化合物的降解
霍夫曼棒杆菌、微黄色节杆菌、克雷作氏杆菌可将 乙腈、丙腈、丁腈和丙烯腈等脂肪族腈降解生成相应的 酰胺、羧酸和氨。