专题之六难降解有机物微生物处理方法

专题之六难降解有机物微生物处理方法
影响共代谢作用效果的因素
•1. 一级基质的选择
•Gupta 等研究发现，在产甲烷菌作用环境下 降解废水中的三氯甲烷时，甲醇是比乙酸盐更 有效的一级基质。
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2. 一级基质与二级基质的浓度比
➢Speece报道，共代谢过程中一级基质与
二级基质的浓度比对生物难降解物质的 降解率有重要影响。
➢罗宇煊采用嗜碱性木质素降解菌以共代
谢方式降解废水中的木质素，发现一级 基质蔗糖的浓度过高时，菌株不但产酶 能力减弱，而且由于更多地利用易于降 解的蔗糖，以致削弱了对木质素的降解 效果
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3. 营养物质和能量
➢微生物的生长须有足够的营养物质。共代谢不仅
需要加入一级基质提供碳源，而且还需要足够的 氮、磷、硫等营养。
•难降解性有机物的基本特性
➢长期残留性 ➢生物蓄积性 ➢半挥发性 ➢高毒性
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•一、长期残留性
➢ 一旦排放到环境中，它们难于被分解
，因此可以在水体、土壤和底泥等环 境介质中存留数年或更长的时间。
➢ 根据半衰期, 水体＞ 180天，土壤＞
360天。
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4.温度
➢孙力平等在好氧共基质代谢作用下，采
用SBR法处理DSD酸还原段的生产废水
➢研究发现：温度对系统除污效果的影响
较显著，10℃时污泥的活性最低，36℃ 时污泥的活性最高。
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共代谢在处理难降解有机物的作用
1.共代谢技术在降解酚类中的作用 2.共代谢技术在降解甲基叔丁基醚（
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1.共代谢技术在降解酚类中的作用
➢李萍等利用吸附-共代谢再生活性污泥法去除
污水中五氯苯酚，研究发现: 新工艺对污水中 的PCP具有较好的去除效果。
➢李萍等以苯酚、葡萄糖作为五氯酚(PCP)的共
代谢基质，考察其在加速活性污泥驯化进程方 面的作用，结果表明：葡萄糖可以增强活性污 泥中微生物对PCP的适应能力，能加快驯化进 程并提高对PCP的降解速率；苯酚的毒性可与 PCP的相互叠加，从而延滞了活性污泥的驯化 进程。
用低、效果好、无二次污染且操作简单受 到国内外学者广泛的关注。
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土壤微生物修复技术
➢原位生物修复
✓ 原位地耕法 ✓ 土壤气相抽提生物修复
➢异位生物修复
✓ 土壤耕作法 ✓ 生物堆放法 ✓ 土壤堆肥法 ✓ 生物反应器修复 ✓ 生物预制床法
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➢物理 ➢化学 ➢生物
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生物修复(Bioremediation)
➢是一门新兴、高效、无害且投资低的技
术。利用生物(微生物、植物或动物)来吸 收、转化、降解和清除环境中的有毒有害 物质，使其浓度减少或无害化，从而实现 被污染环境生态恢复的过程。
➢其中生物处理中的微生物法由于处理费
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•难降解有机物的微生物处理技术
共代谢技术
✓共代谢作用来源于共氧化概念，后由Jensen 对其
内涵进行了扩展，提出共代谢的概念并将其扩展到 微生物氧化脱氯过程的研究。
✓利用共代谢技术可以加快化合物的降解速度，达
到处理难降解性污染物的作用效果。
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•共代谢技术
➢概念 ➢特点 ➢影响因素 ➢在处理难降解有机物的作用
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共代谢技术－概念
➢共代谢作用的定义 ➢第一基质、第二基质 ➢关键酶
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•共代谢技术－概念
§共代谢作用：微生物在利用碳源和能源
的同时，对难降解性污染物进行异化作用 ，但是在污染物降解转化的过程中，微生 物不能从中获得维持生长的碳源或能源。
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关键酶的诱导
➢好氧条件下，具有共代谢氯代化合物功能的微
生物有很多种，研究中主要选用苯酚氧化菌群 、甲烷营养菌群、丙烯氧化菌以及硝化细菌， 它们具有很强的代谢能力以及对污染物的逆抗 性。
➢在诱导此类微生物生成关键酶进行催化分解污
染物时，一般需要投加特异性的底物，例如苯 酚、甲烷、丙烯、丙烷或者氨。
➢任大军等利用模拟焦化废水，研究一株白腐菌BP
对吲哚分别与氨氮、喹啉、苯酚共基质的降解， 考察不同共代谢基质物质对白腐菌漆酶分泌和吲 哚降解的影响。结果显示，充分的氮源可提高白 腐菌的活性和漆酶酶活性的峰值；共基质苯酚和 喹啉可以增加白腐菌漆酶产量。
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•3. 营养物质和能量
底的有机物(也包括某些有机物的代谢产物) ， 这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水 体的潜在污染源
➢ 来源：主要来自各种各样工农业生产过程，按
其化学组成可分以下几类：多环芳烃类(PAHs) 化合物 、杂环类化合物、氯代芳香族化合物、 有机氰化物、有机合成高分子化合物
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重要的染料中间体，它以对硝基甲苯为原料， 经磺化、氧化缩合和还原而合成。
➢孙力平等在好氧共基质代谢作用下，采用SBR
法处理DSD酸还原段的生产废水，考察了葡萄 糖的投量、水力停留时间及溶解氧浓度等因素 对废水处理效果的影响。结果表明，投加葡萄 糖可提高还原段DSD酸生产废水的可生化性。
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(2)难降解性污染物作为二级基质被微 生物降解
(3)一级基质和二级基质之间对发挥降 解作用的关键酶存在竞争现象
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共代谢技术－主要特点
(4)污染物共代谢的中间产物不能作为营养 被同化成细胞质，有些会抑制关键酶的 活性，甚至对微生物有毒害作用。
(5)共代谢是需能反应，能量主要来自生长 基质的产能代谢，当生长基质被完全消 耗时，能量来源于细胞自身储存能量物 质，如PHB。
•难降解有机物的微生物处理技术
缺氧反硝化技术
• 在缺氧条件下，反硝化菌可以利用有机 碳源作为反硝化过程的电子供体，而以 硝酸盐氮(NO3－－N) 或亚硝酸盐氮(NO2 －－N) 作为电子受体进行厌氧呼吸，因 此，反硝化过程可以在脱氮的同时去除 有机碳。
• 缺氧反硝化降解难降解有机物就是在缺 氧条件下，为反硝化菌提供适当比例的 氮源，使反硝化菌对有机物进行降解。
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共代谢例子
— Lajoie 等发现，在以甲烷和甲醇作为初级能 源物质时，甲烷营养型的微生物可代谢在单 一基质下不能降解的化合物三氯乙烯( TCE) 。
— Jianwei Gao 等发现在好氧条件下，利用葡萄 糖诱导顺式1 ,2--二氯乙烯的生物降解，其降 解效率、降解速率都明显高于厌氧条件，说 明葡萄糖诱导的共代谢过程发挥了决定性的 作用。
➢罗宇煊等采用不同碳源对嗜碱性木质素降解
菌降解木质素的能力进行了比较试验,发现在 葡萄糖、乳糖、蔗糖、可溶淀粉等碳源中蔗糖
是嗜碱性木质素降解菌最理想的碳源。
➢除了一级基质的产能代谢为微生物生长和生物
难降解物质降解提供能量外,也可以考虑外加 适量能量物质提供额外能量, 以提高难降解物 质代谢的速率
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➢由于甲烷、丙烯、丙烷是气体，具有很低的水
溶性，就苯酚而言，虽具有可降解性，但它是 一种危险性物质，所以在现实的污水处理中， 选择诱导性的生长基质，一定要综合考虑
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• 从共代谢过程的机理和特点可以看 出,关键酶的诱导及其活性的维持、 生长基质与目标污染物之间的竞争 抑制、目标污染物及其中间降解产 物对微生物的毒性作用将是影响共 代谢过程的关键性因素。
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•共代谢技术－概念
第一/二基质
➢微生物利用一种易于摄取的基质作为碳和能
量的来源，称为第一基质，同时共代谢基质 或者称为第二基质被微生物分解。
➢第二基质的共代谢产物通常不能直接作为营
养被转化为细胞质。第二基质的共代谢是需 能反应，能量来自第一营养基质的产能代谢 。
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1.共代谢技术在降解酚类中的作用
➢安淼等对不同共代谢基质存在下的2,4-二氯代酚
(2,4-DCP)的生物降解进行了研究，发现投加苯酚或 4-氯代酚(4-MCP)能明显促进复合菌对2,4-DCP的降 解。
➢孙剑辉等分别用蔗糖、葡萄糖、丁酸盐和乙醇作为
驯化好的厌氧污泥的共代谢基质，在厌氧序批式反 应器(ASBR)中对间苯二酚的降解进行研究。结果表 明：共代谢基质SCOD浓度在500mg/L～2000mg/L 时，间苯二酚的降解速率很高；其中葡萄糖和丁酸 盐的混合基质降解速率最高。
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•关键和限制因素
• 在缺氧反硝化过程中投加的 N源 是有机物降解的关键和限制因素 ，C/ N 比对缺氧反硝化的降解 效果有重要意义。
专题之六难降解有机物 微生物处理方法
学习改变命运,知 识创造未来
2021年3月2日星期二
内容
✓有机污染情况简介 ✓难降解有机物的微生物处理技术
专题之六难降解有机物微生物处理方法
专题之六难降解有机物微生物处理方法
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•难降解有机物
➢ 定义：指被微生物分解时速度很慢，分解不彻
•二、生物蓄积性
➢指有机化学品以比在周围环境中
高的浓度蓄积在活组织中的特性 ，以标靶组织中的浓度与环境中 的浓度之比表示;
➢根据生物富集系数＞5000
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