微生物在水体自净中的作用
试述水体自净机制和影响因素有哪些
水体自净机制和影响因素1. 水体自净机制概述水体自净是指水体自身通过一系列的物理、化学和生物过程，净化和恢复水质的能力。
水体自净机制主要包括生物自净、化学自净和物理自净三个方面。
1.1 生物自净生物自净是指水体内的生物通过代谢活动和相互作用，对水体中的有机物和无机物进行分解、转化、吸附和沉淀，从而净化水质。
生物自净的主要过程包括生物降解、生物吸附和生物沉淀。
•生物降解：水体中的微生物通过代谢作用将有机物分解为水和二氧化碳等无害物质。
例如，细菌可以分解有机废物中的蛋白质、脂肪和糖类，将其转化为无害的物质。
•生物吸附：水体中的生物通过吸附作用将有机物和无机物吸附在其表面，从而使其从水体中去除。
例如，藻类可以吸附水中的重金属离子，净化水质。
•生物沉淀：水体中的生物通过生长和繁殖过程形成的生物体，可以与水中的悬浮物质结合并沉淀到水底，从而净化水质。
1.2 化学自净化学自净是指水体中的化学反应通过氧化、还原、酸碱中和等过程，将有害物质转化为无害物质，从而净化水质。
化学自净的主要过程包括氧化、还原和酸碱中和。
•氧化：水体中的氧气和氧化剂可以与有机物和无机物发生氧化反应，将其转化为无害物质。
例如，氧气可以将有机物氧化为二氧化碳和水。
•还原：水体中的还原剂可以与氧化剂反应，将有害物质还原为无害物质。
例如，还原剂可以将重金属离子还原为金属沉淀，净化水质。
•酸碱中和：水体中的酸和碱可以相互中和，将水体中的酸碱度调节到适宜的范围，净化水质。
1.3 物理自净物理自净是指水体中的物理过程通过沉淀、过滤和扩散等方式，将悬浮物质和溶解物质从水体中去除，从而净化水质。
物理自净的主要过程包括沉淀、过滤和扩散。
•沉淀：水体中的悬浮物质由于重力作用而沉降到水底，从而净化水质。
例如，悬浮在水中的泥沙会随着时间的推移逐渐沉淀到水底。
•过滤：水体通过地下层土壤和岩石的过滤作用，将悬浮物质和溶解物质去除。
例如，地下水经过土壤层的过滤后，水质得到净化。
水体自净的机制
水体自净的机制
水体自净的机制主要包括以下几种：
1. 沉淀作用：水中的一些悬浮物通过重力作用自然沉降，形成沉淀物，从而减少水中的杂质。
2. 植物吸收：水生植物通过根部直接吸收水中的营养物质，从而减少水中的营养物质含量，达到净化的目的。
3. 微生物分解：水中的有机物质被微生物分解为无机物质，从而减少水中的有机物质含量。
4. 生物转化：一些水生生物能够通过生物转化作用，将水中的有毒物质转化为无害物质，从而减少水中的有毒物质含量。
5. 空气扩散：通过空气扩散作用，一些气体物质会溶解在空气中，从而减少水中的气体物质含量。
6. 自然蒸发：通过自然蒸发作用，一些水分会转化为水蒸气，从而减少水中的水分含量。
以上这些机制共同作用，使得水体能够自我净化，保持生态平衡。
水体自净和污染水体的微生物
7
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
污染前 溶氧变化： ❖ 幅度 0
污染
净化开始
持续 结束
0
增大
减小
• 这种指标与BIP从根本上是相同的
• 但由于溶解氧可以用溶解氧测定仪随时测定并迅速地 得出结果，而BIP指标需要细菌鉴定、培养、显微镜观 察，周期长操作不便，因此实际操作中溶解氧变化幅 度比BIP指标更为实用。
D．指示生物
❖ 例如
❖
污染前
❖ 生物: 植物
❖
、鱼
污染 消失
净化开始 藻类、原生 动物出现
持续 鱼虾 出现
结束 植物 、鱼
• 可作为指示生物的生物种类很多，包括细菌、真菌、 藻类、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物有 寡毛类的颤体虫、软体动物和植物和水生昆虫等。
10
污化系统 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
×100%
❖ 污染前
污染 净化开始
持续 结束
❖ P/H： 高
下降
最低点 上升 高
❖ BIP： 0~8 上升
60~100 下降 0~8
❖ 通常使用的是BIP指数。
6
B．氧浓度昼夜变化幅度 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
河流污染中氧浓度昼夜变化示意图 ❖ 提问：为什么不同的净化程度昼夜变化幅度不同？ ❖ 氧浓度高低与细菌含量有关，昼夜变幅与藻类数量有关，因此与
（强）
阳 光 ↓ 一 级 生 产 者 → 原 生 动 物 → 轮 虫 、 浮 游 甲 壳 动 物 → 鱼 → 其 他 动 物
异 养 细 菌 废 物 、 排 泄 物 人
2
水体自净速度有哪些限制因素？ 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
自净作用
土壤环境容量是指土壤生态系统中某一特定的环境单元内，土壤所允许容纳污染物质的最大数量。也就是说 在此土壤时空内，土壤中容纳的某污染物质不致阻滞植物的正常生长发育，不引起植物可食部分中某污染物积累 到危害人体健康的程度，同时又能最大限度地发挥土壤的净化功能。
土壤是一个半稳定状态的复杂物质体系，对外界环境条件的变化和外来的物质有很大的缓冲能力。从广义上 说，土壤的自净作用是指污染物进入土壤后经生物和化学降解变为无毒害物质，或通过化学沉淀、络合和螯合作 用、氧化还原作用变为不溶性化合物，或为土壤胶体牢固地吸附，植物难以利用而暂时退出生物小循环，脱离食 物链或排出土壤。狭义的土壤自净能力则主要是指微生物对有机污染物的降解作用，以及使污染化合物转变为难 溶性化合物的作用。但是，土壤在自然净化过程中，随着时间的推移，土壤本身也会遭到严重污染。因为土壤污 染及其去污，决定于污染物进入量与土壤天然净化能力之间的消长关系，当污染物的数量和污染速度超过了土壤 的净化能力时，破坏了土壤本身的自然动态平衡，使污染物的积累过程逐渐占优势，从而导致土壤正常功能失调， 土壤质量下降。在通常情况下，土壤的净化能力决定于土壤物质组成及其特性，也和污染物的种类和性质有关。 不同土壤对污染物质的负荷量(或容量)不同，同一土壤对不同污染物的净化能力也是不同的。应当指出，土壤的 净化速度是比较缓慢的，净化能力也是有限的，特别是对于某些人工合成的有机农药、化学合成的某些产品以及 一些重金属，土壤是难以使之净化的。因此，必须充分合理地利用和保护土壤的自净作用。
关于水质受污染的河流的自净作用，即意味着水中污染物的浓度在流动的过程中自然减少的现象，这种现象 的机制可分为以下三点：（1）物理净化：通过污染物的稀释、扩散、沉淀等作用使浓度降低。（2）化学净化： 通过污染物的氧化、还原、吸附、凝聚等作用使浓度降低。（3）生物净化：通过生物的作用使污染物浓度降低， 特别是水中的异养微生物对有机物质的氧化分解在其中起主要的作用。狭义的自净作用，就是指生物的净化作用， 通常都是采用这个定义。作为自净作用的具体实例，如伴随河水的流动，而生物需氧量（BOD）或悬浮物量 （suspended solid，SS）的逐渐减少等。
2012学习水质富营养化与防治心得体会周(1)
学习水质富营养化与防治心得体会通过对水质富营养化与防治这一教程的学习。
我从三个方面谈谈自己的体会。
一、富营养化是湖泊分类和演化学的一个概念,是指为水生生物生长所需氮磷等营养物质大量进入湖泊,当其浓度超过一定数值引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,快速消耗水中溶解氧,导致水质恶化、生物死亡的现象。
富营养化不仅造成湖泊生态系统的恶性循环,制约湖泊资源的可利用性,还直接关系到人类健康与社会经济的持续发展,其生态影响已倍受关注。
1.水体富营养化的成因及机理大量含氮、磷肥料的生产和使用,食品加工、畜产品加工等造成的工业废水和大量城市生活废水,特别是含磷洗涤剂产生的污水未经处理即行排放,使海水、湖水中富含氮、磷等植物营养物质,称为水体富营养化。
2. 富营养化水体的特性水体富营养化不光表现为水中藻类或大型水生植物的太甚生长,同时引起水体一系列的理化特性厘革。
2.1 pH值。
水华大多暴发在pH值为弱碱性或碱性的水体中。
在自然水体中,氢离子的浓度并不取决于水分子的离解,而重要取决于水中CO32-、HC03-、CO2的相比关连。
在富营养化水体中,随着富营养化的生长,水的pH值出现随藻类生长而显着增高的趋向。
这是由于藻类光相助用消耗水中的CO2,致使水中氢离子淘汰,pH 值升高。
2.2透明度(SD)。
通常情况下,深水的透明度比浅水的透明度大。
在统一湖泊中,搪塞中小型湖泊来说,一样平常是湖心透明度大,边沿小。
由于大部分湖泊的透明度出现随藻类繁殖而显着降落的趋向,所以在富营养化水体中,水体的透明度一样平常都与反应藻类生长的叶绿素a指标出现相反的厘革趋向。
国际上通常以为透明度小于0.5m是富营养化湖泊的重要特性。
2.3颜色。
紧张富营养化水体由于藻类的大量增殖,而带有颜色,如褐色、绿色、黄绿色、血色、乳白色、蓝色、蓝绿色等,因上风藻种差异而使水体具有差异的颜色。
带色藻类飘浮在水面象油漆一样,影响景观。
2.4气味。
富营养化的水体中会因藻类散发出阵阵腥臭,由于底层紧张缺氧,厌氧微生物繁殖剖析孕育发生H2S,所以通常伴有臭皮蛋味的恶臭。
水体自净的原理
水体自净的原理嘿，你问水体自净啥原理呀？这事儿吧，让我好好给你唠唠。
咱先说说啥是水体自净呢？简单来说呀，就是水自己把自己弄干净喽。
就像咱人会打扫房间一样，水也有它自己的办法把脏东西弄走。
我给你讲个我小时候的事儿吧。
那时候我家住在一个小村子里，村子旁边有一条小河。
那河水可清了，清得能看见水底的小鱼小虾在游来游去。
我们小伙伴们经常去河里捉鱼捉虾，玩得可开心了。
有一次，下了一场大雨。
雨停了之后，我们又跑去河边玩。
结果发现河水变得有点浑浊了，里面还有一些树枝啊、树叶啊什么的。
我们就觉得很奇怪，这河水咋变脏了呢？但是过了几天，我们再去看的时候，发现河水又变清了。
那些树枝树叶啥的都不见了。
这是咋回事呢？后来我才知道，这就是水体自净的作用。
水体自净主要有几个方面的原理呢。
首先啊，水会自己流动。
就像那条小河，河水一直在流。
那些脏东西呢，就会被水流带着走。
水流就像一个清洁工，把脏东西都运到别的地方去了。
还有啊，水里有很多微生物。
这些微生物可厉害了，它们能把一些脏东西吃掉。
比如说，有些微生物能把有机物分解成无害的物质。
就像我们吃了东西，要消化一样，微生物也会把水里的脏东西消化掉。
另外呢，水里的植物也能帮忙。
河边那些水草啊、芦苇啊啥的，它们的根可以吸收水里的营养物质。
这样一来，那些对水有害的物质就会减少。
就拿那条小河来说吧，下了雨之后，河水变浑浊了。
但是随着水流的流动，那些树枝树叶就被冲走了。
水里的微生物也开始工作，把一些有机物分解掉。
河边的植物也在发挥作用，吸收着水里的营养物质。
慢慢地，河水就又变清了。
水体自净真的很神奇呢！它让我们的水变得干净，让我们能有一个好的环境。
我们也要保护好水，不要往水里扔垃圾，不要污染水。
这样水才能更好地发挥它的自净作用。
哎呀，说了这么多，你应该明白水体自净的原理了吧？就像那条小河一样，水有它自己的办法把自己弄干净。
我们也要珍惜水，让水一直保持干净清澈。
嘿嘿，咋样，我说得够明白不？。
微生物的生态
作用，藻类对无机元素的吸收利用，以及浮游动物和一发低系生，列变但后化不生，减使少动水污物体染通中物过的总存量食在。物浓而链度生对降物
有机体的摄取和浓缩作用等。
化学净化可使污染物的总量降低，
使水体得到真正净化。
一、水体中的微生物 4.污染水体的微生物生态学特征
当有机污染物排入河流后， 在排污点的下游进行着正 常的自净过程。沿着河流 方向形成一系列连续的污 化带，包括四个污染带： 多污带、α-中污带、β中污带、寡污带，这四个 带是根据指示生物的种群、 数量以及水质划分的。
二、微生物与生物环境间的关系 2.生物因子
③共生(mutualism) 微生物与动物间的共生 ★瘤胃微生物与反刍动物的共生
牛羊等反刍动物，草食，但它们本身没有分解纤维素的能力，而是靠瘤胃微生物帮 助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。瘤胃中生活着多种细菌和原生动物。 共生原理如下：
二、微生物与生物环境间的关系 2.生物因子
两种微生物紧密生活在一起，彼此依赖，相互为对方创造有利条件，有的达到了难以分 离的程度。生理上相互分工，组织上形成了新的结构，彼此分离各自就不能很好地生活。
微生物间的共生地衣:由菌藻（子 囊类真菌与藻类） 共生或菌菌（真 菌与蓝细菌）共 生的地衣。
二、微生物与生物环境间的关系 2.生物因子
地衣中的真菌和藻类已形成特殊形态的整体，在生理上相互依存。其中的藻类或蓝 细菌进行光合作用，为真菌提供养料，真菌以产生的有机酸分解岩石为藻类或蓝细 菌提供矿质元素。
一、水体中的微生物 1.淡水中的微生物
★腐败型水生微生物
随着人畜排泄物或病体污物而进入水体的动植物致病菌，一般难以长期生存，但由 于水体的流动，也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行。
环境微生物学教学课件16水体污染与自净
稀释
通过加入清洁的水，降低污染物浓度，使水质得到改 善。
挥发
某些溶解度较低的气体可以自然挥发，从而降低水中 的溶解性污染物。
化学净化
中和
通过酸碱中和反应，降低水体的酸碱度，减少对 水生生物的毒性。
氧化还原
通过化学反应，使水中的还原性或氧化性污染物 得以转化，降低毒性。
有毒有害物质污染
总结词
有毒有害物质污染是指由有毒有害化学 物质引起的水体污染，主要来源于化工 、制药、染料等产业。
VS
详细描述
有毒有害物质包括有机氯农药、多环芳烃 、酚类化合物等，这些物质具有致癌、致 畸、致突变等危害，对水生生物和人体健 康造成严重威胁。
03 水体的自净作用
CHAPTER
物理净化
水体污染与自净
目录
CONTENTS
• 水体污染概述 • 水体污染的类型 • 水体的自净作用 • 水体污染的防治 • 水体污染与自净的实例分析
01 水体污染概述
CHAPTER
水体污染的定义
定义
水体污染是指人类活动或自然过程产 生的污染物进入水体，导致水质下降， 破坏水体生态平衡，影响人类和其他 生物正常利用的现象。
总结词
某河流受到工业废水和生活污水的排放，导致水质恶化 ，但通过自然净化作用逐渐恢复。
详细描述
某河流在过去的几十年里受到了严重的工业废水和生活 污水排放的污染，导致水质严重恶化，水体浑浊，生物 多样性减少。然而，随着环保意识的提高和治理措施的 加强，河流的水质逐渐恢复。自然净化作用发挥了重要 作用，水生植物和微生物开始逐渐恢复，水体逐渐变得 清澈透明。
04
水体污染的影响
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 天然物质、人工合成物质
• 无机污染物生物净化
第一节 有机污染物的生物净化机理
• 净化本质——微生物转化为无机物 • 依靠——好氧分解与厌氧分解
一、好氧分解
• 细菌是其中的主力军
• 原理：好氧有机物呼吸
•
C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐
•
H → H2O
•
N → NH3 → HNO2 → HNO3
→ 矿化盐
•
S → H2SO4
无毒无臭！
•
P → H3PO4
• 二、厌氧分解
• 厌氧细菌 • 原理：发酵、厌氧无机盐呼吸
• 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
放线菌 —— 诺卡氏菌 • 酵母菌 —— 假丝酵母 • 霉 菌 —— 青霉属、曲霉属 • 藻 类 —— 蓝藻和绿藻
3．石油的降解机理
A．链烷烃的降解
+ O2
R-CH2- CH2-CH3
R- CH2-CH2-COOH β-氧化
CO2 + H2O
CH2-COOH + R-COOH
B．无支链环烷烃的降解
C．芳香烃
• 芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可 以不同程度的被微生物分解。
已知降解不同芳香烃的细菌类别
微生物 名称
苯类 酚类
萘
荧光假单胞 铜 绿 色 假 单 胞
菌、铜绿色 菌、溶条假单胞
假单胞菌及 菌、诺卡氏菌、
苯杆菌
球形小球菌、无
色杆菌及分枝杆
菌
菲
菲杆 菌、菲 芽孢杆 菌
蒽
荧光假单胞 菌和铜绿色 假单胞菌、 小球菌及大 肠埃希氏菌
• 以环己烷为例
OH
+O2 H
－H2O
O
OH
-2H HOOC-（CH2）4-COOH
ω氧化
HOOC-（CH2）4-CH2OH
+ H2O
CO2 + H2O
通常一些微生物只能将环烷变为环己酮，另一些微生物只能将 环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的协同作
用下将污染物 彻底降解——共代谢。
木质素模式图
香3．豆醇木质素的转松化柏醇
芥子醇
•木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松
柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。
Lignin 木质素 聚合 交联
木质素
空腔 纤维素
*木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降
解自木然质界素中呢哪？些微生物能够进行木质素的降解呢？ • 确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的
厌氧分解（开始）→ 好氧分解（后续）
第二节 各类有机污染物的转化
一、碳源污染物的转化
• 包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化 合物等。
（一）糖类污染物
• 提问：哪些糖类会成为污染物？ • 难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会
使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多 糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。
1．纤维素的转化
• β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含 1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。
• 来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废 水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。
A．微生物分解途径
纤维素酶
纤维二糖酶
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
糖酵解 厌
氧
ATP
发
三羧酸
H2O
酵
循环
CO2
葡萄糖 丙酮丁醇发酵
• 1．石油成分的生物降解性
• 与分子结构有关
A．链长度
链中等长度（C10~C24）＞链很长的（C24以上）＞短链 （*？）
B．链结构
• 直链 ? 支链
• 不饱和 ? 饱和 • 烷烃 ? 芳烃
>
• 链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以及多环 芳烃极难降解
2．降解石油的微生物
• 降解石油的微生物很多，据报道有200多种 • 细 菌 —— 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属
只有软腐菌。
黄孢原平毛革菌 (Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌 的一种，隶属于担子菌纲、 同担子菌亚纲、非褶菌目、 丝核菌科。
白腐—树皮上木质素被该菌分 解后漏出白色的纤维素部分。
（二）油脂的转化
• 水中来源：毛纺、毛条厂废水、 油脂厂废水、肉联厂废水、制革 厂废水含有大量油脂
2．半纤维素的转化
• 存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水 中含半纤维素。
• 分解过程
TCA循环
聚糖酶
半纤维素
单糖 + 糖醛酸
CO2 + H2O
H2O
各种发酵产物
厌氧分解
• 分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。
• 许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌 有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
• 难———对于自然生态环境系统,如果一种化合
物滞留可达几个月或几年之久,或在人工生物处理 系统, 几小时或几天之内还未能被分解或消除 • 种类：稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、 杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等。
• 提问：为什么这些有机物难于生物降解？
• 微生物缺乏相应的水解酶
苯和酚的代谢
• 苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢
萘 的 代 谢
菲的代谢
蒽的代谢
• 酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解 的后半段是相同的，可表示如下
苯
酚 氧化酶
萘
菲
+ O2
蒽
酶
邻苯二酚
酮基己二酸
+ O2 +2H
琥珀酸 乙酰辅酶 A
三羧酸循环 CO2 + H2O
（四） 人工合成的难降解有机化合 物的生物降解
• 降解油脂较快的微生物： • 细 菌 —— 荧光杆菌、绿脓杆菌、
灵杆菌 • 丝状菌 —— 放线菌、分支杆菌 • 真 菌 —— 青霉、乳霉、曲霉 • 途径：水解+β氧化
（三）石油的转化
• 提问：什么是石油？ • 石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的
复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事 故现场以及石化行业的工业废水中。
丁酸发酵
丙酮 + 丁醇 + CO2 + H2 丁酸 + 乙酸 + CO2 + H2
好氧分解 厌氧发酵
B．分解纤维素的微生物
• 好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 • 厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌
及嗜热纤维芽孢梭菌。 • 放 线 菌——链霉菌属。 • 真 菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。 • 需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。