污染物的生物降解和转化PPT课件
合集下载
最新典型污染物在环境各圈层中的转归与效应课件ppt
2
2．多氯联苯(PCBs)
(1)多氯联苯的结构与性质 • PCBs是一组由二个以上氯原子取代联苯分子中氢原
子而形成的氯代芳烃,共有209个异构体。
3
4
持久性有机污染物斯德哥尔摩公约 2004年11月11日起对我国生效
• POPs公约于2001年5月22日在瑞典斯德哥尔摩通 过，至今已有151个国家签署、83个国家批准。
• 通过这一过程实现了PCBs从大气向水体或土壤的转移。 • 气态和吸附态的PCBs都可以通过干、湿沉降过程或雨
水淋洗到达地球表面。
16
② PCBs在土壤中的迁移
❖土壤中PCBs的来源
– 主要来源于颗粒沉降; – 有少量来源于污泥作肥料,填埋场的渗漏以及在农药配
方中使用的PCBs等。 – 土壤中的PCBs含量一般比上面的空气中含量高出１０
停产，到80年代初国内基本已停止生产PCBs，估计历年 累计产量近万吨。
10
(2) PCBs的来源与分布
②分布
❖PCBs在环境样品中广泛分布。 ❖PCBs由于挥发性低的，辛醇/水分配系数高, 在大
气和水中含量较低。
–大气中小于10ng/L, 水中小于2ng/L 。
❖PCBs易被颗粒物所吸附，在废水流入河口附近的沉 积物中，PCBs含量可高达2000－5000μg/kg。
• 其余的大部分则通过下列途径进入环境
– 随工业废水进入河流和沿岸水体； – 从密封系统渗漏或在垃圾场堆放； –在使用和处理（焚化含PCBs的物质）过程中，
通过挥发进入大气，然后经干、湿沉降转入湖 泊和海洋。
13
(3) PCBs在环境中的迁移与转化
①概况 ❖水体的PCBs极易被颗粒物所吸附，成为沉积物。 ❖近年来PCBs的使用量大大减少，但沉积物中的
2．多氯联苯(PCBs)
(1)多氯联苯的结构与性质 • PCBs是一组由二个以上氯原子取代联苯分子中氢原
子而形成的氯代芳烃,共有209个异构体。
3
4
持久性有机污染物斯德哥尔摩公约 2004年11月11日起对我国生效
• POPs公约于2001年5月22日在瑞典斯德哥尔摩通 过，至今已有151个国家签署、83个国家批准。
• 通过这一过程实现了PCBs从大气向水体或土壤的转移。 • 气态和吸附态的PCBs都可以通过干、湿沉降过程或雨
水淋洗到达地球表面。
16
② PCBs在土壤中的迁移
❖土壤中PCBs的来源
– 主要来源于颗粒沉降; – 有少量来源于污泥作肥料,填埋场的渗漏以及在农药配
方中使用的PCBs等。 – 土壤中的PCBs含量一般比上面的空气中含量高出１０
停产，到80年代初国内基本已停止生产PCBs，估计历年 累计产量近万吨。
10
(2) PCBs的来源与分布
②分布
❖PCBs在环境样品中广泛分布。 ❖PCBs由于挥发性低的，辛醇/水分配系数高, 在大
气和水中含量较低。
–大气中小于10ng/L, 水中小于2ng/L 。
❖PCBs易被颗粒物所吸附，在废水流入河口附近的沉 积物中，PCBs含量可高达2000－5000μg/kg。
• 其余的大部分则通过下列途径进入环境
– 随工业废水进入河流和沿岸水体； – 从密封系统渗漏或在垃圾场堆放； –在使用和处理（焚化含PCBs的物质）过程中，
通过挥发进入大气，然后经干、湿沉降转入湖 泊和海洋。
13
(3) PCBs在环境中的迁移与转化
①概况 ❖水体的PCBs极易被颗粒物所吸附，成为沉积物。 ❖近年来PCBs的使用量大大减少，但沉积物中的
典型污染物的转归与效应(ppt57张)
⒉多氯联苯（PCBS）：
⑴ PCBS结构与性质：
3' 4' 5' 6' 联苯 2' 1' 1 6 5 2 3 4
Clm
Cln 多氯联苯 (1≤m+n≤10)
PCBS的全部异构体有210个。目前已鉴定出102个 。
PCBS纯化合物为晶体，混合物则为油状液体。粘
度随着Cl数增加而增大，溶解度随Cl数的增加而降低 。 PCBS耐酸、耐碱、耐腐蚀和抗氧化，对金属无腐 蚀、耐热和绝缘性能好，加热到1000-1400℃才完全分
②生物转化：
PCBS可通过代谢作用发生转化，转化速率随分子
中Cl的增多而降低。
★⑷多氯联苯的毒性与效应
PCBS可抑制水生植物的生长；大多数鱼种对PCBS
都很敏感。鸟类吸收PCBS后可引起肾、肝的扩大和损 坏，内部出血，脾脏衰弱等。 PCBS可诱导哺乳动物的肝脏腺瘤及癌症的发展。 PCBS进入人体后，可引起皮肤溃疡、囊肿及肝损伤、 白细胞增加等症。PCBS可通过母体转移给胎儿致畸。 PCBS目前唯一的处理方法是焚烧，焚烧多氯联苯
汞及其化合物挥发程度与化合物的形态及在水中的溶 2.0 氧化物 干空气中，RH≤1%
碘化物 干空气中 解度、表面吸附、大气的相对湿度等密切相关。 氟化物 氟化物 氯化甲基汞（液体） 醋酸苯基汞（固体） 醋酸苯基汞（固体） 硝酸苯基汞（固体） 硝酸苯基汞（固体） 半胱氨酸汞络合物 （固体） RH≤1% RH＝70% 0.06%的 0.1mol/L 磷酸盐缓冲溶液， pH=5 在 RH≤1%的干空气中 在 RH=30%的干空气中 在 RH≤1%的干空气中 在 RH=30%的干空气中 湿空气中，RH 饱和 干空气中，RH≤1% 150 8 20 900 140 22 140 4 27 13 2
08年五、微生物对污染物的降解与分化
• （1）现存生物降解能力的提高 • ①自然生物降解多样性的分析和解降能力资源开 发利用 • 自然发生的微生物活性过去是，现在也是所有生 物技术应用的出发点和基础。分离具有新的代谢 能力的细菌菌株，并对它们的降解途径作出生物 化学和遗传学阐述，这样有利于开发自然发生的 多样性和降解能力资源。主要的应用方面是可以 克隆遗传基因构建新的遗传工程菌以及构建协同 式菌群，构建畅通的代谢降解路线。
• 被降解对象： 异生物源物质（xenobiotics） (xenobiotic organic compound) (现存酶所不认识的化合物) • 生物降解性：被生物的接受程度 • 易生物降解（易生物降解物质），难生物降解 （抗降解物质）、持久性有机物（POP） • 降解程度：完全降解、部分降解 • 降解类型：好氧降解和厌氧降解
• (3) 氮磷营养 • 氮磷营养对环境污染物的降解有重要影响。微生物在利用 有机物特别是利用主要由碳和氢组成的烃时也消耗象氮和 磷这样的主要营养物。 • (4) 温度 • 温度对微生物的生长以及环境污染物的溶解度可以产生很 大的影响。 • (5) pH值 • 环境介质的pH值对微生物生长，代谢活性以及环境污染 物的溶解性都产生极大的影响。 • (6) 盐度 • 嗜盐微生物可以在高盐度条件下生长，但非嗜盐微生物的 生理活性却很容易受到盐度的影响。 • (7) 水活度 • 任何微生物的适生长都需要适合水活度，水活度对环境污 染物的降解也产生相当影响。
• • • • •
(5) 易变异，适应能力强。 (6) 种类多，数量大。 (7) 迁移能力强。 4. 生物降解作用的人为强化 提高生物降解能力从组织层次上包括：（1）群体 降解水平的提高，如向环境投入营养物可以从总 体上提高微生物的生理活性。（2）微生物种群降 解能力的提高，通过对降解微生物种的生理遗传 改造，提高降解能力。 （3）酶工程的降解酶改 造扩大酶底物范围，提高降解能力。 • 从工作程序上，从种群水平上，可以包括对现存 降解能力的提高以及构建新的降解能力。
《有机物降解》课件
电化学降解技术
通过电化学反应将有机物分解为小分子，具有选 择性高、处理效率高的特点。
未来发展方向与挑战
深入研究有机物降解的机理
深入了解有机物降解过程中的反应机制和影响因素，为新技术的研发 提供理论支持。
开发高效、环保的降解技术
针对不同种类的有机物，开发出高效、环保、低成本的降解技术，满 足实际应用需求。
04
有机物降解的应用
有机废弃物的处理
农业废弃物
利用有机废弃物生产有机肥料和生物农药，减少化肥和农药的使 用，提高土壤质量。
城市生活垃圾
通过堆肥、厌氧发酵等方式处理城市生活垃圾，生产有机肥料和生 物燃气，实现垃圾减量化和资源化利用。
工业废弃物
利用有机废弃物进行生物处理，减少对环境的污染，同时实现废弃 物的资源化利用。
。藻类Leabharlann 藻类是一类自养生物，它们能够 通过光合作用将二氧化碳转化为 有机物，同时也能降解多种有机
物。例如，蓝藻和绿藻等。
微生物降解的机制
生物转化
微生物通过酶的作用将有机物转 化为更小的分子，如脂肪酸、醇 和醛等，这些分子可以被微生物
进一步利用或释放到环境中。
共代谢
有些有机物对于某些微生物来说不 是能源或碳源，但它们可以被微生 物作为辅助物质进行降解。
pH值是影响有机物降解的重要因素之一。在酸性或碱性条件下，某些有机物可能不易被微 生物降解。
不同微生物对pH值的要求不同，有些微生物在酸性条件下生长较好，而有些则在碱性条件 下生长较好。因此，pH值的变化会影响有机物的降解过程。
在实际应用中，可以通过调节pH值来促进有机物的降解。例如，在废水处理中，可以通过 添加酸或碱来调节pH值，从而提高有机物的去除效率。
通过电化学反应将有机物分解为小分子，具有选 择性高、处理效率高的特点。
未来发展方向与挑战
深入研究有机物降解的机理
深入了解有机物降解过程中的反应机制和影响因素，为新技术的研发 提供理论支持。
开发高效、环保的降解技术
针对不同种类的有机物，开发出高效、环保、低成本的降解技术，满 足实际应用需求。
04
有机物降解的应用
有机废弃物的处理
农业废弃物
利用有机废弃物生产有机肥料和生物农药，减少化肥和农药的使 用，提高土壤质量。
城市生活垃圾
通过堆肥、厌氧发酵等方式处理城市生活垃圾，生产有机肥料和生 物燃气，实现垃圾减量化和资源化利用。
工业废弃物
利用有机废弃物进行生物处理，减少对环境的污染，同时实现废弃 物的资源化利用。
。藻类Leabharlann 藻类是一类自养生物，它们能够 通过光合作用将二氧化碳转化为 有机物，同时也能降解多种有机
物。例如，蓝藻和绿藻等。
微生物降解的机制
生物转化
微生物通过酶的作用将有机物转 化为更小的分子，如脂肪酸、醇 和醛等，这些分子可以被微生物
进一步利用或释放到环境中。
共代谢
有些有机物对于某些微生物来说不 是能源或碳源，但它们可以被微生 物作为辅助物质进行降解。
pH值是影响有机物降解的重要因素之一。在酸性或碱性条件下，某些有机物可能不易被微 生物降解。
不同微生物对pH值的要求不同，有些微生物在酸性条件下生长较好，而有些则在碱性条件 下生长较好。因此，pH值的变化会影响有机物的降解过程。
在实际应用中，可以通过调节pH值来促进有机物的降解。例如，在废水处理中，可以通过 添加酸或碱来调节pH值，从而提高有机物的去除效率。
【环境生物学课件】第六章 环境污染物的生物净化方法
影响微生物脱氮的因素
pH值
硝化反应要耗碱，如果污水中没有足够的碱度，随着硝化的进 行，pH值会急剧下降，而硝化细菌对pH十分敏感，硝化细菌 和亚硝化细菌分别在7.0～7.8和7.7～8.1时活性最强，在这个 范围以外，其活性就急剧下降。 两类硝化细菌的最适温度在30℃左右。
温度
溶解氧
硝化过程的DO一般应维持在1.0～2.0 mg/L。 DO对反硝化脱氮有抑制作用，但氧的存在对能进行反硝化作 用的反硝化菌是有利的，因为这类菌为兼性厌氧菌。故工艺上 最好使其交替处于好氧、缺氧的环境下，所以脱氮反应并不要 求DO保持在零的状态。如在悬浮污泥系统中，缺氧段DO应控 制在0.5 mg/L以下，在膜法系统中，可控制在1.0～2 .0 mg/L。
沉池能否有效泥水分离密切相关；
为原生动物、微型后生动物提供了良好的生存环境、附着场
所。
丝状细菌
它的作用有两方面：
一方面：是活性污泥的重要组分，交叉穿织与菌胶
团内，或附着生长于絮状体表面，具有强氧化分解 有机物能力，起到一定的净化作用。
另一方面：当丝状菌的数量超过菌胶团细菌时，可
使絮状体沉降性能下降，严重时可引发污泥膨胀 （bulking）现象。
曝气池混合液静置30分钟后，沉降的污泥体积与污泥干重之比。 它反映了活性污泥的凝聚性和沉降性，一般控制在50－150之间， 若大于200，则表明发生了污泥膨胀。
污泥负荷（Ls）
单位时间内，单位重量的活性污泥能处理的有机物的数量，用kg （BOD）/kg(MLSS)•d表示。又称有机负荷率，F/M值。
碳源
塑料降解ppt课件
• 随机裂解型塑料受热时分子内化学键的断裂是随机的，产 生一定数目的碳原子和氢原子结合的的分子化合物，这类 塑料有聚乙烯、聚丙烯等。
• 大多数塑料的裂解两者兼而有之，属于中间型，但在合适 的温度、压力、催化剂条件下，能使其中某些特定数目链 长的产物大大增加，从而获得有一定经济价值的产物，如 汽油、柴油等。
19
• 汽车工业的快速发展，生活水平的提高加快了人 们对软质聚氨酯制品(床、沙发垫等)的快速淘汰 ，越来越多的废旧软泡给我国造成的环境压力也 越渐明显。当然硬质聚氨酯塑料的问题也很不乐 观。生物降解将对塑料降解是一个既经济又环保 的方法，因此研究塑料的生物降解对人类而言将 是里程碑式的进展。
20
塑料的生物降解
• 微生物产生的脂酶、蛋白酶、纤维素酶和木质素 酶降解活的生物或其死后的残体。现在普遍认为 光合作用是地球表面最重要的进化，它促使更多 的生物量产生，从而可以生物降解更多的分子。
5
生活中观察到的生物降解现象
6
• 一、定义
塑料
• 塑料为合成的高分子化合物，又可称为高分 子或巨分子(macromolecules)，也是一般所 俗称的塑料(plastics)或树脂(resin)，可以自 由改变形体样式。是利用单体原料以合成或 缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填 料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加 剂组成的。
塑料的热解
• 废塑料热解是将已清楚杂质的塑料置于无氧或者低氧的密 封容器中加热，使其裂解为低分子化合物。
• 其基本原理是将塑料制品中的高聚物进行彻底的大分子裂 解，使其回到低分子量状态或单体态。按照大分子内键断 裂位置的不同，可将热解分为解聚反应型、随机裂解型和 中间型。
25
• 解聚反应型塑料受热裂解时聚合物发生解离，生成单体， 主要切断了单分子之间的化学键。这类塑料有α-甲基苯乙 烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，它们几乎100％地裂解成单体 。
• 大多数塑料的裂解两者兼而有之，属于中间型，但在合适 的温度、压力、催化剂条件下，能使其中某些特定数目链 长的产物大大增加，从而获得有一定经济价值的产物，如 汽油、柴油等。
19
• 汽车工业的快速发展，生活水平的提高加快了人 们对软质聚氨酯制品(床、沙发垫等)的快速淘汰 ，越来越多的废旧软泡给我国造成的环境压力也 越渐明显。当然硬质聚氨酯塑料的问题也很不乐 观。生物降解将对塑料降解是一个既经济又环保 的方法，因此研究塑料的生物降解对人类而言将 是里程碑式的进展。
20
塑料的生物降解
• 微生物产生的脂酶、蛋白酶、纤维素酶和木质素 酶降解活的生物或其死后的残体。现在普遍认为 光合作用是地球表面最重要的进化，它促使更多 的生物量产生，从而可以生物降解更多的分子。
5
生活中观察到的生物降解现象
6
• 一、定义
塑料
• 塑料为合成的高分子化合物，又可称为高分 子或巨分子(macromolecules)，也是一般所 俗称的塑料(plastics)或树脂(resin)，可以自 由改变形体样式。是利用单体原料以合成或 缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填 料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加 剂组成的。
塑料的热解
• 废塑料热解是将已清楚杂质的塑料置于无氧或者低氧的密 封容器中加热，使其裂解为低分子化合物。
• 其基本原理是将塑料制品中的高聚物进行彻底的大分子裂 解，使其回到低分子量状态或单体态。按照大分子内键断 裂位置的不同，可将热解分为解聚反应型、随机裂解型和 中间型。
25
• 解聚反应型塑料受热裂解时聚合物发生解离，生成单体， 主要切断了单分子之间的化学键。这类塑料有α-甲基苯乙 烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，它们几乎100％地裂解成单体 。
环境生物技术土壤污染与修复技术(共64张PPT)
土壤中污染物的来源
▪ 大气沉降(土壤酸化、多环芳烃和二恶英等)
▪ 污水排灌（重金属、多环芳烃等）
▪ 化肥农药施用（硝酸盐、PCB、DDT等） ▪ 固体废物堆放处置（各种污染物） ▪ 工业生产(石油、多环芳烃和重金属污染等) ▪ 交通运输（三氯乙稀等）
▪ 全球物质循环（持久性有机污染物）
土壤污染的类型（掌握）
▪ ⑥水分低于50％，或pH高于8.5时会抑制生物降解作用。
典型有机化合物的生物降解
▪ 2.2.2 脂烃类的降解特点
▪ (1) 链烃的降解方式：单末端氧化、双末端氧化、次末端氧化和直接 脱氢。
▪ (2) 环烷烃的生物降解：
典型有机化合物的生物降解
▪ 2.2.2 芳香烃的降解特点
▪ (2)单环芳烃的好氧降解
▪ 微生物对脂烃类的降解特点： ▪ ①很多微生物可以降解脂烃类；
▪ ②脂烃的生物降解一般都需要氧； ▪ ③长链脂肪烃（C10-C24）比短链脂肪烃(<C10)易于降解，小于C10的脂
肪烃大部分只能通过共代谢作用降解，大于C24则不容易降解； ▪ ④ 链烃比环烃容易降解，直链烷烃比直链烷烃容易降解；
▪ ⑤不饱和脂肪烃比饱和脂肪烃容易降解
土壤污染的特点（重点）
❖ （1）隐蔽性或潜伏性:
水体和大气的污染比较直观，严重时通过人的感官即能发现： 而土壤污染则往往要通过农作物包括粮食、蔬菜、水果或牧草以及 摄食的人或动物的健康状况才能反映出来，从遭受污染到产生恶果 有一个相当长的逐步积累过程，具有隐蔽性或潜伏性。日本的第二 公害病——痛痛病60年代发生于富山县神通川流域，直至70年代才 基本证实是镉污染土壤所生产的“镉米”所致。
影响微生物降解和转化的因素
▪ （（33））温温度度；； ▪ （4）营 营养养；； ▪ （55））酸酸碱碱度度；； ▪ （6）氧氧；；
《活性污泥法》课件
微生物生长
在曝气池中，微生物附着 在悬浮的活性污泥上生长
繁殖。
有机物降解
微生物降解有机物，将其 转化为二氧化碳、水和能
量。
硝化反应
部分微生物进行硝化反应 ，将氨氮转化为硝酸盐。
沉淀池中的固液分离
沉淀
活性污泥与水在沉淀池中进行分离，污泥 下沉至底部。
污泥回流
部分污泥通过回流系统回流至曝气池，维 持微生物数量。
中温菌和高温菌分别在25-40℃和4565℃范围内最为活跃。
温度的突然变化可能导致微生物生长受到 抑制或死亡。
pH值的影响
pH值是影响微生物代谢的 重要因素。
适宜的pH值范围为6.5-8.5 ，最佳pH值为7.0-7.5。
当pH值低于4.5或高于9.5 时，微生物活性受到严重 抑制。
营养物质的影响
生物反应器的原理
生物反应器是活性污泥法的核心设备，通过提供适宜的环 境条件，使微生物大量繁殖，吸附和降解有机物。
生物反应器的改进方向
针对传统生物反应器的不足，可以通过改进反应器结构、 增加内部构件、优化曝气方式等方式，提高微生物的活性 和降解能力。
实例分析
以某新型生物反应器为例，通过增加导流板和曝气装置， 提高了传质效率和溶解氧浓度，从而提高了有机物的去除 效率。
出水
上清液从沉淀池上部流出，进入后续处理 或排放。
污泥回流与排放
剩余污泥排放
污泥处置
沉淀池底部的剩余污泥定期排放，以 减少污泥量。
脱水后的污泥可以进行焚烧、填埋或 资源化利用。
污泥脱水
排放前，污泥需进行脱水处理，降低 含水率。
03
活性污泥法的影响因素
温度的影响
温度对活性污泥中的微生物活性有显著影 响。
在曝气池中，微生物附着 在悬浮的活性污泥上生长
繁殖。
有机物降解
微生物降解有机物，将其 转化为二氧化碳、水和能
量。
硝化反应
部分微生物进行硝化反应 ，将氨氮转化为硝酸盐。
沉淀池中的固液分离
沉淀
活性污泥与水在沉淀池中进行分离，污泥 下沉至底部。
污泥回流
部分污泥通过回流系统回流至曝气池，维 持微生物数量。
中温菌和高温菌分别在25-40℃和4565℃范围内最为活跃。
温度的突然变化可能导致微生物生长受到 抑制或死亡。
pH值的影响
pH值是影响微生物代谢的 重要因素。
适宜的pH值范围为6.5-8.5 ，最佳pH值为7.0-7.5。
当pH值低于4.5或高于9.5 时，微生物活性受到严重 抑制。
营养物质的影响
生物反应器的原理
生物反应器是活性污泥法的核心设备，通过提供适宜的环 境条件，使微生物大量繁殖，吸附和降解有机物。
生物反应器的改进方向
针对传统生物反应器的不足，可以通过改进反应器结构、 增加内部构件、优化曝气方式等方式，提高微生物的活性 和降解能力。
实例分析
以某新型生物反应器为例，通过增加导流板和曝气装置， 提高了传质效率和溶解氧浓度，从而提高了有机物的去除 效率。
出水
上清液从沉淀池上部流出，进入后续处理 或排放。
污泥回流与排放
剩余污泥排放
污泥处置
沉淀池底部的剩余污泥定期排放，以 减少污泥量。
脱水后的污泥可以进行焚烧、填埋或 资源化利用。
污泥脱水
排放前，污泥需进行脱水处理，降低 含水率。
03
活性污泥法的影响因素
温度的影响
温度对活性污泥中的微生物活性有显著影 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)。
修复； 如：污染水体中的藻类的放氧；微型动物对病原菌和过多藻类 的吞噬 • 采用凤眼莲为主的污水处理系统去除水体中的氮磷； • 利用芦苇田处理污水可杀死大肠杆菌，去除某些金属离子，减 少有机物及氮磷； • 水花生、细绿萍、黑麦草人工湿地及氧化塘处理系统；
二、微生物对污染物的作用
• 微生物通过氧化（β-氧化、环氧化、硫氧化、甲基氧化等）、 还原（硫酸盐还原、双键还原、三键还原）、水解、脱基（脱卤、 脱氨基、脱羧基）、羟基化反应、酯化反应以及代谢（氨代谢、 肟代谢、腈氨代谢）等一种或多种生理生化反应，使有机物发生 转化、分体内断裂醚键，降解成相应的 酚，消除其对植物的毒害；
I. 将腈转化为酰胺，降低毒性； J. 轭合作用，利用植物体内的中间代谢产物和异生素的反应合成
无毒产物
2. 微生物的激活作用
（1）定义
：无害的前体物质通过微生物的作用转化成有毒产物的过程。
致癌物 致畸物
图4-4 化学品解毒历程
（3）解毒作用
A. 对酯键或酰胺键的水解脱毒； B. 苯环或脂肪链上的羟基化，以OH取代H使毒物失去毒性； C. 杀虫剂中氯和其他卤素的脱卤； D.杀虫剂中与氯、氧或硫相连甲基和烷基的去甲基和去烷基； E. 对有毒酚类物的甲基化，使酚类物钝化； F. 将硝基还原成氨基，以减轻基质的毒性； G. 醚草通脱氨基，变为无毒物；
C. 酶的专一性与抑制作用
卤代二羟基苯与催化芳香核加氧作用的酶活性中心的铁离子发 生螯合作用，抑制了酶系统的活性。
2. 微生物的解毒作用
（1）定义
：通过微生物对污染物的转化、降解、矿化等作用，使污染物的 分子结构发生改变，从而降低或去除污染物的毒性的过程。
（2）解毒产物的去处
A. 解毒产物直接分泌到细胞外； B. 经酶反应进入正常代谢途径，碳以CO2的形式释放； C. 经酶反应进入正常代谢途径，以有机废物的形式分泌到胞外。
（2）共代谢的原因 提出了各种假设，但都有局限性，主要原因有： A. 微生物的吸收与同化能力
微生物不能在某种基质上生长的原因并不是由于微生物无法分 解代谢这种物质，而是由于微生物本身缺乏吸收、同化其氧化 产物的能力。
B. 有毒产物的积累
该机制仅能应用于芳香烃化合物。如：2,3,6-三氯甲苯的共代谢 会导致3,5-二氯儿茶酚的积累，最终形成对细胞有毒害的环境。
（2）有助于深入认识污染物在环境中的迁移转化规律和了解这 些染物对自然界物质转化循环的影响，为控制污染、保护 环境提供理论依据；
（3）与保护人类健康和自然界生态平衡有密切关系；
1. 污染物降解微生物
（1）土著微生物——从自然界（土壤、水体）筛选驯化，对污 染物降解和转化过程较复杂，通常分布进行，多种微生物和酶 共同作用；
第四章 污染物的生物降解和转化
Contents
第一节 微生物对污染物的作用 第二节 影响生物降解的因素 第三节 污染物的生物降解反应及其中间产物 第四节 典型有机污染物的生物降解
第一节 微生物对污染物的作用
一、有机污染物的生物降解性
• 地球上所有天然合成的有机物都可被微生物不同程度地降解，在 漫长的生物进化过程中，微生物被这些物质诱导产生分解酶；
图4-1 有机污染物降解的典型微生物
（2）外来微生物——人为投加特种微生物以促进污染物的降解； • 一般条件下，外来微生物与土著微生物应具有良好的相容性；
如：有机垃圾堆肥投菌、珊瑚诺卡氏菌处理含氰废水；热带假 丝酵母处理油脂废水 • 目前，用于生物修复的高效降解菌大多系多种微生物混合而成 的复合菌群； 例1：光合细菌多为红螺菌科光合细菌的复合菌群，已商业化。 例2：美国CBS公司开发的复合菌剂，内含光合细菌、酵母菌、 放线菌、硝化菌等，在成都府南河、重庆桃花溪等河道应用；
• 微生物与污染物间会发生共代谢、激活、去毒、吸着作用； • 污染物在被微生物降解时存在着阈值现象；
1. 微生物的共代谢作用
（1）定义 ：某些有机物在其生物降解过程中不能作为微生物的
惟一碳源，而只能依靠另一种有机物作为碳源与能 源的前提下才能被降解的现象。 （2）共代谢基质与微生物 见图4-3
图4-3 纯培养中的一些共代谢基质及其产物
• 人工合成的一些复杂大分子聚合物（如有机氯农药、洗涤剂、多 氯联苯、塑料、尼龙等），由于微生物与之接触时间短，尚未诱 导出特定的完整酶系统，成为十分关注的问题；
• 研究生物降解性的意义： （1）数十万种环境污染物中绝大多数是有机物，这些物质的生物
可降解性研究是控制物质生产、排放和生物处理工艺设计的 重要依据；
（a）对自然界的微生物和高等生物不构成威胁； （b）基因工程菌有一定的寿命； （c）基因工程菌进入净化系统之后，其适应期比土著种的驯化
期要短得多； （d）基因工程菌降解污染物功能下降时，可以重新接种； （e）基因工程菌易适应生存，不会被目标污染物杀死
图4-2 某些基因工程菌的降解活性
（4）其他微生物与植物 • 包括藻类、微型生物、植物等对污染物具有作用，可用于环境
例：超级细菌——Chapracarty等将假单胞菌属中不同菌株的 CAM、OCT、SAL、NAH四种降解性质粒结合转移到同一个 菌株中，构建成一株能同时降解芳香烃、多环芳烃和脂肪烃的 “超级细菌”，用于海上溢油污染消除。该菌能将天然菌要花 一年以上才能消除的浮油缩短为几个小时，被誉为在污染治理 工程菌的构建上的第一块里程碑。 • 基因工程菌环境释放后的安全性控制 方法：遗传缺陷、自杀基因 • 理想的基因工程菌特征
例3：玉垒环境技术公司生产的高温放线菌为主的复合菌剂 （YL活性生物复合剂H15）用于苏州河程家桥河段污水处理， 180天内对底泥中有机物降解率为20%左右，促进了底泥的矿 化 （3）基因工程菌——将具有降解性的质粒转移到一些能在污水 和污染土壤中生存的菌体内，定向构建高效降解污染的工程菌 • 细菌的降解能力由质粒控制，目前已发现降解性质粒30多种； 如：假单胞菌属中的石油降解质粒 • 目前，世界上已构建出多种降解难降解化合物的工程菌；
二、微生物对污染物的作用
• 微生物通过氧化（β-氧化、环氧化、硫氧化、甲基氧化等）、 还原（硫酸盐还原、双键还原、三键还原）、水解、脱基（脱卤、 脱氨基、脱羧基）、羟基化反应、酯化反应以及代谢（氨代谢、 肟代谢、腈氨代谢）等一种或多种生理生化反应，使有机物发生 转化、分体内断裂醚键，降解成相应的 酚，消除其对植物的毒害；
I. 将腈转化为酰胺，降低毒性； J. 轭合作用，利用植物体内的中间代谢产物和异生素的反应合成
无毒产物
2. 微生物的激活作用
（1）定义
：无害的前体物质通过微生物的作用转化成有毒产物的过程。
致癌物 致畸物
图4-4 化学品解毒历程
（3）解毒作用
A. 对酯键或酰胺键的水解脱毒； B. 苯环或脂肪链上的羟基化，以OH取代H使毒物失去毒性； C. 杀虫剂中氯和其他卤素的脱卤； D.杀虫剂中与氯、氧或硫相连甲基和烷基的去甲基和去烷基； E. 对有毒酚类物的甲基化，使酚类物钝化； F. 将硝基还原成氨基，以减轻基质的毒性； G. 醚草通脱氨基，变为无毒物；
C. 酶的专一性与抑制作用
卤代二羟基苯与催化芳香核加氧作用的酶活性中心的铁离子发 生螯合作用，抑制了酶系统的活性。
2. 微生物的解毒作用
（1）定义
：通过微生物对污染物的转化、降解、矿化等作用，使污染物的 分子结构发生改变，从而降低或去除污染物的毒性的过程。
（2）解毒产物的去处
A. 解毒产物直接分泌到细胞外； B. 经酶反应进入正常代谢途径，碳以CO2的形式释放； C. 经酶反应进入正常代谢途径，以有机废物的形式分泌到胞外。
（2）共代谢的原因 提出了各种假设，但都有局限性，主要原因有： A. 微生物的吸收与同化能力
微生物不能在某种基质上生长的原因并不是由于微生物无法分 解代谢这种物质，而是由于微生物本身缺乏吸收、同化其氧化 产物的能力。
B. 有毒产物的积累
该机制仅能应用于芳香烃化合物。如：2,3,6-三氯甲苯的共代谢 会导致3,5-二氯儿茶酚的积累，最终形成对细胞有毒害的环境。
（2）有助于深入认识污染物在环境中的迁移转化规律和了解这 些染物对自然界物质转化循环的影响，为控制污染、保护 环境提供理论依据；
（3）与保护人类健康和自然界生态平衡有密切关系；
1. 污染物降解微生物
（1）土著微生物——从自然界（土壤、水体）筛选驯化，对污 染物降解和转化过程较复杂，通常分布进行，多种微生物和酶 共同作用；
第四章 污染物的生物降解和转化
Contents
第一节 微生物对污染物的作用 第二节 影响生物降解的因素 第三节 污染物的生物降解反应及其中间产物 第四节 典型有机污染物的生物降解
第一节 微生物对污染物的作用
一、有机污染物的生物降解性
• 地球上所有天然合成的有机物都可被微生物不同程度地降解，在 漫长的生物进化过程中，微生物被这些物质诱导产生分解酶；
图4-1 有机污染物降解的典型微生物
（2）外来微生物——人为投加特种微生物以促进污染物的降解； • 一般条件下，外来微生物与土著微生物应具有良好的相容性；
如：有机垃圾堆肥投菌、珊瑚诺卡氏菌处理含氰废水；热带假 丝酵母处理油脂废水 • 目前，用于生物修复的高效降解菌大多系多种微生物混合而成 的复合菌群； 例1：光合细菌多为红螺菌科光合细菌的复合菌群，已商业化。 例2：美国CBS公司开发的复合菌剂，内含光合细菌、酵母菌、 放线菌、硝化菌等，在成都府南河、重庆桃花溪等河道应用；
• 微生物与污染物间会发生共代谢、激活、去毒、吸着作用； • 污染物在被微生物降解时存在着阈值现象；
1. 微生物的共代谢作用
（1）定义 ：某些有机物在其生物降解过程中不能作为微生物的
惟一碳源，而只能依靠另一种有机物作为碳源与能 源的前提下才能被降解的现象。 （2）共代谢基质与微生物 见图4-3
图4-3 纯培养中的一些共代谢基质及其产物
• 人工合成的一些复杂大分子聚合物（如有机氯农药、洗涤剂、多 氯联苯、塑料、尼龙等），由于微生物与之接触时间短，尚未诱 导出特定的完整酶系统，成为十分关注的问题；
• 研究生物降解性的意义： （1）数十万种环境污染物中绝大多数是有机物，这些物质的生物
可降解性研究是控制物质生产、排放和生物处理工艺设计的 重要依据；
（a）对自然界的微生物和高等生物不构成威胁； （b）基因工程菌有一定的寿命； （c）基因工程菌进入净化系统之后，其适应期比土著种的驯化
期要短得多； （d）基因工程菌降解污染物功能下降时，可以重新接种； （e）基因工程菌易适应生存，不会被目标污染物杀死
图4-2 某些基因工程菌的降解活性
（4）其他微生物与植物 • 包括藻类、微型生物、植物等对污染物具有作用，可用于环境
例：超级细菌——Chapracarty等将假单胞菌属中不同菌株的 CAM、OCT、SAL、NAH四种降解性质粒结合转移到同一个 菌株中，构建成一株能同时降解芳香烃、多环芳烃和脂肪烃的 “超级细菌”，用于海上溢油污染消除。该菌能将天然菌要花 一年以上才能消除的浮油缩短为几个小时，被誉为在污染治理 工程菌的构建上的第一块里程碑。 • 基因工程菌环境释放后的安全性控制 方法：遗传缺陷、自杀基因 • 理想的基因工程菌特征
例3：玉垒环境技术公司生产的高温放线菌为主的复合菌剂 （YL活性生物复合剂H15）用于苏州河程家桥河段污水处理， 180天内对底泥中有机物降解率为20%左右，促进了底泥的矿 化 （3）基因工程菌——将具有降解性的质粒转移到一些能在污水 和污染土壤中生存的菌体内，定向构建高效降解污染的工程菌 • 细菌的降解能力由质粒控制，目前已发现降解性质粒30多种； 如：假单胞菌属中的石油降解质粒 • 目前，世界上已构建出多种降解难降解化合物的工程菌；