《【论文资料】微生物对污染物的降解与转化.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【论文资料】微生物对污染物的降解与转化.ppt（48页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、微生物对污染物的降解与转化,自然界中物质的降解有三种方式：光降解、化学降解、生物降解。,生物降解指由生物对污染物进行的分解或降解。降解将复杂有机物分解为简单物质的过程。终极降解微生物把有机物分解产生无机物CO2和H2O的过程。,第一节 有机污染物的生物降解,可生物降解性复杂有机物在微生物作用下 分解为简单物质的可能性。依可生物降解性的大小可将所有的物质范围：可生物降解性物质；如淀粉、蛋白质难生物降解性物质；如纤维素不可生物降解性物质；尼龙、塑料,一、微生物降解与转化污染物的巨大潜力,产生诱导酶具新的代谢功能；形成新的突变种（自发诱变、诱变突变、工程菌的组建）；降解性质粒利用组建超级菌,5.共代
2、谢,共代谢微生物处在能生长的基质中时，同时能将原来不能利用的物质氧化的现象。共代谢的方式：依靠其他物质提供能量；依靠其他微生物的协同作用；先经相似物诱导产生诱导酶，使污染物得以降解。,（二）影响微生物降解与转化的因素,化学结构：链长、官能团、取代基、异构体。共代谢：环境理化因素：微生物的生长条件（温度、水分、光照、有害物）；污染物的溶解度。中间产物或终产物：结构变化、毒性改变。,二、有机污染物生物降解性的测定方法及意义,（一）可生物降解性测定方法有：1、耗氧量测定：通过用瓦氏呼吸仪测定的耗氧量可以计算3个指标：生物氧化率耗氧量与其理论完全需氧量之比。受降解条件的影响,呼吸曲线内源呼吸曲线与外源
3、呼吸曲线的相对位置。,生化呼吸线位于内源呼吸线之上，说明该有机物可能被微生物氧化分解。两条呼吸线之间的距离越大，说明该有机物的生物降解性越好,两条线基本重合，说明该有机物不能被微生物氧化分解，但对微生物的生命活动无抑制作用,生化呼吸线位于内源呼吸线之下，说明该有机物对微生物产生了明显的抑制作用。生化呼吸线越接近横坐标，表明毒害越大，此时细菌已几乎停止呼吸，濒于死亡,相对耗氧速率有外源物质存在时，单位生物量在单位时间内的耗氧量与内源呼吸的耗氧速率之比。,a.底物无毒，但不能被微生物所利用。b.底物无毒，能被微生物所利用。c.底物有毒，可被微生物利用，但在浓度较高的情况下对微生物发生抑制作用。d.
4、底物有毒，不能被微生物所利用。,2、降解实验 接种微生物后，通过一定时间的培养，培养液中污染物含量的减少与原始浓度之比即为降解率。3、BOD5/CODCr 0.45，生化性较好；0.30，可生化；0.30，较难生化；（但如果BOD5较高，仍可采用 生化方法）0.25，不宜生化。,（二）可生物降解性研究的意义：可生物降解性物质采用生物处理法；难生物降解性和不可生物降解性物质首先严格控制排放，继而改造工艺和产品结构、寻找或驯化高效微生物菌株，最后只能停止生产。,第八章 微生物对污染物的降解与转化,第二节 微生物降解污染物的途径,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
5、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纤维素的转化葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含140010000个葡萄糖基（1-4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,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
6、筛选。,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 CO2+H2O 半纤维素 单糖+糖醛酸 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。,Lignin 木质素,木质素 空腔 纤维素,3木质素的转化,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。,木质素模式图,自然界中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，疑似的只有软腐菌。,黄
7、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。,*木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降解木质素呢？,（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+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
8、场以及石化行业的工业废水中。,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（C10C24）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+O2R-CH2-CH2-CH3 R-CH2-CH2-COOH-氧化 CO2+H2O CH2-COOH+R-COOH,B无支链环烷烃的降解
9、以环己烷为例,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。,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,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,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,（四）人工合成的难降解有机化合 物的生物降解,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
10、,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。,1.氯苯类,用 途：稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热载体、油墨等都含有）危 害：急性中毒，是一种致癌因子（米糠油事件）降 解 菌：产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体通过共代谢完成氯苯的完全降解。*共代谢研究进展及其成果对环保的应用现状？,2洗涤剂,可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。我国目前生产的洗涤剂属于阴离子型烷基苯磺酸钠。较早开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）：,ABS,甲基分支
11、干扰生物降解，链末端与4个碳原子相连的季碳原子抗攻击的能力更强。,危害：ABS可以在天然水体中存留800h以上，使这得接纳他的水体长时间保持，产生大量泡沫，引起水体缺氧。为使洗涤剂易于生物降解，人们将ABS的结构改变为线性的直链烷基苯磺酸盐（LAS）：,由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。,ABS,A降解洗涤剂的微生物,细 菌假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌放线菌诺卡氏菌由于这些微生物的作用，虽然每年排放入环境中的洗涤剂数量逐年递增，但环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。因而洗涤剂一般不会引起环境的有机污染。洗涤剂目前存在的问题主要是洗涤剂中的添加剂
12、聚磷酸盐造成的水体富营养化问题。,B洗涤剂的降解机理,对微生物无影响（1）.土地板结（2）.被海鸟及海洋哺乳动物误食，致使这些动物消化系统停滞，引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动物，数目之多令人触目惊心。（3）.影响景观目前发现能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解速度缓慢。他们主要是细菌、放线菌、曲霉中的某些成员。,3.塑料,塑料在环境中积累有哪些危害？危害：白色污染,提问：如何解决塑料的难降解问题？（1）限制使用不可降解塑料（2）开发可降解塑料 光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改性塑料、化学合成或用微生物、转基因植物直接生产可生物降解的塑料；,*如何制造完全生物可
13、降解塑料？有哪些种类？发展前景如何？,4.农药,如杀虫剂、除草剂等化学成分：有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其它取代物的简单烃骨架（有机磷、有机锡、有机氯等）。相比较其它取代基团而言，微生物对卤素取代基往往不适应，因而随着卤素取代基数量的增多，农药的生物可降解性大幅度下降。水中来源：农田土壤的灌溉水或雨水,危害：生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸变）最典型的一个例子就是杀虫剂DDT（二氯二苯三氯乙烷），由于氯代基数量大，在自然界的半衰期长达半年以上，由于DDT不溶于水而易溶于脂肪，因而可在动物脂肪组织中堆积，并沿着食物链在逐级向上不断积累，引起生物各种急慢性中毒。,降解农药的微生物：细 菌 假
14、单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌 放线菌 诺卡氏菌 真 菌 曲霉这些微生物往往需共代谢将农药逐级降解。,二、氮源有机污染物的转化,蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。,（一）蛋白质的转化水中来源：生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等1降解蛋白质的微生物种类很多好 氧 细 菌 链球菌和葡萄球菌好氧芽孢细菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢杆菌 兼 性 厌 氧 菌变形杆菌、假单胞菌 厌 氧 菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌)。,2降解机理,N2,3.典型含氮有机物的转化,氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及硝基化合物 水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。危 害：生物毒害、环境积累A降解这些物质的微生物细 菌紫色杆菌、假单胞菌放线菌诺卡氏菌真 菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀霉)、木霉及担子菌等,B降解机理,a.氰化物5HCN+5.5O2 5CO2+H2O+5NH3b.有机腈,担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下缩合成为氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。HCN CH3COH CH3CHNH2CN CH3CHNH2COOH 甲醛 氨基乙腈 丙氨酸,
