微生物降解的污染物課件

1、第一節(jié) 概 述一、生物降解與生物轉(zhuǎn)化的概念生物降解(biodegradation)：復(fù)雜有機化合物在微生物作用下轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)較簡單化合物或被完全分解的過程。 已發(fā)現(xiàn)多種微生物對合成有機物的降解作用酚類已發(fā)現(xiàn)降解細菌有30個屬，66種鹵素有機物降解細菌有27個屬，40種合成含氮有機物降解細菌有18個屬，36種合成表面活生劑降解細菌有18個屬，43種石油烴類降解細菌有100多個屬，200多種三、有機污染物的可生物降解性（一）可生物降解性：化合物被生物降解的可能性及其難易程度。 1.可生物降解物質(zhì) ：單糖、蛋白質(zhì)、淀粉、核糖等降解快的物質(zhì) 2.難生物降解物質(zhì)：纖維素、農(nóng)藥、烴類、降解慢的一類物質(zhì) 3.

2、不可生物降解物質(zhì)：塑料、尼龍、腈綸、滌綸、聚酯、氟里昂、 多環(huán)，雜環(huán)芳烴、高聚物等有機污染物的分解途徑：光分解、化學(xué)分解和生物分解 持久性有機污染物 人類合成的能持久存在于環(huán)境中、通過生物食物鏈累積,并對人類健康及環(huán)境造成有害影響的化學(xué)物質(zhì)(Persistent organic pollutants，POPs)。 2001年5月簽署“關(guān)于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約” 禁止或限制的12種對人體健康和自然環(huán)境特別有害的POPs： 滅蟻靈、滴滴涕、呋喃、二惡英、異狄氏劑、艾氏劑、氯丹、狄氏劑、七氯、六氯化苯、多氯聯(lián)苯、毒沙芬?？股锝到獾脑虿淮嬖诮到饪股锝到夥肿拥拿赶?對細胞的不可透過性

3、酶的活性中心與基質(zhì)特定部位的不可接近性 不能對必要的酶進行誘導(dǎo) 共代謝 環(huán)境因素 基質(zhì)的生物有效性 閾值微生物降解污染物的一般途徑(一） 礦化作用：有機污染物在一種或多種微生物的利用下徹底分解成CO2、水和簡單的無機化合物的過程。 (二）共代謝作用：有些合成的化合物不能被微生物降解，但若有另一種可供碳源和能源的輔助基質(zhì)存在時，它們則可被部分降解。 降解其它有機物提供能源等； 靠其它微生物協(xié)同作用； 經(jīng)別的物質(zhì)誘導(dǎo)等。影響微生物降解轉(zhuǎn)化的因素（一） 物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu) 1.結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度 2.芳香基團的數(shù)量與種類 3.其他修飾基團或功能基團的種類和數(shù)量 4.有機碳的直連及支鏈組成 5.分子鏈上的元素

4、組成（二）共代謝（三）環(huán)境物理化學(xué)因素 （四）微生物降解或轉(zhuǎn)化污染物后生成的中間體或 終產(chǎn)物微生物對有機污染物的降解一、石油烴二、芳香族與鹵代烴類三、化學(xué)農(nóng)藥 四、合成洗滌劑 五、化學(xué)塑料 其它： 偶氮化合物、氰和腈、亞硝胺類、黃曲霉毒素B1等。1烴的種類 長鏈烴（C24以上）、中等長度烴（C10C24）、短鏈烴 直鏈 、 支鏈 不飽和、飽和 烷烴、芳烴 鏈末端有季碳原子的烴以及多環(huán)芳烴極難降解一. 石油烴的降解2. 烴的降解機理A鏈烷烴的降解 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOHB無支鏈環(huán)烷烴的降

5、解 以環(huán)己烷為例 通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩類以上微生物的協(xié)同作用下將污染物 徹底降解共代謝。二、芳香族與鹵代烴類芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烴的細菌類別苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示 苯的代謝萘的代謝菲的代謝蒽的代謝提問：為什么這些有機物難于生物降解？微生物缺乏相應(yīng)的水解酶（四） 人工合成的難降解有機化合 物的生物降解難對于自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),如果一種化合物滯留可達幾個月或幾年之久,或在人工生物處理系統(tǒng), 幾小時或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除種類：穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合

6、成的聚合物、殺蟲劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢品等。鹵代烴氯苯類用 途：穩(wěn)定劑（潤滑油、絕緣油、增塑劑、油漆、熱載體、油墨等都含有）危 害：急性中毒，是一種致癌因子降 解 菌：產(chǎn)堿桿菌、不動桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體通過共代謝完成氯苯的完全降解。*共代謝研究進展及其成果對環(huán)保的應(yīng)用現(xiàn)狀？三、化學(xué)農(nóng)藥如殺蟲劑、除草劑等化學(xué)成分：有鹵素、磷酸基、氨基、硝基、羥基及其它取代物的簡單烴骨架（有機磷、有機錫、有機氯等）。相比較其它取代基團而言，微生物對鹵素取代基往往不適應(yīng)，因而隨著鹵素取代基數(shù)量的增多，農(nóng)藥的生物可降解性大幅度下降。水中來源：農(nóng)田土壤的灌溉水或雨水微生物降解農(nóng)藥的途徑

7、1酶促作用 1）酶促作用需先經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生特殊酶而后才能使農(nóng)藥降解，有的可直接利用農(nóng)藥作能源和碳源。 2）共代謝作用對于難降解頑固復(fù)雜的農(nóng)藥，通過先培養(yǎng)容易降解其中一種農(nóng)藥，促使對其它農(nóng)藥的降解作用。 3)去毒代謝微生物不直接利用農(nóng)藥作營養(yǎng)，而是攝取其它有機物作營養(yǎng)和能源，在其中發(fā)展了為保護自身的生存解毒作用。2非酶促作用微生物代謝中使pH降低引起農(nóng)藥溶解，或產(chǎn)生某些化學(xué)物質(zhì)促進農(nóng)藥轉(zhuǎn)化。3 微生物代謝引起農(nóng)藥參與系列生化反應(yīng)：脫鹵作用、脫烴作用、酰胺及脂的水解、氧化還原作用、環(huán)裂解、縮合或共軛效應(yīng)等使農(nóng)藥逐漸降解。例對硫磷的降解： 有機磷農(nóng)藥的降解微生物代謝將對硫水解變成較小分子，然后進一步分解

8、生成R-COOH、H2O、HNO3，仍可再進一步分解轉(zhuǎn)化為CO2、H2S、N2等。四、合成洗滌劑的降解合成洗滌劑：陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)四大類。陰離子型表活劑包括：脂肪酸衍生物、烷基磺酸鹽、烷基硫酸酯、烷基苯磺酸鹽、烷基磷酸酯、烷基苯磷酸鹽等；陽離子型主要含氨基或季銨鹽的脂肪鏈縮合物，烷基苯與銨基的聚合物；非離子型是一類多羥基化合物與烴鏈的聚合物，脂肪烴與聚乙烯酚的縮合物；兩性電解質(zhì)為脂肪酸與羧酸、磺酸的縮合物。合成洗滌劑除基本成分為表面活性劑外，尚含有多種輔助劑。如三聚磷酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉、羥基甲基纖維素、熒光增白劑、香料等。全世界合成表面活性劑年產(chǎn)量2000萬噸以上，雖

9、對水體污染造成影響，但在水體中的含量未呈明顯增加陰離子洗滌劑ABS甲基分支干擾生物降解，鏈末端與4個碳原子相連的季碳原子抗攻擊的能力更強。降解洗滌劑的微生物細 菌假單胞菌、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌放線菌諾卡氏菌由于這些微生物的作用，雖然每年排放入環(huán)境中的洗滌劑數(shù)量逐年遞增，但環(huán)境中并沒有發(fā)生洗滌劑的明顯增加。因而洗滌劑一般不會引起環(huán)境的有機污染。洗滌劑目前存在的問題主要是洗滌劑中的添加劑聚磷酸鹽造成的水體富營養(yǎng)化問題 。B洗滌劑的降解機理對微生物無影響（1）.土地板結(jié)（2）. 被海鳥及海洋哺乳動物誤食，致使這些動物消化系統(tǒng)停滯，引起死亡。具報道每年海洋中死于廢棄塑料的海鳥和海洋哺乳動物，數(shù)目之多令人觸目驚心。 （3）.影響景觀目前發(fā)現(xiàn)能降解塑料的微生物，種類很少，而且降解速度緩慢。他們主要是細菌、放