溫度影響有機(jī)物生物降解的原因課件

1、第四章 污染環(huán)境的生物修復(fù)原理4.1 生物修復(fù)概述1.生物修復(fù)的概念2.生物修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展3.生物修復(fù)的特點(diǎn)4.生物修復(fù)的類型5.生物修復(fù)的原則及可處理性試驗(yàn)6.生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)4.1.1 生物修復(fù)的概念生物修復(fù)（bioremediation），目前比較被大家共同接受的基本定義為：生物修復(fù)是利用生物，特別是微生物催化降解有機(jī)污染物，從而修復(fù)被污染環(huán)境或消除環(huán)境中的污染物的一個(gè)受控或自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程，這是狹義的定義。也可以表述為：生物修復(fù)是利用土著的、引入的微生物和微生物及其代謝過(guò)程，或其產(chǎn)物進(jìn)行的消除或富集有毒物的生物學(xué)過(guò)程。生物修復(fù)的目的是去除環(huán)境中的污染物，使其濃度降至環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全濃

2、度之下。生物修復(fù)還有更廣泛的定義，除了微生物修復(fù)外，還包括植物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)，也就是說(shuō)，生物修復(fù)是指利用細(xì)菌、真菌、水生藻類、陸生植物等的代謝活性降解減輕有機(jī)污染物的毒性，改變重金屬的活性或在土壤中的結(jié)合態(tài)，通過(guò)改變污染物的化學(xué)或物理特性而影響它們?cè)诃h(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和降解速率。概念比較與生物修復(fù)概念相近或相似的表達(dá)有：生物恢復(fù)、生物清除、生物再生、生物補(bǔ)救、生物整治、生物凈化。生物凈化強(qiáng)調(diào)的是自然環(huán)境系統(tǒng)利用本身固有的生物體進(jìn)行的環(huán)境無(wú)害化過(guò)程，是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。而生物修復(fù)更強(qiáng)調(diào)人們有意識(shí)地利用生物體進(jìn)行環(huán)境無(wú)害化。環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)主要有三方面內(nèi)容組成： 利用土著微生物代謝能力的技術(shù)； 活化

3、土著微生物分解能力的方法； 添加具有高速分解難降解化合物能力的特定微生物(群)的方法。 圖4-1 生物修復(fù)工藝的實(shí)施過(guò)程污染發(fā)現(xiàn)污染確認(rèn)污染修復(fù)目標(biāo)及工藝選擇污染修復(fù)實(shí)施污染修復(fù)評(píng)價(jià)污染修復(fù)結(jié)束污染源： 點(diǎn)源，面源，移動(dòng)點(diǎn)源污染物質(zhì)：PAHs，有機(jī)氯化合物，重金屬等污染范圍：地表水，土壤，地下水，近海岸等修復(fù)范圍： 污染物濃度，面積，深度等修復(fù)目標(biāo)： 達(dá)到的濃度，生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)程度，時(shí)間，成本修復(fù)方法： 原位修復(fù)，異位修復(fù)修復(fù)技術(shù)： 生物通氣法，生物注射法，植物修復(fù)等4.1.2 生物修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展1972年美國(guó)利用生物修復(fù)技術(shù)清除賓夕法尼亞州的Ambler管線泄漏的汽油是史料所記載的首次應(yīng)用。

4、1989年，美國(guó)阿拉斯加海域受到大面積石油污染以后，首次大規(guī)模應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)。歐洲各發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)80年代中期就對(duì)生物修復(fù)進(jìn)行了初步研究。我國(guó)的生物修復(fù)處于剛剛起步階段。 (圖為黎巴嫩某海灘的石油污染圖片）世界上不同國(guó)家生物修復(fù)研發(fā)的特點(diǎn)歐洲國(guó)家以對(duì)傳統(tǒng)廢物的處理系統(tǒng)的強(qiáng)化和改進(jìn)為主，從而處理特定的化學(xué)污染物并提高降解能力。美國(guó)側(cè)重于不同污染底的土壤和水體的政治和修復(fù)，尤其是外源有機(jī)污染 物的治理。日本將其重點(diǎn)放在全球性 的環(huán)境修復(fù)上。4.1.3 生物修復(fù)的特點(diǎn)與物理、化學(xué)修復(fù)方法相比的優(yōu)點(diǎn)局限性生物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)1.生物修復(fù)可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，節(jié)省了很多治理費(fèi)用。2.環(huán)境影響小。3.最大限度的降

5、低污染物的濃度。4.可用于其他處理技術(shù)難以應(yīng)用的場(chǎng)地。5.生物修復(fù)技術(shù)可以同時(shí)處理受污染的土壤和地下水。局限性1.耗時(shí)長(zhǎng)。2.條件苛刻。3.并非所有進(jìn)入環(huán)境的污染物都能被生物利用。4.特定的生物只能吸收、利用、降解、轉(zhuǎn)化特定類型的化學(xué)物質(zhì)。生物修復(fù)的類型分類方式 按修復(fù)主體分類 按修復(fù)受體分類 按修復(fù)場(chǎng)所分類按修復(fù)主體分類微生物修復(fù)植物修復(fù)動(dòng)物修復(fù)生態(tài)修復(fù)一株可同時(shí)有效降解有機(jī)氮和有機(jī)硫的微生物 按修復(fù)場(chǎng)所分類原位生物修復(fù)： 也稱就地生物修復(fù)，是指在基本不破壞土壤和地下水自然環(huán)境的條件下，對(duì)受污染的對(duì)象不做搬運(yùn)或輸送而在原場(chǎng)直接采用生物修復(fù)技術(shù)。特點(diǎn)：成本低廉但修復(fù)效果較差，適合于大面積、低污

6、染負(fù)荷的環(huán)境對(duì)象。原位生物修復(fù)的分類A.原位工程生物修復(fù) 指采取工程措施，有目的地操作環(huán)境系統(tǒng)中的生物過(guò)程，加快環(huán)境修復(fù)。B.原位自然生物修復(fù) 是利用環(huán)境中原有的微生物，在自然條件下對(duì)污染區(qū)域 進(jìn)行自然修復(fù)。 按修復(fù)場(chǎng)所分類異位生物修復(fù)：有時(shí)也稱為易位生物修復(fù)，是指將受污染的環(huán)境對(duì)象搬運(yùn)或輸送到其他場(chǎng)所，借助于生物反應(yīng)器進(jìn)行集中修復(fù)。特點(diǎn)：修復(fù)效果好但成本高昂，適合于小范圍內(nèi)、高污染負(fù)荷的環(huán)境對(duì)象。 原位異位聯(lián)合生物修復(fù) 將原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)相結(jié)合，便產(chǎn)生了聯(lián)合生物修復(fù)，它能揚(yáng)長(zhǎng)避短，是當(dāng)今環(huán)境修復(fù)中前途較廣的修復(fù)措施4.1.5 生物修復(fù)的原則及可處理性試驗(yàn)1234適合的生物是生物修復(fù)

7、的先決條件適合的場(chǎng)所是指要有污染物和核實(shí)的生物相結(jié)出的地點(diǎn)適合的環(huán)境條件是指要控制或改變環(huán)境條件，使生物的代謝與生長(zhǎng)活動(dòng)處于最佳狀態(tài)。適合的技術(shù)費(fèi)用是指生物修復(fù)技術(shù)費(fèi)用必須盡可能的低。（1）生物修復(fù)的原則（2）生物修復(fù)的可處理性試驗(yàn)可處理性試驗(yàn)?zāi)康目商幚硇栽囼?yàn)方法可處理性試驗(yàn)的目的可處理性試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)為實(shí)際工程的實(shí)施回答以下幾個(gè)問(wèn)題： 1.污染物進(jìn)一步擴(kuò)散的可能性以及防治措施； 2.提高生物活性的技術(shù)手段； 3.評(píng)價(jià)生物修復(fù)效果所需的檢測(cè)手段?？商幚硇栽囼?yàn)方法土壤滅菌試驗(yàn)土壤柱試驗(yàn)搖瓶試驗(yàn)反應(yīng)器試驗(yàn)4.1.6 生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)1.場(chǎng)地信息收集調(diào)查；2.技術(shù)查詢；3.技術(shù)路線選擇；4.可處理性試

8、驗(yàn)；5.修復(fù)效果評(píng)價(jià)；6.實(shí)際工程設(shè)計(jì)。修復(fù)效果評(píng)價(jià)技術(shù)效果評(píng)價(jià)：經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)包括修復(fù)的一次性基建投資與服役期的運(yùn)行成本。 4.2 環(huán)境微生物修復(fù)機(jī)理1.用于生物修復(fù)的微生物2.微生物修復(fù)的影響因素3.微生物修復(fù)與物質(zhì)循環(huán)4.環(huán)境微生物的代謝5.微生物修復(fù)污染物質(zhì)的可生物降解性6.微生物對(duì)有機(jī)污染物的修復(fù)7.微生物對(duì)重金屬污染物的作用8.污染物質(zhì)的生物遷移轉(zhuǎn)化途徑4.2.1 用于生物修復(fù)的微生物1.土著微生物2.外來(lái)微生物3.基因工程菌4.其他微生物5.微生物產(chǎn)品和酶難降解有機(jī)污染物和重金屬及其相應(yīng)的降解轉(zhuǎn)化微生物污染物降解菌參考文獻(xiàn)氯酚Rhodotorula glutinis (kataya

9、ma-hirayama et.al 1994) 甲基溴化物Methylocoocus capsulatus (oremland,r.s.et.al 1994)氯苯Pseudomonas sp.(nishino,s.f.et.al 1994)Pb Ca Cr Citrobacter sp.(macaskie,L.E.et.al 1994)镅（Am）Desulfovibrio sp（吳乾菁等 1995）外來(lái)微生物在天然受污染的環(huán)境中，當(dāng)合適的土著微生物生長(zhǎng)過(guò)慢，代謝活性不高，或者由于污染物毒性過(guò)高造成微生物數(shù)量反而下降時(shí)，可人為投加一些適宜該污染物降解的與土著微生物有很好象溶性的高效菌。如：光合細(xì)

10、菌基因工程菌用于生物修復(fù)的基因工程菌的優(yōu)點(diǎn)：1.基因工程菌對(duì)自然界的微生物和高等生物不構(gòu)成有害的威脅，其有一定的壽命。2.基因工程菌進(jìn)入凈化系統(tǒng)后，需要一段適應(yīng)期，但比土著中的馴化期要短得多。3.基因工程菌降解污染物功能下降時(shí)，可以重新接種。4.目標(biāo)污染物可能大量殺死土著菌，而基因工程菌則容易適應(yīng)生存，發(fā)揮功能。其他微生物這些生物包括藻類和微型動(dòng)物等。在污染水體的生物修復(fù)中，通過(guò)藻類的放氧，是嚴(yán)重污染后缺氧的水體恢復(fù)至好氧狀態(tài)，這為微生物降解污染物提供了良好的電子受體，是好氧性異養(yǎng)細(xì)菌對(duì)污染物的降解能順利進(jìn)行。微型動(dòng)物則通過(guò)吞噬過(guò)多的藻類和一些病原微生物，間接的對(duì)水體起凈化作用。4.2.2 微

11、生物修復(fù)的影響因素1微生物營(yíng)養(yǎng)鹽2電子受體3共代謝基質(zhì)4有毒有害有機(jī)污染物的物理化學(xué)性質(zhì)5污染現(xiàn)場(chǎng)和土壤的特性電子受體和共代謝基質(zhì)微生物氧化還原的最終電子受體主要分為三類：溶解氧、有機(jī)物分解的中間產(chǎn)物和無(wú)機(jī)酸根。研究表明，微生物的共代謝對(duì)一些頑固污染物的降解起著重要作用，因此共代謝基質(zhì)對(duì)生物修復(fù)有著重要影響。4.2.3 微生物修復(fù)與物質(zhì)循環(huán)1.碳循環(huán)2.氮循環(huán)3.氫與氧的循環(huán)4.硫循環(huán) 碳循環(huán)CO2有機(jī)酸 單糖維生素 氨基酸植物 動(dòng)物殘?bào)w 微生物厭氧分解 微生物好氧分解呼吸食用a.在陸地光合作用(CH2O)n有機(jī)化合物CO2(CH2O)n有機(jī)化合物b.在水生境中CH4好氧厭氧光合作用藻類綠色植

12、物甲烷氧化細(xì)菌產(chǎn)甲烷菌光合細(xì)菌發(fā)酵：厭氧微生物呼吸：動(dòng)物、微生物、植物氮循環(huán)植物蛋白動(dòng)物蛋白蛋白質(zhì)氨基酸N2尿素NH3吸收排泄食用死亡死亡固氮氨化硝化反硝化硝化反硝化反硝化硫循環(huán)SH2SS蛋白質(zhì)的SH基蛋白質(zhì)的SH基貝日阿托氏菌屬 發(fā)硫菌屬 硫桿菌屬貝日阿托氏菌屬 發(fā)硫菌屬 硫桿菌屬 同化硫酸鹽還原化同硫鹽酸還原糜糜爛爛作作用用光合細(xì)菌光合細(xì)菌好氧厭氧磷循環(huán)動(dòng)植物體內(nèi)含磷有機(jī)物非溶性磷鹽PH3環(huán)境中含磷有機(jī)物洗滌劑、農(nóng)藥、工業(yè) 廢水微生物分解微生物分解微生物產(chǎn)酸溶解厭氧菌還原植物微生物吸收固氮過(guò)程電子傳遞過(guò)程電子供體Fd2e鐵氧還原蛋白 Fd(A20Fd)22e鐵蛋白(A20Fd)2MoFd2

13、e鉬鐵蛋白MoFdATP2NH3ADP+PiN24.2.4 環(huán)境微生物的代謝微生物的營(yíng)養(yǎng) 1微生物生理代謝的基礎(chǔ)酶 2 微生物的能量代謝 3微生物的合成代謝 4 新陳代謝 新陳代謝 ：生物從環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)生物體內(nèi)的一系列的生理生化反應(yīng)，將營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)轉(zhuǎn)化為生長(zhǎng)所需的能量，合成生命體所需的 物質(zhì)以及生命體所不需要的部分 。同化作用：將從環(huán)境中獲得了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化合成為生物體的組成部分，這個(gè)轉(zhuǎn)化與合成的過(guò)程需要消耗大量的能量。 異化作用 ：將從環(huán)境中獲取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或者生物體內(nèi)的儲(chǔ)存物質(zhì)進(jìn)行分解，并釋放能量，這些能量是生物體種群發(fā)展所需要的。 1. 微生物的營(yíng)養(yǎng) 微生物的化學(xué)組成 C、H、O、

14、N、P、S、K、Ca、Mg、Na等大量元素 Zn、Cu、Mn、Mo、Co等微量元素微生物的營(yíng)養(yǎng) 碳源 自養(yǎng)微生物：能利用無(wú)機(jī)碳源CO2、CO 或 CO32-的微生物。 異養(yǎng)型微生物 ：不能利用無(wú)機(jī)碳源作為自身生長(zhǎng)所需的碳源。只能利用環(huán)境所提供的有機(jī)碳化合物作為碳源，并通過(guò)代謝這些有機(jī)碳化合物而獲得生長(zhǎng)所需的碳源和能量。 兼性型或混合型：反硝化硫桿菌（Thiobacillus denitrficans） 氮源 合成生物體蛋白質(zhì)的原料 N2、NH3、NO3-、NH4+、-NH2、尿素和腐爛的蛋白質(zhì) 無(wú)機(jī)鹽 構(gòu)成細(xì)胞的組成部分； 維持微生物酶系統(tǒng)活性； 調(diào)節(jié)滲透壓；注意： 微生物的營(yíng)養(yǎng)需要有恰當(dāng)?shù)谋?/p>

15、例，任何一個(gè)元素的比例不當(dāng)都會(huì)限制微生物的生長(zhǎng)和種群的增長(zhǎng)。 不同的微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素之間的比例有一定的差異。但 趨勢(shì)是基本相同的，如C：N : P =25 ： 5 : 1。 2. 微生物生理代謝的基礎(chǔ)酶酶的作用機(jī)理 酶在生理代謝過(guò)程中，首先與代謝底物結(jié)合，底物經(jīng)過(guò)酶的結(jié)合，底物分子或者底物分子的某個(gè)基團(tuán)被酶的結(jié)合所激活，從而加速了底物的代謝反應(yīng)。酶在代謝反應(yīng)中并不參與反應(yīng)，因此，酶不會(huì)被消耗掉。 酶的分類 單成分酶：酶蛋白 雙成分酶：酶蛋白+輔基（輔酶）酶的性質(zhì)專一性 酶的作用條件 酶的反應(yīng)速率受酶濃度、底物濃度、溫度、PH、抑制劑和激活劑等因素的影響。 溫度對(duì)酶作用的影響： pH對(duì)酶作用的影

16、響 底物濃度對(duì)酶作用的影響 酶濃度對(duì)酶作用的影響 抑制劑和激活劑對(duì)酶作用的影響 重金屬離子、殺菌劑、一切有毒物質(zhì)多為酶的抑制劑，而激活劑可以在一定條件下加速酶的反應(yīng)，如鹽酸對(duì)胃蛋白酶是激活劑，Mg2+對(duì)許多酶有激活作用。 3. 微生物的能量代謝 好氧呼吸 發(fā)酵 無(wú)氧呼吸 好氧呼吸 在有氧的條件下，以分子氧作為電子受體的生 物氧化作用。 好氧呼吸的電子傳遞體 三羧酸循環(huán) 發(fā)酵 以中間代謝產(chǎn)物作為電子受體的不徹底的氧化反應(yīng) 。 EMP途徑1.已糖激酶 2.磷酸已糖異構(gòu)酶 3.磷酸果糖激酶 4.醛縮酶 5. 磷酸丙糖異構(gòu)酶 6.磷酸甘油酸脫氫酶 7.磷酸甘油酸激酶 8.磷酸甘油酸變位酶 9.烯醇化酶

17、 10.丙酮酸激酶無(wú)氧呼吸 不以氧作為最終電子受體的呼吸過(guò)程。 4. 微生物的合成代謝 光合作用 化能自養(yǎng)型微生物合成代謝 產(chǎn)甲烷菌合成代謝 光合作用 藻類的光合作用: 光細(xì)菌光合作用: 光能 葉綠素 光能光能葉綠素葉綠素 化能自養(yǎng)型微生物合成代謝 一些化能型自養(yǎng)微生物可以通過(guò)氧化環(huán)境中的某些物質(zhì)而獲得化學(xué)能，從而利用這些能量去同化 CO2。 產(chǎn)甲烷菌合成代謝 產(chǎn)甲烷菌在利用有機(jī)物產(chǎn)生 CO2和 CH4時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的能量，并以 ATP 的形式貯存。產(chǎn)甲烷菌又可以利用這些能量（ATP ) 和產(chǎn)甲烷代謝的中間產(chǎn)物合成蛋白質(zhì)、脂肪或者其他細(xì)菌生長(zhǎng)所需的物質(zhì)。 4.2.5 微生物修復(fù)污染物質(zhì)的可生物

18、降解性極其多樣的代謝類型，使自然界存在的有機(jī)物幾乎都能被微生物所分解。很強(qiáng)的變異性，使很多微生物獲得了降解人工臺(tái)成大分子有機(jī)物的能力。 共代謝機(jī)制的存在，大大拓展了微生物對(duì)準(zhǔn)陷解有機(jī)污染物的作用范圍。 共代謝 ：又稱協(xié)同代謝。一些難降解的有機(jī)物，通過(guò)微生物的作用能被改變化學(xué)結(jié)構(gòu)，但并不能被用作碳源和能源，它們必須從其他底物獲取大部或全部的碳源和能源，這樣的代謝過(guò)程謂之共代謝 。可能存在以下幾種情況 ： 靠降解其他有機(jī)物提供能源或碳源； 通過(guò)與其他微生物協(xié)同作用，發(fā)生共代謝，降解污染物；由其他物質(zhì)的誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的酶系，發(fā)生共代謝作用；通過(guò)改變有機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，提高生物降解性。 污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)

19、其生物降解性有十分密切的聯(lián)系，歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)： a.對(duì)于烴類化合物 一般是鏈烴比環(huán)烴易分解，直鏈烴比支鏈烴易分解，不飽和烴比飽和烴易分解。 b.碳?xì)滏I 每個(gè)C原子上至少保持個(gè)氫碳鍵的有機(jī)化合物，對(duì)生物氧化的阻抗較小；而當(dāng)C原子上的H都被烷基或芳基所取代時(shí)，該碳原子被稱為4級(jí)碳原子，會(huì)形成生物氧化的阻抗物質(zhì)。 c.官能團(tuán)的性質(zhì)及數(shù)量 d.分子量大小對(duì)生物降解性的影響很大 4.2.6 微生物對(duì)有機(jī)污染物的修復(fù)1224有機(jī)污染物進(jìn)入微生物細(xì)胞的過(guò)程微生物降解有機(jī)污染物的基本反應(yīng)類型微生物降解有機(jī)物有兩種方式： 第一，通過(guò)微生物分泌的胞外酶降解； 第二，污染物被微生物吸收到微生物細(xì)胞內(nèi)后，由胞

20、內(nèi)降解。 4.2.6.1 有機(jī)污染物進(jìn)入微生物細(xì)胞的過(guò)程 主動(dòng)運(yùn)輸 被動(dòng)擴(kuò)散 促進(jìn)擴(kuò)散 基團(tuán)轉(zhuǎn)位 胞飲作用 胞飲作用 ： 其可能機(jī)制包括：第一，通過(guò)疏水表面突出物的作用把烷烴吸附到細(xì)胞表面；第二，烷烴通過(guò)孔和溝穿透堅(jiān)硬的酵母細(xì)胞壁，而聚集在細(xì)胞質(zhì)表面；第三，通過(guò)未修飾烷烴的胞飲作用把烷烴轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)的烷烴氧化部位，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，微體及線性體。 如假絲酵母攝取烷烴的途徑是胞飲作用 4.2.6.2 微生物降解有機(jī)污染物的基本反應(yīng)類型氧化作用 醇的氧化 醛的氧化 甲基的氧化 氨的氧化 亞硝酸的氧化 硫的氧化 鐵的氧化 氧化 氧化去烷基化 硫醚氧化 過(guò)氧化 苯環(huán)羥基化 芳環(huán)裂解 雜環(huán)裂解 環(huán)氧化 還原作用

21、 乙烯基的還原 醇的還原 醌類的還原 芳環(huán)羥基化 雙鍵還原作用 三鍵還原作用基團(tuán)轉(zhuǎn)移作用 脫羧作用 脫氨基作用 脫鹵作用 脫烴反應(yīng) 脫氫鹵 脫水反應(yīng) 水解作用 酯類的水解 氨類也可被許多微生物水解 磷酸酯水解 腈水解 鹵代烴水解去鹵 酯化作用 縮合作用氨化作用乙?；饔秒p鍵斷裂反應(yīng)鹵原子移動(dòng)4.2.7 微生物對(duì)重金屬污染物的作用1224微生物對(duì)重金屬離子的轉(zhuǎn)化 微生物對(duì)重金屬離子的吸收與吸附 4.2.7.1 微生物對(duì)重金屬離子的轉(zhuǎn)化微生物對(duì)某些金屬或類金屬離子的轉(zhuǎn)化作用類型金屬或類金屬微生物氧化作用As()Sb()Cu()假單胞菌屬、放線菌屬、產(chǎn)氣桿菌屬、銻細(xì)菌屬氧化亞鐵硫桿菌還原作用As()

22、Hg()Se()Te()小球藻屬假單胞菌屬、埃希菌屬、曲霉菌、葡萄球菌屬棒桿菌屬、鏈球菌屬沙門菌屬、志賀菌屬、假單胞菌屬甲基化作用As()Cd()Te()Se()Sn()Hg()Pb()曲霉屬、毛霉屬、鐮孢霉屬、產(chǎn)甲烷擬青霉假單胞菌屬假單胞菌屬假單胞菌屬、曲霉菌、青霉屬 、假絲酵母屬、假單胞菌屬芽孢桿菌屬、產(chǎn)甲烷梭菌、曲霉屬、脈孢霉屬假單胞菌屬、氣單胞菌屬（1）甲基化作用 汞： 砷 ：（2）還原作用CH3Hg+ + 2H Hg + CH4 + H+HgCl2 + 2H Hg + 2HCl Mn2+和Sn3+的生物毒性分別比Mn4+和Sn4+大，有 微生物能夠氧化Mn2+和Sn3+，使之成為毒性

23、小的Mn4+（3）氧化作用和Sn4+。4.2.7.2 微生物對(duì)重金屬離子的吸收與吸附微生物吸附和微生物累積 微生物吸附：主要是生物體細(xì)胞壁表面的一些具有金屬 絡(luò)合，配位能力的基團(tuán)起作用，這些基團(tuán)通過(guò)與吸附的重金屬離子形成離子鍵或共價(jià)鍵來(lái)達(dá)到吸附重金屬離子的目的。與此同時(shí)，重金屬有可能通過(guò)沉淀或晶體化作用沉積與細(xì)胞表面，某些難溶性重金屬也可能被胞外分泌物或是細(xì)胞壁的腔洞捕獲而沉積。 微生物累積：主要是利用生物新陳代謝作用產(chǎn)生能量，通過(guò)單價(jià)或二價(jià)離子的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)把重金屬離子輸送到細(xì)胞內(nèi)部。由于有細(xì)胞內(nèi)的累積，微生物累積的去除效果可能比單純的微生物吸附好。 二者的區(qū)別： 微生物吸附僅指失活微生物的吸附

24、作用，生物累積則是指微生物活細(xì)胞去除重金屬離子的作用。 微生物吸附與其細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，成份密切相關(guān)，生物積累則與生物的新陳代謝及影響其新陳代謝的溫度、PH值有關(guān)。微生物吸附重金屬機(jī)理 微生物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)特性 微生物細(xì)胞壁的特殊結(jié)構(gòu)，在很大程度上決定這其對(duì)重金屬的吸附，如細(xì)胞壁的多孔結(jié)構(gòu)使活性化學(xué)配位體在細(xì)胞表面合理排列，使細(xì)胞易于與金屬離子結(jié)合。細(xì)胞外多糖（EPS）在某些微生物吸附重金屬離子的過(guò)程中也有一定的作用，EPS主要由蛋白質(zhì)和多糖構(gòu)成。其比率大約3：1。 細(xì)胞壁成分細(xì)胞壁結(jié)構(gòu) 細(xì)菌的細(xì)胞壁 共價(jià)結(jié)合某些分子的肽聚糖 G+菌細(xì)胞壁為二糖四肽聚糖網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層，還含有膜磷壁酸以及壁磷壁酸等。G菌細(xì)

25、胞壁為外膜層和肽聚糖層結(jié)構(gòu)。真菌細(xì)胞壁由各種多糖構(gòu)成 ，常與蛋白質(zhì)，脂肪及其它物質(zhì)鍵合在一起，形成復(fù)合物 多層，微纖維化的結(jié)構(gòu) 海藻細(xì)胞壁 纖維素，并夾雜由一些無(wú)定性的物質(zhì) 結(jié)構(gòu)上類似于真菌細(xì)胞壁 微生物吸附重金屬機(jī)理 大多數(shù)研究指出，微生物對(duì)重金屬的吸附符合弗倫德利希（Freundlich）模型和朗格繆爾（Lanmuir）模型。 Lanmuir模型：在單分子層吸附，理想均勻表面，吸附中心彼此獨(dú)立和吸附平衡是動(dòng)態(tài)的平衡等四個(gè)基本假設(shè)條件下的建立的關(guān)于氣體平衡和吸附量的數(shù)學(xué)關(guān)系的一種模型。 Freundlich模型：在Lanmuir模型的基礎(chǔ)上，考慮了非均勻面吸附熱與吸附覆蓋面的關(guān)系。 諾爾斯鏈

26、霉菌（Strptomycesnoursei）菌絲體吸附Ag+，Cu2+，Cr3+，Pb2+等金屬離子，結(jié)果顯示Cu2+、Cr3+，Pb2+吸附符合弗倫德利希（Freundlich）模型，Ag+，Cu2+，Cr3+吸附符合朗格繆爾（Lanmuir）模型，其吸附順序Ag+Cr3+Pb2+Cu2+Zn2+Cd2+Co2+Ni2+. 微生物吸附的機(jī)理有靜電吸附，共價(jià)吸附，絡(luò)合鰲合，離子交換和無(wú)機(jī)微沉淀 。 靜電吸附：主要是指重金屬離子不僅可以代替質(zhì)子，而且可以代替結(jié)合到分子上的其他離子 ，即使它很少結(jié)合到細(xì)胞壁上，由此認(rèn)為靜電吸附在重金屬吸附過(guò)程中起到重要的作用。離子交換：是細(xì)胞物質(zhì)結(jié)合的重金屬離子被

27、另一些結(jié)合能力更強(qiáng)的金屬離子代替的過(guò)程，有毒的重金屬離子與細(xì)胞物質(zhì)具有很強(qiáng)的結(jié)合能力，因此，離子交換在重金屬的去除中具有特別重要的意義。 絡(luò)合作用:是金屬離子與幾個(gè)配基以配位鍵結(jié)合形成的復(fù)雜離子或分子的過(guò)程.鰲合作用是一個(gè)培基上同時(shí)有兩個(gè)以上的配位原子與金屬結(jié)合而形成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物的過(guò)程。 絡(luò)合作用和鰲合作用都是金屬離子和微生物吸附劑之間的主要作用方式。 無(wú)機(jī)微沉淀是重金屬離子在細(xì)胞壁上或細(xì)胞內(nèi)形成無(wú)機(jī)沉淀物的過(guò)程。 4.2.8 污染物質(zhì)的生物遷移轉(zhuǎn)化途徑 污染物質(zhì)的擴(kuò)散遷移 污染物質(zhì)從污染源排放進(jìn)人環(huán)境中，由于存在的濃度梯度，污染物質(zhì)必然在環(huán)境中發(fā)生擴(kuò)散，從污染源的高濃度區(qū)域向周圍的低

28、濃度區(qū)域擴(kuò)散。在不受任何其他環(huán)境因子影響的條件下，擴(kuò)散過(guò)程依賴于污染物質(zhì)的分壓差或者濃度差，但是，這種作用力是很有限的，從污染源向周圍環(huán)境擴(kuò)散需要克服環(huán)境阻力。 影響因素：環(huán)境介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、介質(zhì)的環(huán)境參數(shù) 吸附與沉積 吸附：就是在兩相介質(zhì)的界面上發(fā)生的沉淀，包括吸持和吸收。吸持是指污染物從一種介質(zhì)向固體介質(zhì)表面的遷移運(yùn)動(dòng)，吸收是指污染物質(zhì)到達(dá)固相表面后，由于靜電、絡(luò)合、化學(xué)鍵或沉淀作用等與表面的粘著作用。吸附平衡 ：當(dāng)解吸附速率與吸附速率相等時(shí)，吸附就達(dá)到了一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)就稱為吸附平衡。 污染物質(zhì)的沉積：主要是指污染物質(zhì)從液相中轉(zhuǎn)移至沉積物固相中。 污染物發(fā)生沉積有幾種途徑： 是污染物質(zhì)在液

29、相中擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)至與沉積物相遇，而被沉積物吸附； 是污染物質(zhì)自身形成的膠體粒子沉降至沉積物中； 是污染物在液相中被懸浮顆粒物吸附，然后隨懸浮顆粒物沉積到沉積物中； 是污染物在液相中與其他化學(xué)物質(zhì)形成沉淀物而沉降。 微生物對(duì)污染物質(zhì)的吸收 吸收：是生物的主動(dòng)過(guò)程，當(dāng)生物與污染物質(zhì)同處某一介質(zhì)中，互相具有接觸的機(jī)會(huì)。生物體在與污染物質(zhì)接觸的過(guò)程中，主動(dòng)以某種方式獲取該物質(zhì)。 污染物質(zhì)的降解與累積 污染物的生物降解是因生物活動(dòng)對(duì)污染物質(zhì)的代謝所引起的污染物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的變化 。 生物降解的兩種方式：胞內(nèi)降解和胞外降解 影響生物降解的因素： 污染物的累積：污染物在環(huán)境中經(jīng)過(guò)稀釋、擴(kuò) 散、遷移、轉(zhuǎn)化和降解等多

30、種不同的過(guò)程，仍然有一部分殘存于環(huán)境中，或者是經(jīng)轉(zhuǎn)化或降解后的產(chǎn)物存留在環(huán)境中。當(dāng)環(huán)境系統(tǒng)不斷地接納污染物質(zhì)，而遷移、轉(zhuǎn)化或降解又總是不徹底時(shí)，污染物質(zhì)就會(huì)在環(huán)境中積累。污染物質(zhì)的生物富集 生物富集：通過(guò)污染物質(zhì)在食物鏈上的濃縮而引起的生物體內(nèi)的污染物質(zhì)的高濃度積累。常用濃縮系數(shù)或者富集系數(shù)來(lái)描述， 濃縮系數(shù)或者富集系數(shù)=生物體內(nèi)某種污染物質(zhì)的濃度它所生存的環(huán)境中該物質(zhì)的濃度 一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)生物鏈的富集，可以使更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物的濃縮系數(shù)呈幾何級(jí)數(shù)增大，有文獻(xiàn)稱為生物放大 。 但是在某些食物鏈上發(fā)現(xiàn)，處于食物鏈中層的生物體內(nèi)的某種污染物質(zhì)的濃度大于高一層次的生物體內(nèi)的濃度。這是因?yàn)樯矬w本身對(duì)

31、該物質(zhì)的代謝速率所引起的。由于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物在代謝過(guò)程中降解該污染物的速率較大，所以導(dǎo)致高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的濃縮系數(shù)小于低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生 物的濃縮系數(shù)的現(xiàn)象發(fā)生。 污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化 污染物質(zhì)在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化是污染物質(zhì)降解的關(guān)鍵過(guò)程，特別是一些大分子難降解有機(jī)物，要經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)化過(guò)程方可達(dá)到降解。生物轉(zhuǎn)化是大分子難降解有機(jī)物在環(huán)境中發(fā)生轉(zhuǎn)化的最重要的過(guò)程。 4.3 環(huán)境修復(fù)微生物的生態(tài)學(xué)原理環(huán)境修復(fù)微生物的生態(tài)因子4.3.1環(huán)境微生物的生長(zhǎng)和種群的增長(zhǎng)4.3.2微生物種群間的相互關(guān)系及其生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式4.3.34.3.4微生物群落結(jié)構(gòu)4.3.1 環(huán)境修復(fù)微生物的生態(tài)因子 滲透壓溫度抗生素氧pH值輻射和化學(xué)

32、物質(zhì)溫度的影響改變微生物的代謝速率 影響有機(jī)污染物的物理狀態(tài)影響污染物的溶解度溫度影響有機(jī)物生物降解的原因 生物反應(yīng)速率在微生物所能容忍的溫度范圍內(nèi)隨著溫度的升高而增大，這可由下圖得到說(shuō)明兩種溫度下三氯酚降解的量(A22；B)微生物降解速率與溫度的變化關(guān)系阿倫尼烏斯方程式：y =Ae-Ea/RT y 溫度校正生物降解速率常數(shù)；A與反應(yīng)有關(guān)的特性常數(shù)，又稱指前因子或頻率因子；Ea反應(yīng)活化能；R通用氣體常數(shù)； T絕對(duì)溫度 pH的影響微生物細(xì)胞表面特性的變化 細(xì)胞體生理生化過(guò)程的變化 微生物代謝與生長(zhǎng)的變化 對(duì)微生物的影響： 對(duì)污染物的影響：可以改變污染物的狀態(tài) 滲透壓的影響 環(huán)境中某種離子的濃度與

33、微生物細(xì)胞體內(nèi)該離子濃度的差會(huì)導(dǎo)致微生物的生理變化與適應(yīng)。 環(huán)境滲透壓對(duì)微生物細(xì)胞而言，主要是低滲環(huán)境和高滲環(huán)境的影響，在等滲環(huán)境（即以生理鹽水為生存環(huán)境）中生長(zhǎng)的最好。 低滲環(huán)境 高滲環(huán)境氧的影響氧與微生物的關(guān)系較復(fù)雜，對(duì)微生物的生存具有至關(guān)重要的作用，對(duì)不同的微生物其作用是不同的。 對(duì)于好氧微生物而言，缺氧將導(dǎo)致死亡。 厭氧微生物在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中不需要氧，或者是不直接需要氧。專性厭氧菌不僅不能利用氧，反而遇氧就會(huì)中毒死亡。兼性厭氧微生物既能在無(wú)氧條件下生存，也能在有氧條件下利用環(huán)境中的氧進(jìn)行有氧代謝。抗生素的影響 微生物由于進(jìn)化和選擇的壓力，為維護(hù)其所處生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，會(huì)向環(huán)境釋放一定的抗

34、生素來(lái)抑制其它微生物的生長(zhǎng)代謝。 抗生素對(duì)微生物的影響： （1）破壞或損壞微生物細(xì)胞膜，改變細(xì)胞膜的正常滲透性能，使細(xì)胞內(nèi)環(huán)境受到干擾，導(dǎo)致生理紊亂而死亡。 （2）干擾或抑制蛋白質(zhì)和核酸代謝，破壞生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。輻射和化學(xué)物質(zhì)的影響太陽(yáng)輻射中的部分光譜可作為部分微生物進(jìn)行光合作用的能源,如藍(lán)細(xì)菌和藻類;另一些光譜則可能對(duì)微生物產(chǎn)生不利的影響,如紫外輻射?；瘜W(xué)物質(zhì)中，一些是有利于微生物生長(zhǎng)的，一些則是不利于微生物生長(zhǎng)的 。主要是重金屬和一些有機(jī)化合物對(duì)微生物的毒害作用。 4.3.2.環(huán)境微生物的生長(zhǎng)與種群的增長(zhǎng)在正常情況下，微生物細(xì)胞從環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量，通過(guò)代謝過(guò)程，獲得細(xì)胞生長(zhǎng)所需

35、的物質(zhì)和能量，使微生物個(gè)體不斷增大，即生長(zhǎng)。當(dāng)個(gè)體生長(zhǎng)到一定程度就進(jìn)行繁殖，從而實(shí)現(xiàn)種群數(shù)量的增長(zhǎng)。在一定空間中，微生物細(xì)胞數(shù)量從少到多，不斷增長(zhǎng)，但是由于微生物增長(zhǎng)速度快，營(yíng)養(yǎng)與增長(zhǎng)的空間總是有限的，當(dāng)細(xì)胞數(shù)量增長(zhǎng)到一定的時(shí)候就不再增長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)下降的情況。其種群的動(dòng)態(tài)過(guò)程呈現(xiàn)一定的規(guī)律。種群增長(zhǎng)的初期符合指數(shù)增長(zhǎng)模型，經(jīng)過(guò)一定的發(fā)展過(guò)程以后，種群的增長(zhǎng)不再符合指數(shù)增長(zhǎng)，而是符合邏輯斯蒂方程，種群在一個(gè)趨于飽和的水平上穩(wěn)定。 符合一般規(guī)律的種群增長(zhǎng)曲線如下頁(yè)圖所示。在完全沒(méi)有空間和資源約束的情況下增長(zhǎng)，增長(zhǎng)規(guī)律符合曲線，即為指數(shù)增長(zhǎng)模型,曲線呈“J”形 增長(zhǎng)率r 內(nèi)稟增長(zhǎng)率，即物種所具有的最

36、大增長(zhǎng)率 ；N 種群個(gè)體數(shù)量；N0種群起始個(gè)體數(shù)量；K 但是，在特定條件下，由于存在環(huán)境阻力，種群不可能按最大增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，因此為了描述種群的實(shí)際增長(zhǎng)過(guò)程，就必須在方程中增加一個(gè)系數(shù)（K-N）/K，用來(lái)描述種群實(shí)際增長(zhǎng)的方程，稱邏輯斯蒂方程。它把環(huán)境阻力和環(huán)境負(fù)荷K的作用包括在方程之中。即曲線，向著環(huán)境容量K逼近的“S”曲線a取決于K和N0的常數(shù)邏輯斯蒂曲線常劃分為5個(gè)時(shí)期： A開(kāi)始期，種群個(gè)體數(shù)很少，密度增長(zhǎng)緩慢； B加速期，隨個(gè)體數(shù)量增加，密度增長(zhǎng)逐漸加快； C轉(zhuǎn)折期，當(dāng)個(gè)體數(shù)達(dá)到K/2時(shí)，密度增長(zhǎng)最快； D減速期，個(gè)體數(shù)超過(guò)K/2以后，密度增長(zhǎng)逐漸變慢； E飽和期，種群個(gè)體數(shù)達(dá)到K值而飽和

37、。在理想狀態(tài)下，E時(shí)期的最大種群可以長(zhǎng)期維持。但是，經(jīng)過(guò)一個(gè)營(yíng)養(yǎng)逐漸缺乏的生長(zhǎng)靜止期后，微生物開(kāi)始進(jìn)入內(nèi)源代謝階段，當(dāng)進(jìn)行到一定程度，種群出現(xiàn)下降和衰老過(guò)程。微生物種群增長(zhǎng)曲線的應(yīng)用意義活性污泥法中污泥的沉淀性能，當(dāng)污泥泥齡與生長(zhǎng)情況進(jìn)入內(nèi)源代謝階段后，污泥的沉淀性能就會(huì)好很多。生物吸附法，將活性污泥微生物種群維持在種群數(shù)量最大的穩(wěn)定期，大量的細(xì)胞數(shù)量可吸附帶走污水中大量的污染物質(zhì)。延時(shí)曝氣法是利用進(jìn)人衰老期的種群，以處理較低濃度的有機(jī)廢水。普通活性污泥法則是利用微生物種群增長(zhǎng)曲線的B、C、D 時(shí)期，甚至E時(shí)期，培養(yǎng)馴化微生物。 4.3.3微生物群落結(jié)構(gòu)環(huán)境環(huán)境特點(diǎn)微生物情況影響因素土壤土壤中

38、有多種有機(jī)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物；條件十分復(fù)雜，變化多樣；表層土壤異質(zhì)性高，營(yíng)養(yǎng)豐富；表層以下資源貧乏，含水率較高。微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤層次有關(guān)，表層種群間競(jìng)爭(zhēng)弱；表層以下競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)；微生物主要為細(xì)菌(主要為革蘭陽(yáng)性菌)，其次為放線菌，真菌、微型動(dòng)物種類也很多。大部分細(xì)菌和真菌都可利用分解有機(jī)物(包括碳水化合物、糖、脂和一些大分子有機(jī)物)。土壤質(zhì)地、顆粒性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、水分、通氣性、植被、微生物等。4.3.3微生物群落結(jié)構(gòu)環(huán)境環(huán)境特點(diǎn)微生物情況影響因素水分淡水、海水、水底沉積物等不同部分；垂直方向上條件差異大；未受污染的淡水和海水都為低營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，鹽度較大，且海洋空間變化大；沉積物多為厭氧環(huán)境。微生物存在明顯的

39、垂直分布差異；淡水中的微生物群落為耐受低營(yíng)養(yǎng)的種類，且種群數(shù)量有限，群落結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，微生物主要是自養(yǎng)微生物，未受污染的淡水中真菌很少，只有有機(jī)物質(zhì)輸入時(shí)才有真菌出現(xiàn)；海水中的微生物既要耐低營(yíng)養(yǎng)又要耐鹽度，且多為耐低溫的自養(yǎng)微生物，群落結(jié)構(gòu)變化極大；沉積物表層為兼氧菌，中層以下有專性厭氧菌。溫度、壓力、光、氧氣、水深等。4.3.3微生物群落結(jié)構(gòu)環(huán)境環(huán)境特點(diǎn)微生物情況影響因素大氣純凈空氣中除氧不含其它營(yíng)養(yǎng)物；垂直方向上差異較大；一般作為微生物的媒介，傳播微生物；室內(nèi)空氣受外界影響較弱，污染較嚴(yán)重。微生物種類、數(shù)量與地區(qū)大氣環(huán)境有關(guān)，也隨季節(jié)變化而變化；大多是自養(yǎng)好氧微生物；其他一些微生物由其它

40、環(huán)境進(jìn)入，且不會(huì)長(zhǎng)久地存在于大氣中；室內(nèi)空氣易滋生一些霉菌和真菌，且群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。溫度、氧氣、輻射、水分、臭氧等。4.3.4微生物種群間的相互關(guān)系微生物群落內(nèi)種群之間相互作用相互影響、方式多種多樣。從對(duì)不同的種群的影響效果而言一般為正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)，即有利影響和不利影響。主要關(guān)系： （1）中性共棲 兩個(gè)微生物種群間不發(fā)生相互作用的現(xiàn)象。 （2）偏利共棲 兩個(gè)微生物種群共同生長(zhǎng)，一方因?yàn)榱硪环降拇嬖诙芤?，而另一方并沒(méi)有相應(yīng)的受益或受害。圖：以共代謝為基礎(chǔ)的偏利共生 （3）協(xié)同共棲(synergism)和共生(mutualism) 前者指兩個(gè)微生物種群在一起時(shí)可以相互受益，但它們之間的關(guān)系不是一種

41、專性固定的關(guān)系，雙方可以在自然界單獨(dú)存在，又稱互養(yǎng)共棲，即兩種或兩種以上微生物協(xié)同共棲進(jìn)行某一代謝過(guò)程，彼此相互提供所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。環(huán)己烷諾卡氏菌產(chǎn)物假單胞菌生長(zhǎng)素等生長(zhǎng)因子圖：以共代謝為基礎(chǔ)的協(xié)同共棲 共生是指兩個(gè)種群相互作用相互受益而形成的專性關(guān)系，它們是協(xié)同共棲作用的延伸。 圖：甲烷菌中的共生 互利兩群體(協(xié)同共棲和共生)的生長(zhǎng)速率分別為： N1、N2甲群體和乙群體的群體密度； 1、2甲群體和乙群體的生長(zhǎng)率； K1、K2環(huán)境對(duì)甲群體和乙群體的承載力; a群體甲個(gè)體支持群體乙個(gè)體的系數(shù)； b群體乙個(gè)體支持群體甲個(gè)體的系數(shù)； （4）競(jìng)爭(zhēng)(competition) 兩個(gè)種群間在共同生存時(shí)為獲得

42、營(yíng)養(yǎng)、能源、空間而發(fā)生的爭(zhēng)奪現(xiàn)象。競(jìng)爭(zhēng)雙方均受到不利影響。 競(jìng)爭(zhēng)兩群體的群體生長(zhǎng)速率分別為 ：N1、N2甲群體和乙群體的群體密度；K1、K2環(huán)境對(duì)甲群體和乙群體的承載力;1、2甲群體和乙群體的生長(zhǎng)率；1、2甲群體和乙群體的競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)。 （5）偏害共棲(amensalism) 兩種互相作用的微生物群體，一方抑制另一方的生長(zhǎng)，通常是一方產(chǎn)生抑制物質(zhì)抑制另一方的生長(zhǎng)，即拮抗作用(antagonism)。 （6）寄生(parasitism) 寄生關(guān)系由寄主和寄生物兩類微生物種群構(gòu)成，寄生物從寄主體內(nèi)獲得營(yíng)養(yǎng)，而對(duì)寄主產(chǎn)生不利影響。 （7）捕食(predation) 一種群可以吞食另一種群，捕食者(pre

43、dator)從被捕食者(prey)得到營(yíng)養(yǎng)，而對(duì)被捕食者產(chǎn)生不利影響。 捕食-被捕食群體的生長(zhǎng)速率： 被捕食者群體的生長(zhǎng)速率： 捕食群體的生長(zhǎng)速率： N1、N2甲群體和乙群體的群體密度； 1甲群體和乙群體的生長(zhǎng)率； P1平均每一捕食者捕食獵物的常數(shù)； P捕食者利用被捕食者而轉(zhuǎn)化為更多的捕食者的效率常數(shù) m被捕食者不存在時(shí)的捕食者的死亡率。微生物群落內(nèi)種群之間相互作用總結(jié)作用名稱種群A種群B中性共棲00協(xié)同共棲+競(jìng)爭(zhēng)-捕食+-偏利共棲0+共生+偏害共棲0/+-寄生+-注：“0”表示無(wú)影響，“+”表示有益影響，“-”表示有害影響4.4.1 優(yōu)先污染物與目標(biāo)污染物 4.4.2 污染物化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)生物修

44、復(fù)的影響4.4.3 污染物的降解方式對(duì)生物修復(fù)的影響 4.4.4 污染物的生物可利用性對(duì)生物修復(fù)的影響 4.4 影響生物修復(fù)的污染物特性4.4.1 優(yōu)先污染物與目標(biāo)污染物 污染物的概念與內(nèi)涵環(huán)境污染物(pollutant)：任何物質(zhì)或能量以不適當(dāng)?shù)臐舛?、?shù)量、速率、形態(tài)和途徑進(jìn)入并作用于環(huán)境系統(tǒng)對(duì)環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生傷害或損壞。 按其性質(zhì)分為： 物理性污染物2.化學(xué)性污染物3.生物性污染物4. 優(yōu)先污染物(priority pollutants):面對(duì)如此眾多的污染物,人們總是挑選出一些重要的污染物優(yōu)先進(jìn)行控制,即優(yōu)先污染物優(yōu)先污染物環(huán)境賦存最大、分布廣泛、檢出率高。確定優(yōu)先污染物原則毒性強(qiáng)、殘留時(shí)間

45、長(zhǎng)、易積累的污染物質(zhì)。目標(biāo)污染物概念 ：在生物修復(fù)工程中，擬從環(huán)境中去除或減低危害的污染物稱為目標(biāo)污染物，或靶污染物(target pollutants) 在目前乃至今后20年內(nèi)備受關(guān)注的污染物質(zhì)見(jiàn)下表。類型化學(xué)污染物有機(jī)污染物無(wú)機(jī)與有機(jī)氣體金屬污染物營(yíng)養(yǎng)類污染物PAHs、PCBs、CFCs、PCCDDs 、 PCDFs 、石油烴、酚、 氯酚 、有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑、 氯化有機(jī)物 、除草劑 有機(jī)染料 、洗滌劑、需氧有機(jī)物等CO2、CO 、NOR 、H2S、SO2、 CH4Al、 As 、Cd 、Cr、 Cu 、Pb 、Hg、Ni 、Se 、Ti 、Zn等有機(jī)金屬(Hg 、Pb 、Sn等)放射性核素N(

46、NO3- 、NO2- 、NH4+) 、P 、S等目標(biāo)污染物4.4.2 污染物化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)生物修復(fù)的影響 污染物化學(xué)結(jié)構(gòu)特對(duì)污染物的影響：分子間排斥污染物的溶解性分子排列空間結(jié)構(gòu)化學(xué)功能團(tuán)分子間的吸引化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)污染物的影響有機(jī)物化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)生物降解的影響結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的先降解結(jié)構(gòu)復(fù)雜的后降解分子量越小越易降解有機(jī)物生物降解的一般規(guī)律有機(jī)物污染物生物降解定性規(guī)律各類有機(jī)化合物的生物降解 各類有機(jī)化合物的生物降解烴類化合物表面活性劑醇酚醛酸酯醚酮胺、腈化合物農(nóng)藥其他烴類化合物生物降解定性規(guī)律支鏈越多，愈難降解不飽和烴比飽和烴易分解長(zhǎng)鏈比短鏈易降解單環(huán)烴比多環(huán)芳烴易降解鏈烴比環(huán)烴易生物降解醇、酚、醛、酸、酯、醚

47、的生物降解醇類一般容易降解。1酚類經(jīng)馴化降解性高。2醛類與相應(yīng)的醇類相比，其生物降解性低。3有機(jī)酸和酯類化合物較醇、醛容易降解。4酮類難于生物降解降解。4化學(xué)基團(tuán)對(duì)生物降解的影響1功能團(tuán)對(duì)生物降解的影響2取代基對(duì)生物降解性的影響3有機(jī)物結(jié)構(gòu)影響生物降解性能的影響羧基、羥基或氨基取代至苯環(huán)上，新形成的化合物比原來(lái)易降解，鹵代作用能降低化合物的可生物降解性。帶有氯、醚、氰、磺、磺酸、甲基等化學(xué)基團(tuán)的化合物比帶有羧、醛、酮、羥、氨、硝、巰基等化學(xué)基團(tuán)的化合物難生物降解。功能團(tuán)對(duì)生物降解的影響取代基對(duì)生物降解性的影響 取代基位置的影響A取代基碳鏈的影響C取代基數(shù)量的影響B(tài)有機(jī)物結(jié)構(gòu)影響生物降解性能的原

48、因1234空間阻礙毒性抑制 增加反應(yīng)步數(shù)有機(jī)物的生物可得性下降有機(jī)物的生物降解性預(yù)測(cè)生物化學(xué)法物理化學(xué)法QSAR法123QSAR法的概念: 確立有機(jī)物生物降解性能與其結(jié)構(gòu)描述符的定量關(guān)系被稱為結(jié)構(gòu)-活性定量關(guān)系方法 。線性自由能關(guān)系(LFER)概念： 分子結(jié)構(gòu)的微小變化將導(dǎo)致限速步驟活化能的線性變化，進(jìn)而影響到反應(yīng)速率的改變。數(shù)學(xué)式表達(dá)為： Lg KA1X1+A2X2+AnX n+C 式中，K為生物降解速率常數(shù)；A n為系數(shù)；X n為有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)描述符；C為常數(shù)。 4.4.3 污染物的降解方式對(duì)生物修復(fù)的影響一般地，污染物的降解可分為單一微生物的降解與混合微生物的共代謝降解。 共代謝的定義 微生物的不能利用基質(zhì)作為能源和組分元素的有機(jī)物轉(zhuǎn)化方式稱為