微生物在水體自凈中的作用

第七章微生物在水體自凈中的作用有機污染物生物凈化天然物質(zhì)、人工合成物質(zhì)無機污染物生物凈化第一節(jié)有機污染物的生物凈化機理凈化本質(zhì)——微生物轉化為無機物依靠——好氧分解與厭氧分解一、好氧分解細菌是其中的主力軍原理：好氧有機物呼吸

C→CO2+碳酸鹽和重碳酸鹽

H→H2ON→NH3→HNO2→HNO3

S→H2SO4

P→H3PO4

二、厭氧分解厭氧細菌原理：發(fā)酵、厭氧無機鹽呼吸無毒無臭！→礦化鹽C→RCOOH（有機酸）→CH4+CO2N→RCHNH2COOH→NH3（臭味）+有機酸（臭味）S→H2S（臭味）P→PO43-水體自凈的天然過程中厭氧分解（開始）→好氧分解（后續(xù)）第二節(jié)各類有機污染物的轉化

一、碳源污染物的轉化包括糖類、蛋白質(zhì)、脂類、石油和人工合成的有機化合物等。（一）糖類污染物提問：哪些糖類會成為污染物？難溶的多糖，且當一些難溶解的多糖數(shù)量較大時才會使自凈時間大大增加，從而對環(huán)境造成污染。這類多糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉。1．纖維素的轉化β葡萄糖高聚物，每個纖維素分子含1400~10000個葡萄糖基（β1-4糖苷鍵）。來源：棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城市垃圾等，其中均含有大量纖維素。A．微生物分解途徑B．分解纖維素的微生物好氧細菌——粘細菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌厭氧細菌——產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌、無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。放線菌——鏈霉菌屬。真菌——青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。需要時可以向有菌種庫的研究機構購買或自行篩選。2．半纖維素的轉化存在于植物細胞壁的雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。分解過程

TCA循環(huán)聚糖酶CO2+H2O半纖維素單糖+糖醛酸

H2O各種發(fā)酵產(chǎn)物厭氧分解分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。Lignin木質(zhì)素木質(zhì)素空腔纖維素3．木質(zhì)素的轉化木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細胞壁中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。香豆醇松柏醇芥子醇聚合交聯(lián)木質(zhì)素模式圖自然界中哪些微生物能夠進行木質(zhì)素的降解呢？確證的只有真菌中的黃孢原毛平革菌，疑似的只有軟腐菌。黃孢原平毛革菌(Phanerochaetechrysosprium)是白腐真菌的一種，隸屬于擔子菌綱、同擔子菌亞綱、非褶菌目、絲核菌科。白腐—樹皮上木質(zhì)素被該菌分解后漏出白色的纖維素部分。

*木質(zhì)素降解的意義何在呢？如何實現(xiàn)工業(yè)化白腐菌降解木質(zhì)素呢？（二）油脂的轉化水中來源：毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂降解油脂較快的微生物：細菌——熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌絲狀菌——放線菌、分支桿菌真菌——青霉、乳霉、曲霉途徑：水解+β氧化（三）石油的轉化提問：什么是石油？石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的復雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)和石油運輸事故現(xiàn)場以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。1．石油成分的生物降解性與分子結構有關A．鏈長度

鏈中等長度（C10~C24）＞鏈很長的（C24以上）＞短鏈

（*？）B．鏈結構直鏈?支鏈

不飽和?飽和烷烴?芳烴鏈末端有季碳原子（四周都與C相連）的烴以及多環(huán)芳烴極難降解

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2．降解石油的微生物降解石油的微生物很多，據(jù)報道有200多種細菌——假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線菌——諾卡氏菌酵母菌——假絲酵母霉菌——青霉屬、曲霉屬藻類——藍藻和綠藻3．石油的降解機理A．鏈烷烴的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化

CO2+H2OCH2-COOH+R-COOHB．無支鏈環(huán)烷烴的降解

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。C．芳香烴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和酚的熊代謝苯、萘征、菲、振蒽的降蠢解為如寨下圖所卻示苯的代芹謝萘的代謝菲的代謝蒽的代灰謝酚也是先被氧化貧為鄰苯二褲酚，這樣各如類芳香烴熱在降解的穿后半段是安相同的，饞可表示如橋下提問：為什么這螺些有機物顫難于生物竊降解？微生物攏缺乏相區(qū)應的水剛解酶（四）島人工合任成的難降雪解有機化否合粒物的騙生物降解難———對于自然生探態(tài)環(huán)境系統(tǒng),如籃果一種化帆合物滯留可達幾貴個月或茫幾年之久,均或在人工生掉物處理帽系統(tǒng),幾小時鈔或幾天勢之內(nèi)還敞未能被故分解或鎖消除種類：穩(wěn)定劑凝、表面鼻活性劑于、人工壁合成的民聚合物替、殺蟲撒劑、除惰草劑以撓及各種俗工藝流佛程中的惰廢品等。1.薯氯苯類用李途：穩(wěn)定劑（潤滑氣油、絕衛(wèi)緣油、是增塑劑槽、油漆孟、熱載旅體、油揉墨等都鉤含有）危哄害：急性中毒機，是一種致癌緊因子（米糠油急事件）降解責菌：產(chǎn)堿桿菌饑、不動桿號菌、假單胞佳菌、芽孢桿詞菌以及沙蝕雷氏菌的含突變體通過共代謝完成氯猾苯的完固全降解。*共代謝研通究進展及管其成果對礦環(huán)保的應間用現(xiàn)狀？2．洗滌竭劑可分為陰離子箱型、陽衫離子型慈、非離已子型、貿(mào)兩性電錘解質(zhì)四類。我國目友前生產(chǎn)倍的洗滌將劑屬于陰離子型揪烷基苯磺驚酸鈉。較早開候發(fā)的是非舉線性的丙暗烯四聚物鎮(zhèn)型烷基苯餡磺酸鹽（ABS）：ABS甲基分升支干擾三生物降遭解，鏈末端灘與4個碳酸原子相連儉的季碳原姑子抗攻擊餓的能力更生強。危害：ABS可以在天隨然水體中存留8疊00h以上，使這要得接納污他的水節(jié)體長時確間保持算，產(chǎn)生大漠量泡沫，引起擠水體缺川氧。為使洗滌季劑易于生籌物降解，蓮人們將ABS的結構改吐變?yōu)榫€性閥的直鏈烷基苯磺收酸鹽（LAS）床：由于減吉少了分六支，它窮的生物企分解速鎮(zhèn)度大為聾提高。ABSA．降解洗滌益劑的微生斗物細菌奧——假單胞醉菌、鄰單胞射菌、黃單覆胞菌、產(chǎn)動堿單胞菌恨、產(chǎn)堿桿夏菌、微球錫菌、大多宅數(shù)固氮菌放線菌—顛—諾卡氏菌由于這些武微生物的捆作用，雖膠然每年排六放入環(huán)境膝中的洗滌鎮(zhèn)劑數(shù)量逐移年遞增，專但環(huán)境中懸并沒有發(fā)游生洗滌劑消的明顯增宅加。因而洗滌嫂劑一般不美會引起環(huán)撲境的有機宇污染。洗滌藥劑目前石存在的搖問題主蛋要是洗硬滌劑中皮的添加番劑聚磷聽酸鹽造傭成的水躲體富營養(yǎng)負化問題。B．洗滌劑的曉降解機理對微生瀉物無影仰響（1）.土地板丑結（2）.臥被海鳥農(nóng)及海洋哺值乳動物誤聽食，致使這載些動物仇消化系廈統(tǒng)停滯城，引起柜死亡。具報展道每年嘩海洋中替死于廢偷棄塑料盜的海鳥間和海洋把哺乳動灰物，數(shù)語目之多子令人觸孟目驚心裁。（3）.影響景寸觀目前發(fā)現(xiàn)能降解塑辣料的微生奪物，種類著很少，而走且降解速碰度緩慢。他們主要巷是細菌、放線菌束、曲霉沾中的某奪些成員。3.塑料塑料在環(huán)恩境中積累坦有哪些危嘴害？危害：白色污染提問：如何解充決塑料練的難降桌解問題膏？（1）限能制使用不方可降解塑拔料（2）開發(fā)可降地解塑料光降解巧、高填椒充碳酸練鈣、填羞充淀粉傳、淀粉已改性塑鴉料、鐮化學合化成或用倚微生物暖、轉基廈因植物淘直接生終產(chǎn)可生脅物降解棒的塑料偶；*如何制造疾完全生物跨可降解塑題料？有哪鐮些種類？隸發(fā)展前景吸如何？4.農(nóng)藥如殺蟲劑倚、除草噴劑等化學成補分：有鹵素、響磷酸基、唱氨基、硝斑基、羥基胞及其它取京代物的簡染單烴骨架（有機化磷、有拒機錫、牽有機氯鋸等）。相比較潛其它取灰代基團四而言，懲微生物栗對鹵素虜取代基媽往往不抽適應，鞏因而隨攏著鹵素費取代基懼數(shù)量的唇增多，孕農(nóng)藥的罷生物可茅降解性喊大幅度弓下降。水中來源排：農(nóng)田土壤這的灌溉水飯或雨水危害：生物毒性（急性、輩慢性、致票癌、致畸寺變）最典型刮的一個面例子就崗是殺蟲孤劑DDT（二氯二聞苯三氯止乙烷）壘，由于氯代蜂基數(shù)量大麥，在自然偉界的半衰都期長達半弦年以上，可由于DDT不溶于水堤而易溶于門脂肪，因棕而可在動寫物脂肪組智織中堆積覽，并沿著誰食物鏈在棋逐級向上倍不斷積累強，引起生健物各種急再慢性中毒砌。降解農(nóng)腫藥的微驕生物：細碎菌?！賳伟A、芽孢桿運菌、產(chǎn)堿逝桿菌、黃芽桿菌放線菌贈——諾卡氏菌真唯菌—隆—曲霉這些微古生物往往需共代謝將農(nóng)藥逐腰級降解。二、氮源攏有機污染提物的轉化蛋白質(zhì)、伙氨基酸、令尿素、胺鹽類、腈化右物、硝基骨化合物等踢。（一）蛋攏白質(zhì)的鉆轉化水中來源休：生活污水攻、屠宰廢友水、罐頭秩食品加工使廢水、制零革廢水等1．降解蓬蛋白質(zhì)的惠微生物種類很喚多好拴氧傲細靜菌——倡鏈球菌郊和葡萄繪球菌好氧芽含孢細菌——枯謹草芽孢劇桿菌、倍巨大芽嚷孢桿菌顯、蠟狀五芽孢桿衫菌及馬懂鈴薯芽那孢桿菌兼性組厭筆氧動菌——變庭形桿菌綁、假單繪胞菌厭克氧狂菌——腐敗凡梭狀芽孢靜桿菌、生勝孢梭狀芽籌孢桿菌此外，還下有曲霉、筐毛霉和木甲霉等真菌荷以及鏈霉兼菌(放線土菌)。2．降單解機理反硝化N2↑3.典捧型含氮寸有機物且的轉化氰化物疑、乙腈轎、丙腈躲、正丁券腈、丙予烯腈等腈類化鐮合物及硝基化合色物水中來紀源：化工腈擁綸廢水擔、國防顯工業(yè)廢續(xù)水、電冰鍍廢水棍等。危佩害：生物毒害