環(huán)境生物學(xué) 05 環(huán)境污染生物凈化的原理

第五章環(huán)境污染生物凈化的原理本章將討論以下內(nèi)容：環(huán)境污染凈化概述生物對(duì)污染凈化原理第一節(jié)環(huán)境污染凈化概述一、環(huán)境污染物的類型和來源（1）地表水體污染物生活污水：生活污水中含有大量有機(jī)物，如纖維素、淀粉、糖類和脂肪蛋白質(zhì)等；也常含有病原菌、病毒和寄生蟲卵；無機(jī)鹽類的氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽和鈉、鉀、鈣、鎂等。總的特點(diǎn)是含氮、含硫和含磷高,在厭氧細(xì)菌作用下，易生惡臭物質(zhì)。工業(yè)廢水:是指工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物。生產(chǎn)過程中排出的水。農(nóng)業(yè)廢水和灌溉用水：農(nóng)作物栽培、牲畜飼養(yǎng)、農(nóng)產(chǎn)品加工等過程中排出的、影響人體健康和環(huán)境質(zhì)量的污水或液態(tài)物質(zhì)。其來源主要有農(nóng)田徑流、飼養(yǎng)場(chǎng)污水、農(nóng)產(chǎn)品加工污水。污水中含有各種病原體、懸浮物、化肥、農(nóng)藥、不溶解固體物和鹽分等。農(nóng)業(yè)污水?dāng)?shù)量大、影響面廣。（二）大氣污染物

定義：是指由于人類活動(dòng)或自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到足夠的時(shí)間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環(huán)境的現(xiàn)象。

1.氣溶膠狀態(tài)污染物:固體、液體粒子或它們?cè)跉怏w介質(zhì)中的懸浮體。其粒徑約為0.002—100μm大小的液滴或固態(tài)粒子。粉塵、煙、飛灰、霧飄塵、降塵、總懸浮顆粒2.氣體狀態(tài)污染物：以分子狀態(tài)存在的污染物，大部分為無機(jī)氣體。常見的有五大類；以SO2為主的含硫化合物，以NO和NO2為主的含氮化合物，COX、碳?xì)浠衔镆约胞u素化合物等。

一次污染物：直接從污染源排放到大氣中的原始污染物。如：硫氧化物，氮氧化物，碳氧化物和碳?xì)浠锏?。二次污染物：由一次污染物與大氣其他組分經(jīng)過一系列化學(xué)或者光化學(xué)反應(yīng)而生成的新污染物。硫酸煙霧和光化學(xué)煙霧。（三）固體廢棄物

定義：固體廢棄物是指人類在生產(chǎn)、消費(fèi)、生活和其他活動(dòng)中產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質(zhì)(國(guó)外的定義則更加廣泛，動(dòng)物活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物也屬于此類)，通俗地說，就是“垃圾”。1、礦業(yè)廢物：廢礦石、尾礦、金屬、廢木磚瓦、石灰等。2、工業(yè)廢物：冶金、交通、機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)等工業(yè)。3、城市垃圾：居民生活，商業(yè)機(jī)關(guān)，市政維護(hù)、管理部門。4、農(nóng)業(yè)廢棄物：稻草、秸桿、蔬菜、水果等。5、放射性廢物：核工業(yè)、核電站放射性醫(yī)療、科研單位。二、環(huán)境污染治理方法概述（一）污水處理方法1、物理法：用物理作用分離廢水中的懸浮狀態(tài)的污染物。（1）沉淀法：污水流入池內(nèi)由于流速降低，污水中地固體物質(zhì)在重力作用下進(jìn)行沉淀，而使固體物質(zhì)與水分離，這種工藝分離效果好，簡(jiǎn)單易行，應(yīng)用廣泛，如污水處理廠的沉砂池和沉淀池。沉砂池主要去除污水中密度較大的固體顆粒，沉淀池則主要用于去除污水中大量的呈顆粒狀的懸浮固體。（2）過濾法：用石英沙、篩網(wǎng)、尼龍布、隔柵等作過濾介質(zhì)，對(duì)懸浮物進(jìn)行截留；（3）離心分離法：在機(jī)械高速旋轉(zhuǎn)的離心作用下，把不同質(zhì)量的懸浮物或乳化油通過不同出口分別引流出來，進(jìn)行回收；（4）吸附法：用活性炭，硅藻土等吸附劑，吸附去除廢水中溶解的有機(jī)或者無機(jī)污染物。（5）蒸發(fā)結(jié)晶法：加熱使污水中的水氣化，固體物得到濃縮結(jié)晶；（6）磁力分離法：利用磁場(chǎng)力的作用，快速除去廢水中難于分離的細(xì)小懸浮物和膠體，如油、重金屬離子、藻類、細(xì)菌、病毒等污染物質(zhì)。（7）浮選法：把加壓的溶氣水打入廢水中，使廢水中細(xì)小的懸浮顆粒粘附在氣泡上，隨氣泡上升至水面，形成浮渣而去除。2、化學(xué)法（1）化學(xué)凝聚法：指將污水中加入明礬，充分?jǐn)嚢瑁箮щ姾傻哪z體離子沉淀下來；（2）中和法：酸堿中和法是指采用加堿性物質(zhì)處理酸性廢水，加酸性物質(zhì)處理堿性廢水，讓兩者中和后，加以過濾可將廢水基本凈化（3）氧化還原法：氧化還原法是加入化學(xué)氧化劑或還原劑，有選擇地改變廢水中有毒物質(zhì)的性質(zhì)，使之變成無毒或微毒的物質(zhì)；（4）離子交換法：利用離子交換劑的離子交換作用來置換污水中的離子態(tài)物質(zhì)。3、生物法

利用微生物的代謝作用除去廢水中有機(jī)污染物的一種方法，亦稱廢水生物化學(xué)處理法,簡(jiǎn)稱廢水生化法,分需氧生物處理法和厭氧生物處理法兩種。

需氧生物處理法:利用需氧微生物在有氧條件下將廢水中復(fù)雜的有機(jī)物分解的方法。

厭氧生物處理法:主要用于處理污水中的沉淀污泥，因而又稱污泥消化，也用于處理高濃度的有機(jī)廢水。這種方法是在厭氧細(xì)菌或兼性細(xì)菌的作用下將污泥中的有機(jī)物分解，最后產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等氣體，這些氣體是有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的能源。（二）大氣污染物凈化方法1.氣溶膠狀態(tài)污染物的控制重力沉降：含塵氣體中的顆粒受重力作用而自然沉降的原理，將顆粒污染物與氣體分離的過程。旋風(fēng)除塵：使含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，借作用于顆粒上的離心力，把顆粒污染物從氣體中分離出來的過程。靜電除塵：利用靜電力從氣體中分離懸浮粒子的一種除塵方法，所采用的是靜電除塵器。過濾式除塵：利用過濾介質(zhì)對(duì)氣流中的塵粒吸收的的方法。2、氣體狀態(tài)污染物的吸附與凈化主要借助分子間和分子內(nèi)的作用力，吸收并去除污染物氣體吸收法：利用物質(zhì)的溶解度不同來分離氣態(tài)污染的方法。氣體吸附法：用一種多孔性固體處理流體混合物，使其含有的一種或者幾種污染物組分濃集在固體表面，而與其他組分分離的過程。3、大氣污染物的生物凈化方法生物吸收法：利用微生物和培養(yǎng)液組成的微生物吸收液作為吸收劑處理廢氣，然后再進(jìn)行好氧處理，去除液體中吸收的污染物，適合處理可溶性的氣態(tài)污染物。生物洗滌法：利用污水處理廠剩余的活性污泥配置混合液，作為吸收劑處理廢氣，對(duì)脫除復(fù)合型臭氣效果很好。生物過濾法：用含有微生物的固體顆粒吸收廢氣中的污染物，然后微生物再將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。常用土壤和堆肥。（三）固體廢棄物的處理方法工業(yè)廢棄物物理與化學(xué)法：覆蓋法、化學(xué)反應(yīng)劑法生物法：栽種永久性植物城市垃圾填埋法堆肥法制取沼氣焚燒法三、環(huán)境污染的污染與凈化指標(biāo)BOD5：生化需氧量COD：化學(xué)需氧量TOD：總需氧量TOC：總有機(jī)碳固體物質(zhì)含氮化合物pH值生物污染指標(biāo)細(xì)菌總數(shù)大腸菌群總數(shù)生化需氧量BOD生化需氧量BOD（BiologicalOxygenDemand）概念：在20℃條件下，微生物好氧分解水樣（廢水或受污染的天然水）中有機(jī)物所消耗的溶解氧量。BOD5：微生物5天好氧分解有機(jī)物所消耗的溶解氧量。有機(jī)物生化耗氧過程的兩個(gè)階段碳化階段：將有機(jī)物分解成CO2、H2O、NH3，碳化作用消耗的氧量稱為碳化需氧量。硝化階段：NH3被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，硝化作用消耗的氧量稱為硝化需氧量。BOD曲線BOD曲線的七個(gè)階段：（1）微生物增殖的遲緩期耗氧量增加緩慢，原因：細(xì)菌本來就處于延遲期，細(xì)菌剛剛進(jìn)入新的營(yíng)養(yǎng)及環(huán)境條件，有個(gè)適應(yīng)的過程，BOD1234567t/clTODUOD圖5－1BOD曲線（2）細(xì)菌的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期特點(diǎn)：耗氧量迅速增加原因：異養(yǎng)細(xì)菌利用廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而迅速增值。BOD1234567t/clTODUOD圖5－1BOD曲線（3）耗氧平緩階段特點(diǎn)：耗氧量減少原因：廢水中養(yǎng)分被異養(yǎng)細(xì)菌所消耗，細(xì)菌生長(zhǎng)因營(yíng)養(yǎng)缺乏而減慢，逐漸進(jìn)入內(nèi)源呼吸。BOD1234567t/clTODUOD圖5－1BOD曲線（4）原生動(dòng)物耗氧峰特點(diǎn)：耗氧量增加原因：原生動(dòng)物的活動(dòng)所引起的。原生動(dòng)物以細(xì)菌為食。BOD5中，原生動(dòng)物的耗氧量約占20%。BOD1234567t/clTODUOD圖5－1BOD曲線（5）耗氧再次平緩階段特點(diǎn)：耗氧量下降。原因：原生動(dòng)物的食物逐漸耗盡，原生動(dòng)物大量死亡。BOD1234567t/clTODUOD圖5－1BOD曲線（6）硝化細(xì)菌耗氧峰特點(diǎn)：緩慢增加原因：硝化細(xì)菌對(duì)氨的氧化而耗氧的結(jié)果。硝化作用引起的好氧峰一般都在5d以后，所以BOD5主要是異養(yǎng)生物對(duì)含碳有機(jī)物氧化分解的結(jié)果。BOD1234567t/clTODUOD圖5－1BOD曲線（7）所有的微生物繼續(xù)減少，有機(jī)物最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。BOD1234567t/clTODUOD圖5－1BOD曲線一般來說，（1）-（7）過程約20d，即BOD20大致等于BODU（又稱UOD，最終需氧量）；BODU小于TOD（總需氧量）；BOD5約為2/3BODU2、化學(xué)需氧量COD（ChemicalOxygenDemand）概念COD是指在一定條件下，用強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)所消耗氧化劑的量，以氧的毫克/升來表示。它反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度，水中還原性物質(zhì)包括：有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。水被有機(jī)物污染是很普遍的，故COD也作為有機(jī)物相對(duì)含量的指標(biāo)之一。在規(guī)定條件下，強(qiáng)氧化劑重鉻酸鉀K2Cr2O7可氧化大多數(shù)常見的有機(jī)污染物，故在實(shí)際使用中常把CODCr的測(cè)定值近似地代表廢水中的全部有機(jī)物。BOD和COD的比較廢水處理中多以BOD和COD兩個(gè)指標(biāo)來度量水樣的有機(jī)污染物濃度和被凈化程度。BOD：反映的是微生物能夠降解的那部分有機(jī)物的數(shù)量，基本上反映出水體中生物氧化分解有機(jī)物所消耗的氧量，比較符合實(shí)際，但檢出時(shí)間過長(zhǎng)，不能迅速及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，而且毒性大的廢水可抑制微生物的作用而影響結(jié)果，甚至無法測(cè)定。

COD：一般表示廢水中有機(jī)污染物重量的98％，測(cè)定不受水質(zhì)限制，并可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成；但是它不能反映微生物能夠降解的那部分有機(jī)物的數(shù)量。BOD和COD的關(guān)系：可以認(rèn)為COD包括兩部分：一部分為能夠被微生物降解的有機(jī)物的耗氧量CODB，另一部分為不能夠被微生物降解的有機(jī)物的耗氧量CODN

B。BODu

CODBBODU=1/3CODB＋（2/3CODB）×0.8=0.87CODBBOD5==2/3BODU=0.58CODB事實(shí)上，由于硫化物、亞硝酸鹽等的存在

BOD5<0.58CODBCOD=a×BOD

5

+b3、總需氧量TOD和總有機(jī)碳TOC總需氧量TOD（TotalOxygenDemand）指：有機(jī)物和少量無機(jī)物在鉑催化下，在燃燒爐900℃高溫燃燒成穩(wěn)定的最終產(chǎn)物所消耗的氧的量。總有機(jī)碳TOC（TotalOrganicCarbon）是以碳的含量表示水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)。它的測(cè)定采用燃燒法：在950℃和鉑催化下，測(cè)定二氧化碳的含量，并扣除150℃燃燒測(cè)得的碳酸鹽等無機(jī)碳元素的含量。該法能將有機(jī)物全部氧化，比BOD5和COD更能直接表示有機(jī)物的總量，故常常被用來評(píng)價(jià)水體中有機(jī)物污染的程度。BOD5/TOC=1.38CODCr/TOC=3.13~3.454、固體物質(zhì)總固體（TS）：?jiǎn)挝惑w積的水樣在103-105℃蒸干后的殘留物質(zhì)總量懸浮固體（SS）：廢水經(jīng)過濾器過濾，被濾器截留的固體溶解性固體（DS）：廢水經(jīng)過濾器過濾，通過濾器進(jìn)入濾液中的固體揮發(fā)性固體（VS）：水樣中的固體物，經(jīng)550℃灼燒1h，固體中有機(jī)物被氣化揮發(fā)。非揮發(fā)性固體（FS）：水樣中的固體物，經(jīng)550℃灼燒1h后殘留的固體。主要是砂、石、無機(jī)鹽等組成的灰分。5、含氮化合物含氮化合物的幾種化學(xué)形態(tài)有機(jī)氮：蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素等無機(jī)氮：包括氨氮：NH3－N、NH4＋－N和硝態(tài)氮：NO2－－N、NO3－－N。常用水質(zhì)測(cè)定指標(biāo)總氮：包括有機(jī)氮和無機(jī)氮化合物的測(cè)定。凱氏氮：指以凱氏法測(cè)得的氮量，包括了氨氮和在此條件下能被轉(zhuǎn)化為銨鹽的而測(cè)定的有機(jī)氮化合物。此類有機(jī)氮化合物主要指蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、尿素以及氮為負(fù)三價(jià)的有機(jī)氮化合物，由于一般水中存在的有機(jī)氮化合物多為這些，故，在測(cè)定凱氏氮和氨氮之后，兩者的差值即有機(jī)氮。氨氮亞硝酸鹽氮硝酸鹽氮有機(jī)氮：不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)化成氨氮氨氮：不穩(wěn)定，可進(jìn)一步氧化成硝氮硝氮：較穩(wěn)定，是水質(zhì)凈化的指標(biāo)亞硝氮：不穩(wěn)定，是水體老化的指標(biāo)氨態(tài)氮的好氧作用是造成水體變黑的主要原因。6、pH值7、生物污染指標(biāo)細(xì)菌總數(shù)大腸菌群總數(shù)第二節(jié)生物對(duì)污染凈化原理

一、微生物對(duì)污染物降解與轉(zhuǎn)化微生物對(duì)物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)微生物對(duì)污染物降解與轉(zhuǎn)化的途徑影響微生物對(duì)物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素微生物對(duì)常見污染物的降解與轉(zhuǎn)化有機(jī)污染物的生物可降解性及其評(píng)價(jià)方法（一）微生物對(duì)物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)1、微生物個(gè)體微小，比表面積大，代謝速率大同樣重量的大腸桿菌和人，前者的表面積約是后者的30萬倍。如此巨大的表面積意味著微生物在營(yíng)養(yǎng)吸收、代謝廢物排放方面占有巨大優(yōu)勢(shì)，因此其代謝活力驚人（有人估計(jì)一些好氧細(xì)菌的呼吸強(qiáng)度按重量比例計(jì)算比人類高幾百倍）。2、種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣微生物的營(yíng)養(yǎng)類型、理化性狀和生態(tài)習(xí)性多種多樣，凡有生物的各種環(huán)境，乃至其他生物無法生存的極端環(huán)境中，都有微生物存在，它們的代謝活動(dòng)，對(duì)環(huán)境中形形色色污染物的降解轉(zhuǎn)化，起著至關(guān)重要的作用。3、微生物具有多種降解酶；微生物能合成各種降解酶，酶具有專一性，又有誘導(dǎo)性，對(duì)環(huán)境中的污染物，微生物通過其靈活的代謝調(diào)控機(jī)制而降解轉(zhuǎn)化之。4、微生物繁殖快，易變異，適應(yīng)性強(qiáng)；巨大的比表面積，使微生物對(duì)生存條件的變化具有極大的敏感性；又由于微生物繁殖快，數(shù)量多，可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量變異的后代。對(duì)進(jìn)入環(huán)境的“陌生”污染物，微生物可通過突變，改變?cè)瓉淼拇x類型而適應(yīng)、降解。5、質(zhì)粒攜帶降解基因一方面，質(zhì)粒是染色體外的遺傳物質(zhì)，攜帶有很多重要的功能基因，如抗農(nóng)藥和重金屬的基因，因此降解能力巨大；另一方面，質(zhì)粒是基因工程中的重要載體，獲得質(zhì)粒的受體菌同時(shí)也獲得了降解基因，因此具有巨大的人工改造的潛力。質(zhì)粒(plasmid)

Plasmid獨(dú)立于細(xì)菌染色體外的雙鏈環(huán)DNA分子。

Plasmidchromosome

質(zhì)?？捎脕砼嘤齼?yōu)良菌種，或用作基因工程中基因轉(zhuǎn)移的載體。例如：多功能超級(jí)細(xì)菌的構(gòu)建ABBACABC圖5－2多質(zhì)粒超級(jí)菌的構(gòu)建示意簡(jiǎn)圖質(zhì)粒細(xì)胞的染色體注：6、共代謝（Co－Metabolism）微生物在利用生長(zhǎng)基質(zhì)A時(shí)（從中獲得能量、碳源或其他任何營(yíng)養(yǎng)），同時(shí)非生長(zhǎng)基質(zhì)B（不能從中獲得能量或營(yíng)養(yǎng)）也伴隨著發(fā)生氧化或其它反應(yīng)。在純培養(yǎng)下，共代謝只是一種截止式轉(zhuǎn)化，但在混合培養(yǎng)和自然環(huán)境條件下，轉(zhuǎn)化可為其它微生物進(jìn)行的共代謝或其他生物對(duì)某種物質(zhì)的降解鋪平道路，使其代謝產(chǎn)物可繼續(xù)降解，故污染物在有合適的底物和環(huán)境條件下可通過共代謝作用而降解。ABCDE1E2E2E1（二）微生物對(duì)污染物降解與轉(zhuǎn)化的途徑自然界中化學(xué)物質(zhì)的降解的3種方式：這三種方式往往綜合交叉進(jìn)行。光降解：具有紫外線吸收峰的化合物，能吸收短波長(zhǎng)的太陽光而被分解。化學(xué)降解：溫度，pH值，金屬離子土壤礦物質(zhì)等的作用而發(fā)生的分解。生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染物大分子轉(zhuǎn)會(huì)為小分子，實(shí)現(xiàn)污染物的分解或降解。其中微生物所起的降解作用最大，故也稱為微生物降解。微生物代謝活動(dòng)中的化學(xué)作用（實(shí)質(zhì)是酶反應(yīng)）氧化作用有機(jī)物的氧化、氮的氧化、硫的氧化、鐵的氧化還原作用有機(jī)物的還原、硝酸的還原、硫酸的還原脫羧作用水解作用脫氨基作用酯化作用脫水作用縮合作用氨化反應(yīng)乙酰化作用（三）影響微生物對(duì)物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化作用的因素1、微生物的代謝活性不同種類微生物對(duì)同一底物的反應(yīng)不同；微生物在不同的生長(zhǎng)時(shí)期的活性是不相同的，在對(duì)數(shù)期代謝最旺盛，活性最強(qiáng)。微生物的種類組成決定化合物降解的方向和速度，同時(shí)微生物的種類組成又與環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)有關(guān)。2、微生物的適應(yīng)性通過適應(yīng)過程，難以降解的新合成化合物能誘導(dǎo)必須的降解酶的合成；或者由于微生物的自發(fā)突變而建立新的酶系；或者不改變基因型，但能顯著改變其表現(xiàn)型，進(jìn)行自我代謝調(diào)節(jié)，來降解轉(zhuǎn)化污染物。馴化（Domestication）：是一種定向選育微生物的方法與過程，通過人工措施使微生物逐步適應(yīng)某特定條件，最后獲得具有較高耐受力和代謝活性的菌株。目前的主要方法是以目標(biāo)化合物為惟一或主要碳源，并逐步提高該化合物的濃度，從而獲得高效降解菌。3、化合物的結(jié)構(gòu)烴類：鏈烴的易降解性大于環(huán)烴，直鏈烴大于支鏈烴，不飽和烴大于飽和烴，支鏈烷基越多，越不易被降解。當(dāng)主鏈上的C被S、N、O取代時(shí)，對(duì)生物氧化的阻抗上升。當(dāng)C原子上的H被烷基或芳基取代時(shí)，會(huì)生成生物氧化的阻抗物。官能團(tuán)的性質(zhì)和數(shù)量。分子量大?。捍蟮碾y降解，小的易降解。4、環(huán)境因素溫度：通過影響酶的活性而實(shí)現(xiàn)酸堿度：微生物生長(zhǎng)和繁殖的最適pH值范圍不同。營(yíng)養(yǎng)：除碳外，還需要氮、磷、硫、鎂等無機(jī)元素。氧：好氧，厭氧底物濃度（四）微生物分解有機(jī)物的作用微生物分解有機(jī)物的作用可總括成如下圖式：復(fù)雜有機(jī)物簡(jiǎn)單有機(jī)物需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶微生物胞外酶CO2、H2OCO2、H2O、H2、CH4、H2S及有機(jī)酸、醇、酮、醛等未完全氧化產(chǎn)物圖5－3微生物分解有機(jī)物的作用示意圖微生物對(duì)常見污染物的降解與轉(zhuǎn)化（了解）生物大分子的降解糖類：以纖維素和淀粉的分解為例，見圖5－4，5－5脂肪蛋白質(zhì)脂肪＋H2O脂肪酶甘油＋高級(jí)脂肪酸蛋白質(zhì)肽氨基酸蛋白酶肽酶丁酸、CO2、H2等CO2、H2、有機(jī)酸等淀粉葡萄糖需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶微生物淀粉酶CO2、H2O圖5－5淀粉分解途徑示意圖纖維素葡萄糖需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶＋H2O纖維素酶CO2、H2O圖5－4纖維素分解途徑示意圖纖維二糖＋H2O纖維素酶烴類以環(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。石油類降解石油的微生物很多，細(xì)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(lán)藻和綠藻鏈烷烴的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化

CO2+H2OCH2-COOH+R-COOH

苯和酚的代謝苯、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人工合成有機(jī)物農(nóng)藥合成洗滌劑增塑劑多氯聯(lián)苯1.氯苯類用途：穩(wěn)定劑（潤(rùn)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（米糠油事件）降解菌：產(chǎn)堿桿菌、不動(dòng)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。2．洗滌劑可分為陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)四類。我國(guó)目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于陰離子型烷基苯磺酸鈉。較早開發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（ABS）：ABS甲基分支干擾生物降解，鏈末端與4個(gè)碳原子相連的季碳原子抗攻擊的能力更強(qiáng)。危害：ABS可以在天然水體中存留800h以上，使這得接納他的水體長(zhǎng)時(shí)間保持，產(chǎn)生大量泡沫，引起水體缺氧。為使洗滌劑易于生物降解，人們將ABS的結(jié)構(gòu)改變?yōu)榫€性的直鏈烷基苯磺酸鹽（LAS）：由于減少了分支，它的生物分解速度大為提高。ABSA．降解洗滌劑的微生物細(xì)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(huì)引起環(huán)境的有機(jī)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(yíng)養(yǎng)化問題。B．洗滌劑的降解機(jī)理對(duì)微生物無影響（1）.土地板結(jié)（2）.被海鳥及海洋哺乳動(dòng)物誤食，致使這些動(dòng)物消化系統(tǒng)停滯，引起死亡。具報(bào)道每年海洋中死于廢棄塑料的海鳥和海洋哺乳動(dòng)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(xì)菌、放線菌、曲霉中的某些成員。3.塑料塑料在環(huán)境中積累有哪些危害？危害：白色污染如何解決塑料的難降解問題？（1）限制使用不可降解塑料（2）開發(fā)可降解塑料光降解、高填充碳酸鈣、填充淀粉、淀粉改性塑料、化學(xué)合成或用微生物、轉(zhuǎn)基因植物直接生產(chǎn)可生物降解的塑料；4.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(jiǎn)單烴骨架（有機(jī)磷、有機(jī)錫、有機(jī)氯等）。相比較其它取代基團(tuán)而言，微生物對(duì)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危害：生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸變）最典型的一個(gè)例子就是殺蟲劑DDT（二氯二苯三氯乙烷），由于氯代基數(shù)量大，在自然界的半衰期長(zhǎng)達(dá)半年以上，由于DDT不溶于水而易溶于脂肪，因而可在動(dòng)物脂肪組織中堆積，并沿著食物鏈在逐級(jí)向上不斷積累，引起生物各種急慢性中毒。降解農(nóng)藥的微生物：細(xì)菌——假單胞菌、芽孢桿菌、產(chǎn)堿桿菌、黃桿菌放線菌——諾卡氏菌真菌——曲霉這些微生物往往需共代謝將農(nóng)藥逐級(jí)降解。危險(xiǎn)性化合物危險(xiǎn)性化合物（HazardousChemicals）的概念微生物具有降解自然界產(chǎn)生的有機(jī)化合物的代謝機(jī)制，從而促使地球有機(jī)碳平衡，而在自然界具有新穎結(jié)構(gòu)的合成化合物（異型生物質(zhì)，又稱非生物性物質(zhì)，xenobiotics）往往對(duì)微生物的降解表現(xiàn)出抗逆性，其原因可能是這些化合物進(jìn)入自然界的時(shí)間比較短，微生物界還未進(jìn)化出降解此類難降解化合物的代謝機(jī)制。這些化合物大多數(shù)對(duì)環(huán)境具有毒害作用，故稱之危險(xiǎn)性化合物。危險(xiǎn)性化合物來源人工合成的農(nóng)藥、殺蟲劑、除草劑、防腐劑、溶劑、增塑劑等危險(xiǎn)性化合物的降解特點(diǎn)和研究盡管其在自然界可能會(huì)有部分緩慢降解，微生物有可能通過多種途徑來改變自身的結(jié)構(gòu)信息以獲得對(duì)這類化合物的降解能力，但這需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程來實(shí)現(xiàn)，依靠微生物的自然進(jìn)化過程遠(yuǎn)不能滿足要求，而且長(zhǎng)此以往將會(huì)造成生態(tài)系統(tǒng)的失衡。因此，研究一些可以使微生物群體在較短時(shí)間內(nèi)獲得最大的降解該物質(zhì)能力的方法顯得愈加重要和迫切。近年來科學(xué)工作者做了大量工作，包括：通過長(zhǎng)時(shí)間的馴化來得到具有一定降解能力的微生物群體；通過基因工程手段來改造微生物使其具有特定的降解能力；此外在對(duì)危險(xiǎn)性化合物的降解研究中發(fā)現(xiàn)，混合培養(yǎng)比純培養(yǎng)具有潛在的優(yōu)勢(shì)，徹底礦化往往需要一個(gè)或一個(gè)以上的營(yíng)養(yǎng)菌群（如發(fā)酵－水解菌群、產(chǎn)硫菌群、產(chǎn)乙酸菌群、產(chǎn)甲烷菌群等）通過多步反應(yīng)將有毒化合物轉(zhuǎn)化為礦化最終產(chǎn)物。研究人員依據(jù)不同的代謝作用至少可以將微生物群落中的微生物分為7種類型：①提供特殊營(yíng)養(yǎng)物；②去除生長(zhǎng)抑制產(chǎn)物；③改善單個(gè)微生物的基本生長(zhǎng)參數(shù)；④對(duì)底物協(xié)調(diào)攻擊；⑤共代謝；⑥氫（電子）轉(zhuǎn)移；⑦提供一種以上初級(jí)底物利用者。（五）有機(jī)污染物的生物可降解性及其評(píng)價(jià)方法生物可降解性:指通過微生物的生命活動(dòng)來改變污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使污染物的化學(xué)和物理學(xué)性能改變所能達(dá)到的程度。所有化合物根據(jù)微生物對(duì)它們的降解性可分成可生物降解、難生物降解和不可生物降解。（五）有機(jī)污染物的生物可降解性及其評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)生物可降解性的方法：測(cè)定生物氧化率：耗氧量/理論需氧量測(cè)呼吸線：生化呼吸線和內(nèi)源呼吸線的比較測(cè)定相對(duì)耗氧速度曲線：好氧速度（單位生物量在單位時(shí)間內(nèi)的耗氧量）測(cè)BOD5與CODCr之比：大于0.45（生化性較好）；0.3-0.45（可生化）；0.25-0.3（難于生化）；小于0.25（不適于用生化方法處理）測(cè)COD30：COD30（生化處理30天后的CODCr）培養(yǎng)法：接種適量的活性污泥，對(duì)待測(cè)水樣進(jìn)行批式處理，然后測(cè)進(jìn)出水的COD和BOD。時(shí)間（h）耗氧量（mg/g）內(nèi)呼吸線生化呼吸線②生化呼吸線時(shí)間（h）耗氧量（mg/g）內(nèi)呼吸線③圖5－6生化呼吸線與內(nèi)呼吸線比較時(shí)間（h）耗氧量（mg/g）內(nèi)呼吸線生化呼吸線tabc底物濃度D、有毒，不能被利用C、有毒，能被利用A、無毒，不能被利用B、無毒，能被利用相對(duì)耗氧速度（以內(nèi)呼吸的％表示）100％圖5－7相對(duì)耗氧速率曲線二、廢水生物處理的原理

（一）水體自凈作用水體自凈作用：水體自凈作用指天然水體受到污染后，在無人為處理?xiàng)l件下，借助水體自身的能力使之得到凈化的過程。該過程中包括稀釋、沉降等物理作用，氧化、還原、分解、凝聚等化學(xué)作用，還有更重要的生物作用，即生物對(duì)無機(jī)物和有機(jī)物的同化和異化作用。生物中最活躍的是細(xì)菌，捕食細(xì)菌的原生動(dòng)物和微型生物亦起很大作用。水體自凈過程的三個(gè)階段和三個(gè)變化三個(gè)階段階段一：有機(jī)物進(jìn)入河流，有機(jī)物濃度，異養(yǎng)菌數(shù)量，DO；階段二：有機(jī)物濃度，異養(yǎng)菌數(shù)量