第10章-微生物对污染物的分解与转化-水处理生物学教学课件.ppt

1、一、生物分解的一般特点一、生物分解的一般特点 净化本质净化本质微生物将微生物将有机物有机物转化为无机物转化为无机物 依靠依靠好氧分解与厌氧分解（分类）好氧分解与厌氧分解（分类）分解程度：去除、初级分解、环境可接受分分解程度：去除、初级分解、环境可接受分解、完全分解（解、完全分解（P190）I 甲酸 类 甲醇 产 甲胺 通过不同 废水或污泥 蛋白质 氨基酸 物 乙酸等 途径转化 中不溶态大 多 糖 C6H12O6 为 CH4、分子有机物 脂 类 甘油 II 丙酸 CO2等 脂肪酸 类 丁酸 CO2、H 产 乳酸 和乙酸 物 乙醇等 水解阶段 酸化阶段 气化阶段 酸化 I 酸化 II 不完全厌氧消

2、化(酸发酵)发 酵 菌 发 酵 菌 甲 烷 菌 产氢 产乙 酸菌 厌氧发酵的几个阶段厌氧活性污泥净化废水的作用机理复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、水解阶段、发发酵阶段（又称酸化阶段）、酵阶段（又称酸化阶段）、产乙酸阶段产乙酸阶段、产甲烷阶产甲烷阶段段1水解阶段水解阶段在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物2 2发酵阶段发酵阶段 梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌、拟杆菌等拟杆菌等酸化细菌酸化细菌吸收并转化为更为简单的化吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸

3、、醇类、乳酸、二氧合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等化碳、氢气、氨等上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是胞物质，这一阶段的主导细菌是乙酸菌乙酸菌。同时水中有硫酸盐。同时水中有硫酸盐时，还会有时，还会有硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。参与产乙酸过程。乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及和以及甲烷菌甲烷菌细胞物质。细胞物质。经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢经

4、过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 2 2发酵发酵3 3产乙酸产乙酸4 4产甲烷产甲烷4 4产甲烷产甲烷厌氧分解（开始厌氧分解（开始）好氧分解（后续）好氧分解（后续）一、分解性评价方法：一、分解性评价方法：1、生物分解潜能试验：是否能分解、生物分解潜能试验：是否能分解1）易生物分解试验：不利生物分解条件下）易生物分解试验：不利生物分解条件下2）本质性生物分解：最有利条件下）本质性生物分解：最有利条件下2、生物分解模拟试验：特定条件下是否分、生物分解模拟试验：特定条

5、件下是否分解解3、步骤：、步骤：P198：二、分解性与分子结构的关系二、分解性与分子结构的关系 一般规律：一般规律：P198增加异源基团降解性变差，甲基多变差，增加异源基团降解性变差，甲基多变差，脂肪族分子大不易分解，芳香族、苯环脂肪族分子大不易分解，芳香族、苯环量大不易分解，好氧、厌氧分解规律不量大不易分解，好氧、厌氧分解规律不同同 QSBR模型：降解性与物理化学性质的关模型：降解性与物理化学性质的关系系三、几个问题三、几个问题1、降解性与浓度的关系过犹不及、降解性与浓度的关系过犹不及2、共代谢现象：单独不分解，加入其它化、共代谢现象：单独不分解，加入其它化合物促进分解合物促进分解3、有机物

6、的相互作用：、有机物的相互作用：1）不影响）不影响 2）促进作用）促进作用 3）阻碍作用）阻碍作用4、微生物之间作用、微生物之间作用 协同、拮抗、捕食、竞争等协同、拮抗、捕食、竞争等5、生物去毒与激活作用、生物去毒与激活作用6、污水中有机污染物的生物分解性评价、污水中有机污染物的生物分解性评价BOD5/CODcr：0.4-0.6 生物降解性好生物降解性好 0.2-0.4 一般一般 0.2 难生物降解难生物降解 包括包括糖类、芬、醛、酮、醇、有机酸和油脂的糖类、芬、醛、酮、醇、有机酸和油脂的有机化合物等有机化合物等。提问：提问：哪些糖类会成为污染物？哪些糖类会成为污染物？难溶的多糖难溶的多糖，且

7、当一些难溶解的多糖数量较大时才会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。使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多这类多糖主要是糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。葡 萄 糖 高 聚 物，每 个 纤 维 素 分 子 含葡 萄 糖 高 聚 物，每 个 纤 维 素 分 子 含140010000个葡萄糖基（个葡萄糖基（1-4糖苷键）。糖苷键）。棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。，其中均含有大量纤维素。微生物微生物 纤纤维维素素酶

8、酶 纤纤维维二二糖糖酶酶 纤纤维维素素 纤纤维维二二糖糖 葡葡萄萄糖糖 糖糖酵酵解解 ATP 好好氧氧分分解解 H2O CO2 葡葡萄萄糖糖 丙丙酮酮丁丁醇醇发发酵酵 丙丙酮酮+丁丁醇醇+CO2+H2 厌厌氧氧发发酵酵 丁丁酸酸发发酵酵 丁丁酸酸+乙乙酸酸+CO2+H2 三三羧羧酸酸 循循 环环 厌厌氧氧发发酵酵 好氧细菌好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 厌氧细菌厌氧细菌产纤维二糖产纤维二糖芽孢梭菌芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。及嗜热纤维芽孢梭菌。放放 线线 菌菌链霉菌属。链霉菌属。真真 菌菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。青

9、霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。需要时可以向需要时可以向有菌种库的研究机构购买有菌种库的研究机构购买或或自行筛选自行筛选 存在于植物细胞壁的存在于植物细胞壁的杂多糖杂多糖。造纸废水和人造纤维废水。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。中含半纤维素。TCA循环循环 聚糖酶聚糖酶 CO2+H2O 半纤维素半纤维素 单糖单糖+糖醛酸糖醛酸 H2O 各种发酵产物各种发酵产物 厌氧分解厌氧分解 分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素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

10、汉霉、青霉及镰刀霉。有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。木质素木质素 空腔空腔 纤维素纤维素木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。聚合聚合交联交联自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？确证的只有确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的，疑似的只有只有软腐菌。软腐菌。(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、的一种，

11、隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。丝核菌科。白腐白腐树皮上木质素被该菌分树皮上木质素被该菌分解后漏出解后漏出白色白色的纤维素部分。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？解木质素呢？水中来源：水中来源：毛纺、毛条厂废水、毛纺、毛条厂废水、油脂厂废水、肉联厂废水、制革油脂厂废水、肉联厂废水、制革厂废水含有大量油脂厂废水含有大量油脂 降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物：细细 菌菌 荧光杆菌、绿脓杆菌、荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌灵杆菌 丝状菌丝状菌 放线菌、分支杆菌放线菌、

12、分支杆菌 真真 菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉 途径：途径：水解水解+氧化氧化 提问：提问：什么是石油？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。复杂混合物。石油污染主要出现在石油污染主要出现在采油区采油区和和石油运输事石油运输事故现场故现场以及以及石化行业的工业废水石化行业的工业废水中。中。与分子结构有关与分子结构有关 链中等长度（链中等长度（C10C24）链很长的（链很长的（C24以上）以上）短链短链 （*？）？）直链直链?支链支链 不饱和不饱和?饱和饱和 烷烃烷烃?芳烃芳烃 链末端有季碳原子链末端有季碳

13、原子（四周都与（四周都与C相连）相连）的烃以及的烃以及多环多环芳烃极难降解芳烃极难降解 降解石油的微生物很多，降解石油的微生物很多，据报道有据报道有200多种多种 细细 菌菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌 酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母 霉霉 菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属 藻藻 类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻 +O2R-CH2-CH2-CH3 R-CH2-CH2-COOH-氧化氧化 CO2+H2O CH2-COOH +R-COOH 以环己烷为例以环己烷为例 OH O O +O2+2H 2H +O2+2H H2O

14、 H2O +H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH HOOC-（CH2）4-CH2OH 氧氧化化 CO2+H2O OH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，环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的两类以上微生物的下将污染物下将污染物 彻底降解彻底降解共代谢共代谢。芳香烃普遍具有生物毒性芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。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已知降解不同芳香烃的细菌类别 苯类苯类 酚类

15、酚类萘萘菲菲 蒽蒽微生物微生物名名 称称荧光假单胞荧光假单胞菌、铜绿色菌、铜绿色假单胞菌及假单胞菌及苯杆菌苯杆菌铜 绿 色 假 单 胞铜 绿 色 假 单 胞菌、溶条假单胞菌、溶条假单胞菌、诺卡氏菌、菌、诺卡氏菌、球形小球菌、无球形小球菌、无色杆菌及分枝杆色杆菌及分枝杆菌菌菲杆菲杆菌、菲菌、菲芽孢杆芽孢杆菌菌荧光假单胞荧光假单胞菌和铜绿色菌和铜绿色假单胞菌、假单胞菌、小球菌及大小球菌及大肠埃希氏菌肠埃希氏菌 苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 酚也是酚也是先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下的后

16、半段是相同的，可表示如下 苯苯 酚酚 氧氧化化酶酶 酶酶 萘萘 邻邻苯苯二二酚酚 酮酮基基己己二二酸酸 菲菲 +O2 +O2 +2H 蒽蒽 琥琥珀珀酸酸 三三羧羧酸酸循循环环 CO2+H2O 乙乙酰酰辅辅酶酶A 提问：提问：为什么这些有机物难于生物降解？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微生物缺乏相应的水解酶 难难对于自然生态环境自然生态环境系统,如果一种化合物滞留可达几个月或几年可达几个月或几年之久,或在人工生物处理人工生物处理系统系统,几小时或几天之内还未能被分解或消除几小时或几天之内还未能被分解或消除 种类：种类：稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、稳定剂、表面活性剂

17、、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杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等。用用 途途：稳定剂稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热（润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热载体、油墨等都含有）载体、油墨等都含有）危危 害：害：急性中毒，是急性中毒，是一种致癌因子一种致癌因子（米糠油事件）（米糠油事件）降降 解解 菌：菌：产碱杆菌、不动杆菌、产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌假单胞菌、芽孢杆菌以、芽孢杆菌以及沙雷氏菌的突变体及沙雷氏菌的突变体*共代谢研究进展及其成果对环保的应用现共代谢研究进展及其成果对环保的应用现状状？可分为可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质阴离子型

18、、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。四类。我国目前生产的洗涤剂属于我国目前生产的洗涤剂属于。较早。较早开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABS）：）：CH3 CH3 CH3|NaSO3 C CH2 CHCH2 C CH3|CH3 CH3 3甲基分支干扰生物降解甲基分支干扰生物降解，链末端与，链末端与4个碳原子相连的季碳个碳原子相连的季碳原子抗攻击的能力更强原子抗攻击的能力更强。危害：危害：ABS可以在天然水体中可以在天然水体中存留存留800h以上以上，使这得接，使这得接纳他的水体长时间保持，纳他的水体长时间保持，产生大量泡沫产生大量泡沫，引起

19、水体缺氧。，引起水体缺氧。为使洗涤剂易于生物降解，人们将为使洗涤剂易于生物降解，人们将ABS的结构改变为线的结构改变为线性的直链性的直链 由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。由于减少了分支，它的生物分解速度大为提高。NaSO3 CH （CH2）9 CH3|CH3 CH3 CH3 CH3|NaSO3 C CH2 CHCH2 C CH3|CH3 CH3 3 细细 菌菌假单胞菌假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌菌、产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌 放线菌放线菌诺卡氏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

20、逐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。年递增，但环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。因而洗涤因而洗涤剂一般不会引起环境的有机污染剂一般不会引起环境的有机污染。洗涤剂目前存在。洗涤剂目前存在的问题主要是洗涤剂中的添加剂聚磷酸盐造成的水体的问题主要是洗涤剂中的添加剂聚磷酸盐造成的水体富营养化富营养化问问题题。COOH C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C 末末端端氧氧化化-氧氧化化、脱脱磺磺基基 苯苯甲甲酸酸 CH2COOH 开开环环分分解解 SO3-苯苯乙乙酸酸CO2+H2O对微生物无影响对微生物无影响（1）.土地板结土地板结（

21、2）.被海鸟及海洋哺乳动物误食，被海鸟及海洋哺乳动物误食，致使这些动物消化系统停滞，致使这些动物消化系统停滞，引起死亡引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳动。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。物，数目之多令人触目惊心。（3）.影响景观影响景观 目前发现目前发现能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解能降解塑料的微生物，种类很少，而且降解速度缓慢速度缓慢。他们主要是他们主要是、。塑料在环境中积累有哪些危害？塑料在环境中积累有哪些危害？危害：危害：白色污染白色污染 提问：提问：如何解决塑料的难降解问题？如何解决塑料的难降解问题？（1）限制使用不

22、可降解塑料）限制使用不可降解塑料（2）光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改性塑光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改性塑料、料、化学合成或用微生物、转基因植物直接生产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；可生物降解的塑料；*如何制造完全生物可降解塑料？有哪些种类？发展前景如何？如如杀虫剂、除草剂等杀虫剂、除草剂等 化学成分：化学成分：有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其它取代物的简单烃骨架它取代物的简单烃骨架（有机磷、有机锡、有机氯（有机磷、有机锡、有机氯等）。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，因相比较其它取代基

23、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。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：水中来源：农田土壤的灌溉水或雨水农田土壤的灌溉水或雨水 危害：危害：生物毒性生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸变）（急性、慢性、致癌、致畸变）最典型的一个例子就是杀虫剂最典型的一个例子就是杀虫剂DDT（二氯二苯三氯乙烷），二氯二苯三氯乙烷），由于氯由于氯代基数量大，在自然界的半衰期长达半年以上，由于代基数量大，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，并沿着食物链在逐而易溶于脂

24、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。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：降解农药的微生物：这些微生物这些微生物往往往往将农药逐级降解将农药逐级降解。第三节第三节 含氮有机物的生物分解含氮有机物的生物分解 蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。化合物等。一、氮的循环：一、氮的循环：水中来源：水中来源：生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水等制革废水等 种类很多种类很多好好 氧氧 细细 菌菌 链球菌和葡萄球菌链球菌和葡萄球菌好氧

25、芽孢细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芽孢杆菌 兼兼 性性 厌厌 氧氧 菌菌变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌 厌厌 氧氧 菌菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆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此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌放线菌)。（好好氧氧菌菌）O2氧氧化化脱脱氨氨蛋蛋白白质质 胨胨 肽肽 进进入入细细胞胞 羧羧酸酸+NH3+H2S H2还还原原脱脱氨氨 （厌厌氧氧菌菌）|细细胞胞外外水水解解|氨氨化化作作用用|氧氧化化羧羧酸酸 CO2+H

26、2O 作作为为氮氮源源参参与与同同化化代代谢谢NH3 亚亚硝硝化化细细菌菌 硝硝化化细细菌菌NH3 HNO2 HNO3 硝硝酸酸盐盐 +O2 +O2|硝硝化化作作用用|硫硫磺磺细细菌菌 硫硫化化细细菌菌H2S S H2SO4 硫硫酸酸盐盐 +O2 +O2反硝化反硝化N2 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物腈类化合物及及硝基化合物硝基化合物 水中来源：水中来源：化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。危危 害：害：生物毒害生物毒害、环境积累、环境积累 细细 菌菌紫色杆菌、假单胞菌紫色杆菌、假单胞菌 放线菌放线菌

27、诺卡氏菌诺卡氏菌 真真 菌菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀茄科病镰刀霉霉)、木霉及担子菌等、木霉及担子菌等 5HCN+5.5O2 5CO2+H2O+5NH3 ORCH2CN （RCH2C-NH2）RCH2COOH+NH3 CO2+H2OH2OH2O担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下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缩合成为氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。氨基乙腈，进而合成为丙氨酸。HCN CH3COH CH3CHNH2CN CH3CHNH2COOH 三、尿素的转化三、尿素的转化 转化为碳酸铵（尿素酶）再分解转化为碳酸铵（

28、尿素酶）再分解 主要的无机污染物有主要的无机污染物有 等等 水中来源及危害：水中来源及危害：磷酸盐磷酸盐洗涤剂洗涤剂中作为软水剂使用的磷酸盐、中作为软水剂使用的磷酸盐、土壤土壤 富营养化富营养化 氨氮硝酸盐氨氮硝酸盐工业废水和使用硝酸盐化肥的农田冲蚀水工业废水和使用硝酸盐化肥的农田冲蚀水 富营养化富营养化 金属离子金属离子 采矿、冶金、化工等行业的废水采矿、冶金、化工等行业的废水 生物中毒生物中毒一、一、硫硫含硫有机物的转化含硫有机物的转化 动、植物和微生物机体中含硫有机物主要动、植物和微生物机体中含硫有机物主要是蛋白质。能够分解含氮有机物的都能分是蛋白质。能够分解含氮有机物的都能分解含硫有机

29、物，产生硫化氢。解含硫有机物，产生硫化氢。无机硫的转化无机硫的转化1.1.硫化作用硫化作用 有氧条件下，通过硫细菌的作用将有氧条件下，通过硫细菌的作用将H H2 2S S氧化为元素氧化为元素S S，再进而氧化为硫酸。再进而氧化为硫酸。2.2.硫化细菌硫化细菌 革兰氏阴性杆菌，从氧化含硫无机物过程中获得革兰氏阴性杆菌，从氧化含硫无机物过程中获得能量，产生硫酸。能量，产生硫酸。硫杆菌广泛分布于土壤、淡水、海水中，不同种硫杆菌广泛分布于土壤、淡水、海水中，不同种类的硫杆菌要求的环境类的硫杆菌要求的环境pHpH不同，氧化硫硫杆菌不同，氧化硫硫杆菌2.02.03.53.5，氧化亚铁硫杆菌，氧化亚铁硫杆菌

30、2.52.55.85.8，排硫杆，排硫杆菌菌中性和偏碱性中性和偏碱性3.3.硫磺细菌硫磺细菌 将将H H2 2S S氧化为氧化为S S，并将硫粒积累在细胞内。并将硫粒积累在细胞内。丝状硫磺细菌：贝日阿托氏菌丝状硫磺细菌：贝日阿托氏菌 发硫菌发硫菌 辫硫菌属辫硫菌属 亮发菌亮发菌 透明颤菌属在生活污水和含硫工业废水透明颤菌属在生活污水和含硫工业废水的生物处理过程中出现。含硫化物较多时，贝日的生物处理过程中出现。含硫化物较多时，贝日阿托氏菌和发硫菌过度生长引起活性污泥丝状膨阿托氏菌和发硫菌过度生长引起活性污泥丝状膨胀。胀。光能自养硫细菌光能自养硫细菌 含细菌叶绿素，在光照下，含细菌叶绿素，在光照下

31、，将将H H2 2S S氧化为氧化为S S。4.4.反硫化作用反硫化作用 水体处于缺氧状态时，含硫无机盐在微生水体处于缺氧状态时，含硫无机盐在微生物的还原作用下形成物的还原作用下形成H H2 2S S。在混凝土排水管和铸铁排水管中，如有硫酸盐存在混凝土排水管和铸铁排水管中，如有硫酸盐存在，管底常因缺氧而产生在，管底常因缺氧而产生H H2 2S S。H H2 2S S上升到污水表上升到污水表层或逸出空气层，与污水表面溶解氧相遇，层或逸出空气层，与污水表面溶解氧相遇，H H2 2S S被硫化细菌或硫磺细菌氧化为硫酸，使混凝土管被硫化细菌或硫磺细菌氧化为硫酸，使混凝土管和铸铁管受到腐蚀。和铸铁管受到

32、腐蚀。洗涤剂中的磷酸盐为洗涤剂中的磷酸盐为可溶性可溶性的的磷酸钠磷酸钠 土壤中的磷酸盐则主要是土壤中的磷酸盐则主要是难溶难溶的的磷酸钙磷酸钙 微生物产酸微生物产酸 土壤中的难溶磷酸盐土壤中的难溶磷酸盐 可溶性磷酸盐可溶性磷酸盐 洗涤剂中的可溶性磷酸盐洗涤剂中的可溶性磷酸盐 卵磷脂、核酸、卵磷脂、核酸、ATP 厌氧条件下，磷酸盐还可以被梭状芽孢杆菌、大肠杆菌等还厌氧条件下，磷酸盐还可以被梭状芽孢杆菌、大肠杆菌等还原为原为PH3。（。（自燃自燃鬼火鬼火）+8H H3PO4 PH3 4H2O 被大多数微生物作为无机氮源营养物，产物为被大多数微生物作为无机氮源营养物，产物为蛋白蛋白质、核酸等质、核酸等

33、 硝化细菌及反硝化细菌硝化细菌及反硝化细菌 硝化作用反硝化作用硝化作用反硝化作用 N2 提问：提问：影响金属离子毒性的因素有哪些？影响金属离子毒性的因素有哪些？种类、浓度、存在状态种类、浓度、存在状态（包括价态、络合态、共存（包括价态、络合态、共存离子性质）离子性质）例如，例如，比三价铬毒得多；比三价铬毒得多；的毒性比其他的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；的汞化合物毒性大得多；比无机锡毒，有机锡比无机锡毒，有机锡中的中的比芳香基锡毒，烷基锡中三烷基又比其他比芳香基锡毒，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒。烷基锡毒。（一）铁的生物转化（一）铁的生物转化1、铁细菌：氧化沉淀、铁细菌：氧化沉淀2、还原溶

34、解：氧不足时发生、还原溶解：氧不足时发生3、有机铁化物的形成与溶解、有机铁化物的形成与溶解（二）铬的生物转化（二）铬的生物转化 厌氧：厌氧：6价有毒铬还原成价有毒铬还原成3价无毒铬价无毒铬 有机质会影响铬还原有机质会影响铬还原 无机汞无机汞（多难溶）（多难溶）：Hg2+2 Hg0 +Hg2+注：注：Hg2+2=Hg+Hg+零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶 二价汞盐除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解二价汞盐除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解 有机汞有机汞（易溶）（易溶）：通式通式 其中其中R为有机原子基团，为有机原子基团，为无机离子为无机离子如卤素原子、硫酸如卤素原子、硫

35、酸根、硝酸根、磷酸根、氰化物、羟基等根、硝酸根、磷酸根、氰化物、羟基等。主要是主要是和和作用。作用。难溶的汞难溶的汞生物吸收困难，生物吸收困难，毒性很小毒性很小 易溶的汞易溶的汞容易吸收，容易吸收，毒性很强毒性很强（其中（其中甲基汞甲基汞的毒的毒性性最强最强）毒性体现毒性体现：神经麻痹以致引起死亡。：神经麻痹以致引起死亡。日本的日本的水俣湾甲基汞中毒事件水俣湾甲基汞中毒事件就是典型的汞污染事件。这类汞中毒一般就是典型的汞污染事件。这类汞中毒一般都不是通过直接饮用水被汞污染造成，而是由于甲基汞在食物链积累并都不是通过直接饮用水被汞污染造成，而是由于甲基汞在食物链积累并由水中的鱼类向上传递给人而引

36、起的。水中的甲基汞到底是怎么来的？由水中的鱼类向上传递给人而引起的。水中的甲基汞到底是怎么来的？汞的甲基化是由汞的甲基化是由微生物微生物依靠依靠甲基化辅酶甲基化辅酶形成的形成的。汞甲基化微生物：汞甲基化微生物：细细 菌菌甲烷菌、匙形梭菌、荧光假单胞菌、大肠埃希氏菌、产甲烷菌、匙形梭菌、荧光假单胞菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌气肠杆菌、巨大芽孢杆菌真真 菌菌粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。过程如下：过程如下：甲基化辅酶甲基化辅酶 甲基化辅酶甲基化辅酶 Hg2+Hg+-CH3 Hg(CH3)2 -CH3 -CH3 鱼类体表粘液中鱼类体表粘液中有许多含有甲

37、基化辅酶有许多含有甲基化辅酶的微生物的微生物，他们将无机，他们将无机汞转化为甲基汞，动物和人体汞转化为甲基汞，动物和人体肠道中的细菌肠道中的细菌大部分也具有这种功大部分也具有这种功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。甲基汞降解微生物甲基汞降解微生物：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、隐球菌隐球菌 提问：提问：为什么微生物进行甲基汞的降解？为什么微生物进行甲基汞的降解？汞的甲基化与脱甲基化通常保持着一个动态的平衡，汞的甲基化与脱甲基化通常保持着一个动态的平衡，从而从而使环境中的甲基汞浓度维持在低水平使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。事

38、实上通常情况甲基汞在天然水体中的浓度十分低事实上通常情况甲基汞在天然水体中的浓度十分低？有机汞有机汞 Hg还原还原 其它重金属的转化与汞的情况十分相似，其它重金属的转化与汞的情况十分相似，重金属普遍可以重金属普遍可以被微生物甲基化被微生物甲基化，而且甲基化的重金属而且甲基化的重金属普遍毒性大为提高普遍毒性大为提高，这些金属包括砷、硒、铅、锡、镉、锑等。这些金属包括砷、硒、铅、锡、镉、锑等。第六节第六节 生物对污染物的浓缩与吸附作用生物对污染物的浓缩与吸附作用一、水生生物：一、水生生物：1、生物浓缩作用：吸收速率大于分解与排、生物浓缩作用：吸收速率大于分解与排泄速率之和，也叫生物富集，可用浓缩泄

39、速率之和，也叫生物富集，可用浓缩系数（系数（BCF）表示表示2、生物积累与生物放大：、生物积累与生物放大：生物积累：同意生物体，生物积累：同意生物体，BCF不断增加不断增加生物放大：同一食物链上低位到高位营养生物放大：同一食物链上低位到高位营养级级BCF逐级增加的现象。逐级增加的现象。二、微生物对有机物的吸附作用二、微生物对有机物的吸附作用 只去除，但尚未分解只去除，但尚未分解 对疏水性更有效对疏水性更有效 易造成二次污染易造成二次污染三、微生物对金属的吸附三、微生物对金属的吸附 金属离子与微生物细胞表面特定基团结金属离子与微生物细胞表面特定基团结合合 巯基、羧基、羟基巯基、羧基、羟基 不利于污泥的最终处置不利于污泥的最终处置