微生物对污染物的分解与转化.ppt

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1、主要教学内容：主要教学内容：第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用第二节第二节 有机物的生物分解性有机物的生物分解性第三节第三节 典型不含氮有机物的分解典型不含氮有机物的分解第四节第四节 典型含氮有机物的生物分解典型含氮有机物的生物分解第五节第五节 微生物对无机元素的转化作用微生物对无机元素的转化作用第六节第六节 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 第九章第九章 微生物对污染物的分解与转化微生物对污染物的分解与转化n教学目的要求：教学目的要求：掌握：掌握：1 1、生物分解的一般特点与分类。生物分解的一般特点与分类。2 2、有机物好氧生物分解及厌氧生

2、物分解的有机物好氧生物分解及厌氧生物分解的概念、最终产物及其特点。概念、最终产物及其特点。3 3、有机物的好氧生物分解过程及厌氧生物有机物的好氧生物分解过程及厌氧生物分解过程。分解过程。第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用*一、生物分解的一般特点与分类一、生物分解的一般特点与分类（一）、有机物生物分解的一般特点（一）、有机物生物分解的一般特点n微生物对有机物的分解作用称为微生物对有机物的分解作用称为“生物分生物分解解”或或“生物降解生物降解”。n有机物的生物分解是通过一系列的生化反有机物的生物分解是通过一系列的生化反应，最终将有机物分解成小分子有机物或应，最终将有机物

3、分解成小分子有机物或无机物的过程。无机物的过程。n污水中有机污染物的生物分解过程见下图。污水中有机污染物的生物分解过程见下图。第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用图图9-1 9-1 有机污染物在污水生物处理过程中的转化途径有机污染物在污水生物处理过程中的转化途径第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用（二）、生物分解的分类（二）、生物分解的分类n生物分解根据是否有氧气存在，分为好氧分生物分解根据是否有氧气存在，分为好氧分解和厌氧分解两种类型。解和厌氧分解两种类型。有机物在有氧情况下的微生物分解，叫好氧有机物在有氧情况下的微生物分解，叫好氧分解。分

4、解。好氧分解是好氧微生物（包括兼性微生物，好氧分解是好氧微生物（包括兼性微生物，主要是好氧细菌和兼性细菌）活动的结果。主要是好氧细菌和兼性细菌）活动的结果。第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用n有机物在无氧情况下的微生物分解，叫厌有机物在无氧情况下的微生物分解，叫厌氧分解。氧分解。n是厌氧微生物（包括兼性微生物，主要是是厌氧微生物（包括兼性微生物，主要是厌氧细菌和兼性细菌）活动的结果。厌氧细菌和兼性细菌）活动的结果。n好氧分解与厌氧分解相比，有机物的好氧好氧分解与厌氧分解相比，有机物的好氧分解速率快，分解程度彻底，转化为细胞分解速率快，分解程度彻底，转化为细胞的比例大

5、等特点。的比例大等特点。第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用1 1、有机物好氧分解的最终产物、有机物好氧分解的最终产物n有机物中的元素（有机物中的元素（C C、H H、N N、P P、S S）经好经好氧分解的最终产物主要是：二氧化碳、水、氧分解的最终产物主要是：二氧化碳、水、硫酸盐、磷酸盐等。硫酸盐、磷酸盐等。n分解反应概括地表示如下：分解反应概括地表示如下： 第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用 CCO CCO2 2+ +碳酸盐和重碳酸盐碳酸盐和重碳酸盐 HH HH2 2O O NNH NNH3 3HNOHNO2 2HNOHNO3 3 SH

6、 SH2 2SOSO4 4 PH PH3 3POPO4 4 n上式中的各种酸又可与水中的碱性物质上式中的各种酸又可与水中的碱性物质作用，形成相应的盐类。作用，形成相应的盐类。第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用2 2、有机物厌氧分解的最终产物、有机物厌氧分解的最终产物n有机物中的元素（有机物中的元素（C C、H H、N N、P P、S S）经厌氧分解的经厌氧分解的产物主要是：甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等。产物主要是：甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等。n分解反应概括地表示如下：分解反应概括地表示如下： C C有机酸（脂肪酸）等有机酸（脂肪酸）等 COCO2 2、CHCH4

7、4 N N氨基酸氨基酸NHNH3 3+ +有机酸有机酸 SH SH2 2S S（有臭味、能和废水中的铁形成黑色的硫有臭味、能和废水中的铁形成黑色的硫化铁）化铁） P PPOPO4 43-3- 第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用 图图9-2此时有机物有此时有机物有2/32/3合成菌体，合成菌体，1/31/3分解。分解。第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用二二、有机物的好氧分解、有机物的好氧分解*有机物的好氧分解过程：有机物的好氧分解过程：n注意：上述生物氧化过程同时存在着内源呼吸。注意：上述生物氧化过程同时存在着内源呼吸。当有机物充足时，细胞

8、物质大量合成，内源呼吸当有机物充足时，细胞物质大量合成，内源呼吸不显著，所以图中未表示细胞物质的氧化过程。不显著，所以图中未表示细胞物质的氧化过程。有机物几乎耗尽时，内源呼吸成为供应能量的主有机物几乎耗尽时，内源呼吸成为供应能量的主要方式，最后细菌由于缺乏能量而死亡。要方式，最后细菌由于缺乏能量而死亡。n生物处理构筑物内新增长细胞物质量的计算以及生物处理构筑物内新增长细胞物质量的计算以及有机物降解需氧量的计算见后续专业课。有机物降解需氧量的计算见后续专业课。第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用三、有机物的厌氧分解三、有机物的厌氧分解n有机物厌氧分解过程：有机物厌氧分解

9、过程：早期的有机物厌氧分解过程有两阶段理论、三阶早期的有机物厌氧分解过程有两阶段理论、三阶段理论。段理论。20世纪世纪70年代提出三阶段理论和四类群理论。年代提出三阶段理论和四类群理论。n厌氧分解时，有机物有厌氧分解时，有机物有10%合成菌体。合成菌体。n两阶段理论、三阶段理论、三阶段理论和四类群两阶段理论、三阶段理论、三阶段理论和四类群理论的厌氧分解过程如下：理论的厌氧分解过程如下：第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用 图图9-3 有机物厌氧分解两阶段理论有机物厌氧分解两阶段理论第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用图图9-4 9-4 厌氧消

10、化三阶段理论厌氧消化三阶段理论第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用*图图9-5 9-5 厌氧消化三阶段、四阶段过程厌氧消化三阶段、四阶段过程 n教学目的要求：教学目的要求：掌握：掌握：1 1、微生物的共代谢现象。、微生物的共代谢现象。第二节第二节 有机物的生物分解性有机物的生物分解性一、有机一、有机物的生物分解性与物的生物分解性与分子结构的关系分子结构的关系（一）、增加（一）、增加A A类取代基（即异源基团）一般分解性类取代基（即异源基团）一般分解性变差，增加变差，增加B B类取代基，有时可以增加生物分解性。类取代基，有时可以增加生物分解性。nA A类取代基：类取代基

11、：-CI-CI，-SO-SO3 3H H，- -CHCH3 3等。等。nB B类取代基：类取代基：-0H-0H，- -COHCOH等。等。（二）、异源基团数目增加越多，生物分解性越差。（二）、异源基团数目增加越多，生物分解性越差。（三）、异源基团的位置对生物分解性产生显著影响。（三）、异源基团的位置对生物分解性产生显著影响。（四）、甲基分支越多，生物分解性越差。（四）、甲基分支越多，生物分解性越差。第二节第二节 有机物的生物分解性有机物的生物分解性（五）、对于脂肪族化合物，其分子量越大越不易（五）、对于脂肪族化合物，其分子量越大越不易生物分解。生物分解。（六）、芳香族化合物的生物分解性一般低于

12、小分（六）、芳香族化合物的生物分解性一般低于小分子的脂肪族化合物。子的脂肪族化合物。（七）、对于复环芳烃，其苯环越多越难生物降解。（七）、对于复环芳烃，其苯环越多越难生物降解。（注意：好氧条件下的分解规律与厌氧条件下的分（注意：好氧条件下的分解规律与厌氧条件下的分解规律有时不同。上述情况有时也存在例外。）解规律有时不同。上述情况有时也存在例外。）第二节第二节 有机物的生物可分解性有机物的生物可分解性二、共代谢现象二、共代谢现象*共代谢现象共代谢现象一些有机化合物，单独存在时不能一些有机化合物，单独存在时不能进行生物分解，但在与其他有机化合物同时存在进行生物分解，但在与其他有机化合物同时存在时，

13、可以进行生物分解，这种现象称共代谢现象。时，可以进行生物分解，这种现象称共代谢现象。n微生物的共代谢作用举例：微生物的共代谢作用举例：直肠梭菌在有蛋白胨类物质存在时，才能降解丙直肠梭菌在有蛋白胨类物质存在时，才能降解丙体六六六。体六六六。链霉菌需节杆菌的协同作用，才能降解二嗪农链霉菌需节杆菌的协同作用，才能降解二嗪农( (农农药）药）。（两种微生物共代谢（两种微生物共代谢二嗪农二嗪农）第二节第二节 有机物的生物可分解性有机物的生物可分解性n在实践中，已有某些难降解的有机物，经在实践中，已有某些难降解的有机物，经合适的微生物的一系列共代谢作用而彻底合适的微生物的一系列共代谢作用而彻底降解。因此，

14、共代谢在难生物降解化合物降解。因此，共代谢在难生物降解化合物的降解转化中将起重要的作用。的降解转化中将起重要的作用。n共代谢作用的机理有待于继续研究。共代谢作用的机理有待于继续研究。 第二节第二节 有机物的生物可分解性有机物的生物可分解性三、污水中有机物的生物分解性评价三、污水中有机物的生物分解性评价n污水中混合有机污染物可生物降解性评价方法主要污水中混合有机污染物可生物降解性评价方法主要有：有：BODBOD5 5/COD/CODCrCr比值法、瓦氏呼吸仪测量法、比值法、瓦氏呼吸仪测量法、BODBOD5 5和和TOCTOC的比值等。的比值等。常用的简单易行的方法是常用的简单易行的方法是BODB

15、OD5 5/COD/CODCrCr比值法。一般比值法。一般认为：认为：第二节第二节 有机物的生物可分解性有机物的生物可分解性BODBOD5 5/COD/CODCrCr比值大于比值大于0.40.6(0.45)(0.45)，该废，该废水可生化性较好。水可生化性较好。0.20.2BODBOD5 5/COD/CODCrCr0.4,0.4,较难生物处理。较难生物处理。BODBOD5 5/COD/CODCrCr0.10.1，难以生物处理。，难以生物处理。第二节第二节 有机物的生物可分解性有机物的生物可分解性n教学目的要求：教学目的要求：掌握：掌握：1 1、纤维素、淀粉的微生物分解过程。、纤维素、淀粉的微生

16、物分解过程。第三节第三节 典型不含氮有机物的生物分解典型不含氮有机物的生物分解一、纤维素、半纤维素的生物分解一、纤维素、半纤维素的生物分解（一）、纤维素的生物分解（一）、纤维素的生物分解n纤维素是在自然界分布很广的一种多糖。纤维素是在自然界分布很广的一种多糖。1 1、纤维素的来源、纤维素的来源n树木、农作物中都含有大量纤维素。树木、农作物中都含有大量纤维素。纤维素是植物细胞壁的主要成分，也是数量最纤维素是植物细胞壁的主要成分，也是数量最大的一类环境污染物。大的一类环境污染物。n印染废水由于洗布、上浆和造纸废水由于用木印染废水由于洗布、上浆和造纸废水由于用木材等做原料，中含有较多的纤维素。材等做原料，中含有较多的纤维素。 第三节第三节 典型不含氮有机物的生物分解典型不含氮有机物的生物分解*2 2、纤维素在微生物作用下的降解过程、纤维素在微生物作用下的降解过程纤维素纤维素纤维素酶纤维素酶葡萄糖葡萄糖n葡萄糖好氧生物分解：葡萄糖好氧生物分解：n葡萄糖厌氧生物分解：葡萄糖厌氧生物分解：第三节第三节 典型的不含氮有机物质的分解典型的不含氮有机物质的分解第一阶段：第一阶段：第二阶段：第二阶段：n在