第10章-微生物对污染物的分解与转化-水处理生物学教学ppt课件

第十章 微生物对污染物的分解与转化1有机污染物生物净化有机污染物生物净化 天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质无机污染物生物净化无机污染物生物净化有机污染物生物净化2第一节第一节 微生物对有机污染物的分解作用微生物对有机污染物的分解作用一、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）分分解解程程度度：去去除除、初初级级分分解解、环环境境可可接接受受分分解、完全分解（解、完全分解（P190）第一节 微生物对有机污染物的分解作用一、生物分解的一般特3第10章-微生物对污染物的分解与转化-水处理生物学教学ppt课件4第10章-微生物对污染物的分解与转化-水处理生物学教学ppt课件5厌氧发酵的几个阶段厌氧发酵的几个阶段6厌氧活性污泥净化废水的作用机理复复杂杂污污染染物物的的厌厌氧氧降降解解过过程程可可以以分分为为四四个个阶阶段段水水解解阶阶段段、发发酵酵阶阶段段（又又称称酸酸化化阶阶段段）、产产乙乙酸酸阶阶段段、产产甲甲烷烷阶阶段段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、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73 3 3 3产乙酸阶段产乙酸阶段产乙酸阶段产乙酸阶段上上一一阶阶段段的的产产物物被被进进一一步步转转化化为为乙乙酸酸、氢氢气气、碳碳酸酸以以及及新新的的细细胞胞物物质质，这这一一阶阶段段的的主主导导细细菌菌是是乙乙酸酸菌菌。同同时时水水中中有有硫硫酸酸盐盐时时，还会有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。4 4 4 4产甲烷阶段产甲烷阶段产甲烷阶段产甲烷阶段乙乙酸酸、氢氢气气、碳碳酸酸、甲甲酸酸和和甲甲醇醇等等被被甲甲烷烷菌菌利利用用被被转转化化为为甲甲烷烷和以及和以及甲烷菌甲烷菌细胞物质。细胞物质。经经过过这这些些阶阶段段大大分分子子的的有有机机物物就就被被转转化化为为甲甲烷烷、二二氧氧化化碳碳、氢氢气、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。3产乙酸阶段8复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 2 2发酵酵脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸 乙酸乙酸乙酸乙酸 HH2 2+CO+CO2 23 3产乙酸乙酸 CHCH4 4+CO+CO2 24 4产甲甲烷4 4产甲甲烷复杂有机物1水解 2发酵脂肪酸 乙酸 H2+CO23产乙9水体自净的天然过程中水体自净的天然过程中水体自净的天然过程中水体自净的天然过程中厌氧分解（开始厌氧分解（开始）好氧分解（后好氧分解（后续）水体自净的天然过程中厌氧分解（开始）好氧分解（后续）10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、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：特定条件下是否分解解3、步骤：、步骤：P198：第二节 有机物的生物分解性一、分解性评价方法：11二、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二、分解性与分子结构的关系一般规律：P19812三、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）阻碍作用三、几个问题1、降解性与浓度的关系过犹不及134、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 A链长度 链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以及252降解石油的微生物降解石油的微生物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2降解石油的微生物降解石油的微生物很多，据报道有200多种263石油的降解机理石油的降解机理A A链烷烃的降解链烷烃的降解链烷烃的降解链烷烃的降解+O2R-CH2-CH2-CH3 R-CH2-CH2-COOH-氧化氧化 CO2+H2O CH2-COOH +R-COOH3石油的降解机理A链烷烃的降解27B B无支链环烷烃的降解无支链环烷烃的降解无支链环烷烃的降解无支链环烷烃的降解以环己烷为例以环己烷为例 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协同作协同作协同作协同作用用用用下将污染物下将污染物 彻底降解彻底降解共代谢共代谢。B无支链环烷烃的降解通常一些微生物只能将环烷变为环己酮，另28C C芳香烃芳香烃芳香烃芳香烃芳芳香香烃烃普普遍遍具具有有生生物物毒毒性性，但但在在低低浓浓度度范范围围内内它它们们可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C芳香烃芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不29 苯和酚的代谢苯和酚的代谢苯和酚的代谢苯和酚的代谢苯、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苯的代谢苯的代谢苯的代谢苯的代谢 苯和酚的代谢苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示30萘萘萘萘的的的的代代代代谢谢谢谢萘的代谢31菲的代谢菲的代谢菲的代谢菲的代谢菲的代谢32蒽的代谢蒽的代谢蒽的代谢蒽的代谢蒽的代谢33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，可表示如下的后半段是相同的，可表示如下酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同34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四、四、人工合成的难降解有机化合人工合成的难降解有机化合 物的生物降解物的生物降解难难对于自自然然生生态态环环境境系统,如果一种化合物滞留可可达达几几个个月月或或几几年年之久,或在人人工工生生物物处处理理系统系统,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种类类：稳稳定定剂剂、表表面面活活性性剂剂、人人工工合合成成的的聚聚合合物物、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。提问：为什么这些有机物难于生物降解？四、人工合成的难降解351.1.氯苯类氯苯类氯苯类氯苯类用用 途途：稳稳定定剂剂（润润滑滑油油、绝绝缘缘油油、增增塑塑剂剂、油油漆漆、热热载体、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：产产碱碱杆杆菌菌、不不动动杆杆菌菌、假假单单胞胞菌菌、芽芽孢孢杆杆菌菌以以及沙雷氏菌的突变体及沙雷氏菌的突变体 通过通过通过通过共代谢共代谢完成氯苯的完全降解完成氯苯的完全降解完成氯苯的完全降解完成氯苯的完全降解。*共共代代谢研研究究进展展及及其其成成果果对环保保的的应用用现状状？1.氯苯类用 途：稳定剂（润滑油、绝缘油、增塑剂362 2洗涤剂洗涤剂洗涤剂洗涤剂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、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。四类。我我国国目目前前生生产产的的洗洗涤涤剂剂属属于于阴阴阴阴离离离离子子子子型型型型烷烷烷烷基基基基苯苯苯苯磺磺磺磺酸酸酸酸钠钠钠钠。较较早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）：）：ABSABS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。2洗涤剂可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类37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烷基苯磺酸盐（烷基苯磺酸盐（烷基苯磺酸盐（烷基苯磺酸盐（LASLAS）：）：）：）：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。ABSABS危害：ABS可以在天然水体中存留800h以上，使这得接纳他的38A A降解洗涤剂的微生物降解洗涤剂的微生物降解洗涤剂的微生物降解洗涤剂的微生物细细 菌菌假假单单胞胞菌菌、邻邻单单胞胞菌菌、黄黄单单胞胞菌菌、产产碱碱单单胞胞菌、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由于于这这些些微微生生物物的的作作用用，虽虽然然每每年年排排放放入入环环境境中中的的洗洗涤涤剂剂数数量量逐逐年年递递增增，但但环环境境中中并并没没有有发发生生洗洗涤涤剂剂的的明明显显增增加加。因因而而洗洗涤涤剂剂一一般般不不会会引引起起环环境境的的有有机机污污染染。洗洗涤涤剂剂目目前前存存在在的的问问题题主主要要是是洗洗涤涤剂剂中中的的添添加加剂剂聚聚磷磷酸酸盐盐造造成成的的水水体体富富营营养养化化问问题题。A降解洗涤剂的微生物细 菌假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞39B B洗涤剂的降解机理洗涤剂的降解机理洗涤剂的降解机理洗涤剂的降解机理B洗涤剂的降解机理40对微生物无影响对微生物无影响（1）.土地板结土地板结（2）.被被海海鸟鸟及及海海洋洋哺哺乳乳动动物物误误食食，致致使使这这些些动动物物消消化化系系统统停停滞滞，引引起起死死亡亡。具具报报道道每每年年海海洋洋中中死死于于废废弃弃塑塑料料的的海海鸟鸟和和海海洋洋哺哺乳乳动动物，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目前前发发现现能能降降解解塑塑料料的的微微生生物物，种种类类很很少少，而而且且降降解解速速度度缓缓慢慢。他他们们主主要要是是细细细细菌菌菌菌、放放放放线线线线菌菌菌菌、曲曲曲曲霉霉霉霉中中中中的的的的某某某某些些些些成员成员成员成员。3.塑料塑料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：白色污染白色污染对微生物无影响3.塑料塑料在环境中积累有哪些危害？41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）限制使用不可降解塑料）限制使用不可降解塑料（2）开发可降解塑料开发可降解塑料开发可降解塑料开发可降解塑料 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？提问：如何解决塑料的难降解问题？*如何制造完全生物可降解塑424.农药农药如如杀虫剂、除草剂等杀虫剂、除草剂等化化学学成成分分：有有卤卤素素、磷磷酸酸基基、氨氨基基、硝硝基基、羟羟基基及及其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、有机氯等）。（有机磷、有机锡、有机氯等）。相相比比较较其其它它取取代代基基团团而而言言，微微生生物物对对卤卤素素取取代代基基往往往往不不适适应应，因因而而随随着着卤卤素素取取代代基基数数量量的的增增多多，农农药药的的生生物物可可降降解解性性大大幅幅度度下下降降。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4.农药如杀虫剂、除草剂等43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：细细细细 菌菌菌菌 假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌 放线菌放线菌放线菌放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌诺卡氏菌诺卡氏菌 真真真真 菌菌菌菌 曲霉曲霉曲霉曲霉这些微生物这些微生物往往往往需共代谢需共代谢需共代谢需共代谢将农药逐级降解将农药逐级降解。危害：生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸变）降解农药的微生物：44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蛋白白质质、氨氨基基酸酸、尿尿素素、胺胺类类、腈腈化化物物、硝硝基基化合物等。化合物等。一、氮的循环：一、氮的循环：第三节 含氮有机物的生物分解蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化45第10章-微生物对污染物的分解与转化-水处理生物学教学ppt课件46二、氮源有机污染物的转化二、氮源有机污染物的转化二、蛋白质的分解二、蛋白质的分解二、蛋白质的分解二、蛋白质的分解水水中中来来源源：生生活活污污水水、屠屠宰宰废废水水、罐罐头头食食品品加加工工废废水水、制革废水等制革废水等1 1降解蛋白质的微生物降解蛋白质的微生物降解蛋白质的微生物降解蛋白质的微生物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好氧氧芽芽孢孢细细菌菌枯枯草草芽芽孢孢杆杆菌菌、巨巨大大芽芽孢孢杆杆菌菌、蜡蜡状状芽芽孢孢杆杆菌菌及及马马铃铃薯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)。二、氮源有机污染物的转化二、蛋白质的分解472 2降解机理降解机理降解机理降解机理反硝化反硝化N22降解机理反硝化N2483.3.典型含氮有机物的转化典型含氮有机物的转化典型含氮有机物的转化典型含氮有机物的转化氰氰化化物物、乙乙腈腈、丙丙腈腈、正正丁丁腈腈、丙丙烯烯腈腈等等腈腈类类化化合合物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A A降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物细细 菌菌紫色杆菌、假单胞菌紫色杆菌、假单胞菌放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌真真 菌菌氧氧化化性性酵酵母母菌菌和和霉霉菌菌中中的的赤赤霉霉菌菌(茄茄科科病病镰镰刀刀霉霉)、木霉及担子菌等、木霉及担子菌等 3.典型含氮有机物的转化氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等49B B降解机理降解机理降解机理降解机理a.a.氰化物氰化物氰化物氰化物5HCN+5.5O2 5CO2+H2O+5NH3b.b.有机腈有机腈有机腈有机腈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 甲醛甲醛甲醛甲醛 氨基乙腈氨基乙腈氨基乙腈氨基乙腈 丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸B降解机理a.氰化物担子菌还能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合50三、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（尿素酶）再分解三、尿素的转化转化为碳酸铵（尿素酶）再分解51第四节第四节 无机元素的转化无机元素的转化 主要的无机污染物有主要的无机污染物有 硫酸盐、磷酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氨氮及硝酸盐氨氮及硝酸盐氨氮及硝酸盐氨氮及硝酸盐、金属离子、金属离子、金属离子、金属离子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 生物中毒生物中毒第四节 无机元素的转化 主要的无机污染物有 52一、一、硫硫大气中的大气中的大气中的大气中的SOSO2 2火山爆火山爆火山爆火山爆发发分分分分 解解解解 者者者者动动植物植物遗遗体体碎屑、排出物碎屑、排出物土壤或水体土壤或水体土壤或水体土壤或水体中的中的中的中的SOSO4 42-2-降水降水降水降水生生生生 产产 者者者者吸收吸收吸收吸收燃燃燃燃烧烧消消消消 费费 者者者者摄摄入入入入石油等石油等石油等石油等化石燃料化石燃料化石燃料化石燃料一、硫大气中的SO2火山爆发分 解 者动植物遗体土壤或水体53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是动、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解蛋白质。能够分解含氮有机物的都能分解含硫有机物，产生硫化氢。含硫有机物，产生硫化氢。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是蛋白质54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能革兰氏阴性杆菌，从氧化含硫无机物过程中获得能量，产生硫酸。量，产生硫酸。硫杆菌广泛分布于土壤、淡水、海水中，不同种类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2.52.55.85.8，排硫杆菌，排硫杆菌中性中性和偏碱性和偏碱性无机硫的转化1.硫化作用553.3.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，将将H H2 2S S氧化为氧化为S S。3.硫磺细菌564.4.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被被硫化细菌或硫磺细菌氧化为硫酸，使混凝土管和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。铸铁管受到腐蚀。4.反硫化作用57二、磷酸盐的转化二、磷酸盐的转化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二、磷酸盐的转化洗涤剂中的磷酸盐为可溶性的磷酸钠58三、氨氮及硝酸盐的转化三、氨氮及硝酸盐的转化1 1同化作用同化作用同化作用同化作用被被大大多多数数微微生生物物作作为为无无机机氮氮源源营营养养物物，产产物物为为蛋蛋白白质、核酸等质、核酸等2 2异化作用异化作用异化作用异化作用 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 N2三、氨氮及硝酸盐的转化1同化作用59四、金属离子四、金属离子金属离子的毒性金属离子的毒性提问：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？种种类类、浓浓度度、存存在在状状态态（包包括括价价态态、络络合合态态、共共存存离子性质）离子性质）例例如如，六六六六价价价价铬铬铬铬比比三三价价铬铬毒毒得得多多；甲甲甲甲基基基基汞汞汞汞的的毒毒性性比比其其他他的的汞汞化化合合物物毒毒性性大大得得多多；有有有有机机机机锡锡锡锡比比无无机机锡锡毒毒，有有机机锡锡中中的的烷烷烷烷基基基基锡锡锡锡比比芳芳香香基基锡锡毒毒，烷烷基基锡锡中中三三烷烷基基又又比比其其他他烷烷基基锡锡毒。毒。四、金属离子金属离子的毒性60（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（一）铁的生物转化1、铁细菌：氧化沉淀61（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（二）铬的生物转化厌氧：6价有毒铬还原成3价无毒铬621.1.汞的形式汞的形式汞的形式汞的形式无机汞无机汞（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RHgXRHgX和和和和R R2 2HgHg其其中中R为为有有机机原原子子基基团团，X X为为无无机机离离子子如如卤卤素素原原子子、硫硫酸酸根、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。（三）汞微生物转化（三）汞微生物转化（三）汞微生物转化（三）汞微生物转化主要是主要是氧化还原氧化还原氧化还原氧化还原和和甲基化甲基化甲基化甲基化作用。作用。1.汞的形式无机汞（多难溶）：（三）汞微生物转化632 2汞化合物的毒性汞化合物的毒性汞化合物的毒性汞化合物的毒性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易溶溶的的汞汞容容易易吸吸收收，毒毒性性很很强强（其其中中甲甲基基汞汞的的毒毒性性最强最强）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。日日本本的的水水俣俣湾湾甲甲基基汞汞中中毒毒事事件件就就是是典典型型的的汞汞污染染事事件件。这类汞汞中中毒毒一一般般都都不不是是通通过直直接接饮用用水水被被汞汞污染染造造成成，而而是是由由于于甲甲基基汞汞在在食食物物链积累累并并由水中的由水中的鱼类向上向上传递给人而引起的。水中的甲基汞到底是怎么来的？人而引起的。水中的甲基汞到底是怎么来的？2汞化合物的毒性难溶的汞生物吸收困难，毒性很小643.3.汞的甲基化汞的甲基化汞的甲基化汞的甲基化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 菌菌甲甲烷烷菌菌、匙匙形形梭梭菌菌、荧荧光光假假单单胞胞菌菌、大大肠肠埃埃希希氏氏菌菌、产产气肠杆菌、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鱼类体体表表粘粘液液中中有有许多多含含有有甲甲基基化化辅酶的的微微生生物物，他他们将将无无机机汞汞转化化为甲甲基基汞汞，动物物和和人人体体肠道道中中的的细菌菌大大部部分分也也具具有有这种种功功能，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。3.汞的甲基化汞的甲基化是由微生物依靠甲基化辅酶形成的。654.4.甲基汞的降解甲基汞的降解甲基汞的降解甲基汞的降解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？甲基能源甲基能源 汞汞的的甲甲基基化化与与脱脱甲甲基基化化通通常常保保持持着着一一个个动态的的平平衡衡，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4.甲基汞的降解甲基汞降解微生物：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆66（四）其它重金属的转化（四）其它重金属的转化其其它它重重金金属属的的转转化化与与汞汞的的情情况况十十分分相相似似，重重金金属属普普遍遍可可以以被被微微生生物物甲甲基基化化，而而且且甲甲基基化化的的重重金金属属普普遍遍毒毒性性大大为为提提高高，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。（四）其它重金属的转化其它重金属的转化与汞的情况十分相似，重67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。第六节 生物对污染物的浓缩与吸附作用一、水生生物：68二、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二、微生物对有机物的吸附作用只去除，但尚未分解69三、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合70