微生物对有机物的降解作用ppt课件

微生物对有机物的降解作用,1,主要内容,有机物污染及处理方法 微生物降解有机物的机理及影响因素 微生物降解有机物的应用现状 存在问题及发展方向,1,1,2,3,4,2,一 有机物污染及处理方法,有机物的污染 有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。可分为天然有机污染物和人工合成有机污染物两大类。,3,（1）天然有机污染物污染 天然有机污染物主要是由生物体的代谢活动及其他生物化学过程产生的，如萜烯类、黄曲霉毒素、氨基甲酸乙酯、麦角、细辛脑、草蒿脑、黄樟素等。近年来发现许多种天然有机污染物能使动物发生肿瘤，还发现羊齿植物中有一些未知的物质对动物有致癌性。有些天然有机污染物可以与其他污染物反应生成二次污染物。如横樟素和黄曲霉毒素B1能与氧化剂反应形成具有更强致癌活性的环氧黄樟素和2,3-环氧黄曲霉毒素B1。,4,（2）人工合成有机污染物 人工合成有机污染物是随着现代合成化学工业的兴起产生的。如塑料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、染料、溶剂、涂料、农药、食品添加剂、药品等人工合成有机物的生产,一方面满足了人类生活的需要,另一方面在生产和使用过程中进入环境并在达到一定浓度时，便造成污染，危害人类健康。例如洛杉矶光化学烟雾事件，就是由于大气中有一定数量的烃类、二氧化氮 (NO2)等经阳光照射产生一系列光化学反应而造成的。大气中的有机物也可以由光化学反应而降解或氧化。,5,2. 处理方法,（1）物化法 物化法处理难降解有机污染物的文献报道不多见主有吸附法萃取法各种膜处理技术等。 吸附法主要采用交换吸附 物理吸附或化学吸附等方式 将污染物从废水吸附到吸附剂上 达到去除的目的 吸附效果受到吸附剂结构 性质和污染物的结构和性质以及操作工艺等因素的影响 常用的吸 附 剂 有 活 性 炭 树 脂 活 性 炭 纤 维 硅 藻 土 等 。 萃取法是利用与水互不相溶但对污染物的溶解能力较强的溶剂将其与废水充分混合接触 大部分的污染物便转移至溶剂相 分离废水和溶剂 使废水得到了净化,6,（2）化学方法 化学氧化技术常用于生物处理的前处理一般是在催化剂的作用下用化学氧化剂处理有机废水可提高废水可生化性或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化 常用的氧化剂有 O3 H2 O2 K Mn O4 等 。 如臭氧氧化，其氧化有机物的途径有两种：一是臭氧分子的直接氧化反应，包括打开双键发生加成反应、亲电反应和亲核反应；另一种是自由基的反应，即臭氧在碱性环境作用下，产生活泼的自由基，主要是羟基自由基（OH），与污染物反应。,7,（3）生物方法,包括植物修复，动物修复和微生物修复三类技术。 植物修复技术是指直接利用各种活体植物，通过提取降解和固定等清除环境中的污染物，或削减污染物的毒性，可用于受污染的地下水、沉积物和土壤的原为修复。其方式主要有四种：植物提取、植物降解、植物稳定和植物挥发。 动物修复技术是指用小型或大型动物来修复受污染的环境。如用蚯蚓富集农药六六六，以达到修复的目的。 微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。包括自然和人为条件下的污染物降解或无害化过程。其机理在后面做详细介绍。,8,（4）联用技术,结合了以上三种方法，可以在很大程度上提高污染修复效率。如物理修复中的电动力学修复可以为微生物提供营养，提高土壤微生物的降解活性；也可以将污染物迁移至植物根部，提高植物修复效率。,9,3.微生物降解有机物的优势 （1）微生物可以将有机物彻底分解成CO2和H2O，永久的消 除污染物，无二次污染； （2）降解过程迅速，费用低，为传统物理、化学方法费用 的30%50%； （3）降解过程低碳节能，符合现在节能减排的环保理念。,10,二 微生物降解有机物的机理及影响因素,1.降解机理 用于降解有机物的微生物主要有细菌和真菌，降解的方式主要包括堆肥法、生物反应处理和厌氧处理等，但每一过程都是利用微生物的代谢活动把有机污染物转化为易降解的物质甚至矿化。,11,以多环芳烃（PAHs）和农药的降解为例来说明。,12,微生物对PAHs降解主要有两种代谢方式 a.以PAHs为唯一碳源和能源代谢机理 在多环芳烃的诱导和微生物分泌的单加氧酶或双加氧酶的催化作用下，把氧加到苯环上，形成C-0键，再经过加氢、脱水等作用使C-C键断裂，苯环数减少。 b.与其它有机质共代谢机理 PAHs苯环的断开主要是靠加氧酶的作用：加氧酶把氧加到C-C键上形成C-0键，经加氢、脱水等作用使C-C键断裂，苯环数减少。微生物加氧酶对多环芳烃的作用见图1。,13,14,微生物对农药的降解 目前，对于微生物降解农药的研究主要集中于细菌。细菌降解农药的本质是酶促反应，即化合物通过一定的方式进入细菌体内，然后在各种酶作用下，经过一系列的生理生化反应，最终将农药完全降解或分解成分子量较小的无毒或毒性较小化合物的过程。 对于各种杀虫剂的微生物降解途径已比较清楚，表1列举了几种主要的降解途径。,15,16,2.影响因素,（1）营养物质 微生物分解有机物一般利用有机污染物作为碳源，但同时需要其他的营养物质，如氮源、能源、无机盐和水。 （2）电子受体 有机污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度极大地影响着污染物降解的速率和程度。微生物氧化还原反应的最终电子受体包括溶解氧、有机物分解的中间产物和无机酸根（如硝酸根、硫酸根和碳酸根等）三大类。,17,（3）污染物的性质 有机物的分子量、空问结构、取代基的种类及数量等都影响到微生物对其降解的难易程度。一般情况下，高分子化合物比低分子量化合物难降解，聚合物、复合物更能抗生物降解；空间结构简单的比结构复杂的容易降解；苯环上有-0H或-NH2 的化合物都比较容易被假单胞菌WBC-3所降解。 （4）环境条件 这主要包括酸碱度（PH一般应在6.58.5的范围内）、温度、湿度。,18,（5）微生物的协同作用,自然界中，多数微生物降解过程需要两种或更多种类微物的协同作用才能完成。微生物之间的这种协同作用主要体现在： （）一种或多种微生物为其他微生物提供B族维生素、氨基酸及其他生长因素； （）一种微生物将目标污染物分解为中间产物，第二种微生物继续分解中间产物； （）一种微生物通过共代谢将目标产物进行转化，只有在其他微生物存在条件下才能将其彻底分解； （）一种微生物分解目标产物形成有毒中间物，使分解率下降，其他微生物可能以这种有毒中间产物为碳源。,19,三 微生物降解有机物的应用现状,（1）微生物对不同有机物的降解 1.酚类化合物的降解 降解菌主要包括黄杆菌、镰刀菌、产碱杆菌等，其中白僵菌降解率达96 、假单胞菌降解率为95； 2.芳香族化合物的降解 芳香族化合物包括苯二甲酸酯类化合物、氯苯类化合物（农药，五氯酚等）、苯胺、硝基苯类化合物和其他芳香烃类化合物。用于降解他们的微生物主要包括白腐菌、芽胞杆菌、枯草芽孢杆菌等。 例如白腐菌2d可降解约40%的氯苯类化合物；60d可降解8890%的五氯酚；,20,3. 氯代脂肪族化合物的降解 如分枝杆菌TA5和TA27能以乙烷、乙醇和其他含碳化合物为能源，可降解初始浓度为75mg/L的三氯乙烷。大肠杆菌、假单胞菌、可使四氯化碳降解脱氯。 4. 腈类化合物的降解 霍夫曼棒杆菌、微黄色节杆菌、克雷作氏杆菌可将乙腈、丙腈、丁腈和丙烯腈等脂肪族腈降解生成相应的酰胺、羧酸和氨。,21,（2）微生物降解的应用工艺,现在降解有机污水应用最广的方法是微生物降解的方法。其中有好氧处理工艺和厌氧处理工艺，好氧处理工艺常用的方法有活性污泥法和生物膜法等，厌氧处理工艺有厌氧生物滤池和厌氧生物转盘等。以抗生素废液作为处理的对象来说明。,22,1.抗生素生产废水好氧处理工艺,23,2.抗生素生产废水厌氧处理工艺,24,3.厌氧好氧生物处理组合工艺,在实际废水处理中，由于单独好氧处理或单独厌氧处理都存在自身难以克服的缺点而难以满足出水达标排放的要求。因而从80年代开始，厌氧好氧生物处理组合工艺逐渐成为主导工艺。采用厌氧好氧工艺不仅克服了好氧工艺的高能耗、高运转费用及稀释水量大等特点，也克服了厌氧处理出水不能达标排放的缺点，在经济和技术上都是可行的。,25,26,四 存在问题及发展方向,1.存在问题 （1）微生物对有机物的降解有一定的选择性； （2）微生物不能将有机物彻底降解； （3）某些有机物经生物降解后，毒性增加。如三氯乙烯 （TCE）降解的产物之一氯乙烯（VC）是致癌物。,27,2.发展方向,（1）通过基因工程，培养“超级菌”和“混合菌”，使其可同时 分解多种有机污染物； （2）发展“联用技术”，将物理方法、化学方法和生物方法等 有效结合起来； （3）全面了解微生物降解的过程，以免生成毒性更大的降 解产物。,28,谢谢！,29,