第十二章 微生物在环境治理中的应用
第十二章 微生物在环境治理中的应用
本章将介绍以下内容： ◆微生物净化污染物的原理 ◆ 废水的好氧生物处理 废水的厌氧生物处理 ◆废水的微生物脱氮除磷 ◆固体废弃物的微生物处理 ◆大气污染物的微生物处理
本章将介绍以下内容： 微生物净化污染物的原理 废水的好氧生物处理 废水的厌氧生物处理 废水的微生物脱氮除磷 固体废弃物的微生物处理 大气污染物的微生物处理
微生物净化污染物的原理 一、微生物对污染物降解与转化 ◆微生物对物质降解与转化的特点 ◆微生物对污染物降解与转化的途径 ◆影响微生物对物质降解转化作用的因素 ◆微生物对常见污染物的降解与转化 ◆有机污染物的生物可降解性及其评价方法
微生物净化污染物的原理 微生物对物质降解与转化的特点 微生物对污染物降解与转化的途径 影响微生物对物质降解转化作用的因素 微生物对常见污染物的降解与转化 有机污染物的生物可降解性及其评价方法 一、微生物对污染物降解与转化
微生物对物质降解与转化的特点 ◆微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大； ◆种类繁多，分布广泛，代谢类型多样： ◆微生物具有多种降解酶： ◆微生物繁殖快，易变异，适应性强： ◆ 微生物具有巨大的降解能力： ·质粒(Plasmid)：染色体外遗传物质，是在原核微生物中除 染色体外，还存在的一种较小的携带少量遗传基因的环状 DNA分子。 质粒可用来培育优良菌种，或用作基因工程中基因转移的载 体。 ·例如：多功能超级细菌的构建
微生物对物质降解与转化的特点: 微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大； 种类繁多，分布广泛，代谢类型多样； 微生物具有多种降解酶； 微生物繁殖快，易变异，适应性强； 微生物具有巨大的降解能力； • 质粒（Plasmid）：染色体外遗传物质，是在原核微生物中除 染色体外，还存在的一种较小的携带少量遗传基因的环状 DNA分子。 • 质粒可用来培育优良菌种，或用作基因工程中基因转移的载 体。 • 例如：多功能超级细菌的构建
B ●B 注 A 质粒 细胞的染色体 图5-2多质粒超级菌的构建示意简图
A B B A C A B C 图5－2 多质粒超级菌的构建示意简图 质粒 细胞的染色体 注：
◆共代谢(Co-Metabolism) ·微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源或其他任何 营养)，同时非生长基质B(不能从中获得能量或营养)也伴 随着发生氧化或其它反应。 ·在纯培养下，共代谢只是一种截止式转化，但在混合培养和 自然环境条件下，转化可为其它微生物进行的共代谢或其他 生物对某种物质的降解铺平道路，使其代谢产物可继续降解， 故污染物在有合适的底物和环境条件下可通过共代谢作用而 降解。 E E2 A B E E2 →D
共代谢（Co－Metabolism） • 微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源或其他任何 营养），同时非生长基质B（不能从中获得能量或营养）也伴 随着发生氧化或其它反应。 • 在纯培养下，共代谢只是一种截止式转化，但在混合培养和 自然环境条件下，转化可为其它微生物进行的共代谢或其他 生物对某种物质的降解铺平道路，使其代谢产物可继续降解， 故污染物在有合适的底物和环境条件下可通过共代谢作用而 降解。 A B C D E1 E2 E1 E2
微生物对污染物降解与转化的途径 自然界中化学物质的降解的3种方式：这三种 方式往往综合交叉进行。 。光降解 。 化学降解 。生物降解(Biodegradation):指由于生物的作用，把污染物 大分子转会为小分子，实现污染物的分解或降解。其中微生 物所起的降解作用最大，故也称为微生物降解。 ◆ 微生物代谢活动中的化学作用（实质是酶反应） 氧化作用 还原作用 。 脱羧作用 水解作用 脱氨基作用等
微生物对污染物降解与转化的途径 自然界中化学物质的降解的3种方式：这三种 方式往往综合交叉进行。 • 光降解 • 化学降解 • 生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染物 大分子转会为小分子，实现污染物的分解或降解。其中微生 物所起的降解作用最大，故也称为微生物降解。 微生物代谢活动中的化学作用（实质是酶反应） • 氧化作用 • 还原作用 • 脱羧作用 • 水解作用 • 脱氨基作用等
影响微生物对物质降解转化作用的因素(1〉 ◆ 微生物的代谢活性 不同种类微生物对同一底物的反应不同： 。 微生物在不同的生长时期的活性是不相同的，在对数期代谢 最旺盛，活性最强。 微生物的种类组成决定化合物降解的方向和速度，同时微生 物的种类组成又与环境中的化学物质有关。 ◆微生物的适应性 ·驯化(Domestication)：是一种定向选育微生物的方法与过 程，通过人工措施使微生物逐步适应某特定条件，最后获得 具有较高耐受力和代谢活性的菌株
影响微生物对物质降解转化作用的因素（1） 微生物的代谢活性 • 不同种类微生物对同一底物的反应不同； • 微生物在不同的生长时期的活性是不相同的，在对数期代谢 最旺盛，活性最强。 • 微生物的种类组成决定化合物降解的方向和速度，同时微生 物的种类组成又与环境中的化学物质有关。 微生物的适应性 • 驯化（Domestication）：是一种定向选育微生物的方法与过 程，通过人工措施使微生物逐步适应某特定条件，最后获得 具有较高耐受力和代谢活性的菌株
影响微生物对物质降解转化作用的因素(2) ◆化合物的结构 ·烃类：链烃的易降解性大于环烃，直链烃大于支链烃，不饱 和烃大于饱和烃，支链烷基越多，越不易被降解 。 当主链上的C被S、N、O取代时，对生物氧化的阻抗上升 ·当C原子上的H被烷基或芳基取代时，会生成生物氧化的阻抗 物。 。 官能团的性质和数量 ·分子量大小 ◆环境因素 ·温度 ·酸碱度 营养 ·氧 ·底物浓度
影响微生物对物质降解转化作用的因素（2） 化合物的结构 • 烃类：链烃的易降解性大于环烃，直链烃大于支链烃，不饱 和烃大于饱和烃，支链烷基越多，越不易被降解 • 当主链上的C被S、N、O取代时，对生物氧化的阻抗上升 • 当C原子上的H被烷基或芳基取代时，会生成生物氧化的阻抗 物。 • 官能团的性质和数量 • 分子量大小 环境因素 • 温度 • 酸碱度 • 营养 • 氧 • 底物浓度
微生物分解有机物的作用 ◆微生物分解有机物的作用可总括成如下图式： 需氧微生物 胞内酶 C02、H0 微生物 复杂有机物 简单有机物 胞外酶 CO2、H0、H2、 厌氧微生物 CH4、HS及有机 胞内酶 酸、醇、酮、醛等 未完全氧化产物 图5-3微生物分解有机物的作用示意图
微生物分解有机物的作用 微生物分解有机物的作用可总括成如下图式： 复杂有机物 简单有机物 需氧微生物 胞内酶 厌氧微生物 胞内酶 微生物 胞外酶 CO2、H2O CO2、H2O、H2、 CH4、H2S及有机 酸、醇、酮、醛等 未完全氧化产物 图5－3 微生物分解有机物的作用示意图