专题之六难降解有机物微生物处理方法.pptx
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生物有很多种，研究中主要选用苯酚氧化菌群、 甲烷营养菌群、丙烯氧化菌以及硝化细菌，它 们具有很强的代谢能力以及对污染物的逆抗性。
➢在诱导此类微生物生成关键酶进行催化分解污
染物时，一般需要投加特异性的底物，例如苯 酚、甲烷、丙烯、丙烷或者氨。
➢由于甲烷、丙烯、丙烷是气体，具有很低的水
溶性，就苯酚而言，虽具有可降解性，但它是 一种危险性物质，所以在现实的污水处理中， 选择诱导性的生长基质，一定要综合考虑
3. 营养物质和能量
➢微生物的生长须有足够的营养物质。共代谢不仅
需要加入一级基质提供碳源，而且还需要足够的 氮、磷、硫等营养。
✓ 原位地耕法 ✓ 土壤气相抽提生物修复
➢异位生物修复
✓ 土壤耕作法 ✓ 生物堆放法 ✓ 土壤堆肥法 ✓ 生物反应器修复 ✓ 生物预制床法
微生物对有机污染物的降解方式
➢以有机污染物为唯一碳源和能源对其进行代谢
降解；
➢微生物之间相互协同利用有机污染底物对其进
行降解；
➢作为非生长基质的难降解有机物同生长基质以
Jianwei Gao 等发现在好氧条件下，利用葡萄 糖诱导顺式1 ,2--二氯乙烯的生物降解，其降 解效率、降解速率都明显高于厌氧条件，说 明葡萄糖诱导的共代谢过程发挥了决定性的 作用。
影响共代谢作用效果的因素
1. 一级基质的选择
Gupta 等研究发现，在产甲烷菌作用环境下降 解废水中的三氯甲烷时，甲醇是比乙酸盐更有 效的一级基质。
共代谢方式进行降解。
难降解有机物的微生物处理技术
➢共代谢技术 ➢缺氧反硝化技术 ➢生物强化技术 ➢细胞固定化技术 ➢厌氧水解酸化预处理技术
难降解有机物的微生物处理技术
共代谢技术
✓共代谢作用来源于共氧化概念，后由Jensen 对其
内涵进行了扩展，提出共代谢的概念并将其扩展到 微生物氧化脱氯过程的研究。
其化学组成可分以下几类：多环芳烃类(PAHs) 化合物 、杂环类化合物、氯代芳香族化合物、 有机氰化物、有机合成高分子化合物
难降解性有机物的基本特性
➢长期残留性 ➢生物蓄积性 ➢半挥发性 ➢高毒性
一、长期残留性
➢ 一旦排放到环境中，它们难于被分解
，因此可以在水体、土壤和底泥等环 境介质中存留数年或更长的时间。
四、高毒性
➢指化学品对人体或环境造成危害的特性 ➢它们对人和动物一般具有毒性作用，有的
可以导致生物体内分泌紊乱、生殖及免疫 机能失调，有的甚至引起癌症等严重疾病
பைடு நூலகம் 有机物难降解的原因
➢ 对微生物有毒害作用功能 ➢ 化学结构稳定
难降解有机物的降解方法
➢物理 ➢化学 ➢生物
生物修复(Bioremediation)
生的既能代谢转化生长基质，又能代 谢转化目标污染物的非专一性的酶是 微生物共代谢反应发生的关键，这种 非专一性的酶被称为关键酶
共代谢技术－主要特点
(1)微生物首先利用易于摄取的生长基 质作为一级基质，维持自身细胞的 生长
(2)难降解性污染物作为二级基质被微 生物降解
(3)一级基质和二级基质之间对发挥降 解作用的关键酶存在竞争现象
共代谢技术－概念
第一/二基质
➢微生物利用一种易于摄取的基质作为碳和能
量的来源，称为第一基质，同时共代谢基质 或者称为第二基质被微生物分解。
➢第二基质的共代谢产物通常不能直接作为营
养被转化为细胞质。第二基质的共代谢是需 能反应，能量来自第一营养基质的产能代谢。
共代谢技术－概念
▪ 关键酶：在微生物共代谢反应中产
• 从共代谢过程的机理和特点可以看 出,关键酶的诱导及其活性的维持、 生长基质与目标污染物之间的竞争 抑制、目标污染物及其中间降解产 物对微生物的毒性作用将是影响共 代谢过程的关键性因素。
共代谢例子
Lajoie 等发现，在以甲烷和甲醇作为初级能 源物质时，甲烷营养型的微生物可代谢在单 一基质下不能降解的化合物三氯乙烯( TCE) 。
2. 一级基质与二级基质的浓度比
➢Speece报道，共代谢过程中一级基质与
二级基质的浓度比对生物难降解物质的 降解率有重要影响。
➢罗宇煊采用嗜碱性木质素降解菌以共代
谢方式降解废水中的木质素，发现一级 基质蔗糖的浓度过高时，菌株不但产酶 能力减弱，而且由于更多地利用易于降 解的蔗糖，以致削弱了对木质素的降解 效果
➢ 根据半衰期, 水体＞ 180天，土壤＞
360天。
二、生物蓄积性
➢指有机化学品以比在周围环境中
高的浓度蓄积在活组织中的特性 ，以标靶组织中的浓度与环境中 的浓度之比表示;
➢根据生物富集系数＞5000
三、半挥发性
➢指化学品在空气中挥发的能力,
可以在大气环境中远距离迁 移
➢根据蒸气压, 0.01～1kPa
有机污染化学专题之六
难降解有机物微生物处理法 2010.4.26
内容
✓有机污染情况简介 ✓难降解有机物的微生物处理技术
难降解有机物
➢ 定义：指被微生物分解时速度很慢，分解不彻
底的有机物(也包括某些有机物的代谢产物) ， 这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水 体的潜在污染源
➢ 来源：主要来自各种各样工农业生产过程，按
✓利用共代谢技术可以加快化合物的降解速度，达
到处理难降解性污染物的作用效果。
共代谢技术
➢概念 ➢特点 ➢影响因素 ➢在处理难降解有机物的作用
共代谢技术－概念
➢共代谢作用的定义 ➢第一基质、第二基质 ➢关键酶
共代谢技术－概念
▪ 共代谢作用：微生物在利用碳源和能源
的同时，对难降解性污染物进行异化作用， 但是在污染物降解转化的过程中，微生物 不能从中获得维持生长的碳源或能源。
➢是一门新兴、高效、无害且投资低的技
术。利用生物(微生物、植物或动物)来吸 收、转化、降解和清除环境中的有毒有害 物质，使其浓度减少或无害化，从而实现 被污染环境生态恢复的过程。
➢其中生物处理中的微生物法由于处理费
用低、效果好、无二次污染且操作简单受 到国内外学者广泛的关注。
土壤微生物修复技术
➢原位生物修复
共代谢技术－主要特点
(4)污染物共代谢的中间产物不能作为营养 被同化成细胞质，有些会抑制关键酶的 活性，甚至对微生物有毒害作用。
(5)共代谢是需能反应，能量主要来自生长 基质的产能代谢，当生长基质被完全消 耗时，能量来源于细胞自身储存能量物 质，如PHB。
关键酶的诱导
➢好氧条件下，具有共代谢氯代化合物功能的微
➢在诱导此类微生物生成关键酶进行催化分解污
染物时，一般需要投加特异性的底物，例如苯 酚、甲烷、丙烯、丙烷或者氨。
➢由于甲烷、丙烯、丙烷是气体，具有很低的水
溶性，就苯酚而言，虽具有可降解性，但它是 一种危险性物质，所以在现实的污水处理中， 选择诱导性的生长基质，一定要综合考虑
3. 营养物质和能量
➢微生物的生长须有足够的营养物质。共代谢不仅
需要加入一级基质提供碳源，而且还需要足够的 氮、磷、硫等营养。
✓ 原位地耕法 ✓ 土壤气相抽提生物修复
➢异位生物修复
✓ 土壤耕作法 ✓ 生物堆放法 ✓ 土壤堆肥法 ✓ 生物反应器修复 ✓ 生物预制床法
微生物对有机污染物的降解方式
➢以有机污染物为唯一碳源和能源对其进行代谢
降解；
➢微生物之间相互协同利用有机污染底物对其进
行降解；
➢作为非生长基质的难降解有机物同生长基质以
Jianwei Gao 等发现在好氧条件下，利用葡萄 糖诱导顺式1 ,2--二氯乙烯的生物降解，其降 解效率、降解速率都明显高于厌氧条件，说 明葡萄糖诱导的共代谢过程发挥了决定性的 作用。
影响共代谢作用效果的因素
1. 一级基质的选择
Gupta 等研究发现，在产甲烷菌作用环境下降 解废水中的三氯甲烷时，甲醇是比乙酸盐更有 效的一级基质。
共代谢方式进行降解。
难降解有机物的微生物处理技术
➢共代谢技术 ➢缺氧反硝化技术 ➢生物强化技术 ➢细胞固定化技术 ➢厌氧水解酸化预处理技术
难降解有机物的微生物处理技术
共代谢技术
✓共代谢作用来源于共氧化概念，后由Jensen 对其
内涵进行了扩展，提出共代谢的概念并将其扩展到 微生物氧化脱氯过程的研究。
其化学组成可分以下几类：多环芳烃类(PAHs) 化合物 、杂环类化合物、氯代芳香族化合物、 有机氰化物、有机合成高分子化合物
难降解性有机物的基本特性
➢长期残留性 ➢生物蓄积性 ➢半挥发性 ➢高毒性
一、长期残留性
➢ 一旦排放到环境中，它们难于被分解
，因此可以在水体、土壤和底泥等环 境介质中存留数年或更长的时间。
四、高毒性
➢指化学品对人体或环境造成危害的特性 ➢它们对人和动物一般具有毒性作用，有的
可以导致生物体内分泌紊乱、生殖及免疫 机能失调，有的甚至引起癌症等严重疾病
பைடு நூலகம் 有机物难降解的原因
➢ 对微生物有毒害作用功能 ➢ 化学结构稳定
难降解有机物的降解方法
➢物理 ➢化学 ➢生物
生物修复(Bioremediation)
生的既能代谢转化生长基质，又能代 谢转化目标污染物的非专一性的酶是 微生物共代谢反应发生的关键，这种 非专一性的酶被称为关键酶
共代谢技术－主要特点
(1)微生物首先利用易于摄取的生长基 质作为一级基质，维持自身细胞的 生长
(2)难降解性污染物作为二级基质被微 生物降解
(3)一级基质和二级基质之间对发挥降 解作用的关键酶存在竞争现象
共代谢技术－概念
第一/二基质
➢微生物利用一种易于摄取的基质作为碳和能
量的来源，称为第一基质，同时共代谢基质 或者称为第二基质被微生物分解。
➢第二基质的共代谢产物通常不能直接作为营
养被转化为细胞质。第二基质的共代谢是需 能反应，能量来自第一营养基质的产能代谢。
共代谢技术－概念
▪ 关键酶：在微生物共代谢反应中产
• 从共代谢过程的机理和特点可以看 出,关键酶的诱导及其活性的维持、 生长基质与目标污染物之间的竞争 抑制、目标污染物及其中间降解产 物对微生物的毒性作用将是影响共 代谢过程的关键性因素。
共代谢例子
Lajoie 等发现，在以甲烷和甲醇作为初级能 源物质时，甲烷营养型的微生物可代谢在单 一基质下不能降解的化合物三氯乙烯( TCE) 。
2. 一级基质与二级基质的浓度比
➢Speece报道，共代谢过程中一级基质与
二级基质的浓度比对生物难降解物质的 降解率有重要影响。
➢罗宇煊采用嗜碱性木质素降解菌以共代
谢方式降解废水中的木质素，发现一级 基质蔗糖的浓度过高时，菌株不但产酶 能力减弱，而且由于更多地利用易于降 解的蔗糖，以致削弱了对木质素的降解 效果
➢ 根据半衰期, 水体＞ 180天，土壤＞
360天。
二、生物蓄积性
➢指有机化学品以比在周围环境中
高的浓度蓄积在活组织中的特性 ，以标靶组织中的浓度与环境中 的浓度之比表示;
➢根据生物富集系数＞5000
三、半挥发性
➢指化学品在空气中挥发的能力,
可以在大气环境中远距离迁 移
➢根据蒸气压, 0.01～1kPa
有机污染化学专题之六
难降解有机物微生物处理法 2010.4.26
内容
✓有机污染情况简介 ✓难降解有机物的微生物处理技术
难降解有机物
➢ 定义：指被微生物分解时速度很慢，分解不彻
底的有机物(也包括某些有机物的代谢产物) ， 这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水 体的潜在污染源
➢ 来源：主要来自各种各样工农业生产过程，按
✓利用共代谢技术可以加快化合物的降解速度，达
到处理难降解性污染物的作用效果。
共代谢技术
➢概念 ➢特点 ➢影响因素 ➢在处理难降解有机物的作用
共代谢技术－概念
➢共代谢作用的定义 ➢第一基质、第二基质 ➢关键酶
共代谢技术－概念
▪ 共代谢作用：微生物在利用碳源和能源
的同时，对难降解性污染物进行异化作用， 但是在污染物降解转化的过程中，微生物 不能从中获得维持生长的碳源或能源。
➢是一门新兴、高效、无害且投资低的技
术。利用生物(微生物、植物或动物)来吸 收、转化、降解和清除环境中的有毒有害 物质，使其浓度减少或无害化，从而实现 被污染环境生态恢复的过程。
➢其中生物处理中的微生物法由于处理费
用低、效果好、无二次污染且操作简单受 到国内外学者广泛的关注。
土壤微生物修复技术
➢原位生物修复
共代谢技术－主要特点
(4)污染物共代谢的中间产物不能作为营养 被同化成细胞质，有些会抑制关键酶的 活性，甚至对微生物有毒害作用。
(5)共代谢是需能反应，能量主要来自生长 基质的产能代谢，当生长基质被完全消 耗时，能量来源于细胞自身储存能量物 质，如PHB。
关键酶的诱导
➢好氧条件下，具有共代谢氯代化合物功能的微