第七章微生物對有機污染物的降解與轉化

1、第七章第七章 微生物對污染物微生物對污染物的降解與轉化的降解與轉化一、生物降解、轉化的概念；二、微生物降解、轉化的研究方法與意義；三、微生物降解、轉化的機理與方法；四、復雜有機物的生物降解一、自然界中物質的降解有三種方式：光降解、化學降解、生物降解。降解將復雜有機物分解為簡單物質的過程。生物降解微生物把有機物分解產生無機物CO2和H2O的過程。生物降解(biodegradation):復雜有機化合物在微生物作用下轉變成結構較簡單的化合物或被完全分解的過程.生物轉化(biotransformation):通過微生物代謝導致有機或無機化合物的分子結構發(fā)生某種改變,生成新的化合物的過程.二、有機污染

2、物生物降解性的測定方法及意義（一）可生物降解性測定方法有：1、耗氧量測定：、耗氧量測定： 通過用瓦氏呼吸儀測定的耗氧量基質的生化呼吸曲線耗氧曲線。實驗數(shù)據(jù)繪出一條耗氧量或速度隨時間變化的曲線. v生化呼吸線位于內源呼吸線之上，說明該有機物可能被微生物氧化分解。兩條呼吸線之間的距離越大，說明該有機物的生物降解性越好 v兩條線基本重合，說明該有機物不能被微生物氧化分解，但對微生物的生命活動無抑制作用 v生化呼吸線位于內源呼吸線之下，說明該有機物對微生物產生了明顯的抑制作用。v生化呼吸線越接近橫坐標，表明毒害越大，此時細菌已幾乎停止呼吸，瀕于死亡 a.底物無毒，但不能被微生物所利用。b.底物無毒，能

3、被微生物所利用。c.底物有毒，可被微生物利用，但在濃度較高的情況下對微生物發(fā)生抑制作用。d.底物有毒，不能被微生物所利用。 2、降解實驗、降解實驗 接種微生物后，通過一定時間的培養(yǎng)，培養(yǎng)液中污染物含量的減少與原始濃度之比即為降解率。3 3、 BODBOD5 5/COD/CODCrCr 0.45，生化性較好； 0.30，可生化； 0.30，較難生化；（但如果BOD5較高，仍可采用生化方法） 0.25，不宜生化。（二）可生物降解性研究的意義： 可生物降解性物質采用生物處理法；難生物降解性嚴格控制排放、改造工藝和產品結構、尋找或馴化高效微生物菌株；不可生物降解性物質只能停止生產。 微生物降解與轉化的

4、巨大潛力環(huán)境中存在的各種天然產物，特別是有機物，幾乎都能找到可以使之降解或轉化它的微生物。然而由于近幾十年來許多人工合成的化合物，是自然界中原來所沒有的。因此不可能存在有作用于它們能使之分解的微生物和酶系，甚至對微生物還有殺滅作用。自然馴化與人工馴化例如已發(fā)現(xiàn)多種微生物對合成有機物的降解作用：酚類已發(fā)現(xiàn)降解細菌有30個屬，66種鹵素有機物降解細菌有27個屬，40種合成含氮有機物降解細菌有18個屬，36種合成表面活生劑降解細菌有18個屬，43種石油烴類降解細菌有100多個屬，200多種依據(jù)生物降解的難易：1）可生物降解物質：單糖、蛋白質、淀粉、核糖等降解快的物質2）難生物降解物質：纖維素、農藥、

5、烴類、降解慢的一類物質3）極難生物降解物質：塑料、尼龍、腈綸、滌綸、聚酯、氟里昂、多環(huán)，雜環(huán)芳烴、高聚物等1. 產生誘導酶具新的代謝功能； 2. 形成新的突變種（自發(fā)誘變、誘變突變、工程菌的組建）；3. 降解性質粒利用4. 組建超級菌三、微生物降解污染物的方法與機理5.共代謝共代謝微生物處在能生長的基質中時，同時能將原來不能利用的物質氧化的現(xiàn)象。共代謝的方式：依靠其他物質提供能量；依靠其他微生物的協(xié)同作用；先經相似物誘導產生誘導酶，使污染物得以降解。16共代謝共代謝( (Co-metabolism)Co-metabolism)，共氧化共氧化共代謝被認為是酶缺乏專一性的一種表現(xiàn) 。一個共代謝反應

6、不能產生用于生長的能量，其之所以發(fā)生是因為基質(如氯代化合物)能被已經產生的酶利用，共代謝脫氯細菌要求有另外的生長基質作為生長的碳源和能源。使非生長基質發(fā)生結構改變，不能徹底降解，改變結構后的化合物可能更容易被其它厭氧微生物降解。四、微生物對復雜污染物（油脂）的轉化、降解水中來源：水中來源：紡織廠廢水、油脂廠紡織廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂含有大量油脂降解油脂較快的微生物：降解油脂較快的微生物：細細菌菌熒光桿菌、綠膿桿菌、熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌靈桿菌絲狀菌絲狀菌放線菌、分支桿菌放線菌、分支桿菌真真菌菌青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉途徑

7、：途徑：水解水解+氧化氧化（三）石油的轉化提問：提問：石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的復雜混合物。復雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)采油區(qū)和和石油運輸事石油運輸事故現(xiàn)場故現(xiàn)場以及以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。中。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，據(jù)報道有據(jù)報道有200多種多種細細菌菌假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產堿桿菌屬假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產堿桿菌屬放線菌放線菌諾卡氏菌諾卡氏菌酵母菌酵母菌假絲酵母假絲酵母霉霉菌菌青霉屬、曲霉屬青霉屬、曲霉屬藻藻類類藍藻和綠藻藍

8、藻和綠藻20末端氧化：通過末端甲基支鏈氧化是最普遍的正烷烴降解途徑。對細菌、真菌、酵母和細胞外體系的一些研究表明，烷烴首先在C1位置氧化形成一級醇，然后生成同系的脂肪酸。 次末端氧化：雖然烷烴降解主要通過末端氧化發(fā)生，仍然有許多微生物通過次末端氧化代謝烷烴生成二級醇及相應的酮，然后進一步羧化成脂肪酸。對以烷烴作為唯一碳源和能源的細菌而言，次末端氧化可能是一種次要途徑；而對共氧化代謝烷烴的微生物來說，次末端氧化途徑可能是主要途徑。烷烴降解機理烷烴降解機理 -oxidation 苯和酚的代謝苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示 苯的代謝苯的代謝菲的代謝菲的代謝酚也是酚也是，這樣各類芳香烴在降解，這樣各類芳香烴在