微生物在水體自凈中的作用

1、 凈化本質(zhì)凈化本質(zhì)微生物微生物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物 依靠依靠好氧分解與厭氧分解好氧分解與厭氧分解 細(xì)菌細(xì)菌是其中的主力軍是其中的主力軍：好氧有機(jī)物呼吸好氧有機(jī)物呼吸 C CO2 + 碳酸鹽和重碳酸鹽碳酸鹽和重碳酸鹽 H H2O N NH3 HNO2 HNO3 S H2SO4 P H3PO4 厭氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌發(fā)酵、厭氧無機(jī)鹽呼吸發(fā)酵、厭氧無機(jī)鹽呼吸 礦化鹽礦化鹽 C RCOOH（有機(jī)酸）有機(jī)酸）CH4 + CO2 N RCHNH2COOH NH3（） + 有機(jī)酸（有機(jī)酸（） S H2S（） P PO43-厭氧分解（開始厭氧分解（開始） 好氧分解（后續(xù)）好氧分解（后續(xù)） 包括包括糖類、蛋白質(zhì)、

2、脂類、石油和人工合成的有機(jī)化糖類、蛋白質(zhì)、脂類、石油和人工合成的有機(jī)化合物等合物等。 提問：提問：哪些糖類會成為污染物？哪些糖類會成為污染物？ 難溶的多糖難溶的多糖，且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時才會且當(dāng)一些難溶解的多糖數(shù)量較大時才會使自凈時間大大增加，從而對環(huán)境造成污染。使自凈時間大大增加，從而對環(huán)境造成污染。這類多這類多糖主要是糖主要是纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉。 葡 萄 糖 高 聚 物 ， 每 個 纖 維 素 分 子 含葡 萄 糖 高 聚 物 ， 每 個 纖 維 素 分 子 含140010000個葡萄糖基（個葡萄糖基（1-4糖苷鍵）。糖苷

3、鍵）。棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城市垃圾等水及城市垃圾等，其中均含有大量纖維素。，其中均含有大量纖維素。微生物微生物 纖纖維維素素酶酶 纖纖維維二二糖糖酶酶 纖纖維維素素 纖纖維維二二糖糖 葡葡萄萄糖糖 糖糖酵酵解解 ATP 好好氧氧分分解解 H2O CO2 葡葡萄萄糖糖 丙丙酮酮丁丁醇醇發(fā)發(fā)酵酵 丙丙酮酮 + 丁丁醇醇 + CO2 + H2 厭厭氧氧發(fā)發(fā)酵酵 丁丁酸酸發(fā)發(fā)酵酵 丁丁酸酸 + 乙乙酸酸 + CO2 + H2 三三羧羧酸酸 循循 環(huán)環(huán) 厭厭氧氧發(fā)發(fā)酵酵 好氧細(xì)菌好氧細(xì)菌粘細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌粘細(xì)菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌 厭氧細(xì)菌

4、厭氧細(xì)菌產(chǎn)纖維二糖產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌芽孢梭菌、無芽孢厭氧分解菌、無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。及嗜熱纖維芽孢梭菌。 放放 線線 菌菌鏈霉菌屬。鏈霉菌屬。 真真 菌菌青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。 需要時可以向需要時可以向有菌種庫的研究機(jī)構(gòu)購買有菌種庫的研究機(jī)構(gòu)購買或或自行篩選自行篩選 存在于植物細(xì)胞壁的存在于植物細(xì)胞壁的雜多糖雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。中含半纖維素。 TCA循環(huán)循環(huán) 聚糖酶聚糖酶 CO2 + H2O 半纖維素半纖維素 單糖單糖 + 糖醛酸糖醛酸 H2O 各種發(fā)酵產(chǎn)物各種發(fā)酵產(chǎn)物 厭氧分解厭氧分

5、解 分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細(xì)菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。木質(zhì)素木質(zhì)素 空腔空腔 纖維素纖維素木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁中，木質(zhì)素存在于除苔蘚和藻類外所有植物的細(xì)胞壁中，由松由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。聚合聚合交聯(lián)交聯(lián)自然界中哪些微生物能夠進(jìn)行木質(zhì)素的降解呢？自然界中哪些微生物能夠進(jìn)行木質(zhì)素的降

6、解呢？ 確證的只有確證的只有真菌中的黃孢原毛平革菌真菌中的黃孢原毛平革菌，疑似的，疑似的只有只有軟腐菌。軟腐菌。(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真菌的一種，隸屬于擔(dān)子菌綱、的一種，隸屬于擔(dān)子菌綱、同擔(dān)子菌亞綱、非褶菌目、同擔(dān)子菌亞綱、非褶菌目、絲核菌科。絲核菌科。白腐白腐樹皮上木質(zhì)素被該菌分樹皮上木質(zhì)素被該菌分解后漏出解后漏出白色白色的纖維素部分。的纖維素部分。 * *木質(zhì)素降解的意義何在呢？如何實現(xiàn)工業(yè)化白腐菌降木質(zhì)素降解的意義何在呢？如何實現(xiàn)工業(yè)化白腐菌降解木質(zhì)素呢？解木質(zhì)素呢？ 水中來源：水中來源：毛紡、毛條廠廢水、毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉

7、聯(lián)廠廢水、制革油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂廠廢水含有大量油脂 降解油脂較快的微生物：降解油脂較快的微生物： 細(xì)細(xì) 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：途徑：水解水解+ +氧化氧化 提問：提問：什么是石油？什么是石油？ 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(fù)雜混合物。復(fù)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

8、工業(yè)廢水中。中。 與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)與分子結(jié)構(gòu)有關(guān) 鏈中等長度（鏈中等長度（C10C24）鏈很長的（鏈很長的（C24以上）以上）短鏈短鏈 （*？）？） 直鏈直鏈 ? 支鏈支鏈 不飽和不飽和 ? 飽和飽和 烷烴烷烴 ? 芳烴芳烴 鏈末端有季碳原子鏈末端有季碳原子（四周都與（四周都與C相連）相連）的烴以及的烴以及多環(huán)多環(huán)芳烴極難降解芳烴極難降解 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(xì)細(xì) 菌菌 假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)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

9、霉屬、曲霉屬 藻藻 類類 藍(lán)藻和綠藻藍(lán)藻和綠藻 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH 以環(huán)己烷為例以環(huán)己烷為例 OH O O +O2 +2H 2H +O2 +2H H2O H2O + H2O -2H HOOC-（CH2）4-COOH HOOC-（CH2）4-CH2OH 氧氧化化 CO2 + H2O OH通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩類以上微生物的兩類以上

10、微生物的下將污染物下將污染物 徹底降解徹底降解共代謝共代謝。 芳香烴普遍具有生物毒性芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)它們可，但在低濃度范圍內(nèi)它們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。已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別 苯苯類類 酚酚類類萘萘菲菲 蒽蒽微微生生物物名名 稱稱熒熒光光假假單單胞胞菌菌、銅銅綠綠色色假假單單胞胞菌菌及及苯苯桿桿菌菌銅銅 綠綠 色色 假假 單單 胞胞菌菌、溶溶條條假假單單胞胞菌菌、諾諾卡卡氏氏菌菌、球球形形小小球球菌菌、無無色色桿桿菌菌及及分分枝枝桿桿菌菌菲菲桿桿菌菌、菲菲芽芽孢孢桿桿菌菌熒熒光光假假單單胞胞菌菌和和銅銅綠綠

11、色色假假單單胞胞菌菌、小小球球菌菌及及大大腸腸埃埃希希氏氏菌菌 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 酚也是酚也是先被氧化為鄰苯二酚先被氧化為鄰苯二酚，這樣各類芳香烴在降解，這樣各類芳香烴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 苯苯 酚酚 氧氧化化酶酶 酶酶 萘萘 鄰鄰苯苯二二酚酚 酮酮基基己己二二酸酸 菲菲 + O2 + O2 +2H 蒽蒽 琥琥珀珀酸酸 三三羧羧酸酸循循環(huán)環(huán) CO2 + H2O 乙乙酰酰輔輔酶酶A 提問：提問：為什么這些有機(jī)物難于生物降解？為什么這些有機(jī)物難于生物降解？ 微生物缺乏相應(yīng)的水解酶微生物缺乏相應(yīng)的水解酶 難難對

12、于自然生態(tài)環(huán)境自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),如果一種化合物滯留可達(dá)幾個月或幾年可達(dá)幾個月或幾年之久,或在人工生物處理人工生物處理系統(tǒng)系統(tǒng), 幾小時或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除幾小時或幾天之內(nèi)還未能被分解或消除 種類：種類：穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合成的聚合物、穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合成的聚合物、殺蟲劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢品等殺蟲劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢品等。 用用 途途：穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑（潤滑油、絕緣油、增塑劑、油漆、熱（潤滑油、絕緣油、增塑劑、油漆、熱載體、油墨等都含有）載體、油墨等都含有） 危危 害：害：急性中毒，是急性中毒，是一種致癌因子一種致癌因子（米糠油事件）（米糠油事件） 降降

13、 解解 菌：菌：產(chǎn)堿桿菌、不動桿菌、產(chǎn)堿桿菌、不動桿菌、假單胞菌假單胞菌、芽孢桿菌以、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體及沙雷氏菌的突變體 * *共代謝研究進(jìn)展及其成果對環(huán)保的應(yīng)用現(xiàn)共代謝研究進(jìn)展及其成果對環(huán)保的應(yīng)用現(xiàn)狀狀？可分為可分為陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)四類。四類。我國目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于我國目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于。較早。較早開發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（開發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（ABS）：）： CH3 CH3 CH3 | | | NaSO3 C CH2 CHCH2 C CH3 | | CH3 CH3 3甲基分支

14、干擾生物降解甲基分支干擾生物降解，鏈末端與，鏈末端與4個碳原子相連的季碳個碳原子相連的季碳原子抗攻擊的能力更強(qiáng)原子抗攻擊的能力更強(qiáng)。 危害：危害：ABS可以在天然水體中可以在天然水體中存留存留800h以上以上，使這得接，使這得接納他的水體長時間保持，納他的水體長時間保持，產(chǎn)生大量泡沫產(chǎn)生大量泡沫，引起水體缺氧。，引起水體缺氧。 為使洗滌劑易于生物降解，人們將為使洗滌劑易于生物降解，人們將ABS的結(jié)構(gòu)改變?yōu)榫€的結(jié)構(gòu)改變?yōu)榫€性的直鏈性的直鏈 由于減少了分支，它的生物分解速度大為提高。由于減少了分支，它的生物分解速度大為提高。 NaSO3 CH （CH2）9 CH3 | CH3 CH3 CH3 CH

15、3 | | | NaSO3 C CH2 CHCH2 C CH3 | | CH3 CH3 3 細(xì)細(xì) 菌菌假單胞菌假單胞菌、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌 放線菌放線菌諾卡氏菌諾卡氏菌由于這些微生物的作用，雖然每年排放入環(huán)境中的洗滌劑數(shù)量逐由于這些微生物的作用，雖然每年排放入環(huán)境中的洗滌劑數(shù)量逐年遞增，但環(huán)境中并沒有發(fā)生洗滌劑的明顯增加。年遞增，但環(huán)境中并沒有發(fā)生洗滌劑的明顯增加。因而洗滌因而洗滌劑一般不會引起環(huán)境的有機(jī)污染劑一般不會引起環(huán)境的有機(jī)污染。洗滌劑目前存在。洗滌劑目前存在的問題主要是洗滌劑中

16、的添加劑聚磷酸鹽造成的水體的問題主要是洗滌劑中的添加劑聚磷酸鹽造成的水體富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化問問題題 。 COOH C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C 末末端端氧氧化化 -氧氧化化、脫脫磺磺基基 苯苯甲甲酸酸 CH2COOH 開開環(huán)環(huán)分分解解 SO3- 苯苯乙乙酸酸CO2 + H2O對微生物無影響對微生物無影響（1）.土地板結(jié)土地板結(jié)（2）. 被海鳥及海洋哺乳動物誤食，被海鳥及海洋哺乳動物誤食，致使這些動物消化系統(tǒng)停滯，致使這些動物消化系統(tǒng)停滯，引起死亡引起死亡。具報道每年海洋中死于廢棄塑料的海鳥和海洋哺乳動。具報道每年海洋中死于廢棄塑料的海鳥和海洋哺乳動物，數(shù)目之多令人觸目驚心。物，數(shù)目

17、之多令人觸目驚心。 （3）.影響景觀影響景觀 目前發(fā)現(xiàn)目前發(fā)現(xiàn)能降解塑料的微生物，種類很少，而且降解能降解塑料的微生物，種類很少，而且降解速度緩慢速度緩慢。他們主要是他們主要是、。 塑料在環(huán)境中積累有哪些危害？塑料在環(huán)境中積累有哪些危害？ 危害：危害：白色污染白色污染 提問：提問：如何解決塑料的難降解問題？如何解決塑料的難降解問題？ （1）限制使用不可降解塑料）限制使用不可降解塑料 （2） 光降解、高填充碳酸鈣、填充淀粉、淀粉改性塑光降解、高填充碳酸鈣、填充淀粉、淀粉改性塑料、料、 化學(xué)合成或用微生物、轉(zhuǎn)基因植物直接生產(chǎn)化學(xué)合成或用微生物、轉(zhuǎn)基因植物直接生產(chǎn)可生物降解的塑料；可生物降解的塑料；

18、* 如何制造完全生物可降解塑料？有哪些種類？發(fā)展前景如何？ 如如殺蟲劑、除草劑等殺蟲劑、除草劑等 化學(xué)成分：化學(xué)成分：有鹵素、磷酸基、氨基、硝基、羥基及其有鹵素、磷酸基、氨基、硝基、羥基及其它取代物的簡單烴骨架它取代物的簡單烴骨架（有機(jī)磷、有機(jī)錫、有機(jī)氯（有機(jī)磷、有機(jī)錫、有機(jī)氯等）。等）。相比較其它取代基團(tuán)而言，微生物對鹵素取代基往往不適應(yīng)，因相比較其它取代基團(tuán)而言，微生物對鹵素取代基往往不適應(yīng)，因而隨著鹵素取代基數(shù)量的增多，農(nóng)藥的生物可降解性大幅度下降。而隨著鹵素取代基數(shù)量的增多，農(nóng)藥的生物可降解性大幅度下降。水中來源：水中來源：農(nóng)田土壤的灌溉水或雨水農(nóng)田土壤的灌溉水或雨水 危害：危害：生物

19、毒性生物毒性（急性、慢性、致癌、致畸變）（急性、慢性、致癌、致畸變）最典型的一個例子就是殺蟲劑最典型的一個例子就是殺蟲劑DDT（二氯二苯三氯乙烷），二氯二苯三氯乙烷），由于氯由于氯代基數(shù)量大，在自然界的半衰期長達(dá)半年以上，由于代基數(shù)量大，在自然界的半衰期長達(dá)半年以上，由于DDT不溶于水不溶于水而易溶于脂肪，因而可在動物脂肪組織中堆積，并沿著食物鏈在逐而易溶于脂肪，因而可在動物脂肪組織中堆積，并沿著食物鏈在逐級向上不斷積累，引起生物各種急慢性中毒。級向上不斷積累，引起生物各種急慢性中毒。 降解農(nóng)藥的微生物：降解農(nóng)藥的微生物： 這些微生物這些微生物往往往往將農(nóng)藥逐級降解將農(nóng)藥逐級降解。 蛋白質(zhì)、氨

20、基酸、尿素、胺類、腈化物、硝基化合物等。蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、腈化物、硝基化合物等。 水中來源：水中來源： 生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、生活污水、屠宰廢水、罐頭食品加工廢水、制革廢水等制革廢水等 種類很多種類很多好好 氧氧 細(xì)細(xì) 菌菌 鏈球菌和葡萄球菌鏈球菌和葡萄球菌好氧芽孢細(xì)菌好氧芽孢細(xì)菌枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢桿菌芽孢桿菌 兼兼 性性 厭厭 氧氧 菌菌變形桿菌、假單胞菌變形桿菌、假單胞菌 厭厭 氧氧 菌菌腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌此外，還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌此外，還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌(放線菌放線菌)。 （好好氧氧菌菌） O2氧氧化化脫脫氨氨蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)