第十章微生物的有機(jī)物降解演示文稿

第十章微生物的有機(jī)物降解演示文稿第一頁(yè)，共八十三頁(yè)。優(yōu)選第十章微生物的有機(jī)物降解第二頁(yè)，共八十三頁(yè)。第一節(jié)微生物對(duì)有機(jī)物的分解作用一、生物分解的一般特點(diǎn)（一）有機(jī)物生物分解的一般特點(diǎn)1、概念：微生物對(duì)有機(jī)物的分解作用（或降解作用）常簡(jiǎn)稱為“生物分解”或“生物降解”。2、特點(diǎn)：有機(jī)物經(jīng)逐步分解后，產(chǎn)生能進(jìn)入TCA途徑或能作為合成代謝原料的中間代謝產(chǎn)物，繼而被轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物、無(wú)機(jī)物等分解產(chǎn)物和微生物細(xì)胞。第三頁(yè)，共八十三頁(yè)。4有機(jī)污染物的生物分解過程生物分解后的去向細(xì)胞物質(zhì)（微生物的生長(zhǎng)）分解產(chǎn)物（CO2、小分子有機(jī)物等）第四頁(yè)，共八十三頁(yè)。二、生物分解的分類1、根據(jù)生物分解的程度和最終產(chǎn)物的不同，有機(jī)物的生物分解可分為生物去除（表觀分解）、初級(jí)分解、環(huán)境可接收的分解和完全分解（礦化）等不同類型。第五頁(yè)，共八十三頁(yè)。6生物分解類型特點(diǎn)分解對(duì)象有機(jī)物的分析方法生物去除（Bioelimination）由于微生物細(xì)胞、活性污泥等的吸附作用使化學(xué)物質(zhì)濃度降低的一種現(xiàn)象。這里所說的“生物去除”不是真正意義上的分解，而是一種表觀現(xiàn)象，也可稱為“表觀生物分解”。各種色譜分析有機(jī)碳分析初級(jí)分解（Primarybiodegradation）在分解過程中，化學(xué)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而失去原化學(xué)物質(zhì)特征的分解。各種色譜分析官能團(tuán)分析毒性測(cè)試環(huán)境可接收的分解（Environmentallyacceptablebiodegradation）經(jīng)過生物分解，化學(xué)物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和毒性達(dá)到環(huán)境安全要求的程度。各種色譜分析官能團(tuán)分析毒性測(cè)試完全分解（Ultimatebiodegradation）有機(jī)化合物被分解成穩(wěn)定無(wú)機(jī)物（CO2、H2O等）的分解總有機(jī)碳分析產(chǎn)生的CO2分析有機(jī)物的生物分解類型及其特點(diǎn)第六頁(yè)，共八十三頁(yè)。2、根據(jù)是否在有氧氣存在的條件下，可分為好氧分解和厭氧分解兩種類型。與厭氧生物分解相比，好氧分解往往具有分解速率快、分解程度徹底、能量利用率高、轉(zhuǎn)化為細(xì)胞的比例大等特點(diǎn)。第七頁(yè)，共八十三頁(yè)。8微生物的分類好氧微生物（aerobe）：只能在有氧條件下生長(zhǎng)，沒有氧氣無(wú)法生存.厭氧微生物（anaerobe）：只能在沒有氧氣的環(huán)境下生長(zhǎng)，有氧氣反而不能生長(zhǎng)。兼性微生物（facultativeaerobe）：即可在有氧條件下，也可在無(wú)氧條件下生長(zhǎng)。在自然界中，大多數(shù)微生物屬于這一類。根據(jù)分解條件分類好氧分解：在好氧條件下進(jìn)行的分解好氧呼吸厭氧分解：在厭氧條件下進(jìn)行的分解厭氧呼吸發(fā)酵第八頁(yè)，共八十三頁(yè)。9兼性微生物的代謝：DO>0.2~0.3mg/L條件下：好氧代謝DO<0.2~0.3mg/L條件下：厭氧代謝一些好氧微生物（好氧細(xì)菌，球衣細(xì)菌、真菌等）能在微氧環(huán)境（DO接近于零）中生長(zhǎng)。因此在微氧環(huán)境中占優(yōu)勢(shì)的微生物常常是好氧微生物。第九頁(yè)，共八十三頁(yè)。103、有機(jī)物的好氧生物分解好氧分解過程：（1）消化：由胞外酶把大分子分解為可以被細(xì)胞吸收的小分子。（2）小分子的脫氫氧化：產(chǎn)生可進(jìn)入TCA循環(huán)的乙酰－CoA。（3）乙酰－CoA進(jìn)入TCA循環(huán)和呼吸鏈被氧化成CO2和H2O有機(jī)物CHONPCO2、H2O、（NH3＋NO2＋NO3－）H2SO4、H3PO4好氧分解的產(chǎn)物：反應(yīng)中的亞硝酸、硝酸、硫酸和磷酸可與水中的堿性物質(zhì)作用，形成相應(yīng)的鹽類。第十頁(yè)，共八十三頁(yè)。4、厭氧反應(yīng)概括如下：C→RCOOH（有機(jī)酸）→CH4+CO2N→RCHNH2COOH→NH3（臭味）+有機(jī)酸（臭味）S→H2S（臭味）P→PO43-水體自凈的天然過程中厭氧分解（開始）→好氧分解（后續(xù)）第十一頁(yè)，共八十三頁(yè)。二、有機(jī)物的好氧生物分解有機(jī)質(zhì)＋微生物＋氧微生物細(xì)胞增長(zhǎng)CO2、H2O、SO42－、NH3、PO43－等＋能量

熱能釋出

隨水排出

第十二頁(yè)，共八十三頁(yè)。1、有機(jī)物氧化和細(xì)胞物質(zhì)合成的反應(yīng)：CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2XCO2＋0.5H2O＋Q2、細(xì)胞物質(zhì)的合成（包括有機(jī)物的氧化，并以NH3作氮源）第十三頁(yè)，共八十三頁(yè)。3、細(xì)胞物質(zhì)的氧化（內(nèi)源呼吸）在正常情況下，各類微生物細(xì)胞物質(zhì)的成分是相當(dāng)穩(wěn)定的，一般可用下列實(shí)驗(yàn)式表示：細(xì)菌，C5H17NO2；真菌，C10H17NO6；藻類，C5H8NO2；原生動(dòng)物，C7H14NO3。第十四頁(yè)，共八十三頁(yè)。4、一般情況下，生物處理構(gòu)筑物內(nèi)新生長(zhǎng)（增加）的細(xì)胞物質(zhì)等于所合成的細(xì)胞物質(zhì)減去由于內(nèi)源呼吸而耗去的細(xì)胞物質(zhì)，可用于下列算式表示：

△X=a

△S-Bx△X表示新生長(zhǎng)的細(xì)胞物質(zhì)（Kg/d）△S表示所利用的食料（基質(zhì)），即去除的BOD5（Kg/d）X表示構(gòu)筑物內(nèi)原有的細(xì)胞物質(zhì)（Kg）a表示合成系數(shù)b表示細(xì)胞自身氧化率或衰減系數(shù)。a和b的值可通過試驗(yàn)確定如下：將式兩側(cè)各除去X，得：△X/X=a

△S/X-b△S/X為橫坐標(biāo)，△X/X為縱坐標(biāo)作圖，可得一直線，其斜率即a，縱軸上的截距為（-b）第十五頁(yè)，共八十三頁(yè)。第十六頁(yè)，共八十三頁(yè)。

就活性污泥來(lái)說，可用其揮發(fā)部分代表微生物、曝氣池內(nèi)揮發(fā)性污泥量可作為X代入式中；此外，池中所增加的微生物細(xì)胞的量可假定大致等于所排放的剩余污泥揮發(fā)性部分的量。對(duì)于生活污水和性質(zhì)與之接近的工業(yè)廢水，a一般可取0.05~0.1，b可取0.05~0.1；污泥泥齡長(zhǎng)，a值取小，b值取大；污泥泥齡短，a值取大，b值取小。生物處理構(gòu)筑物內(nèi)所增加的細(xì)胞物質(zhì)也可約略地以投入的有機(jī)物（以BOD5）的50%左右估算。第十七頁(yè)，共八十三頁(yè)。初次沉淀池再生池二次沉淀池曝氣池空氣回流污泥剩余污泥污泥活性污泥法第十八頁(yè)，共八十三頁(yè)。19有機(jī)物+微生物細(xì)胞物質(zhì)有機(jī)酸、醇+微生物CO2、NH3、HS、等+能量細(xì)胞物質(zhì)CO2、CH4+能量產(chǎn)酸細(xì)菌的作用甲烷細(xì)菌的作用有機(jī)物的厭氧分解三、有機(jī)物的厭氧生物分解第十九頁(yè)，共八十三頁(yè)。第二十頁(yè)，共八十三頁(yè)。第二十一頁(yè)，共八十三頁(yè)。第二節(jié)有機(jī)物的生物分解性一、有機(jī)物的生物分解性評(píng)價(jià)1、意義：正確評(píng)價(jià)有機(jī)物的生物分解難易程度，即生物分解性，對(duì)于評(píng)價(jià)有機(jī)污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其生態(tài)與健康風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)測(cè)其在污水生物處理和生物凈化裝置中的去處效果等具有重要的意義。2、關(guān)鍵和難點(diǎn)：如何確定科學(xué)、合理的微生物種類和濃度，環(huán)境條件（溫度、PH值等）和受試化合物的濃度等試驗(yàn)條件。3、方法：生物分解潛能實(shí)驗(yàn)和生物分解模擬試驗(yàn)。第二十二頁(yè)，共八十三頁(yè)。生物分解性試驗(yàn)本質(zhì)性生物分解試驗(yàn)生物分解潛能試驗(yàn)生物分解模擬試驗(yàn)易生物分解試驗(yàn)污水生物處理系統(tǒng)試驗(yàn)（好氧、厭氧）河流、湖泊模擬試驗(yàn)河口模擬試驗(yàn)海洋模擬試驗(yàn)土壤模擬試驗(yàn)第二十三頁(yè)，共八十三頁(yè)。（一）生物分解潛能試驗(yàn)?zāi)康模涸u(píng)價(jià)有機(jī)物是否具有被生物分解的潛在性。根據(jù)評(píng)價(jià)的目的不同，可分為易生物分解試驗(yàn)和本質(zhì)性分解試驗(yàn)。1、易生物分解試驗(yàn)?zāi)康模涸u(píng)價(jià)有機(jī)物是否很容易地被生物完全分解，一般在不利于生物分解的條件性進(jìn)行。方法：以受試化合物作為唯一碳源，接種的微生物濃度較低，且微生物事先不經(jīng)過馴化。在易生物分解試驗(yàn)中得到良好分解效果的化合物，可以認(rèn)為在一般環(huán)境中也很容易被生物分解。但是，在易生物分解試驗(yàn)中分解效果較差的化合物，并不能判斷其在環(huán)境中不能被生物分解。第二十四頁(yè)，共八十三頁(yè)。2、本質(zhì)性生物分解試驗(yàn)?zāi)康模涸u(píng)價(jià)有機(jī)物是否具有被生物分解的性質(zhì)。方法：通常在最有利于受試化合物分解的條件下進(jìn)行。使用的微生物通常講過事先的充分馴化，接種濃度較高，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，盡可能的添加各種必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。因此在試驗(yàn)中得到良好分解效果的化合物，在實(shí)際環(huán)境中不一定能夠分解。但是，在該試驗(yàn)中不能被生物分解的化合物，可以認(rèn)為其在實(shí)際的環(huán)境條件下也不能被生物。第二十五頁(yè)，共八十三頁(yè)。（二）生物分解模擬試驗(yàn)?zāi)康模涸u(píng)價(jià)有機(jī)物在特定的環(huán)境條件下，如污水生物處理系統(tǒng)、河流、湖泊、土壤中的生物分解性。關(guān)鍵：盡可能地在接近自然環(huán)境條件下進(jìn)行分解試驗(yàn)。第二十六頁(yè)，共八十三頁(yè)。（三）有機(jī)物生物分解性評(píng)價(jià)的一般步驟生物分解模擬試驗(yàn)受試有機(jī)化合物易生物分解試驗(yàn)分解性在環(huán)境中易生物分解良好不良本質(zhì)性生物分解試驗(yàn)分解性不良在環(huán)境中難生物分解良好第二十七頁(yè)，共八十三頁(yè)。二、有機(jī)物的生物分解性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

（一般規(guī)律，但例外較多）1）增加A類取代基一般降解性變差，B類有時(shí)可以增加降解性。OO能使降解性降低的基團(tuán)稱異源基團(tuán)。（xenophore）2）異源基團(tuán)數(shù)目增加，降解性越差。OHClOHClClOHClClCl第二十八頁(yè)，共八十三頁(yè)。OHOHClOHCl加速減慢4）甲基分支越多越不易降解－CH3－C－CH3CH3H－C－CH3CH3CH3>>3）異源基團(tuán)的位置對(duì)生物降解性產(chǎn)生顯著影響。第二十九頁(yè)，共八十三頁(yè)。8）好氧條件下的降解規(guī)律與厭氧有時(shí)不同9）化學(xué)品的生物降解性預(yù)測(cè)物理化學(xué)性質(zhì)～生物降解性/QSBR(QuantitativeStructureBiodegradabilityRelationship)5）脂肪族：分子量越大越不易降解6）芳香族<脂肪族（小分子）7）復(fù)環(huán)芳烴中環(huán)越多越難降解polycyclic第三十頁(yè)，共八十三頁(yè)。三、值得注意的幾個(gè)問題有些有機(jī)物在濃度低時(shí)可以降解，高于某一濃度時(shí)不能降解（產(chǎn)生抑制作用）。SS抑制濃度毒性較大的污染物的生物降解需稀釋。（一）生物分解性與濃度的關(guān)系第二節(jié)有機(jī)物的生物分解性第三十一頁(yè)，共八十三頁(yè)。單獨(dú)存在時(shí)不能被降解，只有在其它物質(zhì)被降解時(shí)才能被降解的現(xiàn)象。（不能作為能源或碳源的化合物的代謝）原因：1）缺少進(jìn)一步降解的酶系；e.g.2,4-D（二氯苯氧乙酸）2）中間產(chǎn)物的抑制作用；3）濃度低，不能維持生命代謝。（二）共代謝現(xiàn)象第三十二頁(yè)，共八十三頁(yè)。331.多基質(zhì)同時(shí)被利用2.一種基質(zhì)促進(jìn)第二種基質(zhì)的降解甲苯促進(jìn)假單胞菌對(duì)苯、二甲苯的降解易降解物質(zhì)的添加增加微生物濃度3.一種基質(zhì)阻礙另一基質(zhì)的降解抑制作用順次利用（sequentialuse)：一種基質(zhì)的分解只發(fā)生在另一種基質(zhì)大部分或全部降解之后。（三）有機(jī)物間的相互作用互不影響、促進(jìn)作用、抑制作用（順次利用）第三十三頁(yè)，共八十三頁(yè)。（四）微生物間的相互作用1.協(xié)同作用（共生關(guān)系）類型：?jiǎn)我徊荒芙到饣旌夏芙到鈫我唤到饴旌夏芙到饪熳饔脵C(jī)理：提供生長(zhǎng)因子：提供維生素B、氨基酸等分解中間代謝產(chǎn)物分解共代謝產(chǎn)物分解有毒產(chǎn)物抑制作用（拮抗）：分解產(chǎn)物抑制其他微生物捕食作用第三十四頁(yè)，共八十三頁(yè)。生物分解和轉(zhuǎn)化過程中，有機(jī)物的毒性往往發(fā)生變化。生物分解產(chǎn)物的毒性低于原化合物時(shí)的生物分解作用，稱去毒作用（Detoxication生物分解產(chǎn)物的毒性大于原化合物時(shí)的生物分解作用，稱激活作用（activation）。常見的激活反應(yīng)有：脫鹵作用、亞硝胺的形成、環(huán)氧化作用、硫醚的氧化、甲基化等。（五）生物去毒作用與激活作用1.去毒作用（Detoxication）在毒理學(xué)上：活性物質(zhì)無(wú)活性物質(zhì)有毒物鈍化產(chǎn)物CO2代謝產(chǎn)物去毒作用第三十五頁(yè)，共八十三頁(yè)。去毒作用機(jī)制：水解作用（hudrolysis羥基化作用（hyolroxylation）脫鹵作用（dehalogenation）甲基化（methylation）去甲基（demethylation）硝基還原（nitroreduction）去氨基（deamination）醚鍵斷裂（ethercleavage）腈轉(zhuǎn)化為酰胺R－C－O－R’OR－C－OHORHROHRClRHROHROCH3RNO2RNH2R－C＝NR－C－NH2O第三十六頁(yè)，共八十三頁(yè)。2.激活作用（activation）形成有毒產(chǎn)物常見的激活反應(yīng)（1）脫鹵作用三氯乙烷Cl2C＝CHClCl－C＝CH2H氯乙烯（強(qiáng)致癌物）（2）亞硝胺的形成（nitroamineformation）（亞硝胺）（致癌、致畸）RR’NH＋RR’N－N＝ORR’N－R”脫烷基（仲胺）反硝化（叔胺）第三十七頁(yè)，共八十三頁(yè)。（3）環(huán)氧化作用（epoxiadation）－HC＝CH－HC－CH－O（4）硫醚的氧化－C－S－C－－C－S－C－－C－S－C－OOO（5）甲基化HgCH3Hg+CH3HgCH3第三十八頁(yè)，共八十三頁(yè)。BOD5/CODcr>0.4-0.6可生物處理性好0.2<BOD5/CODcr<0.4含有難生物分解的有機(jī)物，較難生物處理BOD5/CODcr<0.1有機(jī)污染物的生物分解性差，難以生物處理（六）污水中有機(jī)污染物的生物分解性評(píng)價(jià)BOD5/CODcr比值預(yù)測(cè)污水可生物處理性的參考標(biāo)準(zhǔn)BOD5/DOC>1.2可生物處理性好0.3<BOD5/DOC<1.2含有難生物分解的有機(jī)物，較難生物處理BOD5/DOC<0.3有機(jī)污染物的生物分解性差，難以生物處理BOD5/DOC比值預(yù)測(cè)污水可生物處理性的參考標(biāo)準(zhǔn)第三十九頁(yè)，共八十三頁(yè)。1.纖維素—多糖化合物乳酸纖維二糖葡萄糖能降解纖維素的微生物：主要是霉菌和一些特殊的細(xì)菌：纖維粘菌、纖維桿菌、蓮霉菌、曲霉、青霉、木霉一、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素第三節(jié)不含氮有機(jī)物質(zhì)的生物分解酶第四十頁(yè)，共八十三頁(yè)。412.半纖維素能降解纖維素的微生物：芽孢桿菌、假單胞菌、放線菌。第三節(jié)不含氮有機(jī)物質(zhì)的生物分解存在于植物細(xì)胞壁的雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。分解過程TCA循環(huán)聚糖酶CO2+H2O半纖維素單糖+糖醛酸H2O各種發(fā)酵產(chǎn)物厭氧分解分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。第四十一頁(yè)，共八十三頁(yè)。3.木質(zhì)素（lignin）CCCHOCCCHOH3COCCCHOH3COH3CO基本構(gòu)成單位芳醚鍵降解機(jī)理（較為復(fù)雜）：芳醚鏈斷裂苯丙烷大分子解聚、、、能降解木質(zhì)素的微生物：擔(dān)子菌綱，如白腐菌第三節(jié)不含氮有機(jī)物質(zhì)的生物分解第四十二頁(yè)，共八十三頁(yè)。二、淀粉

分子結(jié)構(gòu)：多糖

降解過程：淀粉糊精麥芽糖葡萄糖

降解微生物：主要有霉菌（曲霉、根霉）第三節(jié)不含氮有機(jī)物質(zhì)的生物分解第四十三頁(yè)，共八十三頁(yè)。第四十四頁(yè)，共八十三頁(yè)。洗毛、肉類加工、生活污水

熒光桿菌、綠濃桿菌、靈桿菌等

脂肪

脂肪酶

甘油

脂肪酸

簡(jiǎn)單的酸+CO2+CH4

CO2+H2O

三

脂肪的轉(zhuǎn)化

第四十五頁(yè)，共八十三頁(yè)。煉焦、石油、煤氣

酚為較重要的一種，對(duì)人、畜、水生生物有毒，必須處理。

分解酚的細(xì)菌：食酚假單胞菌、解酚假單胞菌

酚

O2

CO2+H2O

生物法已經(jīng)廣泛用于含酚工業(yè)廢水的處理

四

芳香族化合物的轉(zhuǎn)化（苯的衍生物）

第四十六頁(yè)，共八十三頁(yè)。甲烷假單胞菌、青霉、頭孢霉、甲烷極毛桿菌可以分解烷烴。用于天然氣的勘探。

2O2+CH4

CO2+2H2O

五

烴類化合物的轉(zhuǎn)化

第四十七頁(yè)，共八十三頁(yè)。第四十八頁(yè)，共八十三頁(yè)。一、氮的循環(huán)

自然界中除植物利用無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)氮外，其它各轉(zhuǎn)變過程均由微生物作用

氨化作用硝化作用反硝化作用

硝化作用

反硝化作用

氨化作用

第四節(jié)含氮有機(jī)物的生物分解第四十九頁(yè)，共八十三頁(yè)。生物體有機(jī)酸NO3-NH4+NO2-NON2O大氣N2同化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用生物固氮同化作用還原作用自然界中的氮素循環(huán)第五十頁(yè)，共八十三頁(yè)。蛋白質(zhì)的降解機(jī)理反硝化N2↑第五十一頁(yè)，共八十三頁(yè)。二、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化

R-CH-COOH

NH2

R代表不同的基團(tuán)

氨基酸

（一）蛋白質(zhì)的氨化

氨化作用：由有機(jī)氮化物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過程（NH3、NH4+）

肽

蛋白酶水解

肽酶水解

蛋白質(zhì)

氨基酸

1、蛋白質(zhì)初步水解成氨基酸

第五十二頁(yè)，共八十三頁(yè)。氨化細(xì)菌：參與氨化作用的細(xì)菌。

好氧性：熒光假單胞菌、靈桿菌

厭氧性：腐敗梭菌

兼性菌：變形桿菌。

問題：參加的有哪些微生物呢？

第五十三頁(yè)，共八十三頁(yè)。（二）硝化作用（Nitrification）

1、硝化作用概念

在有氧氣時(shí)，微生物將氨氧化為硝酸的作用

2、參加硝化作用的微生物

硝化細(xì)菌

亞硝酸細(xì)菌

硝酸細(xì)菌

兩類細(xì)菌相伴而生，作用相連。

第五十四頁(yè)，共八十三頁(yè)。硝化細(xì)菌的特性：

（1）革蘭氏陰性菌，不生芽孢

（2）強(qiáng)好氧性

（3）中性或堿性環(huán)境。不能在強(qiáng)酸環(huán)境生活。

（4）對(duì)毒物敏感。很少的錳對(duì)其有毒害。

問題：硝化細(xì)菌有哪些特性？

第五十五頁(yè)，共八十三頁(yè)。3、硝化作用的過程

（1）亞硝酸形成階段

2NH3+3O2

亞硝酸細(xì)菌

2HNO2+2H2O+ATP

亞硝酸細(xì)菌：亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸球菌屬亞硝酸螺菌屬、亞硝酸葉菌屬

第五十六頁(yè)，共八十三頁(yè)。4、硝化作用進(jìn)行的條件

O2NH3堿性物質(zhì)（中和產(chǎn)生的亞硝酸和硝酸）

不需有機(jī)物存在

蛋白質(zhì)最終被氧化成：

CO2、H2O、HNO3、H2SO4

第五十七頁(yè)，共八十三頁(yè)。58硝化菌與活性污泥中異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)速率比較細(xì)菌種類世代時(shí)間(h)最大增長(zhǎng)速率(1/h)亞硝酸菌硝酸菌活性污泥中異養(yǎng)菌8-368-592.3-8.7

0.02-0.090.01-0.060.08-0.3化能自養(yǎng)好氧適于中性和弱堿性環(huán)境生長(zhǎng)速度慢，世代時(shí)間8－24小時(shí)對(duì)有害化學(xué)物質(zhì)敏感（用于毒性測(cè)定）硝化菌的主要特性第五十八頁(yè)，共八十三頁(yè)。(1)溶解氧（DO）：DO低于0.5mg/L時(shí)，硝酸菌活性受到抑制，而亞硝酸菌（即氨氧化菌）對(duì)低溶解氧的耐受程度高于硝酸菌，DO低于0.5mg/L時(shí)仍能正常代謝。(2)溫度：溫度低于12oC，硝化活性明顯下降，30oC時(shí)活性最大，超過30oC時(shí)，活性反而降低。(3)pH值：亞硝酸菌的最適pH范圍為7.0-7.8，而硝酸菌的最適pH范圍為7.7-8.1。pH值過高或過低都會(huì)抑制硝化活性。硝化過程常大量產(chǎn)酸，可使pH值降低，限制硝化作用進(jìn)行，運(yùn)行中應(yīng)隨時(shí)調(diào)節(jié)pH值。影響硝化作用的主要因素第五十九頁(yè)，共八十三頁(yè)。(4)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：硝化菌為自養(yǎng)微生物，生長(zhǎng)不需有機(jī)質(zhì)。在污水處理中，硝化反應(yīng)一般在有機(jī)物濃度較低的條件下較易發(fā)生。(5)氨氮：氨氮濃度大于100-200mg/L時(shí)，對(duì)硝化反應(yīng)呈現(xiàn)抑制作用。(6)毒物：硝化菌對(duì)毒物的敏感度大于一般細(xì)菌，大多數(shù)重金屬和有機(jī)物對(duì)硝化菌具有抑制作用。一般來(lái)說，亞硝酸菌比硝酸菌對(duì)毒物更敏感。第六十頁(yè)，共八十三頁(yè)。（三）反硝化作用（Denitrification）

概念：硝酸鹽在通氣不良環(huán)境中（缺氧），被反硝化細(xì)菌還原成NO2或N2的過程。

1、反硝化過程

C6H12O6+4NO3-

6H20+6CO2+2N2+ATP

缺氧

N2

NO3-

NO2-

NO

N2O

反硝化細(xì)菌

第六十一頁(yè)，共八十三頁(yè)。2、反硝化作用的微生物

類型

含有反硝化細(xì)菌種的一些屬

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型

假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、

土壤桿菌屬、黃桿菌屬、芽生桿菌屬、

鹽桿菌屬、慢生根瘤菌屬

化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型

硫桿菌屬、硫微螺菌屬、亞硝化單胞菌屬

光能營(yíng)養(yǎng)型

紅假單胞菌屬

混合型

副球菌屬、布蘭漢氏菌屬、奈氏球菌屬

反硝化細(xì)菌：進(jìn)行反硝化作用的微生物。50多屬。反硝化細(xì)菌的部分屬群

第六十二頁(yè)，共八十三頁(yè)。3、反硝化作用發(fā)生的條件

NO3-有機(jī)物質(zhì)存在

氧氣＜0.5mg/L

第六十三頁(yè)，共八十三頁(yè)。64反硝化作用需要足夠的有機(jī)碳源。甲醇、乙醇、乙酸、苯甲酸、葡萄糖等均可作為碳源。利用最多的是甲醇，因?yàn)樗鼉r(jià)廉，而且氧化分解產(chǎn)物為水和二氧化碳，不留任何難降解中間產(chǎn)物。在飲用水的脫氮處理中宜采用乙醇，以避免殘留甲醇對(duì)人體的危害。影響反硝化作用的主要因素（1）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)第六十四頁(yè)，共八十三頁(yè)。(2)溶解氧在O2和NO3-同時(shí)存在時(shí)，反硝化菌首先利用O2作為最終電子受體，只有溶解氧濃度接近零（氧化還原電位<0--100mV)時(shí)才開始進(jìn)行反硝化作用。(3)溫度最佳溫度為30－40oC。溫度<0oC，反硝化菌的活動(dòng)終止，溫度超過50oC時(shí)，反硝化活性急劇降低。(4)pH值最適合pH值范圍為7.0-7.5。pH值對(duì)反應(yīng)成物也產(chǎn)生影響。pH在中性范圍內(nèi)有利于N2的產(chǎn)生。第六十五頁(yè)，共八十三頁(yè)。反硝化在廢水處理過程中具有著重要的意義。在活性污泥法曝氣池的出水中含有硝酸鹽。如果硝酸鹽含量高，則在二次沉淀池(曝氣池后面的沉淀池)污泥中可以由于反硝化作用產(chǎn)生大量氮?dú)猓瑲怏w的上升將促使污泥雜質(zhì)浮起而影響沉淀效果。此外，還應(yīng)注意，生物處理二次沉淀池出水中亞硝酸鹽的測(cè)定并不能正確反映廢水硝化的程度，因?yàn)樗鶞y(cè)得的亞硝酸鹽可能是通過反硝化而形成的。在缺氧情況下，也可能發(fā)生反硫化作用，這是硫酸鹽經(jīng)硫酸鹽還原菌的作用形成硫化氫的過程。第六十六頁(yè)，共八十三頁(yè)。三、

尿素的轉(zhuǎn)化

尿素：人畜尿液的主要含氮有機(jī)物。含氮47%。尿酸：尿液中的組成成分。水解成尿素。

O=C

NH2

NH2

+H2O

脲酶

(NH4)2CO3

2NH3

+CO2+H2O

參加者：尿素細(xì)菌（好氧）。

第六十七頁(yè)，共八十三頁(yè)。第五節(jié)無(wú)機(jī)元素的轉(zhuǎn)化

硫的轉(zhuǎn)化

磷的轉(zhuǎn)化

鐵的轉(zhuǎn)化

（一）硫的轉(zhuǎn)化

硫化作用：有氧時(shí)，微生物將H2S氧化成硫磺、硫酸。

反硫化作用：無(wú)氧時(shí)，微生物將硫酸還原成H2S。

作用：產(chǎn)生的硫酸腐蝕構(gòu)筑物。

H2S有臭味。

第六十八頁(yè)，共八十三頁(yè)。第六十九頁(yè)，共八十三頁(yè)。H2S被氧化生成S和H2SO4的過程。硫化作用微生物硫磺細(xì)菌硫化細(xì)菌1）硫磺細(xì)菌的一般特性能利用還原態(tài)硫化物（H2S、S等）為能源的細(xì)菌；自養(yǎng)型；在細(xì)胞內(nèi)能積累單質(zhì)硫。①②H2S充足時(shí)，①>②,細(xì)胞內(nèi)積累硫而形成硫磺顆粒。（二）硫化作用第七十頁(yè)，共八十三頁(yè)。常見的硫磺細(xì)菌無(wú)色硫磺細(xì)菌紫色硫磺細(xì)菌：紫硫菌、八疊硫菌（光能自養(yǎng)）（光合菌著色菌科、舊稱紅硫菌科，俗稱紫硫菌）貝日阿托氏菌，如白硫磺菌(Beggiatoa)發(fā)硫細(xì)菌(Thiothrix)硫磺細(xì)菌的細(xì)胞合成方式：無(wú)色硫磺菌：化學(xué)合成紫色硫磺菌：1）化學(xué)合成；2）光合成不產(chǎn)生氧氣的光合作用—循環(huán)光合磷酸化第五節(jié)微生物對(duì)無(wú)機(jī)元素的轉(zhuǎn)化作用第七十一頁(yè)，共八十三頁(yè)。特點(diǎn)：利用硫化物作能源，但不能在細(xì)胞內(nèi)積累硫單體。常見的硫化菌好氧菌厭氧菌脫氮硫桿菌：在缺氧情況下還原硝酸根為氮?dú)?Thiobacillusdenitrificans)排硫桿菌氧化硫桿菌2)硫化細(xì)菌的一般特性第五節(jié)微生物對(duì)無(wú)機(jī)元素的轉(zhuǎn)化作用第七十二頁(yè)，共八十三頁(yè)。第五節(jié)微生物對(duì)無(wú)機(jī)元素的轉(zhuǎn)化作用幾種常見的硫化細(xì)菌第七十三頁(yè)，共八十三頁(yè)。脫氮硫桿菌的應(yīng)用：反硝化（硝酸氮的處理）S2進(jìn)水出水N2第五節(jié)微生物對(duì)無(wú)機(jī)元素的轉(zhuǎn)化作用第七十四頁(yè)，共八十三頁(yè)。硫酸鹽被還原成硫化氫的過程。反硫化作用微生物：硫酸鹽還原菌（e.g.去硫弧菌）厭氧且在有機(jī)物存在的條件下：硫酸鹽還原菌（反硫化細(xì)菌）嚴(yán)格的厭氧菌，能進(jìn)行反硫化作用的細(xì)菌有： 脫硫脫硫弧菌（Desulfovibriodesulfuricans） 巨大脫硫弧菌（Desulfovibriogigas） 至黑脫硫腸狀菌（Desulfotomaculumnigrificans）第五節(jié)微生物對(duì)無(wú)機(jī)元素的轉(zhuǎn)化作用（三）反硫化作用第七十五頁(yè)，共八十三頁(yè)。含SO42-廢水生物處理工藝

第五節(jié)微生物對(duì)無(wú)機(jī)元素的轉(zhuǎn)化作用第七十六頁(yè)，共八十三頁(yè)。在混凝土溝渠中，硫酸鹽還原所形成的硫比氫，為硫磺細(xì)菌等氧化成硫酸后，可使混凝土由于腐蝕而受到損壞。一般說，廢水中硫酸鹽還原菌是不多的，它們比較集中在溝渠沉淀物中。所以，為了減少溝渠中可能產(chǎn)生的硫化氫，也要求溝渠有適當(dāng)?shù)钠露群图訌?qiáng)渠道的維護(hù)工作。

第七十七頁(yè)，共八十三頁(yè)。二、

磷的轉(zhuǎn)化

1、不溶性無(wú)機(jī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化成可溶性磷酸鹽。

Ca3（PO4