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高职版环境微生物第六章_微生物对污染物的降解与转化有机物课件

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微生物对污染物的降解与转化 微生物对污染物的降解和转化 微生物对污染物 的降解和转化 环境微生物的 第六章微生物对污染物的降解和转化 污染物的降解与转化 微生物对有机污染物的降解与转化
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The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 主要内容:主要内容: • • 有机污染物生物降解与转化有机污染物生物降解与转化 • • 天然物质:天然物质: 如纤维素与半纤维素、木质素等多糖类;脂肪、蜡质等脂类;石油如纤维素与半纤维素、木质素等多糖类;脂肪、蜡质等脂类;石油 • • 人工合成物质人工合成物质 如:农药、多氯联苯(如:农药、多氯联苯(PCBPCB)、塑料、合成洗涤剂等)、塑料、合成洗涤剂等 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 第一节第一节 有机污染物的生物净化机理有机污染物的生物净化机理 • 净化本质——微生物转化有机物为无机物 • 依靠——微生物好氧分解与厌氧分解 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 一、好氧分解一、好氧分解 • 细菌是其中的主力军 • C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐 • H → H2O • N → NH3 → HNO2 → HNO3 • S → H2SO4 • P → H3PO4 无毒无臭!无毒无臭! → 矿化盐 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. • C → RCOOH(有机酸)→CH4 + CO2 • N → RCHNH2COOH → NH3(臭味臭味) + 有机酸(臭味臭味) • S → H2S(臭味臭味) • P → PO43- • • 水体自净的天然过程中水体自净的天然过程中 厌氧分解(开始)→ 好氧分解(后续 ) 二、厌氧分解二、厌氧分解 • 厌氧细菌 • • 原理:原理:发酵、厌氧呼吸 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 分解纤维素的微生物:分解纤维素的微生物: • 好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 • 厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤 维芽孢梭菌。 • 放 线 菌——链霉菌属。 • 真 菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。 • 需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。。 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 2 2.半纤维素的转化.半纤维素的转化 • 存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤 维素。 • • 分解过程分解过程 好氧分解 TCA循环 聚糖酶 CO2 + H2O 半纤维素 单糖 + 糖醛酸 H2O 各种发酵产物 厌氧分解 • 分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。 •许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、 曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. Lignin Lignin 木质素木质素 木质素 空腔 纤维素 3 3 .. 木木 质质 素素 的的 转转 化化 •木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中,由松 柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。 香豆醇香豆醇松柏醇松柏醇芥子醇芥子醇 聚合 交联 木质素模式图:具有苯丙烷结构单元、降解缓慢木质素模式图:具有苯丙烷结构单元、降解缓慢 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. • 确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌。 黄孢原毛平革菌黄孢原毛平革菌 (Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌 的一种,隶属于担子菌纲 、同担子菌亚纲、非褶菌 目、丝核菌科。 白腐—树皮上木质素被该菌分 解后漏出白色的纤维素部分。 *3.木质素的降解——意义何在呢? The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. (二)油脂的转化(二)油脂的转化 • 水中来源:毛纺、毛条厂废水、 油脂厂废水、肉联厂废水、制革 厂废水含有大量油脂 • 降解油脂较快的微生物: • 细 菌 —— 荧光杆菌、绿脓杆菌 、灵杆菌 • 丝状菌 —— 放线菌、分支杆菌 • 真 菌 —— 青霉、乳霉、曲霉 • 途径:水解+β氧化 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. (三)石油的转化(三)石油的转化 • 提问:什么是石油? • 石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的 复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事 故现场以及石化行业的工业废水中。 • • 1 1.石油成分的生物降解性.石油成分的生物降解性 • 与分子结构有关 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. A A..链长度链长度 链中等长度(C10~C24)>链很长的(C24以上)>短链 B B..链结构链结构 • 直链 ? 支链 • 不饱和 ? 饱和 • 烷烃 ? 芳烃 • 链末端有季碳原子(四周都与C相连)的烃以及多环 芳烃极难降解 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. (三)石油的(三)石油的降解降解 • 降解石油的微生物很多,据报道有200多种 • 细 菌 —— 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放 线菌 —— 诺卡氏菌 • 酵母菌 —— 假丝酵母 • 霉 菌 —— 青霉属、曲霉属 • 藻 类 —— 蓝藻和绿藻 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 石油的降解机理:石油的降解机理: A A..链烷烃的降解链烷烃的降解 + O2 R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH β-氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. B B..无支链环烷烃的降解无支链环烷烃的降解 • 以环己烷为例 通常一些微生物只能将环烷变为环己酮,另一些微生物只能将 环己酮氧化开链而不能氧化环己烷,两类以上微生物的协同作协同作 用用下将污染物 彻底降解——共代谢。 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. C C..芳香烃的降解芳香烃的降解 • 芳香烃普遍具有生物毒性,但在低浓度范围内它们可 以不同程度的被微生物分解。 已知降解不同芳香烃的细菌类别 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 苯和酚的代谢苯和酚的代谢 • 苯的降解为如下图所示 苯的代谢苯的代谢 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. • 提问:为什么这些有机物难于生物降解? • 微生物缺乏相应的水解酶 第三节第三节 人工合成的难降解有机化合人工合成的难降解有机化合 物的生物降解物的生物降解 • 难———对于自然生态环境系统,如果一种化合 物滞留可达几个月或几年之久,或在人工生物处理 系统, 几小时或几天之内还未能被分解或消除 • 种类:稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物 、杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废物等 。 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 1 1.洗涤剂.洗涤剂 •可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类 。 •我国目前生产的洗涤剂属于阴离子型烷基苯磺酸钠阴离子型烷基苯磺酸钠。较早 开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐(ABS): ABSABS 甲基分支干扰生物降解,链末端与4个碳原子相连的季碳 原子抗分解的能力更强。 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. • 危害:ABS可以在天然水体中存留800h以上,使这得接 纳他的水体长时间保持,产生大量泡沫,引起水体缺氧 。 • 为使洗涤剂易于生物降解,人们已将ABS的结构改变为 线性的直链烷基苯磺酸盐(烷基苯磺酸盐(LASLAS):): • 由于减少了分支,它的生物分解速度大为提高。 ABSABS The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. A A..降解洗涤剂的微生物降解洗涤剂的微生物 • 细 菌——假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱 杆菌、微球菌、大多数固氮菌 • 放线菌——诺卡氏菌 •由于这些微生物的作用,虽然每年排放入环境中的洗涤剂数量逐年递增,但 目前环境中并没有发生洗涤剂的明显增加。 •洗涤剂目前存在的问题主要是:洗涤剂中的添加剂聚磷酸盐造成的水体富营 养化问题 。 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. B B..洗涤剂的降解机理洗涤剂的降解机理 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. •对微生物无影响 •(1).土地板结 •(2). 被海鸟及海洋哺乳动物误食,致使这些动物消化系统停滞 ,引起死亡。具报道每年海洋中死于废弃塑料的海鸟和海洋哺乳 动物,数目之多令人触目惊心。 •(3).影响景观 • 目前发现能降解塑料的微生物,种类很少,而且降解 速度缓慢。他们主要是细菌细菌、放线菌、曲霉中的某些放线菌、曲霉中的某些 成员成员。 2 2. .塑料塑料 • 塑料在环境中积累有哪些危害? • 危害:白色污染 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. • 提问:如何解决塑料的难降解问题? • (1)限制使用不可降解塑料 • (2)开发可降解塑料开发可降解塑料 • 如:光降解、高填充碳酸钙、填充淀粉、淀粉改 性塑料、 化学合成或用微生物、转基因植物直接 生产可生物降解的塑料。 * 如何制造完全生物可降解塑料 ?有哪些种类?发展前景如何? The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 3 3. .农药农药 • 如杀虫剂、除草剂等 • 化学成分:有卤素、磷酸基、氨基、硝基、羟基及其它取代物的 简单烃骨架(有机磷、有机锡、有机氯等)。 •随着卤素取代基数量的增多,农药的生物可降解性大幅度下降。 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. • 危害:生物毒性(急性、慢性、致癌、致畸变) • 最典型的例子:杀虫剂DDT(二氯二苯三氯乙烷),由于氯 代基数量大,在自然界的半衰期长达半年以上 • DDT不溶于水而易溶于脂肪,因而可在动物脂肪组织中堆积 ,并沿着食物链在逐级向上不断积累,引起生物各种急慢性 中毒。 • 降解农药的微生物: • • 细细 菌菌 —— —— 假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌假单胞菌、芽孢杆菌、产碱杆菌、黄杆菌 • • 放线菌放线菌 —— —— 诺卡氏菌诺卡氏菌 • • 真真 菌菌 —— —— 曲霉曲霉 • 这些微生物往往需共代谢需共代谢将农药逐级降解。 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 了解:氮源有机污染物的降解与转化了解:氮源有机污染物的降解与转化 • 蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。 • • ((一)蛋白质的转化一)蛋白质的转化 • 水中来源: 生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制 革废水等 1 1.降解蛋白质的微生物.降解蛋白质的微生物 • 种类很多 •好 氧 细 菌—— 链球菌和葡萄球菌 •好氧芽孢细菌——枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及马铃薯芽孢 杆菌 •兼 性 厌 氧 菌——变形杆菌、假单胞菌 •厌 氧 菌——腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌 •此外,还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌)。 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. • 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及硝基化合 物 • 水中来源:化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。 • 危 害:生物毒害 、环境积累 A A..降解这些物质的微生物降解这些物质的微生物 • 细 菌——紫色杆菌、假单胞菌 • 放线菌——诺卡氏菌 • 真 菌——氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病镰刀霉)、木 霉及担子菌等 The guiding ideology should be guided by Deng Xiaoping's theory, the important thought of “three represents“ and the spirit of the 16th CPC National Congress and the third Plenary session of the 16th CPC Central Committee. 作业: • P115:第4、5、6、7题
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