微生物对有机物的降解作用.ppt

微生物对有机物的降解作用 主要内容 有机物污染及处理方法微生物降解有机物的机理及影响因素微生物降解有机物的应用现状存在问题及发展方向参考文献 1 1 2 3 4 5 一有机物污染及处理方法 有机物的污染有机污染物是指以碳水化合物 蛋白质 氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物 其种类主要包括 酚类化合物 芳香族化合物 氯代脂肪族化合物和腈类化合物等 目前 由于大量工业废水和生活污水未达标排放 以及广大农村地区大量使用化肥和农药等农用化学物质 使我国水体和土壤受到不同程度的污染 严重的破坏了地球的生态平衡 1 水的有机物污染现状目前 七大水系的411个地表水监测断面中 水质为 类 类和劣 类的断面比例分别为41 32 和27 其中 珠江 长江水质较好 辽河 淮河 黄河 松花江水质较差 海河污染严重 2 土壤的有机物污染现状农业土壤中15种多环芳烃 PAHs 总量的平均值为4 3mg kg 且主要以4环以上具有致癌作用的污染物为主 占总含量的约85 仅有6 的采样点尚处于安全级 而工业区附近的土壤污染远远高于农业土壤 多氯联苯 多环芳烃 塑料增塑剂等 这些高致癌的物质可以很容易在重工业区周围的土壤中被检测到 而且超过国家标准多倍 2 处理方法 1 物理方法如光催化降解 其机理为当半导体光催化剂 如Ti02等 受到能量大于禁带宽度的光照射时 其价带上的电子 e 受到激发 跃过禁带进人导带 在价带留下带正电的空穴 h 光生空穴具有强氧化性 光生电子具有强还原性 二者可形成氧化还原体系 2 化学方法如臭氧氧化 其氧化有机物的途径有两种 一是臭氧分子的直接氧化反应 包括打开双键发生加成反应 亲电反应和亲核反应 另一种是自由基的反应 即臭氧在碱性环境作用下 产生活泼的自由基 主要是羟基自由基 OH 与污染物反应 3 生物方法包括植物修复 动物修复和微生物修复三类技术 植物修复技术是指直接利用各种活体植物 通过提取降解和固定等清除环境中的污染物 或削减污染物的毒性 可用于受污染的地下水 沉积物和土壤的原为修复 其方式主要有四种 植物提取 植物降解 植物稳定和植物挥发 动物修复技术是指用小型或大型动物来修复受污染的环境 如用蚯蚓富集农药六六六 以达到修复的目的 微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物 或是使污染物无害化的过程 包括自然和人为条件下的污染物降解或无害化过程 其机理在后面做详细介绍 4 联用技术结合了以上三种方法 可以在很大程度上提高污染修复效率 如物理修复中的电动力学修复可以为微生物提供营养 提高土壤微生物的降解活性 也可以将污染物迁移至植物根部 提高植物修复效率 3 微生物降解有机物的优势 1 微生物可以将有机物彻底分解成CO2和H2O 永久的消除污染物 无二次污染 2 降解过程迅速 费用低 为传统物理 化学方法费用的30 50 3 降解过程低碳节能 符合现在节能减排的环保理念 二微生物降解有机物的机理及影响因素 1 降解机理用于降解有机物的微生物主要有细菌和真菌 降解的方式主要包括堆肥法 生物反应处理和厌氧处理等 但每一过程都是利用微生物的代谢活动把有机污染物转化为易降解的物质甚至矿化 1 以多环芳烃 PAHs 2 和农药 3 的降解为例来说明 微生物对PAHs降解主要有两种代谢方式a 以PAHs为唯一碳源和能源代谢机理在多环芳烃的诱导和微生物分泌的单加氧酶或双加氧酶的催化作用下 把氧加到苯环上 形成C 0键 再经过加氢 脱水等作用使C C键断裂 苯环数减少 b 与其它有机质共代谢机理PAHs苯环的断开主要是靠加氧酶的作用 加氧酶把氧加到C C键上形成C 0键 经加氢 脱水等作用使C C键断裂 苯环数减少 微生物加氧酶对多环芳烃的作用见图1 微生物对农药的降解目前 对于微生物降解农药的研究主要集中于细菌 细菌降解农药的本质是酶促反应 即化合物通过一定的方式进入细菌体内 然后在各种酶作用下 经过一系列的生理生化反应 最终将农药完全降解或分解成分子量较小的无毒或毒性较小化合物的过程 对于各种杀虫剂的微生物降解途径已比较清楚 表1列举了几种主要的降解途径 2 影响因素 1 营养物质微生物分解有机物一般利用有机污染物作为碳源 但同时需要其他的营养物质 如氮源 能源 无机盐和水 2 电子受体有机污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度极大地影响着污染物降解的速率和程度 微生物氧化还原反应的最终电子受体包括溶解氧 有机物分解的中间产物和无机酸根 如硝酸根 硫酸根和碳酸根等 三大类 3 污染物的性质有机物的分子量 空问结构 取代基的种类及数量等都影响到微生物对其降解的难易程度 一般情况下 高分子化合物比低分子量化合物难降解 聚合物 复合物更能抗生物降解 空间结构简单的比结构复杂的容易降解 苯环上有 0H或 NH2的化合物都比较容易被假单胞菌WBC 3所降解 4 环境条件这主要包括酸碱度 PH一般应在6 5 8 5的范围内 温度 湿度 5 微生物的协同作用自然界中 多数微生物降解过程需要两种或更多种类微生物的协同作用才能完成 微生物之间的这种协同作用主要体现在 一种或多种微生物为其他微生物提供B族维生素 氨基酸及其他生长因素 一种微生物将目标污染物分解为中间产物 第二种微生物继续分解中间产物 一种微生物通过共代谢将目标产物进行转化 只有在其他微生物存在条件下才能将其彻底分解 一种微生物分解目标产物形成有毒中间物 使分解率下降 其他微生物可能以这种有毒中间产物为碳源 三微生物降解有机物的应用现状 酚类化合物的降解降解菌主要包括黄杆菌 镰刀菌 产碱杆菌等 其中白僵菌降解率达96 假单胞菌降解率为95 4 5 2 芳香族化合物的降解芳香族化合物包括苯二甲酸酯类化合物 氯苯类化合物 农药 五氯酚等 苯胺 硝基苯类化合物和其他芳香烃类化合物 用于降解他们的微生物主要包括白腐菌 芽胞杆菌 枯草芽孢杆菌等 例如白腐菌2d可降解约40 的氯苯类化合物 60d可降解88 90 的五氯酚 6 7 3 氯代脂肪族化合物的降解如分枝杆菌TA5和TA27能以乙烷 乙醇和其他含碳化合物为能源 可降解初始浓度为75mg L的三氯乙烷 大肠杆菌 假单胞菌 Shewanellaputrefaciens200可使四氯化碳降解脱氯 4 腈类化合物的降解霍夫曼棒杆菌 微黄色节杆菌 克雷作氏杆菌可将乙腈 丙腈 丁腈和丙烯腈等脂肪族腈降解生成相应的酰胺 羧酸和氨 四存在问题及发展方向 1 存在问题 1 微生物对有机物的降解有一定的选择性 2 微生物不能将有机物彻底降解 3 某些有机物经生物降解后 毒性增加 如三氯乙烯 TCE 降解的产物之一氯乙烯 VC 是致癌物 2 发展方向 1 通过基因工程 培养 超级菌 和 混合菌 使其可同时分解多种有机污染物 2 发展 联用技术 将物理方法 化学方法和生物方法等有效结合起来 3 全面了解微生物降解的过程 以免生成毒性更大的降解产物 五参考文献 1 戴树桂 环境化学 M 北京 高等教育出版社 2006 2 思显佩 曹霞霞等 微生物降解多环芳烃的影响因素及机理研究进展 J 重庆工商大学学报 自然科学版 2009 26 5 457 462 3 杨明伟 叶非 微生物降解农药的研究进展 J 植物保护 2010 36 3 26 29 4 Logan B E eta1 Adsorptionandremovalofpentachlorophenolbywhiteforfungiinbatchculture WaterRes 1994 28 7 1533 1538 5 周大石 马汐平等 生物吸附再生法处理品含酚 氰废水细菌类群与功能的研究 中国环境科学 1991 11 3 227 231 6 CarmenRuttimann Tohnsoneta1 PolymerizationofPentachlorophenolandFerulicAcidbyFungalExtracellularLignin DegradingEnzymes AppliedandEnvironmentalMicrobiology 1996 62 10 3890 3893 7 YadavJ S Degradationofpolyc