城市水环境新型污染物的去除新技术PPT课件

1、讲 课 提 纲新型污染物介绍 1酶催化技术基础知识介绍3实际案例、文献讲解4优缺点分析 2城市水污染水污染是什么？ 水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。污染物有哪些？悬浮物好氧有机物植物性营养物重金属酸碱污染石油类难降解有机污染物放射性物质热污染病原体水环境中监测出一批新型污染物国际、国内现在热点有机污染物研究对象持久性有机污染物Persistent Organic pollutants，POPs环境内分泌干扰物质Environmental Endocrine DisruptingCh

2、emicals, EEDCs 持久性有机污染物Persistent Organic pollutants， POPs 在环境中难以分解，能够在环境中长期存在，可以通过各种传输途径而进行全球尺度的迁移扩散，通过食物链在生物体内累积放大，对人体和环境产生毒性影响的一类有机污染物。 首批列入斯德哥尔摩公约控制的POPs的12种可分三类： 1.杀虫剂类:艾氏剂（aldrin） 、狄氏剂（dieldrin）、 异狄氏剂（Endrin）、氯丹（chlordane）、七氯（heptachlor）、 灭蚁灵(mirex)、毒杀芬(toxaphene)、滴滴涕(DDT)； 2.工业化学品类:六氯苯(HCB)和多

3、氯联苯(PCBs)； 3.副产品类:二噁英类(PCDDs)和呋喃类(PCDFs)。 类POPs污染物：多环芳烃(PAHs) 、多溴联苯(PBBs) 、 多溴联苯醚( PBDEs) 、多氯联苯醚(PCDEs) 、全氟辛烷磺酰 基化合物( PFOS) POPs的种类POPs的特性 (1) 持久性 一般在水中的半衰期大于2个月，在土壤中的半衰期大于6个月。POPs的特性 (2) 生物积蓄性 低水溶性、高脂溶性的特点，导致POPs从周围媒介中富集到生物体内，并通过食物链的生物放大作用达到中毒浓度。POPs的特性 (3) 迁移性 具有的半挥发性使得它们能够以蒸汽形式存在或者吸附在大气颗粒上，便于在大气环

4、境中做远距离的迁移，同时这一适度挥发性又使得它们不会永久停留在大气中，能够重新沉降到地球上。“蚱蜢效应”(4) 高毒性 POPs大都具有“三致”(致癌、致畸、致突变) 效应。 甲状腺干扰毒性 内分泌干扰效应 肝毒性 遗传毒性 神经系统毒性 潜在致癌性 溴代阻燃剂溴代阻燃剂被广泛应用于电子、化工、纺织、交通、石油、采矿 等领域中，效果好，短期内难以被替代。几种主要溴代阻燃剂 Br-bisphenols (e.g. TBBPA) Br-biphenyls (PBBs) Br-cyclohexanes Br-phosphates Br-toluene Br-phthalic acid derivat

5、ives Br-cyclododecane (HBCD) Br-diphenyl ethers(PBDEs) +others四溴双酚ATBBPA (Tetrabromobisphenol A) 添加型溴代阻燃剂 主要用于印刷电路版 目前在空气、沉积物、底泥和污泥中都检测出 高亲脂性 低水溶性 土壤中 t1/2 2mos 光降解 t1/2 E。推导米氏方程三个假设：根据中间产物学说，酶促反应分两步进行 米氏方程的推导E + S ES E + PK3K4K1K2初始反应时产物的生成量很少 K4 的反应忽略不计E酶总量；Et反应后t时的酶总量；ES中间产物浓度；Et E+ESE + S ES E +

6、 PK3K4K1K2酶促反应开始时，若形成的速度为v,则ES生成速度：v1=k1 ES=k1(Et)-(ES)S ES分解速度：v2=k2 ES+k3ES=(k2+k3)ES E + S ES E + PK3K4K1K2假设：反应体系处于稳态，即ES的生成速度与反应速度相同v1 =v2K1(Et)-(ES)S = ES(k2+ k3)(Et)-(ES)S/ES=(k2+k3)/k1 令 Km=(k2+k3)/k1 则 Km ES+ESS=EtS整理得ES =Et S/(Km S) (1)E + S ES E + PK3K4K1K2由于酶促反应速度由ES决定，即v = K3 ES，所以即ES =

7、 v/ K3 (2)将(2)带入(1)得：v /K3 = Et S/ (Km S)整理得v= K3 Et S/ (Km S) (3)当Et= ES时，v= Vmax，所以Vmax= K3 Et (4)将(4) 带入(3)，则 v= Vmax/(Km+ S)E + S ES E + PK3K4K1K2假设：S E米氏方程由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时,即V=1/2Vmax Km=S米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。因此,米氏常数的单位为mol/L。不同的酶具有不同的Km值，它是酶的一个重要值，它是酶的一个重要的特征物理常数。Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条

8、件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有Km值。 米氏常数Km的意义:Km值表示酶与底物之间的亲和程度：Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低；Km值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。如果一个酶有多个底物，则Km最小的底物是该酶的最适底物。在可逆反应中，两个Km值中最小的反应方向是该酶促反应的主要方向。 米氏常数Km的意义: 米氏常数的测定 基本原则：将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程，再用作图法求出Km。 例：双倒数作图法（Lineweaver-Burk法） 米氏方程的双倒数形式： 1 KmKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax 酶动力学的双倒数图线影响酶促反应几

9、个主要因素pH值温度激活剂抑制剂 pH对酶反应速度的影响 pH对酶反应速度的影响较大。其原因有： 极度pH的条件引起酶蛋白的变性。pH影响底物的解离，从而影响酶与底物的结合。 pH影响酶分子解离状态。 每种酶只能在一定的pH范围内表现出它的活性，且在某一pH值范围内活性最高，其两侧活性都下降。 酶促反应具有一最适pH。 pH对酶反应速度的影响 1.在达到最适温度以前，反应速度随着温度的升高会加快。2.酶是蛋白质，其变性速度亦随温度上升而加快。3.酶的最适温度不是一个固定不变的常数。温度对酶反应速度的影响 激活剂对酶反应速度的影响激活剂：能提高酶活性的物质。 无机离子： 主要是金属离子，它们有的

10、本身就是酶的辅助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。 如激酶需要Mg2+激活，唾液淀粉酶需要Cl-激活。主要的激活剂有： 有机小分子： 一些还原剂，如抗坏血酸、半胱氨酸，使含-SH的酶处于还原态 金属螯合剂，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可络合一些重金属杂质，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高。激活剂对酶反应速度的影响抑制作用：有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心或必需基团的化学性质发生改变，从而使酶活力降低或丧失。抑制剂对酶反应速度的影响抑制剂类型和特点 竞争性抑制剂可逆抑制剂 非竞争性抑制剂 反竞争性抑制剂 非专一性不可逆抑制剂不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制剂抑制剂与酶的必须基团以共价键结合

11、而引起酶活力丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活，称不可逆抑制（irreversible inhibition）。抑制剂与酶的必须基团以共价键结合而引起酶活力丧失，能用物理方法除去抑制剂而使酶复活，称可逆抑制（reversible inhibition）。 某些抑制剂的化学结构与底物相似，与底物竞争酶的活性中心并与之结合，从而减少了酶与底物的结合，因而降低酶反应速度。这种作用称为竞争性抑制作用。1. 竞争性抑制作用+IEIESP+ EE+S抑制剂（I）和底物（S）竞争酶的结合部位，从而影响了底物与酶的正常结合。酶的活性部位不能同时既与底物结合又与抑制剂结合，因而在底物和抑制剂之

12、间产生竞争，形成一定的平衡关系。大多数竞争性抑制剂的结构与底物结构类似。竞争性抑制作用 牛牛文库文档分享非竞争性抑制作用+IEI+SESIESP+ EE+S+I实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+） 金属络合剂（EDTA、F-、CN-、N3-）作用特点：底物和抑制剂同时和酶结合两者没有竞争作用。酶与抑制剂结合后还可以与底物结合；酶与底物结合后还可以与抑制剂结合。但是中间的三元复合物不能进一步分解为产物，因此酶活性降低。这类抑制剂与酶活性部位以外的基团相结合，其结构与底物无共同之处，这种抑制作用不能用增加底物浓度来解除抑制，故称非竞争性抑制。这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法

13、来消除。 牛牛文库文档分享ESIESP+ EE+S+I作用特点：酶只有与底物结合后，才能与抑制剂结合。反竞争性抑制作用 牛牛文库文档分享竞争性抑制作用非竞争性抑制作用竞争性非竞争性抑制作用机理示意图底物与酶专一性结合有无抑制剂存在时酶促反应的动力学方程 非专一性不可逆抑制剂 抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。专一性不可逆抑制剂 这类抑制剂选择性很强，它只能专一性地与酶活性中心的某些基团不可逆结合，引起酶的活性丧失。 1.辣根过氧化物酶 辣根过氧化物酶是酶处理废水领域中应用最多的一种酶。有过氧化氢存在时，它能催化氧化多种有毒的芳香族化合物，包括酚、苯

14、胺、联苯胺等，反应物是不溶于水的沉淀物。 2.木质素过氧化物酶 木质素过氧化物酶也叫木质素酶，是白腐真菌细胞酶系统的一部分。它可以处理很多难降解的芳香族化合物和氧化多种多环芳烃、酚类物质。 3.漆酶 漆酶是由一些真菌产生，可通过聚合反应去除有毒酚类。它具有非选择性，能同时减少多种酚类的含量。漆酶的去毒功能与被处理的特定物质、酶的来源及环境有关。持久性有机污染物Persistent Organic pollutants， POPs 在环境中难以分解，能够在环境中长期存在，可以通过各种传输途径而进行全球尺度的迁移扩散，通过食物链在生物体内累积放大，对人体和环境产生毒性影响的一类有机污染物。 (1)

15、 种类繁多，分布广泛，易富集。 环境激素产量巨大，不易降解，易挥发，残留期长，可以通过水、大气循环遍布包括南北极在内的全球各地。并且最终通过生物富集和食物链的放大作用在生物体内富集。 该特性与POPs的典型特征相似，因此POPs和EEDCs物质有交叉！EEDCs的特型 (3) 对幼体特别敏感 幼体在发育期受到污染量约为成人平均水平的10-20倍，而且由于机体发育过程内分泌系统缺乏发保护体制，同时幼体的激素受体分辨能力不如成体高 ，所以，孕期、幼年动物及幼儿对激素的反应比成体敏感。 生物降解生物降解 光降解光降解热降解热降解电解和催化氢解电解和催化氢解当水中这些污染物浓度极低时，甚至低于水中其他

16、常见的干扰物质浓度如天然有机质等，要想将其去除至安全浓度，则要耗费大量的能量或试剂；在一些技术处理过程中，如氯化等过程，会生成一些中间产物，这些中间产物的毒性的甚至比母体化合物的毒性还要强。酶催化的特征1酶的结构3酶催化机制4酶促反应动力学 2由于酶促反应速度由ES决定，即v = K3 ES，所以即ES = v/ K3 (2)将(2)带入(1)得：v /K3 = Et S/ (Km S)整理得v= K3 Et S/ (Km S) (3)当Et= ES时，v= Vmax，所以Vmax= K3 Et (4)将(4) 带入(3)，则 v= Vmax/(Km+ S)E + S ES E + PK3K4K1K2假设：S E米氏方程非竞争性抑制作用+IEI+SESIESP+ EE+S+I实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+