第四章 微生物与生物地球化学循环.ppt

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1、微生物与自然界物质循环C、N、P、S一、碳素循环沼气-能挽救森林的生物质能源山东民和牧业3兆瓦鸡粪沼气发电工程二、氮素循环三种存在形式：分子氮、有机氮化合物、无机氮化物四种作用：氨化作用、硝化作用、反硝作用及固氮作用二、自然界中的氮素循环（一）生物固氮：NNNH31.工业固氮作用N2+3H22NH3300大气压300℃铁触媒2、生物固氮作用NNNH36NAD(P)HNAD(P)+ATPADP+PiMg2+两类细菌：硝化细菌：NO2-NO3-（二）硝化作用:好氧时亚硝酸细菌：NH4+NO2-兼性厌氧的硝酸盐

2、还原细菌将硝酸盐还原为氮气。NO3-NO2-NON2ON2反硝化作用的三种结果：a.通过硝酸还原酶的作用将硝酸还原为氨。b.反硝化细菌在厌氧条件下，将硝酸还原为氮气。c.硝酸盐还原为亚硝酸。反硝化作用的危害：反硝化作用一般只在厌氧条件下，如淹水的土壤，或死水塘中发生。使土壤的肥力下降，在污水生物处理系统中，使出水含有多量的泥花，影响出水的水质。（三）反硝化作用：（四）氨化作用:有机氮NH4++SO42-+H2O（五）铵盐同化作用：所有绿色植物和许多微生物进行的以铵盐为营养，合成氨基酸、蛋白质、核酸和其它含

3、N有机物的作用，都是---。三、硫的生物循环沉默的矿藏铜（copper）：红色的金子西班牙人从黄色的河流中获得铜矿。但直到三十年前，人们才意识到在从微溶的铜硫化物到可溶的铜硫酸物的萃取过程中，细菌起到了积极的辅助作用。微生物能把上亿吨的低价值铜转变成纯铜。在美国、加拿大、智利、澳大利亚及其南非，微生物通过生物浸矿法生产出的铜占总产量的四分之一。沉默的矿藏细菌沥滤（bacterialleaching）又称细菌浸出或细菌冶金它利用化能自养的硫化细菌对矿物中的硫或硫化物的氧化作用，让其不断制造和再生酸性浸矿剂，

4、使所需要的铜等金属不断地从低品位的矿石中溶解出来，成为硫酸铜等金属盐类的溶液，然后再通过电动序较低的铁等金属（一般用废铁粉）加以置换，也可用离子交换等方法，以取得其中铜等有色金属或其他稀有金属。（1）溶矿铜矿石的种类很多，小颗粒的低品位矿石在浸矿剂Fe2(SO4)3或H2SO4的作用下，溶出了大量的CuSO4。例如：优点是投资少、建设快、成本低、操作简便、规模可大可小，尤其适合于贫矿、废矿、尾矿或火治炉渣中金属的浸出；缺点是周期长、矿种有限以及不适宜高寒地区使用等。含磷矿物风化作用PO43-不溶性磷酸盐有

5、机磷化物土壤固定微生物溶磷作用植物微生物同化作用微生物解磷作用磷的生物循环1.有机磷化物的分解(解磷作用)2.不溶性无机磷化物的转化(溶磷作用)3.有效磷的微生物固定四、磷的生物循环生物脱氮除磷机理及生物学基础污水的生物脱氮除磷技术生物脱氮除磷机理及生物学基础城市污水经传统的二级处理以后，虽然绝大部分悬浮固体和有机物被去除了，但还残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮和磷等的化合物。氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮用水水源。太湖的富营养化一氮、磷的去除（一）氮的生物去

6、除废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。(1)生物脱氮机理生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。同化作用去除的氮依运行条件和水质而定，如果微生物细胞中氮含量以12.5%计算，同化氮去除占原污水BOD的2%~5%，氮去除率在8%~20%。缺氧缺氧a氨化反应：新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨态氮如NH3及NH4+等。微生物分解有机氮化合物

7、产生氨的过程称为氨化作用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：水解细菌分解硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。总反应式为：硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。b硝化反应：返回反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过

8、程。反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。总反应式为：c反硝化反应：在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下：式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为：从以上的过程可知，约96％的NO3-N经异化过程还原，4％经同