微生物对污染物的降解与转化2

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1、第八章微生物对污染物的降解与转化8.1概述8.1.1微生物降解与转化的巨大潜力环境中存在的各种天然产物，特别是有机物，几乎都能找到可以使之降解或转化它的微生物。然而由于近几十年来许多人工合成的化合物，是自然界中原来所没有的。因此不可能存在有作用于它们能使之分解的微生物和酶系，甚至对微生物还有杀灭作用。由于微生物个休小、繁殖迅速、比表面大等特点。它们较之其它生物更易适应环境，并可通过自然灾变产生新菌种，产生新的酶系统，具有新的代谢功能，从而可参与对人工新合成化合物的降解与转化作用。因此微生物对降解污染物具有巨大潜力。例如已发现多种微生物对合成有机物的降解作用：酚类已发现降解细菌有

2、30个属，66种卤素有机物降解细菌有27个属，40种合成含氮有机物降解细菌有18个属，36种合成表面活生剂降解细菌有18个属，43种石油烃类降解细菌有100多个属，200多种8.1.2有机污染物的可生物降解性当前已知的环境污染物达数十万种，其中大量为有机化合物，它们可接受光分解，化学分解与生物分解，其中生物分解为主。1．可生物降解性1）可生物降解物质：单糖、蛋白质、淀粉、核糖等降解快的物质2）难生物降解物质：纤维素、农药、烃类、降解慢的一类物质3）不可生物降解物质：塑料、尼龙、腈纶、涤纶、聚酯、氟里昂、多环，杂环芳烃、高聚物等2．可生物降解性的测定1）基质的可生物氧化率——（待

3、测物）基质完全彻底氧化所应消耗的理论需氧量与微生物分解基质所消耗氧量的比值。实验室中微生物的耗氧量可应用瓦勃(Warburg)呼吸仪测定，通过测压计测知释放出CO2量或消耗O2量，从而测得可生物降解率。1）基质的生化呼吸曲线——耗氧曲线。实验数据绘出一条耗氧量或速度随时间变化的曲线，为便于比较可同时绘制内源呼吸线，它是在不投加基质的条件下，微生物处于内源呼吸状态时利用细胞体内物质作营养呼吸耗氧随时间变化的曲线。讨论三种情况1)微生物降解试验1）土壤消毒实验——此法适用于新开发农药可生物降解性的评定。选取有代表性土壤混匀分两组，一组经高温消毒或药液处理杀灭其中微生物；另一组不消毒

4、，分别施入同量的待测农药置室温时培养，定期检测两组土壤中农药消失情况，最后判定农药可生物降解性及降解速度。2）培养液中降解试验此试验可在多种试验液中同时进行，在三角烧瓶中配制各种待测试液，可补加适当的N、P、S生长素和其它营养物，调节pH，在试验液中接种微生物进行恒温培养，通过测定色度、浊度、COD、BOD或其它指标全面评价试验可生化性。1．其它方法与指标1）由于生物对有机物的呼吸作用的本质是脱氢，所以可利用脱氢酶活性作为微生物分解污染物的指标。若培养液中微生物脱氢酶活性增加，则说明对试验物有降解性。采用比色法测酶活性。2）生物体内的ATP（三磷酸腺苷）含量与生物数量及活性呈正

5、相关。通过测ATP量作微生物分解利用污染物的指标。3）同位素检测：有机物彻底分解结果放出CO2，可利用放射性14C标记待测污染物中释放的14CO2计算其回收率，从而评定该污染物生物降解性。8.2微生物对石油污染物的降解石油是一种含有多种烃（正烷烃、支链烷烃、芳烃、脂肪烃）及其它有机物（硫化物、氮化物、环烷酸）的复杂混合物。8.2.1微生物对石油的降解能力C10～C18范围的化合物易分解。烃最易分解，烷烃次之，芳烃难，多环芳烃最难，脂肪烃基本不分解，苯极难降解。1个细菌细胞平均氧化油量为5×10-12mg/h微生物降解油率：35～350g/m3·年原油接触天然水，大部直链烃７天内

6、消失，链烃需数月，芳烃则不待降解已沉入底泥中。8.2.2降解石油的微生物能降解石油的微生物有100属，200多种，包括：细菌、放线菌、霉菌、酵母、藻类及蓝细菌。8.2.3生物降解石油污染物的工艺方法：A/O法、A2/O、AB、A1-O1-A2-O2、SBR等。8.3微生物对农药的降解我国每年使用农药50～100万吨，利用率只有10%，大量农药残留土壤中，有的被土壤吸附，有的扩散入大气，有的转移到水体河流、湖泊、海洋，引起全球性污染。能降解农药的微生物种属也很多。8.3.1微生物降解农药的途径1酶促作用1）酶促作用——需先经诱导产生特殊酶而后才能使农药降解，有的可直接利用农药作能

7、源和碳源。2）共代谢作用——对于难降解顽固复杂的农药，通过先培养容易降解其中一种农药，促使对其它农药的降解作用。3)去毒代谢——微生物不直接利用农药作营养，而是摄取其它有机物作营养和能源，在其中发展了为保护自身的生存解毒作用。2非酶促作用——微生物代谢中使pH降低引起农药溶解，或产生某些化学物质促进农药转化。3微生物代谢引起农药参与系列生化反应：脱卤作用、脱烃作用、酰胺及脂的水解、氧化还原作用、环裂解、缩合或共轭效应等使农药逐渐降解。例对硫磷的降解：微生物代谢将对硫水解变成较小分子，然后进一