第十章微生物的有机物降解演示文稿第一页，共八十三页优选第十章微生物的有机物降解第二页，共八十三页第一节第一节 微生物对有机物的分解作用微生物对有机物的分解作用一、生物分解的一般特点一、生物分解的一般特点（一）有机物生物分解的一般特点（一）有机物生物分解的一般特点1 1、概念：、概念：微生物对有机物的分解作用（或降解作用）常简微生物对有机物的分解作用（或降解作用）常简称为称为“生物分解生物分解”或或“生物降解生物降解”2 2、特点：、特点：有机物经逐步分解后，产生能进入有机物经逐步分解后，产生能进入TCATCA途径或能作为途径或能作为合成代谢原料的中间代谢产物，继而被转化为小分子有机物、合成代谢原料的中间代谢产物，继而被转化为小分子有机物、无机物等分解产物和微生物细胞无机物等分解产物和微生物细胞第三页，共八十三页4有机污染物的生物分解过程生物分解后的去向细胞物质（微生物的生长）分解产物（CO2、小分子有机物等）第四页，共八十三页二、生物分解的分类二、生物分解的分类1、根据生物分解的程度和最终产物的不同，有机、根据生物分解的程度和最终产物的不同，有机物的生物分解可分为物的生物分解可分为生物去除（表观分解）、初级分生物去除（表观分解）、初级分解、环境可接收的分解和完全分解（矿化）解、环境可接收的分解和完全分解（矿化）等不同类等不同类型。
型第五页，共八十三页6生物分解类型生物分解类型特点特点分解对象有机物的分解对象有机物的分析方法分析方法生物去除生物去除（BioeliminationBioelimination）由于微生物细胞、活性污泥等的吸附作用使化由于微生物细胞、活性污泥等的吸附作用使化学物质浓度降低的一种现象这里所说的学物质浓度降低的一种现象这里所说的“生物生物去除去除”不是真正意义上的分解，而是一种表观现不是真正意义上的分解，而是一种表观现象，也可称为象，也可称为“表观生物分解表观生物分解”各种色谱分析各种色谱分析有机碳分析有机碳分析初级分解（初级分解（Primary Primary biodegradationbiodegradation）在分解过程中，化学物质的分子结构发生变化，在分解过程中，化学物质的分子结构发生变化，从而失去原化学物质特征的分解从而失去原化学物质特征的分解各种色谱分析各种色谱分析官能团分析官能团分析毒性测试毒性测试环境可接收的分解环境可接收的分解（Environmentally Environmentally acceptable acceptable biodegradationbiodegradation）经过生物分解，化学物质的物理化学性质和毒经过生物分解，化学物质的物理化学性质和毒性达到环境安全要求的程度。
性达到环境安全要求的程度各种色谱分析各种色谱分析官能团分析官能团分析毒性测试毒性测试完全分解完全分解（Ultimate Ultimate biodegradationbiodegradation）有机化合物被分解成稳定无机物（有机化合物被分解成稳定无机物（COCO2 2、H H2 2O O等）等）的分解的分解总有机碳分析总有机碳分析产生的产生的COCO2 2分析分析有机物的有机物的生物分解类型生物分解类型及其特点及其特点 第六页，共八十三页2、根据是否在有氧气存在的条件下，可分为、根据是否在有氧气存在的条件下，可分为好氧分解和厌氧分解两种类型与厌氧生好氧分解和厌氧分解两种类型与厌氧生物分解相比，好氧分解往往具有分解速率物分解相比，好氧分解往往具有分解速率快、分解程度彻底、能量利用率高、转化快、分解程度彻底、能量利用率高、转化为细胞的比例大等特点为细胞的比例大等特点第七页，共八十三页8微生微生物的物的分类分类好氧微生物（好氧微生物（aerobe）：只能在有氧条件下生长，没有氧气无：只能在有氧条件下生长，没有氧气无法生存法生存.厌氧微生物（厌氧微生物（anaerobe）：只能在没有氧气的环境下生长，：只能在没有氧气的环境下生长，有氧气反而不能生长。
有氧气反而不能生长兼性微生物（兼性微生物（facultative aerobe）：即可在有氧条件下，也：即可在有氧条件下，也可在无氧条件下生长在自然界中，大多数可在无氧条件下生长在自然界中，大多数微生物属于这一类微生物属于这一类根据分解根据分解条件分类条件分类好氧分解：好氧分解：在好氧条件下进行的分解在好氧条件下进行的分解 好氧呼吸好氧呼吸厌氧分解厌氧分解：在厌氧条件下进行的分解：在厌氧条件下进行的分解厌氧呼吸厌氧呼吸发酵发酵第八页，共八十三页9兼性微生物的代谢：兼性微生物的代谢：DO0.20.3mg/L条件下：好氧代谢条件下：好氧代谢 DO3）异源基团的位置对生物降解性产生显著影响第二十九页，共八十三页8）好氧条件下的降解规律与厌氧有时不同9）化学品的生物降解性预测物理化学性质生物降解性/QSBR(Quantitative Structure Biodegradability Relationship)5）脂肪族：分子量越大越不易降解6）芳香族0.4-0.6 可生物处理性好0.2BOD5/CODcr0.4 含有难生物分解的有机物，较难生物处理BOD5/CODcr1.2 可生物处理性好0.3BOD5 /DOC1.2 含有难生物分解的有机物，较难生物处理BOD5/DOC0.3 有机污染物的生物分解性差，难以生物处理 BOD5/DOC 比值预测污水可生物处理性的参考标准第三十九页，共八十三页。
1. 纤维素多糖化合物乳酸纤维二糖葡萄糖能降解纤维素的微生物： 主要是霉菌和一些特殊的细菌：纤维粘菌、纤维杆菌、莲霉菌、曲霉、青霉、木霉一、纤维素、半纤维素、木质素第三节 不含氮有机物质的生物分解酶第四十页，共八十三页412. 半纤维素能降解纤维素的微生物：芽孢杆菌、假单胞菌、放线菌第三节 不含氮有机物质的生物分解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 分解过程分解过程分解过程分解过程 TCA循环循环 聚糖酶聚糖酶 CO2 + H2O 半纤维素半纤维素 单糖单糖 + 糖醛酸糖醛酸 H2O 各种发酵产物各种发酵产物 厌氧分解厌氧分解分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素第四十一页，共八十三页3. 木质素（lignin）CCCHOCCCHOH3COCCCHOH3COH3CO基本构成单位芳醚键降解机理（较为复杂）： 芳醚链断裂苯丙烷大分子解聚、 、 、能降解木质素的微生物：担子菌纲，如白腐菌第三节 不含氮有机物质的生物分解第四十二页，共八十三页二、淀粉 分子结构：多糖 降解过程：淀粉糊精麦芽糖葡萄糖 降解微生物：主要有霉菌（曲霉、根霉）第三节 不含氮有机物质的生物分解第四十三页，共八十三页。
第四十四页，共八十三页洗毛、肉类加工、生活污水洗毛、肉类加工、生活污水 荧光杆菌、绿浓杆菌、灵杆菌等荧光杆菌、绿浓杆菌、灵杆菌等 脂肪脂肪 脂肪酶脂肪酶 甘油甘油 脂肪酸脂肪酸 简单的酸简单的酸+CO2+CH4 CO2+H2O 三三 脂肪的转化脂肪的转化 第四十五页，共八十三页炼焦、石油、煤气炼焦、石油、煤气 酚为较重要的一种，对人、畜、水生生物有毒，必酚为较重要的一种，对人、畜、水生生物有毒，必须处理 分解酚的细菌：食酚假单胞菌、解酚假单胞菌分解酚的细菌：食酚假单胞菌、解酚假单胞菌 酚酚 O2 CO2+H2O 生物法已经广泛用于含酚工业废水的处理生物法已经广泛用于含酚工业废水的处理 四四 芳香族化合物的转化（苯的衍生物）芳香族化合物的转化（苯的衍生物） 第四十六页，共八十三页甲烷假单胞菌、青霉、头孢霉、甲烷极毛杆菌可以分解甲烷假单胞菌、青霉、头孢霉、甲烷极毛杆菌可以分解烷烃用于天然气的勘探用于天然气的勘探 2O2+CH4 CO2+2H2O 五五 烃类化合物的转化烃类化合物的转化 第四十七页，共八十三页第四十八页，共八十三页一、氮的循环一、氮的循环 自然界中自然界中除植除植物利用无机氮物利用无机氮转变为有机氮转变为有机氮外外，其它各转变其它各转变过程均由微生物过程均由微生物作用作用 氨化作用氨化作用 硝化作用硝化作用 反硝化作用反硝化作用 硝化作用硝化作用 反反硝硝化化作作用用 氨氨化化作作用用 第四节第四节 含氮有机物的生物分解含氮有机物的生物分解第四十九页，共八十三页。
生物体有机酸NO3-NH4+NO2-NON2O大气N2同化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用生物固氮同化作用还原作用自然界中的氮素循环第五十页，共八十三页蛋白质的降解机理蛋白质的降解机理反硝化反硝化N2第五十一页，共八十三页二、蛋白质的转化二、蛋白质的转化 R-CH-COOH NH2 R代表不同的基团代表不同的基团 氨基酸氨基酸 （一）蛋白质的氨化（一）蛋白质的氨化 氨化作用氨化作用：由有机氮化物转化为氨态氮的过程（由有机氮化物转化为氨态氮的过程（NH3、NH4+） 肽肽 蛋白酶蛋白酶 水解水解 肽酶肽酶 水解水解 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 1 1、蛋白质初步水解成氨基酸、蛋白质初步水解成氨基酸 第五十二页，共八十三页氨化细菌：参与氨化作用的细菌氨化细菌：参与氨化作用的细菌 好氧性：荧光假单胞菌、灵杆菌好氧性：荧光假单胞菌、灵杆菌 厌氧性：腐败梭菌厌氧性：腐败梭菌 兼性菌：变形杆菌兼性菌：变形杆菌 问题：参加的有哪些微生物呢？问题：参加的有哪些微生物呢？ 第五十三页，共八十三页二）硝化作用（二）硝化作用（Nitrification） 1 1、硝化作用概念、硝化作用概念 在有在有氧气氧气时，微生物将时，微生物将氨氨氧化为氧化为硝酸硝酸的作用的作用 2 2、参加硝化作用的微生物、参加硝化作用的微生物 硝化细菌硝化细菌 亚硝酸细菌亚硝酸细菌 硝酸细菌硝酸细菌 两类细菌相伴而生，作用相连。
两类细菌相伴而生，作用相连 第五十四页，共八十三页硝化细菌的特性：硝化细菌的特性： （1）革兰氏阴性菌，不生芽孢）革兰氏阴性菌，不生芽孢 （2）强好氧性）强好氧性 （3）中性或碱性环境不能在强酸环境生活中性或碱性环境不能在强酸环境生活 （4）对毒物敏感很少的锰对其有毒害对毒物敏感很少的锰对其有毒害 问题：问题：硝化细菌有哪些特性？硝化细菌有哪些特性？ 第五十五页，共八十三页3 3、硝化作用的过程、硝化作用的过程 （1 1）亚硝酸形成阶段）亚硝酸形成阶段 2 2NHNH3 3 + 3O + 3O2 2 亚硝酸细菌亚硝酸细菌 2 2HNOHNO2 2 + 2H+ 2H2 2O + ATPO + ATP 亚硝酸细菌亚硝酸细菌：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属：亚硝酸单胞菌属、亚硝酸球菌属 亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属亚硝酸螺菌属、亚硝酸叶菌属 第五十六页，共八十三页4、 硝化作用进行的条件硝化作用进行的条件 O2 NH3 碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸）碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸） 不需有机物存在不需有机物存在 蛋白质最终被氧化成：蛋白质最终被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4 第五十七页，共八十三页。
58硝化菌与活性污泥中异养菌的生长速率比较细菌种类世代时间(h)最大增长速率(1/h)亚硝酸菌硝酸菌活性污泥中异养菌8-368-592.3-8.7 0.02-0.090.01-0.060.08-0.3化能自养好氧适于中性和弱碱性环境生长速度慢，世代时间824小时对有害化学物质敏感（用于毒性测定）硝化菌的主要特性第五十八页，共八十三页1)溶解氧（DO）：DO低于0.5mg/L时，硝酸菌活性受到抑制，而亚硝酸菌（即氨氧化菌）对低溶解氧的耐受程度高于硝酸菌，DO低于0.5mg/L时仍能正常代谢 (2)温度：温度低于12oC，硝化活性明显下降，30 oC时活性最大，超过30 oC时，活性反而降低3)pH值：亚硝酸菌的最适pH范围为7.0-7.8，而。