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1、第九章第九章 微生物对污染物的分解与转化微生物对污染物的分解与转化废水废水工业工业 废水废水生活生活 污水污水碳水化合物、碳水化合物、蛋白质、脂蛋白质、脂肪、油脂、肪、油脂、有机酸、醇、有机酸、醇、醛、酮、酚醛、酮、酚碳水化合物碳水化合物 蛋白质蛋白质 脂肪脂肪 洗涤剂洗涤剂含氮含氮 物质物质不含氮不含氮 物质物质微微生生物物参参与与分分解解好好氧氧微微生生物物 好好氧氧分分解解厌厌氧氧微微生生物物 厌厌氧氧分分解解第一节第一节 不含氮有机物的分解不含氮有机物的分解 第二节第二节 含氮有机物的分解含氮有机物的分解 第三节第三节 无机元素的转化无机元素的转化 第四节第四节 废水生物处理中的微生物
2、废水生物处理中的微生物 第五节第五节 水体污染与自净的指示生物及检测方法水体污染与自净的指示生物及检测方法本章主要内容本章主要内容：第一节第一节 不含氮有机物的分解不含氮有机物的分解不含氮有机物：不含氮有机物： 碳水化合物、脂肪、酚、醛、酮、某些有机酸碳水化合物、脂肪、酚、醛、酮、某些有机酸 烃、合成洗涤剂。烃、合成洗涤剂。一一 碳水化合物的分解碳水化合物的分解单糖：葡萄糖单糖：葡萄糖 二糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖二糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖 多糖：淀粉、纤维素、半纤维素多糖：淀粉、纤维素、半纤维素1 葡萄糖葡萄糖： CO2+H2O 细菌、酵母菌细菌、酵母菌2 二糖二糖： 葡萄糖葡萄糖 CO2+H2O
3、 细菌、酵母菌细菌、酵母菌3 淀粉淀粉（纺织、印染工业废水）（纺织、印染工业废水） 曲霉、毛霉、根霉曲霉、毛霉、根霉（C6H10O5）n葡萄糖葡萄糖淀粉酶淀粉酶麦芽糖麦芽糖麦芽糖酶麦芽糖酶4 纤维素纤维素（印染、造纸业）（印染、造纸业） （菌见书）（菌见书）（C6H10O5）n葡萄糖葡萄糖纤维酶纤维酶纤维二糖纤维二糖纤维二糖酶纤维二糖酶5 半纤维素半纤维素（人造纤维业、造纸业）（人造纤维业、造纸业）半纤维素半纤维素多缩糖酶多缩糖酶单糖和糖醛酸单糖和糖醛酸CO2、 H2O 等等洗毛、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
4、肪酶甘油甘油脂肪酸脂肪酸简单的酸简单的酸+CO2+CH4CO2+H2O二二 脂肪的转化脂肪的转化炼焦、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，酚为较重要的一种，对人、畜、水生生物有毒，必须处理。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O2CO2+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三三 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）甲烷假单胞菌、青霉、头孢霉、甲烷极毛杆菌可甲烷假单胞菌、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。以分解烷烃
5、。用于天然气的勘探。2O2+CH4 CO2+2H2O 重要作用作用：重要作用作用： （1）勘探天然气）勘探天然气 （2） 石油脱蜡（酵母菌、细菌）石油脱蜡（酵母菌、细菌）四四 烃类化合物的转化烃类化合物的转化第二节第二节 含氮有机物的分解含氮有机物的分解废水中的含氮有机物：蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、废水中的含氮有机物：蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、 硝基化合物等。硝基化合物等。蛋白质蛋白质（屠宰场、生活污水、制革业等）（屠宰场、生活污水、制革业等） 尿素尿素一一 氮的循环氮的循环 二二 蛋白质的转化蛋白质的转化 三三 尿素的转化尿素的转化一一 氮的循环氮的循环自然界中自然界中除植物利用除植物利
6、用无机氮转变为有机氮无机氮转变为有机氮外外，其它各转变过程，其它各转变过程均由微生物作用均由微生物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生物体有机酸生物体有机酸NO3-NH4+NO2-NON2O大气大气 N2同化作用同化作用氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用硝化硝化作用反反硝硝化化作作用用生物固氮生物固氮同化作用同化作用还原作用还原作用二二 蛋白质的转化蛋白质的转化R-CH-COOHNH2R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
7、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v 1 1 蛋白质初步水解成氨基酸蛋白质初步水解成氨基酸v 2 2 氨基酸脱氨基产生氨氨基酸脱氨基产生氨水解脱氨、氧化脱氨、还原脱氨水解脱氨、氧化脱氨、还原脱氨（1 1 1 1）水解脱氨（产生氨、羟基酸、醇）水解脱氨（产生氨、羟基酸、醇）水解脱氨（产生氨、羟基酸、醇）水解脱氨（产生氨、羟基酸、醇）RCHNHRCHNH2 2COOH+HCOOH+H2 2O ORCH(OH)COOH+NHRCH(OH)COOH+NH3 3RCHNHRCHNH2 2COOH+HCOOH+H2 2O OR
8、CHRCH2 2OH+COOH+CO2 2+NH+NH3 3（2 2）氧化脱氨基（产生氨、脂肪酸或酮酸）氧化脱氨基（产生氨、脂肪酸或酮酸）RCHNHRCHNH2 2COOH+OCOOH+O2 2RCOOH+CORCOOH+CO2 2+NH+NH3 3（3 3）还原脱氨基（产生氨、脂肪酸）还原脱氨基（产生氨、脂肪酸）RCHNHRCHNH2 2COOH+2HCOOH+2H+ +RCHRCH2 2COOH+NHCOOH+NH3 3RCHNHRCHNH2 2COOH+2HCOOH+2H+ +RCHRCH3 3+CO+CO2 2+NH+NH3 3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
9、。 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？（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。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
10、 （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？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（2 2） 硝酸
11、形成阶段硝酸形成阶段2HNO2 + O22HNO2 + O2硝酸细菌硝酸细菌2HNO2HNO3 3 + ATP + ATP硝酸细菌硝酸细菌：硝酸杆菌属、硝酸刺菌属、硝酸球菌属：硝酸杆菌属、硝酸刺菌属、硝酸球菌属HNOHNO2 2毒性很强，累积起来对植物有毒害。毒性很强，累积起来对植物有毒害。 HNOHNO3 3是植物吸收利用的有效氮素养料。是植物吸收利用的有效氮素养料。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、H2SO
12、4（三）反硝化作用（三）反硝化作用（Denitrification）概念概念：硝酸盐硝酸盐在通气不良环境中在通气不良环境中（缺氧）（缺氧），被，被 反硝化细菌还原成反硝化细菌还原成NONO2 2或或 N N2 2的过程。的过程。 1 1 反硝化过程反硝化过程C C6 6H H1212O O6 6 + + 4NO4NO3 3- -6H6H2 20 + 6CO0 + 6CO2 2 + 2 + 2N N2 2 +ATP +ATP缺氧缺氧N N2 2NONO3 3- -NONO2 2- -NONON N2 2O O反硝化细菌反硝化细菌2 2 反硝化作用的微生物反硝化作用的微生物 类型类型类型类型 含有
13、反硝化细菌种的一些属含有反硝化细菌种的一些属含有反硝化细菌种的一些属含有反硝化细菌种的一些属有机营养型有机营养型有机营养型有机营养型 假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、 土壤杆菌属、黄杆菌属、芽生杆菌属、土壤杆菌属、黄杆菌属、芽生杆菌属、土壤杆菌属、黄杆菌属、芽生杆菌属、土壤杆菌属、黄杆菌属、芽生杆菌属、 盐杆菌属、慢生根瘤菌属盐杆菌属、慢生根瘤菌属盐杆菌属、慢生根瘤菌属盐杆菌属、慢生根瘤菌属 化能无机营养型化能无机营养型化能无机营养型化能无机营养型 硫杆菌属、硫微螺菌属、亚硝化单胞菌
14、属硫杆菌属、硫微螺菌属、亚硝化单胞菌属硫杆菌属、硫微螺菌属、亚硝化单胞菌属硫杆菌属、硫微螺菌属、亚硝化单胞菌属 光能营养型光能营养型光能营养型光能营养型 红假单胞菌属红假单胞菌属红假单胞菌属红假单胞菌属 混合型混合型混合型混合型 副球菌属、布兰汉氏菌属、奈氏球菌属副球菌属、布兰汉氏菌属、奈氏球菌属副球菌属、布兰汉氏菌属、奈氏球菌属副球菌属、布兰汉氏菌属、奈氏球菌属反硝化细菌反硝化细菌：进行反硝化作用的微生物。：进行反硝化作用的微生物。5050多属。多属。 兼性菌兼性菌。反硝化细菌的部分属群反硝化细菌的部分属群3 反硝化作用发生的条件反硝化作用发生的条件NO3- 有机物质存在有机物质存在 氧气氧
15、气 0.5 mg/L二二 尿素的转化尿素的转化尿素尿素：人畜尿液的主要含氮有机物。含氮：人畜尿液的主要含氮有机物。含氮47%47%。尿酸尿酸：尿液中的组成成分。水解成尿素。：尿液中的组成成分。水解成尿素。O = CO = C NHNH2 2NHNH2 2+ H+ H2 2O O脲酶脲酶(NH(NH4 4) )2 2COCO3 32NH2NH3 3 + CO+ CO2 2 + H+ H2 2O O参加者：尿素细菌（好氧）。参加者：尿素细菌（好氧）。第三节第三节 无机元素的转化无机元素的转化硫的转化硫的转化 磷的转化磷的转化 铁的转化铁的转化一一 硫的转化硫的转化硫化作用硫化作用：有氧有氧时，微生
16、物将时，微生物将H2S氧化成氧化成硫磺、硫酸硫磺、硫酸。 反硫化作用反硫化作用：无氧无氧时，微生物将时，微生物将硫酸硫酸还原成还原成H2S。作用作用：产生的硫酸腐蚀构筑物。：产生的硫酸腐蚀构筑物。 H2S有臭味。有臭味。二二 磷的转化磷的转化1 不溶性无机磷酸盐转化成可溶性磷酸盐。不溶性无机磷酸盐转化成可溶性磷酸盐。 Ca3（PO4）2 CaHPO4（1） Ca3（PO4）2 +2CO2+2H2O 2CaHPO4+Ca（HCO3）2 （2） Ca3（PO4）2 +2HNO3 2CaHPO4+Ca（NO3）2 （3） Ca3（PO4）2 +H2SO4 2CaHPO4+CaSO42 有机磷化物有机磷化物 磷酸盐磷酸盐 解磷大芽孢杆菌解磷大芽孢杆菌 蜡质芽孢杆菌蜡质芽孢杆菌 霉状芽孢杆菌霉状芽孢杆菌三三 铁的转化铁的转化1 铁化物的氧化和沉淀铁化物的氧化和沉淀O2 Fe2+ Fe3+铁细菌铁细菌2 铁化物的还原和溶解铁化物的还原和溶解Fe3+ Fe2+缺氧缺氧
