环境工程微生物学第八章.ppt

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1、环境工程微生物学第八环境工程微生物学第八章章现在学习的是第1页，共24页n n有机污染物生物净化有机污染物生物净化有机污染物生物净化有机污染物生物净化n n天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质天然物质、人工合成物质n n无机污染物生物净化无机污染物生物净化无机污染物生物净化无机污染物生物净化l l有机污染物的生物净化机理有机污染物的生物净化机理有机污染物的生物净化机理有机污染物的生物净化机理 净化本质净化本质微生物转化为无机物微生物转化为无机物 依靠依靠好氧分解与厌氧分解好氧分解与厌氧分解厌氧分解厌氧分解厌氧分解厌氧分解n n厌氧细菌厌氧细菌厌氧细菌厌氧细菌n n

2、原理：原理：原理：原理：发酵、厌氧无机盐呼吸发酵、厌氧无机盐呼吸发酵、厌氧无机盐呼吸发酵、厌氧无机盐呼吸好氧分解好氧分解好氧分解好氧分解n n细菌是其中的主力军细菌是其中的主力军细菌是其中的主力军细菌是其中的主力军 n n原理：原理：原理：原理：好氧有机物呼吸好氧有机物呼吸好氧有机物呼吸好氧有机物呼吸 现在学习的是第2页，共24页第一节 碳循环 一、碳源污染物的转化一、碳源污染物的转化n n包括包括包括包括:糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等物等物等

3、物等。（一）糖类污染物（一）糖类污染物（一）糖类污染物（一）糖类污染物n n提问：提问：提问：提问：哪些糖类会成为污染物？哪些糖类会成为污染物？哪些糖类会成为污染物？哪些糖类会成为污染物？n n难难难难溶溶溶溶的的的的多多多多糖糖糖糖，且且且且当当当当一一一一些些些些难难难难溶溶溶溶解解解解的的的的多多多多糖糖糖糖数数数数量量量量较较较较大大大大时时时时才才才才会会会会使使使使自自自自净净净净时时时时间间间间大大大大大大大大增增增增加加加加，从从从从而而而而对对对对环环环环境境境境造造造造成成成成污污污污染染染染。这这这这类类类类多多多多糖糖糖糖主主主主要要要要是是是是纤纤纤纤维维维维素素素素

4、、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉半纤维素、果胶质、木质素、淀粉半纤维素、果胶质、木质素、淀粉半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。现在学习的是第3页，共24页1 1纤维素的转化纤维素的转化纤维素的转化纤维素的转化n n 葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖高高高高聚聚聚聚物物物物，每每每每个个个个纤纤纤纤维维维维素素素素分分分分子子子子含含含含140010000140010000个个个个葡葡葡葡萄萄萄萄糖基（糖基（糖基（糖基（1-41-4糖苷键）。糖苷键）。糖苷键）。糖苷键）。n n来来来来源源源源：棉棉棉棉纺纺纺纺印印印印染染染染废废废废水水水水、造造造造纸纸纸纸废废废废水水水水、人人人人造造造造纤纤纤纤维维

5、维维废废废废水水水水及及及及城城城城市市市市垃垃垃垃圾圾圾圾等等等等，其中均含有大量纤维素。其中均含有大量纤维素。其中均含有大量纤维素。其中均含有大量纤维素。A A微生物分解途径微生物分解途径微生物分解途径微生物分解途径现在学习的是第4页，共24页现在学习的是第5页，共24页B B分解纤维素的微生物分解纤维素的微生物n n好氧细菌好氧细菌好氧细菌好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌n n厌厌厌厌氧氧氧氧细细细细菌菌菌菌产产产产纤纤纤纤维维维维二二二二糖糖糖糖芽芽芽芽孢孢孢孢梭梭梭梭菌菌菌菌、无无无无芽芽芽芽孢孢

6、孢孢厌厌厌厌氧氧氧氧分分分分解解解解菌菌菌菌及及及及嗜嗜嗜嗜热热热热纤维芽孢梭菌。纤维芽孢梭菌。纤维芽孢梭菌。纤维芽孢梭菌。n n放放放放 线线线线 菌菌菌菌链霉菌属。链霉菌属。链霉菌属。链霉菌属。n n真真真真 菌菌菌菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。n n需要时可以向需要时可以向需要时可以向需要时可以向有菌种库的研究机构购买有菌种库的研究机构购买有菌种库的研究机构购买有菌种库的研究机构购买或或或或自行筛选自行筛选自行筛选自行筛选。现在学习的是第6页，共24页2 2半纤维素的转化半纤维素的

7、转化n n存存存存在在在在于于于于植植植植物物物物细细细细胞胞胞胞壁壁壁壁的的的的杂杂杂杂多多多多糖糖糖糖。造造造造纸纸纸纸废废废废水水水水和和和和人人人人造造造造纤纤纤纤维维维维废废废废水中含半纤维素。水中含半纤维素。水中含半纤维素。水中含半纤维素。n n分解过程分解过程分解过程分解过程 TCATCA循环循环循环循环 聚糖酶聚糖酶聚糖酶聚糖酶 COCO2 2+H+H2 2OO 半纤维素半纤维素半纤维素半纤维素 单糖单糖单糖单糖+糖醛酸糖醛酸糖醛酸糖醛酸 HH2 2O O 各种发酵产物各种发酵产物各种发酵产物各种发酵产物 厌氧分解厌氧分解厌氧分解厌氧分解n n分解纤维素的微生物大多数能分解半纤

8、维素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分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。n n许许许许多多多多芽芽芽芽孢孢孢孢杆杆杆杆菌菌菌菌、假假假假单单单单胞胞胞胞菌菌菌菌、节节节节细细细细菌菌菌菌及及及及放放放放线线线线菌菌菌菌能能能能分分分分解解解解半半半半纤纤纤纤维维维维素素素素。霉霉霉霉菌菌菌菌有有有有根根根根霉霉霉霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。现在学习的是第7页，共24页Lignin Lignin 木质素木质素木质素木质素木质素木质素 空腔空腔 纤

9、维素纤维素木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。物。3 3木质素的转化木质素的转化现在学习的是第8页，共24页自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？n n确证的只有确证的只有确证的只有确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌真菌中的黄孢原毛平革菌真菌中的黄孢原毛平革菌真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的只有，疑似的只有，疑似的只有，疑似的只有软腐菌。软腐菌。软腐菌。软腐菌。黄孢原平毛革菌黄孢原平毛革菌黄孢原平毛革菌黄孢原平毛革菌(Phanerochaete chrysosprium)是是白腐真菌白腐真

10、菌的一种，隶属于担子的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。目、丝核菌科。白腐白腐树皮上木质素被该菌分解后漏出白色白色的纤维素部分。*木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降解木木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降解木质素呢？质素呢？现在学习的是第9页，共24页（二）油脂的转化（二）油脂的转化n n水水水水中中中中来来来来源源源源：毛毛毛毛纺纺纺纺、毛毛毛毛条条条条厂厂厂厂废废废废水水水水、油油油油脂脂脂脂厂厂厂厂废废废废水水水水、肉肉肉肉联联联联厂厂厂厂废废废废水水水水、制制制制革革革革厂厂厂厂废废废废水水水水含有大量油脂含有大量油

11、脂含有大量油脂含有大量油脂n n降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物：降解油脂较快的微生物：n n细细细细 菌菌菌菌 荧荧荧荧光光光光杆杆杆杆菌菌菌菌、绿绿绿绿脓脓脓脓杆杆杆杆菌菌菌菌、灵杆菌灵杆菌灵杆菌灵杆菌n n丝状菌丝状菌丝状菌丝状菌 放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌放线菌、分支杆菌n n真真真真 菌菌菌菌 青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉青霉、乳霉、曲霉n n途径：途径：途径：途径：水解水解水解水解+氧化氧化氧化氧化现在学习的是第10页，共24页1 1降解石油的微生物降解石油的微生物n n降解石油的微生物很多，据报道有降解石油

12、的微生物很多，据报道有降解石油的微生物很多，据报道有降解石油的微生物很多，据报道有200200多种多种多种多种n n细细细细 菌菌菌菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌放线菌放线菌放线菌 诺卡氏菌诺卡氏菌诺卡氏菌诺卡氏菌n n酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌 假丝酵母假丝酵母假丝酵母假丝酵母n n霉霉霉霉 菌菌菌菌 青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属青霉属、曲霉属n n藻藻藻藻 类类类类 蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻蓝藻和绿藻（三）石油的转化（三）石油的转化现

13、在学习的是第11页，共24页2 2石油的降解机理石油的降解机理A链烷烃的降解链烷烃的降解 +OO2 2R-CHR-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH3 3 R-CH R-CH2 2-CH-CH2 2-COOH-COOH-氧化氧化氧化氧化 COCO2 2+H+H2 2OO CH CH2 2-COOH +R-COOH-COOH +R-COOHB B无支链环烷烃的降解：以环己烷为例无支链环烷烃的降解：以环己烷为例无支链环烷烃的降解：以环己烷为例无支链环烷烃的降解：以环己烷为例 现在学习的是第12页，共24页C C芳香烃芳香烃n n芳芳芳芳香香香香烃烃烃烃普普普普遍遍遍遍具具具具有有有有生生生生

14、物物物物毒毒毒毒性性性性，但但但但在在在在低低低低浓浓浓浓度度度度范范范范围围围围内内内内它它它它们们们们可可可可以以以以不同程度的被微生物分解。不同程度的被微生物分解。不同程度的被微生物分解。不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烃的细菌类别已知降解不同芳香烃的细菌类别现在学习的是第13页，共24页 苯和酚的代谢苯和酚的代谢n n苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢苯的代谢苯的代谢苯的代谢现在学习的是第14页，共24页萘萘萘萘的的的的代代代代谢谢谢谢现在学习的是第15页，共24页菲的代谢菲

15、的代谢菲的代谢菲的代谢现在学习的是第16页，共24页蒽的代谢蒽的代谢蒽的代谢蒽的代谢现在学习的是第17页，共24页n n酚也是酚也是酚也是酚也是先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解的后半段是，这样各类芳香烃在降解的后半段是，这样各类芳香烃在降解的后半段是，这样各类芳香烃在降解的后半段是相同的，可表示如下相同的，可表示如下相同的，可表示如下相同的，可表示如下现在学习的是第18页，共24页n n提问：提问：提问：提问：为什么这些有机物难于生物降解？为什么这些有机物难于生物降解？为什么这些有机物难于生物降解？为什么这些有机物难于生物降解？n

16、n微生物缺乏相应的水解酶微生物缺乏相应的水解酶微生物缺乏相应的水解酶微生物缺乏相应的水解酶二、人工合成的难降解碳源污染物的转化n n难难对对对对于于于于自自自自然然然然生生生生态态态态环环环环境境境境系系系系统统统统,如如如如果果果果一一一一种种种种化化化化合合合合物物物物滞滞滞滞留留留留可可可可达达达达几几几几个个个个月月月月或或或或几几几几年年年年之之之之久久久久,或或或或在在在在人人人人工工工工生生生生物物物物处处处处理理理理系系系系统统统统,几几几几小小小小时或几天之内还未能被分解或消除时或几天之内还未能被分解或消除时或几天之内还未能被分解或消除时或几天之内还未能被分解或消除n种种种种

17、类类类类：稳稳定定剂剂、表表面面活活性性剂剂、人人工工合合成成的的聚聚合合物物、杀杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等。现在学习的是第19页，共24页1.1.氯苯类氯苯类n n用用用用 途途途途：稳稳稳稳定定定定剂剂剂剂（润润润润滑滑滑滑油油油油、绝绝绝绝缘缘缘缘油油油油、增增增增塑塑塑塑剂剂剂剂、油油油油漆漆漆漆、热热热热载载载载体体体体、油墨等都含有）油墨等都含有）油墨等都含有）油墨等都含有）n n危危危危 害：害：害：害：急性中毒，是急性中毒，是急性中毒，是急性中毒，是一种致癌因子一种致癌因子一种致癌因子一种致癌因子（米糠油事件）（米糠油事件）（

18、米糠油事件）（米糠油事件）n n降降降降 解解解解 菌菌菌菌：产产产产碱碱碱碱杆杆杆杆菌菌菌菌、不不不不动动动动杆杆杆杆菌菌菌菌、假假假假单单单单胞胞胞胞菌菌菌菌、芽芽芽芽孢孢孢孢杆杆杆杆菌菌菌菌以以以以及及及及沙沙沙沙雷氏菌的突变体雷氏菌的突变体雷氏菌的突变体雷氏菌的突变体n n通过通过通过通过共代谢共代谢完成氯苯的完全降解完成氯苯的完全降解完成氯苯的完全降解完成氯苯的完全降解。n n*共共代代谢谢研研究究进进展展及及其其成成果果对对环环保保的的应应用用现现状状？现在学习的是第20页，共24页2 2洗涤剂洗涤剂n n可分为可分为可分为可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质阴离子型、阳

19、离子型、非离子型、两性电解质阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。四类。四类。四类。n n我我我我国国国国目目目目前前前前生生生生产产产产的的的的洗洗洗洗涤涤涤涤剂剂剂剂属属属属于于于于阴阴阴阴离离离离子子子子型型型型烷烷烷烷基基基基苯苯苯苯磺磺磺磺酸酸酸酸钠钠钠钠。较较较较早早早早开开开开发发发发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐（ABSABS）：）：）：）：ABSABS甲基分支干扰生物降解甲基分支干扰生物降解，链末端与，链末端与

20、4个碳原子相连的季碳原子抗攻击个碳原子相连的季碳原子抗攻击的能力更强的能力更强。现在学习的是第21页，共24页A A降解洗涤剂的微生物降解洗涤剂的微生物n n细细细细 菌菌菌菌假假假假单单单单胞胞胞胞菌菌菌菌、邻邻邻邻单单单单胞胞胞胞菌菌菌菌、黄黄黄黄单单单单胞胞胞胞菌菌菌菌、产产产产碱碱碱碱单单单单胞胞胞胞菌菌菌菌、产产产产碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌碱杆菌、微球菌、大多数固氮菌n n放线菌放线菌放线菌放线菌诺卡氏菌诺卡氏菌诺卡氏菌诺卡氏菌n n由由由由于于于于这这这这些些些些微微微微生生生生物物物物的的的的作作作作用用用用，虽虽虽虽然

21、然然然每每每每年年年年排排排排放放放放入入入入环环环环境境境境中中中中的的的的洗洗洗洗涤涤涤涤剂剂剂剂数数数数量量量量逐逐逐逐年年年年递递递递增增增增，但但但但环环环环境境境境中中中中并并并并没没没没有有有有发发发发生生生生洗洗洗洗涤涤涤涤剂剂剂剂的的的的明明明明显显显显增增增增加加加加。因因因因而而而而洗洗洗洗涤涤涤涤剂剂剂剂一一一一般般般般不不不不会会会会引引引引起起起起环环环环境境境境的的的的有有有有机机机机污污污污染染染染。洗洗洗洗涤涤涤涤剂剂剂剂目目目目前前前前存存存存在在在在的的的的问问问问题题题题主主主主要要要要是是是是洗洗洗洗涤涤涤涤剂剂剂剂中中中中的的的的添添添添加加加加剂剂

22、剂剂聚聚聚聚磷磷磷磷酸酸酸酸盐盐盐盐造造造造成成成成的的的的水水水水体体体体富富富富营营营营养养养养化化化化问问问问题题题题 。现在学习的是第22页，共24页B B洗涤剂的降解机理洗涤剂的降解机理现在学习的是第23页，共24页蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。（一）蛋白质的转化一）蛋白质的转化一）蛋白质的转化一）蛋白质的转化n n水水水水中中中中来来来来源源源源：生生生生活活活活污污污污水水水水、屠屠屠屠宰宰宰宰废废废废水水水水、

23、罐罐罐罐头头头头食食食食品品品品加加加加工工工工废废废废水水水水、制制制制革革革革废废废废水水水水等等等等1 1降解蛋白质的微生物降解蛋白质的微生物降解蛋白质的微生物降解蛋白质的微生物n n好好好好 氧氧氧氧 细细细细 菌菌菌菌 链球菌和葡萄球菌链球菌和葡萄球菌链球菌和葡萄球菌链球菌和葡萄球菌n n好氧芽孢细菌好氧芽孢细菌好氧芽孢细菌好氧芽孢细菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌n n兼兼兼兼 性性性性 厌厌厌厌 氧氧氧氧 菌菌菌菌变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌变形杆菌、假单胞菌 n n厌厌厌厌 氧氧氧氧 菌菌菌菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌n n此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌放线菌放线菌放线菌)。第二节 氮循环现在学习的是第24页，共24页