生物大分子的降解
糖类：以纤维素和淀粉的分解为例，见图5－4，5－5 脂肪 蛋白质
脂肪＋H2O
脂肪酶
甘油＋高级脂肪酸
蛋白质
蛋白酶
肽
肽酶
氨基酸
需氧微生物 胞内酶 纤维素 ＋ H2O 纤维二糖 ＋ H2O 纤维素酶 厌氧微生物 胞内酶 丁酸、CO2、H2等 葡萄糖 CO2、H2O
纤维素酶
图5－4 纤维素分解途径示意图
重力沉降 旋风除尘
静电除尘
过滤式除尘

气体状态污染物的吸附与净化
气体吸收法
气体吸附法

大气污染物的生物净化方法
生物吸收法 生物洗涤法 生物过滤法
固体废弃物的处理方法

工业废弃物
物理与化学法：覆盖法、化学反应剂法
生物法：栽种永久性植物

城市垃圾
填埋法 堆肥法 制取沼气 焚烧法
光降解 化学降解 生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染 物大分子转会为小分子，实现污染物的分解或降解。其中微 生物所起的降解作用最大，故也称为微生物降解。


微生物代谢活动中的化学作用（实质是酶反应）解作用 脱氨基作用等
元素的含量。
该法能将有机物全部氧化，比BOD 5和COD更能直接
表示有机物的总量，故常常被用来评价水体中有机物 污染的程度。
固体物质
总固体 悬浮固体 溶解性固体 挥发性固体 非挥发性固体

含氮化合物


含氮化合物的几种化学形态 有机氮：蛋白质、氨基酸、尿素等 无机氮：包括氨氮：NH3－N、NH4＋－N和硝态氮： NO2－－N、 NO3－－N。 常用水质测定指标
a 生化呼吸线 b c t 内呼吸线 时间（h）
耗氧量（mg/g）
生化呼吸线
耗氧量（mg/g）
内呼吸线 生化呼吸线 时间（h） ③
内呼吸线
时间（h） ②
图5－6 生化呼吸线与内呼吸线比较
相对耗氧速度 （以内呼吸的％表示）
B、无毒，能被利用
100％
A、无毒，不能被利用 C、有毒，能被利用
D、有毒，不能被利用 底物浓度
培养和自然环境条件下，转化可为其它微生物进行的 共代谢或其他生物对某种物质的降解铺平道路，使其 代谢产物可继续降解，故污染物在有合适的底物和环 境条件下可通过共代谢作用而降解。
A B E1 E1 C D E2 E2
微生物对污染物降解与转化的途径

自然界中化学物质的降解的3种方式：这三种方式往往综 合交叉进行。

BOD 和COD的关系：
可以认为COD包括两部分：一部分为能够被微
生物降解的有机物的耗氧量COD B，另一部分 为不能够被微生物降解的有机物的耗氧量 CODN B。 BOD u COD B BOD 5 = 0.58 COD B
总需氧量TOD和总有机碳TOC

总需氧量TOD （Total Oxygen Demand）
5.1.3 环境污染的污染与净化指标

BOD5 COD
TOD
TOC 固体物质


含氮化合物
pH值 生物污染指标
细菌总数

大肠菌群总数
生化需氧量BOD

生化需氧量BOD（Biological Oxygen Demand）
概念：在20℃条件下，微生物好氧分解水样（废水或
受污染的天然水）中有机物所消耗的溶解氧量。

环境因素



微生物分解有机物的作用

微生物分解有机物的作用可总括成如下图式：
需氧微生物 微生物 复杂有机物 胞外酶 厌氧微生物 胞内酶 简单有机物 CO2、H2O、H2、 CH4、H2S及有机 酸、醇、酮、醛等 未完全氧化产物
胞内酶
CO2、H2O
图5－3 微生物分解有机物的作用示意图
微生物对常见污染物的降解与转化
5.2 生物对污染净化原理 5.2.1微生物对污染物降解与转化 微生物对物质降解与转化的特点 微生物对污染物降解与转化的途径 影响微生物对物质降解转化作用的因素 微生物对常见污染物的降解与转化 有机污染物的生物可降解性及其评价方 法

微生物对物质降解与转化的特点:

TOD UOD
7
BOD 3 2 4 5 6
1
t/cl
图5－1 BOD曲线
化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）

概念
COD是指在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消
耗氧化剂的量，以氧的毫克/升来表示。
它反映了水中受还原性物质污染的程度，水中还原性
物质包括：有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。 水被有机物污染是很普遍的，故COD也作为有机物相 对含量的指标之一。
微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大； 种类繁多，分布广泛，代谢类型多样；
微生物具有多种降解酶；
微生物繁殖快，易变异，适应性强； 微生物具有巨大的降解能力；

质粒（Plasmid）：染色体外遗传物质，是在原核微生物中 除染色体外，还存在的一种较小的携带少量遗传基因的环状 DNA分子。 质粒可用来培育优良菌种，或用作基因工程中基因转移的载 体。
在规定条件下，强氧化剂重铬酸钾K2Cr2O7可氧化大多
数常见的有机污染物，故在实际使用中常把COD Cr 的
测定值近似地代表废水中的全部有机物。
BOD 和COD的比较

废水处理中多以BOD 和COD两个指标来度量水样的有 机污染物浓度和被净化程度。

BOD：
反映的是微生物能够降解的那部分有机物的数量，
基本上反映出水体中生物氧化分解有机物所消耗的 氧量，比较符合实际，但检出时间过长，不能迅速 及时指导生产实践，而且毒性大的废水可抑制微生 物的作用而影响结果，甚至无法测定。

COD：
一般表示废水中有机污染物重量的98％，几乎可以
表示出有机物全部氧化所需氧量，测定不受水质限 制，并可在数小时内完成；但是它不能反映微生物 能够降解的那部分有机物的数量。
从而促使地球有机碳平衡，而在自然界具有新颖结构 的合成化合物（异型生物质，又称非生物性物质， xenobiotics）往往对微生物的降解表现出抗逆性，其 原因可能是这些化合物进入自然界的时间比较短，微 生物界还未进化出降解此类难降解化合物的代谢机制。 这些化合物大多数对环境具有毒害作用，故称之危险
性化合物。





总氮：包括有机氮和无机氮化合物的测定。 凯氏氮：指以凯氏法测得的氮量，包括了氨氮和在此条件下 能被转化为铵盐的而测定的有机氮化合物。此类有机氮化合 物主要指蛋白质、氨基酸、核酸、尿素以及氮为负三价的有 机氮化合物，由于一般水中存在的有机氮化合物多为这些， 故，在测定凯氏氮和氨氮之后，两者的差值即有机氮。 氨氮 亚硝酸盐氮 硝酸盐氮



有机污染物的生物可降解性及其评价方法



什么是生物可降解性？ 所有化合物根据微生物对它们的降解性可分成可 生物降解、难生物降解和不可生物降解。 评价生物可降解性的方法：
测定生物氧化率 测呼吸线 测定相对耗氧速度曲线 测BOD5与COD Cr之比 测COD30
培养法
耗氧量（mg/g）
第二篇 环境污染的生物净化
第五章 环境污染生物净化的原理
本章将讨论以下内容： 环境污染净化概述 生物对污染净化原理
5.1 环境污染净化概述 5.1.1 环境污染物的类型和来源

地表水体污染物
生活污水 工业废水 农业废水和灌溉水

大气污染物
气溶胶状态污染物
粉尘、烟、飞灰、雾 飘尘、降尘、总悬浮颗粒 气体状态污染物 含硫化合物、含氮化合物、碳氢化合物、碳氧化合物、 卤素化合物 一次污染物和二次污染物

固体废弃物
5.1.2 环境污染治理方法概述

污水处理方法
物理法：沉淀法、过滤法、离心分离法、浮选
法、吸附法、萃取法、吹脱法、蒸发结晶法、 反渗透法 化学法：化学凝聚法、中和法、氧化还原法、 离子交换法 物化法：电解法、电渗析法 生物法：好氧法、厌氧法等
大气污染物净化方法

气溶胶状态污染物的控制方法

危险性化合物来源
人工合成的农药、杀虫剂、除草剂、防腐剂、溶剂、
增塑剂等

危险性化合物的降解特点和研究

尽管其在自然界可能会有部分缓慢降解，微生物有可能通过多种途径来 改变自身的结构信息以获得对这类化合物的降解能力，但这需要一个漫 长的过程来实现，依靠微生物的自然进化过程远不能满足要求，而且长 此以往将会造成生态系统的失衡。因此，研究一些可以使微生物群体在 较短时间内获得最大的降解该物质能力的方法显得愈加重要和迫切。 近年来科学工作者做了大量工作，包括：通过长时间的驯化来得到具有 一定降解能力的微生物群体；通过基因工程手段来改造微生物使其具有 特定的降解能力； 此外在对危险性化合物的降解研究中发现，混合培养比纯培养具有潜在 的优势，彻底矿化往往需要一个或一个以上的营养菌群（如发酵－水解 菌群、产硫菌群、产乙酸菌群、产甲烷菌群等）通过多步反应将有毒化 合物转化为矿化最终产物。 研究人员依据不同的代谢作用至少可以将微生物群落中的微生物分为7 种类型：①提供特殊营养物；②去除生长抑制产物；③改善单个微生物 的基本生长参数；④对底物协调攻击；⑤共代谢；⑥氢（电子）转移； ⑦提供一种以上初级底物利用者。
图5－7 相对耗氧速率曲线
5.2 废水生物处理的原理 5.2.1 水体自净作用

什么是水体自净作用（water self－cleansing，