• 有机污染物生物净化
• 天然物质、人工合成物质
• 无机污染物生物净化
第一节 有机污染物的生物净化机理
• 净化本质——微生物转化为无机物 • 依靠——好氧分解与厌氧分解
一、好氧分解
• 细菌是其中的主力军
• 原理：好氧有机物呼吸
•
C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐
•
H → H2O
•
N → NH3 → HNO2 → HNO3
→ 矿化盐
•
S → H2SO4
无毒无臭！
•
P → H3PO4
• 二、厌氧分解
• 厌氧细菌 • 原理：发酵、厌氧无机盐呼吸
• C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2 • N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机酸（臭味） • S → H2S（臭味） • P → PO43• 水体自净的天然过程中
放线菌 —— 诺卡氏菌 • 酵母菌 —— 假丝酵母 • 霉 菌 —— 青霉属、曲霉属 • 藻 类 —— 蓝藻和绿藻
3．石油的降解机理
A．链烷烃的降解
+ O2
R-CH2- CH2-CH3
R- CH2-CH2-COOH β-氧化
CO2 + H2O
CH2-COOH + R-COOH
B．无支链环烷烃的降解
C．芳香烃
• 芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可 以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
微生物 名称
苯类 酚类
萘
荧光假单胞 铜 绿 色 假 单 胞
菌、铜绿色 菌、溶条假单胞
假单胞菌及 菌、诺卡氏菌、
苯杆菌
球形小球菌、无
色杆菌及分枝杆
菌
菲
菲杆 菌、菲 芽孢杆 菌
蒽
荧光假单胞 菌和铜绿色 假单胞菌、 小球菌及大 肠埃希氏菌
• 以环己烷为例
OH
+O2 H
－H2O
O
OH
-2H HOOC-（CH2）4-COOH
ω氧化
HOOC-（CH2）4-CH2OH
+ H2O
CO2 + H2O
通常一些微生物只能将环烷变为环己酮，另一些微生物只能将 环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的协同作
用下将污染物 彻底降解——共代谢。
木质素模式图
香3．豆醇木质素的转松化柏醇
芥子醇
•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物。
Lignin 木质素 聚合 交联
木质素
空腔 纤维素
*木质素降解的意义何在呢？如何实现工业化白腐菌降
解自木然质界素中呢哪？些微生物能够进行木质素的降解呢？ • 确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的
厌氧分解（开始）→ 好氧分解（后续）
第二节 各类有机污染物的转化
一、碳源污染物的转化
• 包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化 合物等。
（一）糖类污染物
• 提问：哪些糖类会成为污染物？ • 难溶的多糖，且当一些难溶解的多糖数量较大时才会
使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。这类多 糖主要是纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。
1．纤维素的转化
• β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含 1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。
• 来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废 水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。
A．微生物分解途径
纤维素酶
纤维二糖酶
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
糖酵解 厌
氧
ATP
发
三羧酸
H2O
酵
循环
CO2
葡萄糖 丙酮丁醇发酵
• 1．石油成分的生物降解性
• 与分子结构有关
A．链长度
链中等长度（C10~C24）＞链很长的（C24以上）＞短链 （*？）
B．链结构
• 直链 ? 支链
• 不饱和 ? 饱和 • 烷烃 ? 芳烃
>
• 链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以及多环 芳烃极难降解
2．降解石油的微生物
• 降解石油的微生物很多，据报道有200多种 • 细 菌 —— 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属
只有软腐菌。
黄孢原平毛革菌 (Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌 的一种，隶属于担子菌纲、 同担子菌亚纲、非褶菌目、 丝核菌科。
白腐—树皮上木质素被该菌分 解后漏出白色的纤维素部分。
（二）油脂的转化
• 水中来源：毛纺、毛条厂废水、 油脂厂废水、肉联厂废水、制革 厂废水含有大量油脂
2．半纤维素的转化
• 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
TCA循环
聚糖酶
半纤维素
单糖 + 糖醛酸
CO2 + H2O
H2O
各种发酵产物
厌氧分解
• 分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。
• 许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌 有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
• 难———对于自然生态环境系统,如果一种化合
物滞留可达几个月或几年之久,或在人工生物处理 系统, 几小时或几天之内还未能被分解或消除 • 种类：稳定剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、 杀虫剂、除草剂以及各种工艺流程中的废品等。
• 提问：为什么这些有机物难于生物降解？
• 微生物缺乏相应的水解酶
苯和酚的代谢
• 苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢
萘 的 代 谢
菲的代谢
蒽的代谢
• 酚也是先被氧化为邻苯二酚，这样各类芳香烃在降解 的后半段是相同的，可表示如下
苯
酚 氧化酶
萘
菲
+ O2
蒽
酶
邻苯二酚
酮基己二酸
+ O2 +2H
琥珀酸 乙酰辅酶 A
三羧酸循环 CO2 + H2O
（四） 人工合成的难降解有机化合 物的生物降解
• 降解油脂较快的微生物： • 细 菌 —— 荧光杆菌、绿脓杆菌、
灵杆菌 • 丝状菌 —— 放线菌、分支杆菌 • 真 菌 —— 青霉、乳霉、曲霉 • 途径：水解+β氧化
（三）石油的转化
• 提问：什么是石油？ • 石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的
复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事 故现场以及石化行业的工业废水中。
丁酸发酵
丙酮 + 丁醇 + CO2 + H2 丁酸 + 乙酸 + CO2 + H2
好氧分解 厌氧发酵
B．分解纤维素的微生物
• 好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 • 厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌
及嗜热纤维芽孢梭菌。 • 放 线 菌——链霉菌属。 • 真 菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。 • 需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。