第三章危险性化合物的微生物降解.ppt

Environmental Biotechnology 第三章 危险性化合物的微生物降解/ Biological Degradation of Hazardous Wastes 主要内容 引言 烃类化合物的微生物降解 卤代有机化合物的微生物降解 其他有毒化合物的微生物降解 危险性化合物处理的降解生态系统 第一节 微生物降解理论基础一、概述 美国“化学文摘”中登记的化学物质已达600万种之多，并正以每周6000种的速度递增，大部分是在自然界中从未发现过的新化合物。 溶剂、冷却剂、增塑剂、汽油和其它石化产品以及农药、杀虫剂、木材防腐剂等。 在过去的100年中，人工合成的化学物质在全球的浓度从稍大于零增加到约1ppb，如果以工业产量每年递增2-3%预计，则该类化学物质在100年后将增加到ppm级。 优先污染物(Priority Pollutant) 由于有毒物质品种繁多，不可能对每一种污染物都制定控制标准，因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象，称之为优先污染物(Priority Pollutant)或称为优先控制污染物。 我国也开展了水中优先污染物筛选工作，提出初筛名单249种，通过多次专家研讨会，初步提出我国的水中优先控制污染物黑名单68种(见表1-2) 。 异型生物质/ xenobiotics 在自然界中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)，往往抗微生物攻击或被不完全代谢。因为微生物已有的降解酶不认识这些物质的分子结构和化学键序列，还未进化出降解此类难降解化合物的代谢机制。 因为大量使用合成的异型生物质，长此以往将会造成整个生态系统的失衡。 异型生物质/ xenobiotics 异型生物质（合成化合物）——危险性化合物(Hazardous Chemicals) 三致作用：致畸、致突变和致癌 来源：杀虫剂、除草剂和防腐剂、溶剂的主要成分或石油化工产品的中间产物 卤代芳烃和卤代烷烃占很大比例。 危险性化合物的处理 采用传统的环境治理技术和方法不足以解决问题。 驯化得到具有一定降解能力的微生物群体 从特定的环境中分离纯化具有特定降解能力的微生物 基因工程微生物 反应器规模/微生物制剂现场投放 混合培养的重要性。 彻底矿化通常要求一个或一个以上营养菌群（如发酵—水解菌群、产硫菌群、产乙酸菌群以及产甲烷菌群等）通过多步反应将有毒化合物转化为矿化终产物。 微生物脱毒：微生物将有毒异型生物质转化为无毒稳定中间产物或彻底降解为矿化终产物的生物降解过程。 二、微生物菌群的生态学地位 依据不同的代谢作用至少可以将微生物群落分为七种： 提供特殊营养物； 去除生长抑制产物； 改善单个微生物的基本生长参数(条件)； 对底物协调攻击； 共代谢 ； 氢（电子）转移； 提供一种以上初级底物利用者。 (1)提供特殊营养物微生物群落 Stirling等人(1976)在环己烷上富集分离得到的一个含有诺卡式菌属/Nocardia以及假单胞菌属/pseudomonas微生物的群落。 在该含两个菌属的群落中，Nocardia能够单独氧化环己烷，但它只有在假单胞菌也存在的情况下才能生长，pseudomonas提供生长因子特别是生物素。 (2)去除生长抑制产物微生物群落 Wilkinson等人从以甲烷生产单细胞蛋白的微生物中分离得到的四种微生物组成的群落。 甲醇只有在被群落中存在的生丝微菌Hyphomicrobium sp.消耗时，才不会对氧化甲烷的假单胞菌起抑制作用。该群落中的其余两个成员是黄细菌Flavobacterium sp.与不动杆菌Acinetobacter sp.。 (3) 改善单个微生物的基本生长参数(条件)微生物群落 一个三种微生物组成群落被从苔黑酚(3，5-二羟基甲苯)中富集得到。 降解苔黑酚的一株假单胞菌 扩展短杆菌Brevibacterium linens 不动杆菌Curtobacterium sp. 只有在假单胞菌作为初级降解者存在时才能在苔黑酚上生长。该群落建立在改善单个微生物的基本生长参数的基础上。 (4) 对底物协调攻击微生物群落 建立在联合或协同代谢降解基础上的微生物群落在危险性化合物的降解中极为重要，其群落微生物成员不具备单独的能力以转化或脱除有毒化合物，而它们结合成的群落却能将化合物彻底矿化。 从降解表面活性剂LAS(线性烷基苯磺酸盐)的活性污泥中富集得到的微生物群落由Pseudomonas putida, Pseudomonas alcaligenes, 节杆菌Arthrobacter globiformis和沙雷氏菌属Serratia marcescens四种微生物组成，当两个成员或所有成员存在时，LAS(线性烷基苯磺酸盐)的降解和