10有害有机污染物的生物处理技术.pptVIP

第10讲 有害有机污染物的生物处理技术 概述 有害化合物（hazardous chemicals）的共同特点是具有致畸、致突变和致癌作用 大部分有害化合物是人工合成有机物 外源性化学物质（xenobiotic）主要包括杀虫剂、除草剂、洗涤剂、溶剂等 溶剂的主要成分为石油化工产品的中间产物 1 有害有机污染物降解的生态学基础 微生物种群的协同作用 自然形成的微生物群体可协同降解有害有机化合物，但过程漫长；人工驯化/特定环境选育/基因工程改造成为必要 对有害化合物降解中，混合培养比纯培养具有潜在优势，可实现有害有机物的彻底矿化 对纯培养的研究可以了解微生物脱毒的基本生化机理及其途径 混合微生物协同降解的相互关系十分重要 微生物菌群的生态学地位 微生物群落种类：提供特殊营养物/去除生长抑制物/改善单个微生物的基本生长条件（参数）/对底物协调利用/共代谢/氢（电子）转移/提供一种以上初级底物利用者等实现有毒有害化合物的微生物连续代谢降解 微生物群落的生物降解功能：上述前3种微生物群落对于简单有机化合物的降解很重要，而包含微生物之间联系的后4种群落与较为复杂的有机化合物及异型生物质的代谢有关 提供特殊营养物 用环己烷富集分离得到的一个含有诺卡氏菌属以及假单胞菌属微生物的群落 在该含两个菌属的群落中，诺卡氏菌属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，这表明诺卡氏菌属需要生长因子，特别是生物素的存在 嗜热微生物菌群能够在含环己烷的限制性无机培养基中生长，但其单个菌属则不能生长，它需要来自外部的有机生长因子 去除生长抑制产物 以甲烷生产单细胞蛋白的微生物中分离得到4种微生物组成的群落 甲醇只有在被群落中的生丝微菌属消耗后，才不会对同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杆菌属和不动杆菌属 与硫酸盐还原及硫化物氧化有关的一个重要群落也具有产物抑制的排出作用 改善单个微生物的基本生长参数（条件） 从苔黑酚（3,5-二羟基甲苯）中富集得到的一个由3种微生物组成的群落 包括降解苔黑酚的一株假单胞菌，和两株短杆菌属和短小杆菌属 它们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 对底物协调利用 建立在联合或协同代谢降解基础上，其群落微生物成员不具备单独转化或降解有毒化合物的能力，而它们结合成的群落却能将化合物彻底矿化，其原因可能是单独菌种不具备一整套完整的有害化合物的降解酶系或基因成分 一个从除草剂茅草枯上分离得到的多成员微生物群落，其对茅草枯的降解速率比单个降解速率之和还高20% 节杆菌属与链霉菌协同降解土壤中杀虫剂二嗪农，两种微生物单独存在时均不能以二嗪农为唯一碳源进行生长 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恶臭假单胞菌、产碱假单胞菌、球型节杆菌和粘质沙雷氏菌四种微生物组成，当两个成员或所有成员存在时，LAS的降解和开环速度远高于单个菌种单独存在；只有四种菌都存在时才能形成菌胶团，可吸附化合物并促进化合物与降解微生物之间的接触 一个混合微生物群落具有对苯乙烯的降解能力，中间产物有苯乙醇、苯乙酸等，苯乙酸可由群落中的一种不能以苯乙烯为唯一碳源生长的微生物进一步代谢 共代谢 在一种底物上生长的多种微生物能够在一个或一系列反应中转化或降解另一种共同底物，而上述反应与微生物能量的产生、碳的同化以及生物合成或生长没有直接关系 微生物群落中的某个微生物代谢产生的化合物，虽然其自身可能不能进一步利用，但群落中其他微生物却可能将其作为代谢物 环烷烃在自然界可被混合培养的土著微生物稳定代谢，但微生物纯培养时生长很差 从农药对硫磷中富集分离得到的混合培养物，不能单独利用对硫磷作为生长的碳源与能源 氢（电子）转移 微生物群落形成的基础是微生物种属间电子（H2或甲酸盐）或其他营养盐的转移，这些作用的原理是微生物在厌氧条件下需要积累过剩还原价的受体 两种紧密结合微生物组成的甲烷生成群落，一种微生物是将乙醇氧化成乙酸和氢的“S微生物”，另一种是利用氢将CO2还原为甲烷 它们的相互关系使得乙醇代谢可以连续进行，而甲烷的生成可以避免一致性高浓度氢的积累 提供一种以上初级底物利用者 微生物群落存在的基础是有一种以上初级利用者存在，其对整个菌群的降解成功非常重要 初级利用者能够完全代谢底物，但和次级微生物共同培养时，降解速度远高于初级微生物纯培养 2 卤代烃类降解 卤代有机化合物大量应用于各类工农业生产中 卤原子的引入使卤代有机化合物的生物降解性大大降低 这类化合物进入环境后，由于其难降解的化学结构，使它们在自然界中长期存在而不被降解 特定条件下，微生物可以通过其具有较宽专一性的酶将这些化合物生物转化 卤代有机物在好氧