251有机物污染物的生物转化和分解说课材料.ppt

2.5 .1 有机物（污染物）的生物转化和分解第一节 微生物对有机物的分解作用第二节 有机物的生物分解性第三节 不含氮有机物的生物分解第四节 含氮有机物的生物分解第五节 微生物对无机元素的转化作用n1第一节 微生物对有机物的分解作用基本概念：有机物的生物分解：通过一系列的生化反应，最终将有机物分解成小分子有机物或简单无机物的过程根据是否有氧气存在的条件下进行，生物分解分为好氧分解和厌氧分解两种好氧分解最终产物是稳定而无臭的物质，包括二氧化碳、水、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐等厌氧分解最终产物主要是甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等生活污水中的有机物主要是碳水化合物、蛋白质和脂肪工业废水中有机物成分复杂，除具有和生活污水相似的有机组分外，还可能有有机酸、醇、醛、酮、酚、胺、腈等n2第一节 微生物对有机物的分解作用有机物的好氧生物分解分为两部分：一部分以用于细胞合成，另一部分用于呼吸产能内源呼吸：微生物生长过程中，细胞物质的氧化正常情况下，各类微生物细胞物质成分相当稳定，因此，常用C5H7NO2表示细菌好氧生物分解基本理论n3三阶段4类群理论1 发酵细菌作用阶段碳水化合物 蛋白质 类脂（1）原理：胞外酶单糖 氨基酸 脂肪酸发酵醇 低级脂肪酸（2）参加的微生物：发酵细菌群梭菌属（Clostridium) 丁酸弧菌属（Butyrivibrio） 拟杆菌属（Bacteroides)大多专性厌氧；适宜pH4.58（3）特性第一节 微生物对有机物的分解作用n52 产乙酸细菌作用阶段 上阶段产物 （丙酸、丁酸、醇等）醋酸、甲胺 CO2、H2（1）原理（2）参加的微生物产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸细菌群互营单胞菌属 互营杆菌属 梭菌属 暗杆菌属绝对厌氧菌或兼性厌氧菌；适宜pH 4.58三阶段4类群理论（3）特性：第一节 微生物对有机物的分解作用n63 产甲烷细菌作用阶段（1）原理H2、CO2、CH3COO CH3NH2、CH3OH CH4（2）参加的微生物产甲烷细菌群产甲烷杆菌属 产甲烷短杆菌属 产甲烷球菌属严格厌氧菌 中温菌对温度敏感 pH 适宜6.87.2 增殖速率慢三阶段4类群理论（3）特性：第一节 微生物对有机物的分解作用n7厌氧消化三阶段四类群废水中有机物脂肪酸（丙酸、丁酸）、醇类乙酸H2 + CO2发酵性细菌产氢产乙酸细菌同型产乙酸细菌产甲烷细菌CH4第一节 微生物对有机物的分解作用三阶段4类群理论n8第二节 有机物的生物分解性有机物的生物分解性试验方法（1）易生物分解试验 评价有机物是否很容易被生物完全分解。

2）本质性生物分解试验 评价有机物是否具有被生物分解的性质3）生物分解模拟试验 评价有机物在特定环境下的生物分解性n9第二节 有机物的生物分解性有机物的生物分解性评价步骤n10第二节 有机物的生物分解性影响因素有机物生物降解性与有机物分子结构有关系，受有机物浓度、共代谢、有机物相互作用、微生物相互作用等的影响污水中有机物生物分解性评价标准 最常采用BOD/COD比值BOD/COD 0.4-0.6 可生物处理性良好0.2 BOD/COD 0.4 较难生物处理BOD/COD0.1 难以生物处理n11第三节 不含氮有机物的生物分解基本概念：不含氮有机物： 碳水化合物、脂肪、酚、醛、酮、某些有机酸、 烃和合成洗涤剂等碳水化合物是由碳、氢和氧3种元素组成占到生活污水中有机物的4050%单糖：葡萄糖 二糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖 多糖：淀粉、纤维素、半纤维素碳水化合物n12第三节 不含氮有机物的生物分解一 碳水化合物的分解葡萄糖糖酵解作用丙酮酸发酵有氧无氧各种发酵产物三羧酸循环被彻底氧化生成CO2和水，释放大量能量碳水化合物水解n13 脂肪由碳、氢和氧几种元素组成比较稳定，也能被荧光杆菌、绿浓杆菌、灵杆菌等微生物分解。

脂肪脂肪酶甘油脂肪酸简单的酸+CO2+CH4CO2+H2O二 脂肪的转化厌氧好氧水解好氧n14第四节 含氮有机物的分解基本概念： 污水中的含氮有机物：蛋白质、氨基酸、尿素、胺 类、 硝基化合物等 生活污水中所含氮主要是以铵离子或尿素形式存在 氮是当今污水处理的主要去除对象n15一 氮的循环自然界中除植物利用无机氮转变为有机氮外，其它各转变过程均由微生物作用氨化作用 硝化作用 反硝化作用生物体有机酸NO3-NH4+NO2-NON2O大气 N2同化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用生物固氮同化作用还原作用n16二 蛋白质的转化（一）氨化作用1. 蛋白质是由很多氨基酸（RCHNH2COOH）分子组成2. 蛋白质生物化学转化的第一步是水解即转变为氨基酸3. 然后氨基酸发生脱氨基作用产生氨和不含氮的化合物4. 脱氨基作用可在有氧或无氧条件下进行5. 这种有机氮转变为氨氮过程称为氨化作用6. 参与氨化的细菌叫做氨化菌好氧性有：荧光假单胞菌、灵杆菌 ；厌氧性有：腐败梭菌 ；兼性菌有变形杆菌n17（二）硝化作用1.氨在好氧硝化细菌的呼吸过程中转变为亚硝酸，然后转变为硝酸的过程称为硝化作用2.硝化作用由两类细菌共同完成。

分别是氨氧化菌和亚硝酸氧化菌两类细菌总称硝化菌3.硝化菌是G菌、自养菌、好氧菌、偏好中性或偏碱性对毒物敏感n18（1）亚硝酸形成阶段2NH3 + 3O2亚硝酸细菌2HNO2 + 2H2O + ATP（二）硝化作用2HNO2 + O2硝酸细菌2HNO3 + ATP（2） 硝酸形成阶段HNO2毒性很强，累积起来对植物有毒害 HNO3是植物吸收利用的有效氮素养料n19硝化作用进行的条件 O2 NH3 碱性物质（中和产生的亚硝酸和硝酸） 不需有机物存在蛋白质最终被氧化成： CO2、H2O、HNO3、H2SO4（二）硝化作用n20（三）反硝化作用概念：硝酸盐在通气不良环境中（缺氧），被 反硝化细菌还原成NO2或 N2的过程 1 反硝化过程C6H12O6 + 4NO3-6H20 + 6CO2 + 2N2 +ATP缺氧N2NO3-NO2-NON2O反硝化细菌n21 参与反硝化作用的细菌称作反硝化细菌多数为异样、兼性菌（三）反硝化作用 反硝化作用发生的条件 NO3- 有机物质存在 氧气 0.5 mg/Ln22（四）生物脱氮基本原理含氮有机物异养型 微生物NH4+-N氨化 作用亚硝酸 细菌 NO2-N硝酸 细菌 NO3-N硝化作用有O2反硝化 细菌反硝化 作用无O2N2、NO2最终完成生物脱氮 污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为NO3-，最后再由反硝化细菌将NO3-还原为N2。

n23活性污泥法传统脱氮工艺（3级）流程示意图n24缺氧好氧活性污泥法脱氮系统n25 磷的转化1 不溶性无机磷酸盐转化成可溶性磷酸盐 Ca3（PO4）2 CaHPO4（1） Ca3（PO4）2 +2CO2+2H2O 2CaHPO4+Ca（HCO3）2 （2） Ca3（PO4）2 +2HNO3 2CaHPO4+Ca（NO3）2 （3） Ca3（PO4）2 +H2SO4 2CaHPO4+CaSO42 有机磷化物 磷酸盐 解磷大芽孢杆菌 蜡质芽孢杆菌 霉状芽孢杆菌第五节 微生物对无机元素的转化作用n26 磷的转化1 不溶性无机磷酸盐转化成可溶性磷酸盐 Ca3（PO4）2 CaHPO4（1） Ca3（PO4）2 +2CO2+2H2O 2CaHPO4+Ca（HCO3）2 （2） Ca3（PO4）2 +2HNO3 2CaHPO4+Ca（NO3）2 （3） Ca3（PO4）2 +H2SO4 2CaHPO4+CaSO42 有机磷化物 磷酸盐 解磷大芽孢杆菌 蜡质芽孢杆菌 霉状芽孢杆菌第五节 微生物对无机元素的转化作用n27 生物除磷原理第五节 微生物对无机元素的转化作用 聚磷菌一类的细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储存在体内，形成高磷污泥。

将高磷污泥排出系统，就可以实现污水除磷生物除磷分两步进行： 聚磷菌的放磷（厌氧条件） 聚磷菌的磷过量摄取（好氧条件）n28v 聚磷菌的放磷（厌氧）ATP聚磷菌细胞内的 聚磷酸盐分解PO43-废水中脂肪酸PHB、糖原储存在细胞内PHB (聚羟基丁酸) 生物除磷原理第五节 微生物对无机元素的转化作用n29v 聚磷菌的磷过量摄取（好氧）细胞内的PHB分解ATP废水磷聚磷菌聚磷酸盐以异染颗粒的形式储存在细胞内好氧时摄取的磷多于厌氧时释放的磷 生物除磷原理第五节 微生物对无机元素的转化作用n30 生物除磷原理第五节 微生物对无机元素的转化作用厌氧好氧系统生物除磷过程图 1 n31 聚磷菌的典型特征是细胞内含有异染颗粒一般只能利用低级脂肪酸等小分子有机物不能直接利用和分解大分子有机质主要有：不动杆菌、假单胞菌、气单胞菌等 除聚磷菌外，还有发酵产酸菌和异样好氧菌参与生物除磷过程参与生物除磷的微生物 生物除磷原理第五节 微生物对无机元素的转化作用n32。