1、有機污染物的降解有機污染物的降解組員：曾小霞、呂煒、許王凱、李丹、謝鴻麟 生活污水、食品加工和造紙等工業生活污水、食品加工和造紙等工業廢水，含有碳水化合物、蛋白質、氨基廢水，含有碳水化合物、蛋白質、氨基酸、油酯、纖維素等有機物質，這些物酸、油酯、纖維素等有機物質，這些物質以懸浮形狀或溶解形狀存在于水中，質以懸浮形狀或溶解形狀存在于水中，排入水體后能在微生物作用下分解為簡排入水體后能在微生物作用下分解為簡單的無機物，在分解過程中耗費氧氣，單的無機物，在分解過程中耗費氧氣，使水體中的溶解氧使水體中的溶解氧Dissolved Oxygen，DO減少，因此稱為耗氧有機物。減少，因此稱為耗氧有機物。印染

2、廠印染廠作孽作孽八百里洞八百里洞庭？庭？ 來自于水體外的耗氧有機物,主要有以下三種:(1)水從土壤、泥炭和其他包含有生物遺體的各種構成物中溶濾出來的物質.(2)隨污水流到水中的需氧污染物包括生活污水、畜禽污水等 。(3)工業廢水包括造紙、制革、釀造、印染、焦化、石油化工等消費過程中產生的污水注入水體,使水中含有各種復雜的有機污染物。排入水體的需氧污染物中,從排放的量上看,生活污水是需氧污染物的最主要的來源.但畜禽污水及工業廢水的生化需氧量普通比生活污水大數倍到數十倍。 2019年，美加五大湖是北美乃至全世界重要湖泊群之一，其中首要污染物就是包括有機物在內的毒性物質，由于有毒污染物的高殘留性，近

3、年來，五大湖魚類體中仍能檢測出1970年以來已制止運用的有毒污染物，如多氯聯苯、滴滴涕、二惡英、狄氏劑。亞洲湖泊普遍存在的問題除氮磷以外就是有機污染問題。轉載： china-pops/CHINESE/1_Center/article.asp?id=638&classid=3河段河段有機污染狀況有機污染狀況2019年的深圳河年的深圳河超標污染物以有機污染超標污染物以有機污染物為主物為主湘江流域湘江流域 有機污染為主有機污染為主 第二松花江（吉林）第二松花江（吉林） 芳香族、鹵代烴類、醛、芳香族、鹵代烴類、醛、酮、醇類等有機物酮、醇類等有機物374種種 太湖太湖有機物種類有機物種類74種種

4、珠江東湖源水珠江東湖源水 有機物種類有機物種類241種種蘇州河底質蘇州河底質有機物種類有機物種類102種種降解方式降解方式物理物理化學化學生物生物揮發作用揮發作用揮發作用是有機物質從揮發作用是有機物質從溶解態轉入氣相的一種重要溶解態轉入氣相的一種重要的遷移過程。的遷移過程。揮發作用速率依賴于有揮發作用速率依賴于有機物質的性質和水體的特機物質的性質和水體的特性性假設有毒物質具有假設有毒物質具有“高揮高揮發性質，那么顯然在影響發性質，那么顯然在影響有毒物質的遷移轉化和歸趨有毒物質的遷移轉化和歸趨方面，揮發作用是一個重要方面，揮發作用是一個重要的過程。的過程。然而，即使毒物的揮發作然而，即使毒物的揮

5、發作用較小時，揮發作用也不能用較小時，揮發作用也不能忽視，這是由于有機物的歸忽視，這是由于有機物的歸趨是多種過程的奉獻。趨是多種過程的奉獻。 對于具有兩個環的對于具有兩個環的PAH 化合物來說，有較大化合物來說，有較大揮發性。例如飄浮海面的原油中所含的萘很容揮發性。例如飄浮海面的原油中所含的萘很容易在一定水溫、水流、風速條件下揮發逸散到易在一定水溫、水流、風速條件下揮發逸散到大氣中去，但存在于水體中具有大氣中去，但存在于水體中具有4 或或4 個以上個以上苯環的苯環的PAH 化合物在任何環境條件下都是不化合物在任何環境條件下都是不易揮發的。易揮發的。 包括很多芳烴苯、甲苯、二甲苯、乙苯等包括很多

6、芳烴苯、甲苯、二甲苯、乙苯等在內的許多有機物都具有易揮發特性。由此組在內的許多有機物都具有易揮發特性。由此組成了一個有機化合物大類，被稱為揮發性有機成了一個有機化合物大類，被稱為揮發性有機化合物類化合物類VOCs。 留意那些本身不易揮發，但是經過一些化學反留意那些本身不易揮發，但是經過一些化學反響后能生成易揮發物質的玩意：響后能生成易揮發物質的玩意： CN-這個東西本來是不易揮發的，但是與這個東西本來是不易揮發的，但是與H結合后生成易揮發的結合后生成易揮發的HCN，毒性，毒性100倍的加倍的加強。強。 CO2就可以使就可以使CN揮發揮發CN+CO2+H2OHCN+HCO3-水解作用水解作用 水

7、解作用是有機化合物官能團水解作用是有機化合物官能團X-和水中和水中的的OH-發生交換，發生交換， RX+H2O ROH+HX 反響步驟還可以生成一個或多個中反響步驟還可以生成一個或多個中間體，有機物經過水解作用而改動了原間體，有機物經過水解作用而改動了原化合物的化學構造?；衔锏幕瘜W構造。 有環境條件下，能夠發生水解的官能團類有有環境條件下，能夠發生水解的官能團類有烷基鹵，酰胺，胺，氨基甲酸酯，羧酸酯，環氧烷基鹵，酰胺，胺，氨基甲酸酯，羧酸酯，環氧化物，腈，膦酸酯，磷酸酯，磺酸酯，硫酸酯等?；?，腈，膦酸酯，磷酸酯，磺酸酯，硫酸酯等。 水解作用可以改動反響分子，但并不能總是生水解作用可以改動反

8、響分子，但并不能總是生成低毒的產物如成低毒的產物如2，4-D酯類水解生成毒性更酯類水解生成毒性更大的大的2，4-D酸。酸。 水解作用產物能夠比原來的化合物更易或更難水解作用產物能夠比原來的化合物更易或更難揮發，與揮發，與pH值有關的離子化水解產物的揮發值有關的離子化水解產物的揮發性能夠是零。性能夠是零。 水解產物普通比原來化合物更易為生物降解。水解產物普通比原來化合物更易為生物降解。水解速率與水解速率與pH值有關值有關種類酸催化堿催化有機鹵化物環氧化物脂肪酸酯芳香酸酯酰胺氨基甲酸酯磷酸酯無3.181.23.13.95.2 4.97 11105.27.1 3.95.04.976.292.53.6

9、 水環境pH值范圍在5pH8之內，酸催化是主要的。 水環境pH值范圍在5pH95 %,氨氮去除率氨氮去除率90 %。氧化反響氧化反響 有機物在水環境中遇到的氧化劑主要有：1O2單重態氧、RO2、RO 和 OH。 RO2ArOHRO2H+ArO RO2ArNH2RO2H+ArNH 生物降解作用生物降解作用 引起有機污染物分解的最重要的環境要素。引起有機污染物分解的最重要的環境要素。 條件控制：條件控制： 微生物馴化微生物馴化 pH值值 溫度溫度微生物的生態幅、酶的活性微生物的生態幅、酶的活性 底物濃度底物濃度 營養營養 化合物構造化合物構造 馴化：馴化： 讓某個物種長期生活在某種環境之讓某個物種

10、長期生活在某種環境之下，導致該種的耐性限制的改動。下，導致該種的耐性限制的改動。 實驗結果闡明馴化作用對微生物實驗結果闡明馴化作用對微生物降解苯酚的影響很大。微生物未經馴化降解苯酚的影響很大。微生物未經馴化時，降解苯酚需約時，降解苯酚需約3小時的停滯期，且停小時的停滯期，且停滯期隨苯酚濃度增大而延伸。經苯酚馴滯期隨苯酚濃度增大而延伸。經苯酚馴化的微生物，可立刻降解苯酚。分別用化的微生物，可立刻降解苯酚。分別用0.5mg/L和和1.0mg /L苯酚馴化的微生物去苯酚馴化的微生物去降解降解1.0mg /L苯酚試液，降解過程的前苯酚試液，降解過程的前4.5小時，其前者的降解百分數均小于后小時，其前者

11、的降解百分數均小于后者，隨后二者無明顯差別；對馴化后的者，隨后二者無明顯差別；對馴化后的1.0mg/L和和5.0mg /L苯酚試液降解曲線進苯酚試液降解曲線進展擬合，結果前者的降解系數展擬合，結果前者的降解系數K小小于后者降解系數，闡明提高馴化微生物于后者降解系數，闡明提高馴化微生物的濃度可加速苯酚的降解。其它幾種受的濃度可加速苯酚的降解。其它幾種受試物馴化的微生物也表現出類似結果。試物馴化的微生物也表現出類似結果。 出現以上結果的緣由能夠為大多數微生物為無出現以上結果的緣由能夠為大多數微生物為無性繁衍、單細胞構造，整個細胞直接與環境接性繁衍、單細胞構造，整個細胞直接與環境接觸。當有外來物質存

12、在時，在其可以忍受的毒觸。當有外來物質存在時，在其可以忍受的毒性范圍內易發生變異，構成主要以該種物質為性范圍內易發生變異，構成主要以該種物質為碳源的微生物。該種微生物的生長繁衍需求一碳源的微生物。該種微生物的生長繁衍需求一個順應環境的過程，而在這個過程中污染物濃個順應環境的過程，而在這個過程中污染物濃度不會發生明顯變化。當微生物順應環境后，度不會發生明顯變化。當微生物順應環境后，以實驗物為碳源并開場急劇繁衍，污染物就開以實驗物為碳源并開場急劇繁衍，污染物就開場降解。場降解。 對已接種馴化微生物的酚、鄰氯酚、鄰甲酚和對已接種馴化微生物的酚、鄰氯酚、鄰甲酚和間苯二酚水樣間苯二酚水樣pH6.7加酸或

13、堿調理其加酸或堿調理其pH分分別為別為4.0、8.0、9.0和和10.0進展降解實驗，所得進展降解實驗，所得結果顯示結果顯示4種酚的降解均明顯依賴于種酚的降解均明顯依賴于pH值。當值。當pH10.0，它們幾乎均不降解；而，它們幾乎均不降解；而pH在在6.09.0時均發生明顯降解，而且其降解系時均發生明顯降解，而且其降解系數隨數隨pH的增大而減小，闡明降解酚類化合物的增大而減小，闡明降解酚類化合物的微生物適宜在中性條件下生存，過高或過低的微生物適宜在中性條件下生存，過高或過低的的pH值均不利于微生物的生長。值均不利于微生物的生長。 分析其緣由能夠是分析其緣由能夠是pH的改動，引起了微生物的改動，

14、引起了微生物外表電荷改動，進而影響微生物對污染物的吸外表電荷改動，進而影響微生物對污染物的吸收。收。 底物濃度對酶促反響的影響在底物濃度較低時，底物濃度對酶促反響的影響在底物濃度較低時，反響速率隨底物濃度添加而加快，反響速率與反響速率隨底物濃度添加而加快，反響速率與底物濃度近乎成正比；在底物濃度較高時，底底物濃度近乎成正比；在底物濃度較高時，底物濃度添加，反響速率也隨之加快，但不顯著；物濃度添加，反響速率也隨之加快，但不顯著；當底物濃度很大，且到達一定限制時，反響速當底物濃度很大，且到達一定限制時，反響速率就到達一個最大值率就到達一個最大值 。 有些化合物低濃度時容易被降解，濃度高了反有些化合

15、物低濃度時容易被降解，濃度高了反而會抑制微生物的活性如吡啶而會抑制微生物的活性如吡啶 生物缺乏生物缺乏N、P等必需元素，使得無法合等必需元素，使得無法合成降解有機物相關的酶，因此大大影響成降解有機物相關的酶，因此大大影響降解速率。降解速率。 微生物本身的生長也需求營養物質微生物本身的生長也需求營養物質 烴類物質：鏈烴比環烴易分解，支鏈比烴類物質：鏈烴比環烴易分解，支鏈比直鏈難分解，支鏈越多越難降解。直鏈難分解，支鏈越多越難降解。 苯酚和苯胺比苯易降解，鹵代作用使有苯酚和苯胺比苯易降解，鹵代作用使有機物的降解更加困難。機物的降解更加困難。 化合物的分子量較大的話，由于酶難以化合物的分子量較大的話

16、，由于酶難以進入內部，所以降解性降低。進入內部，所以降解性降低。三、水體中代表性耗氧有機物的降解三、水體中代表性耗氧有機物的降解一、碳水化合物的降解一、碳水化合物的降解 二、脂肪和油類的降解二、脂肪和油類的降解 三、含氮有機物降解三、含氮有機物降解 四、三類代表性耗氧有機物在后四、三類代表性耗氧有機物在后期降解過程期降解過程碳水化合物的生化降解碳水化合物的生化降解一概念：一概念： 碳水化合物也叫糖，是自然界存在的最多的一類碳水化合物也叫糖，是自然界存在的最多的一類有機化合物，是一切生命體維持生命活動所需能量的有機化合物，是一切生命體維持生命活動所需能量的主要來源。糖也是由主要來源。糖也是由C、

17、H、O組成的不含組成的不含N的有機物，的有機物，通式為：通式為：Cn(H2O)m二根據它可否水解，水解后生成的物質可將其分為：二根據它可否水解，水解后生成的物質可將其分為： 單糖：包括戊糖單糖：包括戊糖(C5H10O5)(代表：木糖、阿拉伯糖代表：木糖、阿拉伯糖) 巳糖巳糖(C6H12O6)(代表：葡萄糖、果糖代表：葡萄糖、果糖) 二糖、低聚糖：由二糖、低聚糖：由210個分子單糖縮合而成，可水解個分子單糖縮合而成，可水解 為幾個分子的單糖。為幾個分子的單糖。C12H22O11 (代表：蔗糖、乳代表：蔗糖、乳糖糖 麥芽糖麥芽糖) 多糖：許多單糖構成的高聚物，可分解成數千個單糖多糖：許多單糖構成的

18、高聚物，可分解成數千個單糖 (代表：淀代表：淀 粉、纖維素粉、纖維素)降解：降解： 微生物在細胞膜外經過水解使其從微生物在細胞膜外經過水解使其從多糖轉化為二糖后，透過細胞膜進入細多糖轉化為二糖后，透過細胞膜進入細胞內作進一步的降解。胞內作進一步的降解。詳細的反響方程式為：詳細的反響方程式為：油脂的皂化反響油脂的皂化反響 皂化反響是堿催化下的脂水解反響，尤指油脂的水解。皂化反響是堿催化下的脂水解反響，尤指油脂的水解。 如：脂肪和植物油的主要成分是甘油三酯，它的堿水如：脂肪和植物油的主要成分是甘油三酯，它的堿水解方程式為：解方程式為： CHOCOR| 加熱加熱 CHOCOR + 3NaOH - 3

19、R-COONa + CHOH-CHOH-CHOH|CHOCORR基能夠不同，但生成的基能夠不同，但生成的R-COONa都可以做肥皂都可以做肥皂 。 狹義的講，皂化反響僅限于油脂與氫氧化鈉或氫氧狹義的講，皂化反響僅限于油脂與氫氧化鈉或氫氧化鉀混合，得到高級脂肪酸的鈉、鉀鹽和甘油的反響?；浕旌?，得到高級脂肪酸的鈉、鉀鹽和甘油的反響。這個反響是制造肥皂流程中的一步，因此而得名。這個反響是制造肥皂流程中的一步，因此而得名。 脂肪和油可以經過脂肪酶屬水解酶脂肪和油可以經過脂肪酶屬水解酶水解為甘油和脂肪酸。脂肪酶不僅存在水解為甘油和脂肪酸。脂肪酶不僅存在于人和動物的小腸中，也存在于細菌、于人和動物的小腸

20、中，也存在于細菌、霉菌以及富含油脂的植物種子中。霉菌以及富含油脂的植物種子中。 CH2O-COR1 CH2OH | 脂肪酶脂肪酶 | R2OC-OCH +H2O R2OC-OCH +R1COOH+R3COOH | | CH2O-COR3 CH2OH含氮有機物的生化降解含氮有機物的生化降解一、含氮有機物簡介：一、含氮有機物簡介： 含氮有機物指除含氮有機物指除C、H、O外，還含有外，還含有N、S、P等元素的有機化合等元素的有機化合 物，包括蛋物，包括蛋白質、氨基酸、尿素、腈類、胺類及硝白質、氨基酸、尿素、腈類、胺類及硝基化合物等。基化合物等。 含氮有機物降解比不含氮有機物降解含氮有機物降解比不含氮

21、有機物降解難，其產物與不含氮有機物降難，其產物與不含氮有機物降 解產物會解產物會發生相互作用。污染性也更強。發生相互作用。污染性也更強。尿素及其降解尿素及其降解一、尿素簡介一、尿素簡介 尿素亦稱尿素亦稱“脲?；瘜W式脲。化學式CO(NH2)2。白色晶。白色晶體，易溶于水。人類和動物尿中主要的含氮物體，易溶于水。人類和動物尿中主要的含氮物質，是蛋白質的代謝產物。質，是蛋白質的代謝產物。二、尿素的降解二、尿素的降解在有氧條件下氨化在有氧條件下氨化 三類代表性耗氧有機物在后期降解過程三類代表性耗氧有機物在后期降解過程一硝化和硫化：含氮有機物的降解產物一硝化和硫化：含氮有機物的降解產物NH3和和H2S都

22、都會呵斥水的污染，假設在有氧條件下，可由細菌作用會呵斥水的污染，假設在有氧條件下，可由細菌作用繼續發生硝化和硫化過程。繼續發生硝化和硫化過程。1硝化：硝化：第一階段：第一階段：2NH3+3O22HNO2+2H2O+1Q(6105J)第二階段：第二階段：2HNO2+O22HNO3-+Q(2105J)2硫化：由硫化細菌作用，將硫化：由硫化細菌作用，將H2S氧化為氧化為S2和硫酸鹽和硫酸鹽第一階段：第一階段：2H2S+O22H2O+S2+Q第二階段：第二階段：S2+3O2+2H2O2H2SO4+Q反硝化：缺氧水體，不能進展硝化過程，使硝反硝化：缺氧水體，不能進展硝化過程，使硝酸鹽又復原為酸鹽又復原為

23、NH3，稱為反硝化過程。，稱為反硝化過程。 即嫌氣細菌把即嫌氣細菌把NO3-和和NO2-作為呼吸作用作為呼吸作用的受氫體，使它們發生復原反響，逐漸又轉化的受氫體，使它們發生復原反響，逐漸又轉化為復原態，方式是氣體為復原態，方式是氣體N2O和和N2。 NO3- NO2- N2O N2 從這種轉化過程，可作為耗氧有機物自凈從這種轉化過程，可作為耗氧有機物自凈過程的判別標志。過程的判別標志。 耗氧有機物在降解后期都生成低級有機酸類物質，耗氧有機物在降解后期都生成低級有機酸類物質，在無氧條件下進展酸性發酵，這時的產物在無氧條件下進展酸性發酵，這時的產物(有機酸有機酸)未能未能完全氧化而停留在酸、醇、酮等化合物形狀，完全氧化而停留在酸、醇、酮等化合物形狀，pH值會值會迅速下降，假設迅速下降，假設pH值降得太多，可使細菌中斷生命活值降得太多，可使細菌中斷生命活動而使生物降解無法進展動而使生物降解無法進展(酸性發酵酸性發酵 但假設條件適宜，就可發生另一種發酵過程，使有但假設條件適宜，就可發生另一種發酵過程，使有機物在無氧條件下繼續氧化，這就是甲烷發酵，最終機物在無氧條件下繼續氧化，這就是甲烷