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污染控制(第二章-1).ppt

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第二章 微生物对污染物的降解和转化,一、有机污染物的降解途径,1.光降解(光解作用)(具有紫外线吸收峰的化合物) 2.化学降解(由于温度、氧气、pH、金属离子等发生化学降解或转化) 3.生物降解(通过动物、植物和微生物的代谢活动来分解各种有机物),第一节 有机污染物的生物降解,自然界化学物质的降解主要通过上述三种途径交叉进行,其中与微生物降解作用的关系最大。,光降解作用,光解过程可分为三类: 第一类称为直接光解,这是化合物本身直接吸收了太阳能而进行分解反应; 第二类称为敏化光解,水体中存在的天然物质(如腐殖质等)被阳光激发,又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解反应; 第三类是氧化反应,天然物质被辐照而产生自由基或纯态氧(又称单一氧)等中间体,这些中间体又与化合物作用而生成转化的产物。,1、直接光解 光化学反应的先决条件应该是污染物的吸收光谱要与太阳发射光谱在水环境中可利用的部分相适应。 水环境中污染物光吸收作用仅来自太阳辐射可利用的能量,太阳发射几乎恒定强度的辐射和光谱分布,但是在地球表面上的气体和颗粒物通过散射和吸收作用,改变了太阳的辐射强度。阳光与大气相互作用改变了太阳辐射的谱线分布。 太阳辐射到水体表面的光强随波长而变化,特别是近紫外(290—320nm)区光强变化很大,而这部分紫外光往往使许多有机物发生光解作用。其次,光强随太阳射角高度的降低而降低。,2、敏化光解(间接光解)除了直接光解外,光还可以用其他方法使水中有机污染物降解。一个光吸收分子可能将它的过剩能量转移到一个接受体分子,导致接受体反应,这种反应就是光敏化作用。2,5—二甲基呋喃就是可被光敏化作用降解的一个化合物,在蒸馏水中将其暴露于阳光中没有反应,但是它在含有天然腐殖质的水中降解很快,这是由于腐殖质可以强烈地吸收波长小于500nm的光,并将部分能量转移给它,从而导致它的降解反应。,3、氧化反应有机毒物在水环境中所常遇见的氧化剂有单重态氧(1O2),烷基过氧自由基(RO2·),烷氧自由基(RO·)或羟自由基(OH·)。这些自由基虽然是光化学的产物,但它们是与基态的有机物起作用的,所以把它们放在光化学反应以外,单独作为氧化反应这一类。,二、微生物的生物化学转化作用,1.氧化作用 (失电子,自身被氧化,化合价升高),,生物降解(biodegradation) 微生物降解,,主要是,微生物的代谢活动主要体现在以下几个方面:,Fe2+ Fe3+ S SO42-,,,NH3 NO2- NO3-,,,醇(糖类 C-OH) 醛(-CHO) 酸(-COOH),,,氧化亚铁硫杆菌,氧化硫硫杆菌,亚硝化单胞菌属,硝化杆菌属,2. 还原作用(得电子,自身被还原,化合价降低),二、微生物的生物化学转化作用,,大肠杆菌,具有特色的是硝酸的还原反应:NO3- NH3,,烯烃发生加氢还原,变成烷,3. 脱羧作用:羧酸分子中失去羧基放出二氧化碳的反应叫做脱羧反应。 4. 脱氨基作用:微生物的特色反应-CH-NH2 -CH2 + NH3,,二、微生物的生物化学转化作用,,,,,,5. 水解作用 (酯类水解反应生成醇+羧酸)酯的水解 油脂经加碱水解可得高碳脂肪酸钠(肥皂)和甘油;制脂肪酸要用加酸乳化水解。低碳烯烃与浓硫酸作用所得烷基硫酸酯,经加酸水解可得低碳醇。淀粉水解; C6H22O11(麦芽糖) 5H2O+C6H12O6,,二、微生物的生物化学转化作用,,6. 酯化作用 (醇+羧酸发生酯化反应)醇跟羧酸或含氧无机酸生成酯和水,这种反应叫酯化反应 7. 脱水反应:指有水分子析出的反应过程 ①醇的脱水 一元醇脱水时,根据反应温度的不同,生成烯烃或醚。②酸的脱水 一元羧酸脱水可生成酐,但通常不用其作为制酐的方法。③酰胺脱水 酰胺脱水可得饱和腈(或氢氰酸),,二、微生物的生物化学转化作用,8. 缩合反应两个或多个有机分子相互作用后以共价键结合成一个大分子,同时失去水或其他比较简单的无机或有机分子的反应。 9. 氨化反应-C=O -CH-NH2 (酮基发生氨化)丙酮酸转化为丙氨酸:CH3COCOOH-CH3CHNH2COOH,,,二、微生物的生物化学转化作用,10. 乙酰化作用氨基转化为酰胺-NH2 ―NH-CO-CH3,,,,二、微生物的生物化学转化作用,小结:以上各种微生物的化学作用,实质上是微生物代谢过程中的酶反应!(在化学条件下也能够发生上述反应,但是条件苛刻,经常是高温、高压等,但是酶的反应一般在常温常压下进行。),第二节 酶的催化作用,一、概述,酉,每,与发酵有关的过程,酒、醋、酱等。,(一)什么是酶?,全部生命活动和生物化
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