2.5 .1 有机物(污染物)的生物转化和分解

有机污染物的生物降解及其机理研究在环境保护领域中，有机污染物已经成为一个长期关注的重要问题。

这些污染物的存在会对环境产生负面影响，包括细菌和微生物的死亡、自然景观的破坏以及人类健康的影响。

因此，有机污染物的降解一直是环境保护领域的重点研究方向之一。

生物降解是一种常见的降解有机污染物的方法。

相比于物理降解和化学降解，生物降解具有成本低、效率高等优点。

生物降解涉及的生物体也更加复杂和多样化，包括细菌、藻类、真菌、酵母等多种生物。

因此，生物降解已经成为解决有机污染物问题的重要手段。

生物降解机理生物降解指的是微生物将有机污染物转化为无毒或低毒的物质，或将其分解为更小的分子。

这个过程是有一定机理的，下面我们来介绍一下其中的一些步骤。

一、吸附与降解污染物首先通过吸附进入微生物体内，然后被代谢酶作用降解，同时也会产生废弃物和降解产物。

二、生物活性当污染物进入微生物体内后，会引发细胞反应，确保代谢酶的活性，并使酶更加专一。

三、胞内转运代谢产物在细胞内传输，同时反过来，废弃物也在细胞内传输。

四、降解路径污染物会被代谢酶逐步分解成小分子。

不同的污染物通过不同的途径被降解，其中包括一氧化碳酸、乙酸、乙醇等。

生物降解的优势与其他降解方式相比，生物降解具有很多优势。

首先，生物降解成本更低。

这是因为，生物降解通常在自然界中发生，不需要额外的能源和材料支持。

同时，由于生物可以在自然环境中进行降解，所以也没有显著的环境安全问题。

其次，生物降解效率更高。

微生物可以成为高效的生物转化工厂。

微生物对有机污染物的适应性很强，需要的参数也比较简单（如产生适当的酸度、温度、氧气及有机物供应等），这一切都能够让生物降解污染物的效率提高。

再次，生物降解对生态系统有益。

生物降解的结果最终是将原有的有毒有害物质转化为无毒无害或低毒低害物质。

这有助于保护生态系统和人类健康。

生物降解的应用由于生物降解的优势如此多，因此人们已经开始在各种环境保护工作中广泛地应用其技术了。

环境污染物的运移与转化环境污染是全球面临的最大挑战之一。

环境污染物质的运移和转化对环境造成了极大的影响。

环境污染物的运移是指污染物从污染源处向外扩散，通过大气、水体、土壤等媒介在环境中传播；而环境污染物的转化是指污染物经过化学、生物、物理等作用，发生化学反应而转变成其他物质。

本文将从污染物的运移、转化及其影响等几个方面进行讲述。

一、污染物的运移环境污染物的种类非常复杂，有机物、重金属、放射性物质等都可能成为污染物。

污染物的运移途径与物质性质、环境因素以及地形地貌等有关。

大气、水体、土壤和生物是污染物的主要媒介。

（一）、大气运移大气是环境中污染物的主要传递媒介。

污染物通过大气沉淀到地面、水体和土壤中，从而造成环境污染。

大气运移的时间和距离较长，容易造成区域性污染。

例如，空气中的二氧化硫、氮氧化物和氨等污染物会促进酸雨的形成，对环境造成很大的伤害。

（二）、水体运移水体是污染物运移的另一个主要传递媒介。

水体中的污染物可以通过水流向远处扩散，或者通过沉降到河底等方式从水体中移除。

水体运移的特点是传播速度快，但是距离较短。

例如，废弃物、污水和石油等污染物流入水体后，会对水资源造成危害，对水生物和水生态系统造成严重影响。

（三）、土壤运移土壤是污染物的主要储存介质之一。

污染物可以通过化学、生物和物理作用等途径发生转化，然后再进入到水体或者大气中。

土壤中的污染物具有较长的半衰期和较慢的扩散速度，而且容易在土壤中积累，造成地质性污染。

例如，工业、农业和城市的污染物会随着气溶胶、尘埃等的降落而沉积到土壤中，从而影响到地下水和农作物的质量。

（四）、生物运移生物是污染物的另一个传递媒介。

污染物通过食物链进入到生物体内，从而造成生态系统的污染。

生物运移的特点是传播距离较短，但是传播范围比较广。

例如，人类食物中的污染物会通过食物链不断地进入到动物的体内，最后累积到人类体内造成健康影响。

二、污染物的转化污染物的运移不仅会对环境造成影响，而且还会发生一些化学反应，从而形成新的污染物。

挥发性有机物污染物的生物降解挥发性有机物（VOCs）是一类常见的有机污染物，包括苯、甲苯、乙苯、氯代烷烃、酮类等。

它们通过工业生产、交通运输、石油炼制等活动释放到空气中，对人体健康和环境造成威胁。

因此，寻找有效的方法来清除VOCs成为了迫在眉睫的问题。

近年来，生物降解技术逐渐受到重视。

本文将介绍VOCs污染物的生物降解，包括生物降解的机理、常见的生物降解剂以及适用于不同VOCs的生物降解剂。

一、生物降解的机理生物降解指的是利用微生物的代谢过程将有机污染物转化为无毒或低毒的物质。

生物降解的机制主要包括：吸附—沉积、酶作用、生物转化和微生物自净。

当有机污染物进入微生物细胞时，污染物首先通过吸附—沉积作用附着在微生物表面。

然后，微生物分泌特定的酶来消化有机污染物，将其转化为较小的无机分子。

其中，微生物的呼吸作用是生物降解污染物的核心过程。

呼吸过程中，微生物将有机化合物中的电子（能量）转移到氧化剂上，生成CO2、H2O等无机物。

二、生物降解剂1、生物膜法（Biofiltration）生物膜法是将有机气体通过生物膜床来处理。

在生物膜中，微生物在床内填充的压板或填料表面上形成生物层，过滤空气中的有机物质。

由于污染物在过滤器内停留较长时间，因此，生物膜法对于低浓度VOCs的处理效果更好。

想要达到更高的效果，需要控制过滤速率和湿度。

2、生物吸附法（Biosorption）生物吸附法是通过微生物的吸附能力物理去除VOCs。

微生物表面的细胞壁具有与有机物物质亲和力，吸附在细胞表面上。

在这个过程中，需要注意生物质的选择以及吸附剂量等参数的控制。

3、生物过滤法（Biofiltration）生物过滤法是将VOCs通过床层（通常是木屑和土壤）架设的过滤器中，微生物利用各种有机物对有机污染物进行生物降解。

和生物膜法类似，生物过滤法对低浓度VOCs的处理效果更好。

与此同时，需要注意控制床层的厚度以及通风的速率。

三、适用于不同VOCs的生物降解剂1、苯苯是一种具有致癌性的VOCs。

微生物对污染物的降解和转化•有机污染物生物净化（天然物质、人工合成物质）•无机污染物生物净化第一节有机污染物的生物净化机理•净化本质——微生物转化有机物为无机物•依靠——好氧分解与厌氧分解一、好氧分解•细菌是其中的主力军•原理：好氧有机物呼吸• C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐•H → H2O• N → NH3→ HNO2→ HNO3•S → H2SO4•P → H3PO4•二、厌氧分解•厌氧细菌•原理：发酵、厌氧无机盐呼吸C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2•N → RCHNH2COOH →NH3（臭味） + 有机酸（臭味）•S →H2S（臭味）•P → PO3-4•水体自净的天然过程中厌氧分解（开始）→好氧分解（后续）第二节各类有机污染物的转化一、碳源污染物的转化•包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。

1．纤维素的转化•β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。

•来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。

A．微生物分解途径B．分解纤维素的微生物•好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌•厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。

•放线菌——链霉菌属。

•真菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。

•需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。

2．半纤维素的转化•存在于植物细胞壁的杂多糖。

造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。

•分解过程•分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。

•许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。

霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。

3．木质素的转化自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？•确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的有软腐菌。

黄孢原平毛革菌(Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。

环境污染物的迁移与转化机制污染物是指对环境产生有害影响的物质，它们通过各种途径进入环境中，并随着环境的改变而发生迁移和转化。

了解环境污染物的迁移与转化机制对于环境保护和污染治理至关重要。

一、污染物的迁移途径1. 大气迁移：空气是最常见的污染物迁移的途径之一。

污染物通过大气扩散、降水沉降等方式迁移到地表水和土壤中。

例如，氮氧化物、二氧化硫等造成酸雨的成分可通过空气传播，在不同的地区产生酸性沉降，对生态系统造成严重影响。

2. 水体迁移：水是各种污染物迁移的重要途径之一。

溶解态污染物可通过河流、湖泊、海洋等水系进行迁移。

此外，悬浮态污染物和沉积态污染物也能随水体流动而进行迁移，对水生态系统造成潜在威胁。

3. 土壤迁移：土壤是吸附和固定污染物的重要介质，同时也是污染物迁移的主要途径之一。

溶解态和悬浮态的污染物可以随水分进入土壤，附着在土壤颗粒表面；而揮发性有机物则可通过土壤气相的扩散迁移到大气中。

二、污染物的转化机制1. 生物转化：在自然界中，许多污染物可以通过微生物的作用而发生转化。

生物降解是一种常见的转化机制，通过微生物的代谢活动，有机污染物逐渐分解为较简单的无害物质。

此外，生物吸附和生物蓄积也是污染物转化的重要方式。

2. 化学转化：污染物在环境中可以通过化学反应发生转化。

例如，氮氧化物在大气中与氧反应生成二氧化氮，从而参与到酸雨的形成过程中。

当有机物与氧气和其他氧化剂接触时，也会发生氧化反应，使有机物发生降解。

3. 其他转化机制：热解、光解和电解等也是污染物转化的重要机制。

在高温下，一些有机物可以发生热解反应，分解为其他化合物。

光解则是指在光照条件下，化学物质的化学键被打断，形成新的化合物。

电解是通过电流作用使污染物发生电化学反应，从而达到转化的目的。

三、影响环境污染物迁移与转化的因素1. 物理因素：如温度、湿度、风速等都会影响污染物迁移和转化。

高温有利于化学反应的进行，提高了化学转化的速率；而较高的湿度则有利于水体中污染物的溶解和迁移。

生物体内有机污染物的代谢与降解近年来，随着环境污染加剧，有机污染物已经成为严重影响人类健康和生态环境的重要因素之一。

尽管大部分有机污染物被认为是毒性的，但事实上，大多数有机污染物可以通过生物降解来去除、减少其对生态环境的危害。

生物降解指的是有机污染物在环境中受到生物转化作用，分解成无害的物质的过程。

而生物降解的过程同样可以在生物体内发生。

在自然条件下，生物体会通过进食、呼吸等途径摄入有机污染物，这些有机物在生物体内通过代谢作用而降解和转化成无害物质。

下面我们将从多个角度探讨生物体内有机污染物的代谢与降解。

一、生物体内的代谢机制生物体内代谢是有机污染物受到降解的基础。

生物体内的代谢主要分为两类：一类是通过氧化还原反应来进行代谢，比如细胞色素P450系统；另一类是通过非氧化还原反应，如酯水解酶、氨解酶等。

在生物体内，通过氧化还原反应来代谢有机物质是最常见的代谢机制，细胞色素P450便是其中比较重要的一种。

细胞色素P450(CYPs)是一类嵌入在内质网上的酶，它们参与许多的生物代谢过程。

CYPs通过对有机污染物进行加氧、脱氢等反应使其失去毒性，被转化成更安全的物质。

但CYPs也是造成一些有机物质毒性加强的重要因素，因为CYPs可以将其代谢转化为更有毒性的物质。

例如，对苯二酚蜕化物(PQDP)就是在细胞色素P450的催化下形成的，具有较强的毒性。

另一类代谢机制是通过酯水解酶、氨解酶等非氧化还原酶进行代谢。

这类酶广泛分布于生物体内，其作用是对含酯、酰胺、氨基酸等键进行提高反应性的水解，从而促进代谢。

这类酶的代表性物种有麻雀、大鼠等。

二、生物体内的降解机制生物体内的降解机制是有机污染物在生物体内转化成无害物质的关键，同时也是对生态环境的保护。

生物体内的降解可以分为两种方式：一是直接生物降解，二是通过代谢后降解。

在生物体内，直接生物降解多为生物体内有特定的酶水解、氧化、还原等反应将毒性物质降解为无毒性物质。

如细胞质内的乙醇脱氢酶可将甲酸异丙酯转化为异丙醇和甲酸。

生物有机体与环境污染物的生物富集生物富集是指环境中毒物逐级递增地在食物链中逐渐累积的现象。

当环境中存在有害物质时，这些物质会被生物体摄入、吸收和积累，从而对生物体造成危害。

本文将重点探讨生物有机体与环境污染物的生物富集现象，以及其在环境保护中的意义。

一、生物有机体的摄入途径生物有机体通常通过以下途径与环境污染物接触和摄入：1. 食物链传递：环境中的污染物被植物吸收，再被食草动物摄入，最后被食肉动物摄入，逐渐积累在食物链的顶端动物体内。

2. 吸入：污染物被气态物质或微小颗粒物悬浮在空气中，生物通过呼吸器官吸入。

3. 吸附：污染物可附着在生物体表面，通过直接接触或通过水生环境吸附进入生物体内。

二、生物富集机制生物富集是由于环境污染物的生物转化和生物积累等过程引起的。

主要机制包括：1. 生物转化：环境污染物在生物体内经过一系列代谢反应，转化为更容易积累的有机形态，如有机汞、有机氯等。

2. 生物积累：环境污染物在生物体内逐渐积累，原因包括生物吸收超过排除、无法代谢的物质积累等。

三、污染物的生物富集程度污染物的生物富集程度可通过生物富集因子（Bioaccumulation Factor，BAF）来衡量。

BAF是指生物体组织中含污染物的浓度与环境中含污染物的浓度之比，常用于衡量有机物对生物的富集程度。

一般来说，BAF大于1表示生物体内的污染物浓度高于环境，即出现了生物富集现象。

四、生物富集与环境保护生物富集不仅对生物有机体本身造成威胁，还可能对整个生态系统产生影响，因此需要加强环境保护措施。

以下是几个关键方面：1. 源头控制：减少或阻断污染物进入环境的途径，如控制排放源、净化废水等。

2. 监测与评估：建立完善的污染物监测网络，及时监测环境中的污染物含量，评估生物体暴露风险。

3. 生物修复：利用生物技术修复受污染的土壤和水体，通过植物吸收、微生物降解等方式减少环境中的有害物质。

4. 环境教育：加强环境保护教育，提高公众对环境污染物的认知与关注，引导人们采取环境友好的行为。

生物转化名词解释生物转化的一种方式是对营养物质进行转换。

当能量高时，由化学键合的碳转变为不可用的氧。

在生态系统的这种情况下，太阳能被物理形式转移到植物中，而动物将其储存起来。

在有机化合物中，许多具有非常强的毒性，它们通常具有复杂的结构并且只能以某种方式降解。

有机废弃物如果被丢弃在环境中，不仅会污染环境，也会破坏土壤结构，影响农作物的生长。

因此，它们必须被处理或直接回收利用。

今天，我们将讨论有关生物转化的基本概念。

有机废弃物进入土壤后，首先与土壤中的微生物接触，然后它们可以在微生物的作用下发生各种转化。

1、好氧微生物：以活性污泥为代表的生物，具有较强的生命力，对有机物质有很强的氧化分解作用，但这类细菌对营养要求较高，一般在低浓度范围内使用。

2、厌氧微生物：以接触氧化和厌氧消化为代表的生物。

接触氧化作用主要是利用好氧微生物产生的大量氧气，使有机物发生分解。

厌氧消化是利用在缺氧条件下，有机物质发生缓慢分解。

一般情况下，厌氧消化需要更多的时间和更少的空间，从而导致厌氧消化过程相对缓慢。

3、兼性厌氧微生物：以颗粒污泥为代表的微生物，能够同时对有机物质进行分解和合成，所以具有较高的生物量。

它们是主要的微生物，但不是唯一的，如接触酶是兼性厌氧微生物的代表，它既能对有机物质进行分解，又能进行合成。

由于它们能对有机物质进行分解和合成，因此它们可以在没有氧气的情况下分解和合成，从而减少了二次污染。

4、生物降解：指大分子有机物在微生物作用下分解为小分子有机物，并且能被植物吸收。

它是生态系统的初级代谢，能够促进系统的物质循环。

4、生物降解：指大分子有机物在微生物作用下分解为小分子有机物，并且能被植物吸收。

它是生态系统的初级代谢，能够促进系统的物质循环。

5、微生物固定：将有机废物以颗粒或胶体状态固定在土壤中，以防止污染。

固定化过程在微生物的作用下，有机废物中的营养物质得以保留，因此污染物可以持续输出，而不会造成污染的累积。

有机物分解途径有机物是由碳、氢、氧等元素组成的化合物，常见的有机物包括脂肪、蛋白质、糖类等。

这些有机物在自然界中会经过各种途径进行分解，进而转化为更简单的物质。

本文将介绍几种常见的有机物分解途径。

1. 生物降解生物降解是指有机物在生物体内被微生物、酶或其他生物体降解为更简单的物质。

这是一种自然的分解途径，常见于自然环境中的有机物分解过程。

以蛋白质为例，蛋白质是由氨基酸组成的高分子化合物。

在生物体内，蛋白质会被酶分解为氨基酸，然后进一步被微生物降解为氨、二氧化碳和水等物质。

这个过程中，有机物的结构被逐渐破坏，能量也被释放出来。

2. 氧化反应氧化反应是指有机物与氧气发生反应，生成二氧化碳和水等物质的过程。

这是一种常见的有机物分解途径，常见于燃烧和代谢过程中。

以脂肪为例，脂肪是由甘油和脂肪酸组成的有机物。

当脂肪遇到氧气时，发生氧化反应，生成二氧化碳和水，释放出能量。

这是我们身体燃烧脂肪来产生能量的过程。

3. 热解反应热解反应是指有机物在高温条件下分解为更简单的物质。

这是一种非生物降解的途径，常见于工业生产过程中。

以糖类为例，糖类是由碳、氢、氧等元素组成的有机物。

当糖类受热分解时，会发生热解反应，产生焦炭、水和一氧化碳等物质。

这个过程常用于生产焦炭或合成一氧化碳等工业过程中。

4. 光解反应光解反应是指有机物在光照下分解为更简单的物质。

这是一种非常见的有机物分解途径，常见于特定的化学反应中。

以光解脱氧核糖核酸为例，光解脱氧核糖核酸是DNA分子在紫外线照射下分解的过程。

当DNA分子受到紫外线照射时，光能会使DNA分子中的化学键断裂，使DNA分子逐渐分解为更简单的碱基、磷酸和糖等物质。

总结起来，有机物分解途径包括生物降解、氧化反应、热解反应和光解反应等。

这些途径使得复杂的有机物能够被分解为更简单的物质，从而循环利用或释放能量。

了解这些分解途径有助于我们更好地理解有机物在自然界中的转化过程，也对环境保护和资源利用具有重要意义。