难降解有机物对白腐真菌P450的诱导及P450的作用

中国环境科学 2009,29(4)：407~412 China Environmental Science 难降解有机物对白腐真菌P450的诱导及P450的作用

宁大亮1,王 慧1*,王立华1,2,丁 昶1(1.清华大学环境科学与工程系,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京 100084；2.河北北方学院理学院,河北张家口 075000)

摘要：实验考察了多环芳烃和氯酚类化合物对黄孢原毛平革菌P450的诱导作用及其P450对生物降解的影响.结果表明,萘、菲、2,4-二氯酚、五氯酚能够诱导该真菌P450,使微粒体P450比浓度达到37~137pmol/mg.在营养限制条件下,菲诱导的P450是营养丰富条件的5.7倍;P450抑制剂的作用使萘、菲、芘、2,4-二氯酚的降解效率下降36%~100%,但是对2,4,6-三氯酚和五氯酚的降解未产生影响.在营养丰富条件下,P450抑制剂的作用使萘、菲、芘、2,4,6-三氯酚的降解效率下降47%~100%,使五氯酚的降解效率增大57%,但对2,4-二氯酚的降解未产生影响.

关键词：白腐真菌；P450；多环芳烃；氯酚；诱导

中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2009)04-0407-06

Induction and function of cytochrome P450 in degradation of refractory organic chemicals by Phanerochaete chrysosporium. NING Da-liang1, WANG Hui1*, WANG Li-hua1,2, DING Chang1 (1.State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control, Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China；2. College of Science, Hebei North University, Zhangjiakou 075000, China). China Environmental Science, 2009,29(4)：407~412

Abstract：The involvement of P450 in degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons and chlorophenols by white rot fungus Phanerochaete chrysosporium was investigated. The significant induction of P450s by naphthalene, phenanthrene, 2,4-dichlorophenol and pentachlorophenol were observed. The specific concentrations of microsomal P450s were up to 37~137 pmol/mg in the induced cells. The content of phenanthrene-induced P450 from nutrient-limited culture was 5.7 times higher than that from nutrient-sufficient culture. Piperonyl butoxide (PB), a P450 inhibitor, markedly inhibited the degradation of naphthalene, phenanthrene and pyrene in both nutrient-limited and nutrient-rich culture medium. Moreover, in nutrient-limited culture medium, PB inhibited 2,4-diclorophenol degradation but had no effect on degradation of 2,4,6-triclorophenol and pentachlorophenol. In nutrient-rich culture medium, in contrast, PB inhibited 2,4,6-triclorophenol degradation but did not affect 2,4-diclorophenol degradation. The degradation of pentachlorophenol was even elevated with the presence of PB in nutrient-rich cultures.

Key words：white rot fungus；P450；polycyclic aromatic hydrocarbons；chlorophenol；induction

白腐真菌是一类可降解木质素、营腐生生活的白色丝状真菌，能够降解许多难降解有机污染物,其胞外木质素降解酶一直是环境领域研究热点[1].近年来,白腐真菌细胞内的细胞色素P450的降解功能越来越引起人们的关注.P450是一类含高铁血红素IX的单加氧酶,在许多生物体中参与多环芳烃、多氯联苯、农药等多种难降解污染物的降解[2].白腐真菌中的黄孢原毛平革菌拥有150多个功能未知的P450基因[3],是迄今所知的P450基因最丰富的真菌.

白腐真菌能够依赖胞内酶降解一些多环芳烃[1],其P450基因的表达也受多环芳烃的诱导[4];白腐真菌降解三氯酚[1]、五氯酚[5]的过程中胞内酶的作用也很重要;在动物和部分微生物中多环芳烃和氯酚类物质的代谢几乎都与P450有关[2,6].但是目前除了糙皮侧耳菌的P450对菲的

收稿日期：2008-09-16

基金项目：国家“973”项目(2004CB418506);国家自然科学基金资助项目(30400012)

* 责任作者, 副教授,wanghui@https://www.wendangku.net/doc/672294619.html,

408 中国环境科学 29卷

环氧化作用[7]和黄孢原毛平革菌P450对苯并(a)芘的羟基化作用[8]之外,白腐真菌P450对上述物质的降解功能尚未见其他报道.

本研究针对黄孢原毛平革菌P450与多环芳烃、氯酚类物质降解的关系,检测了萘、菲、芘、二氯酚、五氯酚等物质对黄孢原毛平革菌P450的诱导作用;分析在营养丰富和营养限制条件下,该真菌对氯酚类和多环芳烃类物质的降解作用及P450抑制剂的影响,考察该真菌P450对这些难降解有机污染物的降解功能.

1材料与方法

1.1材料

黄孢原毛平革菌BKM-F-1767 (ATCC 24725).

试剂:菲(Alfa Aesar, >98%);蒽(Acros Organics, 99%);芘(Acros Organics,>98%);胡椒基丁醚(Aldrich, 90%);其他试剂均为分析纯药品.

土豆固体培养基(PDA)组分:每L培养基含200~300g土豆的浸出液、葡萄糖20g、琼脂粉20g;土豆液体培养基(PDB):每L培养基含200~ 300g土豆的浸出液、葡萄糖20g;低氮培养基(LN)的配方见文献[9].

缓冲液A组成:Na2HPO4 30.08g/L,NaH2PO4 2.50g/L,EDTA-2Na 3.72g/L,pH 7.5.缓冲液B组成:Na2HPO4 30.08g/L,NaH2PO4 2.50g/L,EDTA-2Na 372.2mg/L,DTT 1mmol/L,PMSF 0.5mmol/L,甘油20%, pH 7.5.

1.2真菌培养与P450诱导试验

冷藏的菌种接种到PDA平板置于37℃恒温活化培养6~8d使用.经过活化培养的孢子接种到PDB培养基(最终浓度约为107/L),置于37℃、130r/min培养.除特殊说明外,诱导剂在培养60h 后投加,诱导24h后收集菌体,提取微粒体酶液,检测P450含量;采用正己烷诱导的样本,直接按2μL/(mL?h)投加正己烷,诱导6h后收集菌体.对直接投加的诱导剂,以不加诱导剂的样本作为对照样;对预先溶于有机溶剂投加的诱导剂,有机溶剂的投加体积不超过培养基的1‰,并设置投加相同体积溶剂的样本作为对照样. 1.3微粒体的分离

菌体用缓冲溶液A清洗2遍,5000r/min离心15min,随后悬浮于缓冲溶液B,最终菌体浓度0.5g/mL(湿重/缓冲溶液体积).高速分散(2次,每次匀浆20s冷却20s,保持在冰浴中;Fluko FA25型分散器)后采用玻璃研磨(2~3次,保持在冰浴中).破碎后高速离心(13300r/min,15min,4℃;日立CR22G离心机)2次,上清液超速离心(68400r/min, 90min,4℃;日立CP100MX离心机)1次,沉淀物经缓冲液清洗2次后重悬于缓冲液B中获得微粒体酶液,蛋白浓度控制在5~7mg/mL, -80℃保存待测.

1.4P450含量检测

利用紫外可见分光光度计(日本岛津UV- 2401PC型)通过CO结合差光谱检测P450[10]并对检测条件作一定优化[11].采用Bradford法检测微粒体酶液蛋白含量,用缓冲液B稀释使蛋白浓度为1mg/mL.在样品池和对照池中等量加入两份待测微粒体酶液,记录基线.向样品池和对照池中分别通入CO和N2 40s,通气流量均为3mL/min (样品体积为 300μL 时),随后加入等量低亚硫酸钠(0.4mol/L),反复扫描样品在波长400~500nm 处吸收光谱直至稳定,所得谱线扣除基线即为还原态CO结合差光谱.P450浓度据吸光系数ε450~490为91L/(mmol·cm)计算,P420(P450失活形态)含量依据吸光系数ε420-490为110 L/(mmol·cm)计算.P450浓度与微粒体酶液蛋白含量的比值即为微粒体P450比浓度.

1.5 P450抑制剂试验

真菌接入20mL培养基(300mL培养瓶)中置于37℃预培养60h,其中将要投加氯酚类物质的样本不振荡、将要投加多环芳烃类的样本振荡培养(130r/min).预培养后通入纯氧3min,投加胡椒基丁醚2mmol/L,萘、菲、芘投加浓度20mg/L,蒽、五氯酚投加浓度10mg/L,二氯酚、三氯酚投加浓度50mg/L;投加后随即以磨口玻璃塞密封并以蜡膜加固,继续培养一定时间(二氯酚、三氯酚为4d,五氯酚为7d,多环芳烃为7d)后,向样本中快速加入5倍体积甲醇,随即密封经超声振荡40min(KQ-500E超声仪,昆山),取液相用高效液

4期 宁大亮等：难降解有机物对白腐真菌P450的诱导及P450的作用 409

相色谱法(HPLC)检测目标物质浓度.设置相同条件下不加P450抑制剂的样本;以相应的死菌样本作为对照.以单位菌体平均降解速率作为评价降解效率的指标,其中菌体浓度为反应前后菌体浓度的平均值,并以菌体干重计算. 1.6 多环芳烃与氯酚类物质的检测

采用HPLC(惠普LC1100)检测.色谱柱为C 18反相柱(Hypersil BDS C18,250mm ×4.6mm ×5μm),流速1mL/min,柱温35℃.检测多环芳烃类物质时流动相为80%甲醇溶液;检测氯酚类物质采用含1%乙酸的乙腈溶液,其中二氯酚采用45%乙腈溶液,三氯酚采用65%乙腈溶液,五氯酚采用75%乙腈溶液.检测波长:萘276nm,蒽252nm,菲254nm,芘334nm,二氯酚288nm,三氯酚290nm,五氯酚238nm.

1.7 木质素降解酶活性检测

培养基经离心(9000r/min,10min)得到上清液,用于酶活检测.木质素过氧化物酶采用Tien 等 [9]的方法,定义每1min 氧化1μmol 藜芦醇成藜芦醛所需的酶量为 1 个酶活力单位.采用Paszczynski 等[12]的方法,定义每1min 氧化1μmol Mn 2+为Mn 3+所需的酶量为1个酶活力单位. 2 结果与讨论

2.1 白腐真菌P450的诱导与检测

各种条件下收获的黄孢原毛平革菌中,去线粒体酶液(细胞匀浆高速离心后的上清液,未作超速离心)和胞质酶液(超速离心上清液)的P450比浓度均低于检测限,而微粒体中的P450在适宜诱导条件下则较为明显,说明P450主要存在于微粒体中,因此采用微粒体P450比浓度表征该真菌活性P450的含量.

经过诱导后,微粒体的CO 结合差光谱几乎都在420nm 附近有明显的波峰(图1),这主要是P450的失活形态P420造成的,利用谱图中420nm 吸收值可计算其比浓度.这些P420是P450在细胞内或者破碎分离过程中失活而产生,其含量对分析P450的合成量有参考价值[10],因此与活性P450的含量一并列出.

为保证物质投加的准确性,各种污染物质是

先溶于有机溶剂再以不超过培养基体积1‰的比例投加;从菌体干重的统计分析和生长形态来看,这一比例的有机溶剂对真菌的生长没有影响,但是在投加丙酮样本的微粒体中检出P420(图1),显示了溶剂对P450表达的影响,因此分析各种物质对P450诱导作用时采用相同条件下加有相应溶剂的样本作为对照.

-0.02

-0.0100.010.02吸光度

---0.02

0.020.04400

450500

波长(nm)

吸光度

400 450 500

波长(nm)

-

图1 经丙酮、萘、2,4-二氯酚诱导或未经诱导的黄孢

原毛平革菌微粒体CO 结合差光谱

Fig.1 CO difference spectra of microsomal fractions from no-induced, acetone-induced, naphthalene-induced and 2,4-dichlorophenol-induced cells of Phanerochaete

chrysosporium

2.2 多环芳烃和氯酚类物质对白腐真菌P450的诱导作用

由表1可见,在PDB 培养基中,投加萘、菲、2,4-二氯酚、五氯酚后,P450和P420含量高于对照样,说明这些物质对P450有诱导作用,其中萘的诱导时间延长后对P450的诱导作用更明显;但并未检出芘对P450的诱导作用.

在LN 培养基中,菲对P450有明显的诱导作用,而且P450含量是PDB 培养基中受菲诱导的P450含量的5.7倍.氯代芳香族化合物对P450的影响以及低氮培养基中P450受诱导更为明显的现象,此前在真菌P450的研究中报道很少.

410 中 国 环 境 科 学 29卷

表1 投加各类有机物对黄孢原毛平革菌微粒体P450和P420比浓度的影响

Table 1 The specific concentrations of microsomal P450 and P420 from induced cells of Phanerochaete chrysosporium

微粒体P450比浓度(pmol/mg) 微粒体P420比浓度(pmol/mg) 难降解 有机物

投加浓度 (μmol/L)

培养基

诱导时间(h)

诱导样 对照样 诱导样 对照样 二氯酚 250 PDB 24

37±3

n.d. 102±12 112±3 五氯酚 4 PDB 24 97±13 n.d. 346±30 112±3 芘 100 PDB 24 n.d. n.d. n.d. n.d. 萘 100 PDB 24 17±2 n.d. 106±10 112±3

萘 100 PDB 60 137±44 n.d. 289±76 n.d. 菲 100 PDB 24 10±6 n.d. 78±17

n.d.

菲 100 LN 24 58±10

n.d.

245±23 58±15

注:诱导样是指投加难降解有机物(事先溶解于有机溶剂)的样本,对照样是指投加相同体积相应溶剂的样本;PDB 是指土豆液体培养基;LN 是指低氮培养基;n.d.为未检出.

2.3 白腐真菌在营养丰富条件下对难降解有机

物的降解及P450的作用

检测了黄孢原毛平革菌在营养丰富的PDB 培养基中对多环芳烃和氯酚类物质的降解效率(图 2).结果表明,该条件下黄孢原毛平革菌能够降解多环芳烃和氯酚类物质,多环芳烃的降解效率由高到低依次为萘、菲、芘、蒽,氯酚类的降解效率由高到低依次为2,4,6-三氯酚、2,4-二氯酚、五氯酚.

木质素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP)活性在采用PDB 培养基的多数样本中未检出,活性最高的样本LiP 仅为6.4U/L 、MnP 仅为 5.5U/L,说明该条件下胞外木质素降解酶在目标物质的降解过程中几乎不发挥作用或作用极小.

P450在难降解有机物降解过程中的作用通常采用P450抑制剂试验加以研究[13],本研究采用胡椒基丁醚分析P450受抑制对多环芳烃和氯酚类物质降解效率的影响.

由图2可见,萘、菲、芘、2,4,6-三氯酚的降解,都明显受胡椒基丁醚的抑制(抑制率分别为100%、54%、47%、73%),说明P450在这些物质降解过程中发挥重要作用.在对人类和动物的研究中已发现P450对萘[14]、菲[15]、芘[16]的降解功能,但在黄孢原毛平革菌的研究中尚未见报道;三氯酚与P450的关系在各类生物中均很少报道.值得一提的是,本研究中芘加入PDB 培养基1d 后未检出活性P450,但是P450抑制剂试验(7d)却表明P450在芘的降解中发挥着重要作用,同时

萘对P450的诱导时间越长越明显,这说明多环芳烃对P450的诱导需要一定时间.

图2 营养丰富条件(PDB)下P450抑制剂对黄孢原毛平

革菌降解多环芳烃及氯酚类物质的影响

Fig.2 Effect of P450 inhibitor on degradation efficiencies of PAHs and chlorophenols by Phanerochaete chrysosporium

in nutrient-rich(PDB) media

P450抑制剂

投加P450抑制剂2mmol/L

许多动物和部分细菌中的P450能够降解五氯酚[6],而在黄孢原毛平革菌中五氯酚在营养丰

4期 宁大亮等：难降解有机物对白腐真菌P450的诱导及P450的作用 411

富的条件下主要由甲基转移酶转化为五氯苯甲醚.本研究发现在PDB 培养基中五氯酚对P450有明显的诱导作用,而P450受抑制后五氯酚的降解效率增强57%,其降解功能及其与甲基转移酶的关系有待进一步研究.

人类P450对蒽[14]和2,4-二氯酚[6]有降解作用,但是本研究在PDB 培养基中并未发现胡椒基丁醚对蒽和2,4-二氯酚降解效率的影响,P450在其降解中的作用尚无法明确.

2.4 白腐真菌在营养限制条件下对难降解有机物的降解及P450的作用

由图3可见,LN 培养基中黄孢原毛平革菌对多环芳烃和氯酚类物质的降解效率明显高于PDB 培养基中(1.5~18.7倍),多环芳烃的降解效率由高到低依次为蒽、菲、萘、芘,氯酚类的降解效率由高到低依次为2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、五氯酚.萘、菲、芘、2,4-二氯酚的降解明显受胡椒基丁醚的抑制(抑制率分别为100%、53%、57%、36%),说明P450在这些物质降解过程中发挥重要作用;其中,萘的降解在不同培养基中都完全被胡椒基丁醚所抑制,而且对P450有显著的诱导作用,说明P450是该真菌降解萘的主要酶系.在LN 培养基中未检出胡椒基丁醚对蒽、2,4,6-三氯酚、五氯酚降解效率的影响,P450在这些降解过程中的作用还无法明确.

蒽、芘和氯酚类物质都能被MnP 和LiP 降解,菲能被MnP 降解[1].本研究结果显示,MnP 一般在真菌接种后第7d 左右达到最大值,多数样本可达600U/L 以上,活性最高的样本能达到2000U/L 左右,最低的也能达到140U/L;在本研究的培养条件下,LiP 的活性较低,一般为10~44U/L,个别高活性的批次可达到800U/L.可见,在LN 培养基中胞外木质素降解酶尤其是MnP 活性明显,黄孢原毛平革菌对蒽、菲、芘和氯酚类物质的降解包括木质素降解酶的作用.

对LN 培养基中MnP 活性的分析表明,投加胡椒基丁醚后MnP 活性并没有明显变化.因此投加P450抑制剂后,蒽、菲、芘和氯酚类物质仍能被MnP 降解,而保持了一定的降解效率——其中菲、芘、二氯酚的降解效率即便受到了P450抑

制剂的影响,仍然高于未加抑制剂的PDB 培养基.已有研究[13]证明浓度为2.5mmol/L 的胡椒基丁醚不会影响黄孢原毛平革菌中与P450无关的生化过程,本研究表明该真菌中MnP 的合成与P450没有直接的联系.

图3 营养限制条件(LN)下P450抑制剂对黄孢原毛平革

菌降解多环芳烃及氯酚类物质的影响

Fig.3 Effect of P450 inhibitor on degradation efficiencies of PAHs and chlorophenols by Phanerochaete chrysosporium

in nutrient-limited(LN) media

P450抑制剂

投加P450抑制剂2mmol/L

P450抑制剂对2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、五氯酚降解效率的影响在不同的培养基中完全不同;菲在LN 培养基中对P450的诱导作用比在PDB 培养基中明显;P450在萘的降解中发挥主要作用,而LN 培养基中萘的降解效率为PDB 培养基中的 2.2倍;已有文献报道碳源种类和氮源水平对该真菌部分P450基因(cyp63家族)表达水平有明显影响[5].这些现象说明营养条件能够调控黄孢原毛平革菌P450活性,而且调控规律随P450种类的不同而各异;适宜胞外木质素降解酶合成的营养限制条件同样也适合该真菌部分

412 中国环境科学 29卷

P450的合成.

3结论

3.1萘、菲、二氯酚、五氯酚对黄孢原毛平革菌P450有诱导作用,诱导后的微粒体P450比浓度分别可达137,58,37,97pmol/mg;菲在LN培养基中诱导产生的P450含量是PDB培养基中的5.7倍.

3.2在营养限制培养基(LN培养基)中,多环芳烃和氯酚类物质降解效率明显高于土豆培养基;木质素降解酶尤其是锰过氧化物酶活性明显并且不受P450抑制剂的影响;投加P450抑制剂后,萘、菲、芘、2,4-二氯酚的降解明显被抑制(抑制率分别为100%、53%、57%、36%),而2,4,6-三氯酚和五氯酚的降解未受影响.

3.3 在营养丰富培养基(PDB培养基)中,木质素降解酶活性极低,投加P450抑制剂后,萘、菲、芘、2,4,6-三氯酚的降解明显被抑制(抑制率分别为100%、54%、47%、73%),五氯酚的降解效率增大57%,2,4-二氯酚的降解未受影响.

3.4黄孢原毛平革菌P450在萘、菲、芘、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚的降解中发挥重要作用,而且与五氯酚的降解有关;营养条件不仅影响胞外木质素降解酶的活性,而且能够调控P450活性,调控规律随P450种类的不同而各异.

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作者简介：宁大亮(1981-),男,福建泰宁人,清华大学环境科学与工程系环境生物学研究所博士研究生,主要从事环境生物技术研究.发表论文8篇.

有毒难降解有机物废水简介

有毒难降解有机物废水简介 ---北京大钢环境治理技术研究院1. 有毒难降解有机污染物概述 随着近代工业，尤其是有机、石油化工和农药等工业的飞快发展，有机化合物的种类和数量有增无减，据统计目前有机物的种类已达700多万种，且每年以1000多种的速度在增加着。这些有机化合物中很大一部分，是难以生物降解和对微生物具有毒害作用的：其污染程度和污染范围令人吃惊，当这些有机难降解污染物排放到自然环境后，不能得到微生物的有效降解，便会长期存在和积累，因此导致一连串的环境问题，对人类健康和生态环境构成严重的危害，能够导致急性、慢性及潜在性的伤害；尤其是一些有机合成物质，可产生长远的遗传影响，对各种细胞产生不可逆的“突变”作用，引发致癌、致畸、致突变的”三致”效应。在发达的地区和国家，有毒难降解有机污染物对环境的污染和破坏已成为世界上“三大环境问题”之一。 2. 分类及危害 有毒难降解有机污染物主要来自各行业的工业生产，表1-1对各类有毒难降解有机污染物的危害及其来源按其化学组成进行了总结。 表1-1 有毒难降解有机污染物的分类、来源及危害 难降解有 主要来源危害机污染物

多环芳烃焦化行业、石油化工企业、 交通运输、工业锅炉等 性质稳定，致癌性强 杂环有机物焦化行业、石油化工、染料工业、橡胶 工业、农药废水、制药废水 性质稳定，生物富集， 具有致突变、致癌作用 有机氰化合物石油化工、人造纤维行业、焦化工业、 有机玻璃单体合成废水 剧毒物质 有机化合物多氯联苯 机械工业、塑料工业、化工废水、电力 工业、润滑油工业 通过食物链富集进入人体，对人体产生 急性中毒作用，致癌作用 合成洗涤 纺织化纤企业、造纸企业、皮革工业、 金属洗涤厂、食品制造厂 发泡而影响生物处理净化效果，对致癌 的多环芳烃具有增溶作用 增塑剂塑料工业、化工企业 稳定性强， 对人中枢神经有抑制作用 合成农药农药废水对人具有毒性及致癌作用 合成染料 染料废水、纺织印染废水、 造纸废水、食品工业 色度高，具有毒性及致癌作用 有毒难降解有机污染物能在生态环境中长期滞留和积累，并随 水体等在自然环境中扩散，通过食物链对人类健康和动植物生存造成负面影响。有毒难降解物质的大量进入，会对传统的生化处理构筑物带来很大的冲击作用：一方面这类物质自身难以被微生物利用，去除率低；另一方面这类物质的存在会影响其它化学物质的生物降解，主要表现为抑制活性污泥微生物的活性，使微生物不能充分发挥降解性能，有时甚至会造成活性污泥微生物的中毒、死亡。因此，如何控制有毒难降解有机污染物成为水污染治理中的新方向。 3. 生物降解性和生物毒性 生物降解性能即有机污染物质被生物降解的难易程度，是指通过微生物的呼吸代谢消化作用，使某一物质改变其最初的物理化学性质，在该物质结构上引起变化所能达到的程度。难生物降解实际上是相对于易生物降解而言的，所谓“难”、“易”是根据有机物所在的体系而确定的：对于人工处理系统而言，例如在污水处理厂的生

微生物对有机物的降解作用

微生物对有机物的降解作用 摘要：本文介绍了有机物的性质、污染状况及处理方法；以多环芳烃和农药为例阐述了微生物降解有机物的机理及影响因素；综述了国外研究较多的几种生物难降解污染物微生物处理技术的进展，并对今后的几个研究发展方向进行了展望。 关键词：微生物有机物降解作用 1 引言 有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物，主要包括酚类化合物、芳香族化合物、氯代脂肪族化合物和腈类化合物等。 目前，由于大量工业废水和生活污水未达标排放，以及广大农村地区大量使用化肥和农药等农用化学物质，使我国水体和土壤受到不同程度的污染，严重的破坏了地球的生态平衡。七大水系的411个地表水监测断面中，水质为Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类的断面比例分别为41％、32％和27％。其中，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染严重。而农业土壤中15 种多环芳烃（PAHs）总量的平均值为4.3mg/kg，且主要以4环以上具有致癌作用的污染物为主，占总含量的约85 %，仅有6%的采样点尚处于安全级。而工业区附近的土壤污染远远高于农业土壤：多氯联苯、多环芳烃、塑料增塑剂等，这些高致癌的物质可以很容易在重工业区周围的土壤中被检测到，而且超过国家标准多倍。 处理有机物的一般方法可分为三大类[1]：物理方法：主要有吸

收法、洗脱法、萃取法、蒸馏法和汽提法等；化学方法：如光催化氧化法、超临界水氧化法、湿式氧化法、以及声化学氧化法等，这一方法应用较多；生物方法：包括植物修复，动物修复和微生物降解三类技术。与其他处理方法相比，微生物降解有机物具有无可比拟优势： （1）微生物可将有机物彻底分解成CO 2和H 2 O，永久的消除污染 物，无二次污染； （2）降解过程迅速，费用低，为传统物理、化学方法费用的30%～50%； （3）降解过程低碳节能，符合现在节能减排的环保理念。 2 微生物降解有机物的机理及影响因素 2.1 微生物降解有机物的机理 用于降解有机物的微生物主要有细菌和真菌，降解的方式主要包括堆肥法、生物反应处理和厌氧处理等，但每一过程都是利用微生物的代活动把有机污染物转化为易降解的物质甚至矿化[2]。以多环芳烃（PAHs）[3~4]和农药[5]的降解为例来说明。 2.1.1 微生物对多环芳烃（PAHs）的降解 微生物之所以能降解多环芳烃依赖于它们对多环芳烃的代。微生物通过两种方式对PAHs进行代：1 ) 以PAHs作为唯一的碳源和能源：2 ) 把PAHs与其它有机质进行共代降解。研究表明许多微生物能以低分子量的PAHs (双环或三环) 作为唯一的碳源和能源，并将其完全矿化。而四环或多环的PAHs的可溶性差，比较稳定，难以降解，一般要通过共代方式降解。研究又表明，微生物在有氧和无氧条件下都能对多环芳烃进行降解。 （1）共代降解 高分子量的多环芳烃的生物降解一般均以共代方式开始。共代作用可以提高微生物降解多环芳烃的效率，改变微生物碳源和能源的底物结构，增大微生物对碳源和能源的选择围，从而达到难降解的多环芳烃最终被微生物利用并降解的目的。 在有其他碳源和能源存在的条件下，微生物酶活性增强，降解

变质作用与变质岩

第五章变质作用与变质岩 §1.变质作用概述 前面我们讲了岩浆岩和沉积岩，这两类大岩石是人们最先认识的两类组成地 壳的岩石，在地质学的萌芽时期（约三百年前，十九世纪）曾经发生过所谓“火成论”与“水成论”的论战。 以德国人魏尔纳为代表的一些地质学家，认为所有的岩石都是从海水中结晶沉淀而成的（沉积岩）一一“水成论”。 以苏格兰学者郝屯为代表的认为并非所有岩石都是水成的，而多数是像花岗岩，玄武岩这样的岩石，由地下熔融物质冷凝形成的。一一“火成论”。 这两大学派的争论持续了大约三十年，最后以“ 火成论”胜利告终。现在我们知道，组成地球的岩石，不仅有“水成”的沉积岩，“火成都市”的岩浆岩，还有经变质作用形成的变质岩。三大岩类在地壳中分布大致是： 岩浆岩占地壳总体积的64.7% ； 沉积岩占地壳总体积的7.9%，占地表面积的75% ； 变质岩占地壳总体积的27.4%。 一、概念 变质作用一一岩石基本上在固态下，由于温度、压力及化学活动性流体 的作用，发生成分、结构、构造等变化的地质作用。 变质岩一一由变质作用形成的岩石。 原岩变质* 变质岩

、引起变质作用的因素 地热 来源彳 岩浆热 （一）温度：影响变质作用的最基本因素150 °180 ° -800。-900 ° 升温意味着获得了新的能量，矿物中质点活性增强，可使原来的非晶质 变为晶质，原来小晶粒长大。 （二）压力： 1.静压力——上覆岩石自重引起的，各向等同。 每公里厚的岩石压力为275巴；地下10公里约2750巴； 地下20公里约5500巴。 静压力是各向同性的，作用结果使岩石中矿物变为密度大，体积小的新矿物。 2 ?定向压力一一作用于地壳岩石的侧向挤压力，具有方向性，主要是「挤压力 剪切力 构造力的作用造成。 定向压力的作用结果使岩石中片、柱状矿物定向排列。 （三）化学活动性流体

第5章 变质作用与变质岩试题

第5章变质作用与变质岩试题 一、名词解释 变质作用正变质岩副变质岩重结晶作用重组合作用交代作用接触变质作用接触热变质作用动力变质作用区域变质作用混合岩化变质带片理变质矿物 二、是非题 1.变质作用可以完全抹掉原岩的特征。（） 2.重结晶作用不能改变岩石原来的矿物成分。（） 3.接触变质作用常常影响到大面积的地壳岩石发生变质。（） 4.标志变质作用程度的典型的级别顺序是低级变质作用的绿片岩；中级变质作用的角闪岩和代表高级变质作用的辉石变粒岩。（） 5.标志高围压低温度形成的变质岩是蓝片岩；（） 6.区域变质作用常常包含明显的机械变形。（） 7.石灰岩经变质作用后只能变成大理岩。（） 8.片岩、片麻岩是地壳遭受强烈构造运动的见证。（） 9.高温、高压和化学活动性流体是引起变质作用的主要因素。（） 10.当加热时，所有的岩石都可在一定温度下重新起反应。（） 三、选择题 1.接触变质形成的许多岩石没有或几乎没有面理，这是因为（） a.接触变质时几乎没有什么变形 ; b.接触变质在高温条件下进行的 ; c.接触变质在低 温条件下进行的 ;d.在变质过程中没有任何完好矿物重结晶。 2.富长英质成分（Al2SiO5的铝硅酸盐）的岩石在变质作用过程中随着温度、压力的逐渐增加可以形成Al2SiO5系列多形晶矿物，其顺序是（） a.蓝晶石、红柱石、夕线石; b.红柱石、蓝晶石、夕线石; c.夕线石、红柱石、蓝晶石 ; d. 夕线石、蓝晶石、红柱石。 3.碎裂岩是动力变质的产物，它主要是由于（）和（）。 a.沿断裂带机械变形的结果 ; b.作为岩石接近熔点的塑性变形 ; c.与花岗岩侵入有 关 ;d.与断裂附近密集的节理有关。 4.下列哪一个不是变质作用的产物。（）。 a.变斑晶 ; b.眼球花岗岩 ; c.斑晶 ; d.麻粒岩。 5.蓝片岩是什么变质环境的标志性产物？（）。 a.接触变质 ; b.高温低压变质带 ; c.低温高压变质带 ; d.区域变质。 6.变质岩约占地壳物质体积的百分之几？（） a.25% ; b.15% ; c.5% ; d.35% 。

变质岩(复习)

1.为什么自然界的岩石不仅仅是岩浆岩、沉积岩两大类？ 答：地球演化过程中不同地球动力学事件使早先存在的岩石所处的地质环境和物理化学条件发生变化，偏离其初始形成时的地质环境及物理化学条件。这必然引起岩石的矿物组成、结构构造甚至化学成分发生变化（调整或改造），以适应新的地质环境及物理化学条件。 2.如何正确理解变质作用的概念 答：在地壳形成和发展、演化过程中，早先形成的岩石（包括岩浆岩、沉积岩以及先存的变质岩）在地壳一定深处，为适应新的地质环境和物理化学条件，在基本保持固态的条件下发生的矿物组成、结构构造甚至化学成分的变化称为变质作用。 3.变质作用与岩浆作用都是内生地质作用，它们的区别是什么？ 答：变质作用的发生过程主要是一个升温过程，而岩浆作用主要是降温过程。 （变质反应重结晶） 变质作用主要是在固态条件下的矿物转变，而岩浆作用则是在液态条件下的矿物晶出。 （变晶结构） 变质作用与岩浆活动之间也不存在一条截然的界线。（部分重熔） 4.为什么说温度是变质作用最重要的因素？ 答：○1温度升高可使原岩中一些矿物发生重结晶。 ○2温度变化能引起原岩中矿物之间发生变质反应形成新矿物。 CaCO3（Cc）＋SiO2 （Q）? CaSiO3 （Wo）＋CO2↑ 温度是变质反应中最重要的热力学平衡参数。 ○3温度升高可为变质反应提供能量，并使岩石中流体的活动性增大，促进变质反应进行，使新矿物和新组构能以较快的速率和较大的规模形成。 ○4温度持续升高可使原岩在重结晶和变质结晶基础上发生部分重熔，其中长英质组分成为流体相，引起混合岩化作用。 ○5温度升高还可改变岩石的变形行为，从脆性变形向塑性变形转变。 5.负荷压力在变质过程中的作用是什么？ 答：○1改变发生变质反应的温度。压力增高，多数情况下可使吸热反应的平衡温度升高。 如: CaCO3(Cc）＋SiO2（Q）? CaSiO3（Wo）＋CO2↑压力由105Pa（1bar）增高到0.1GPa（1Kb）时，发生这一反应的温度将由470℃增到670℃。 ○2压力的增高有利于形成分子积体较小、密度较大的高压矿物或矿物组合。 如硬玉和霰石等。 6.评述构造超压和流体超压对变质作用的影响。 答：构造超压——构造超压为平均应力与负荷压力之差，是构造作用对总压力的贡献。构造超压大小与岩石强度有关，后者本身又因成分、温度、变形速率及其他因素而变化。 由于变质作用发生在高温条件下，岩石强度通常不大，因而构造超压通常较小，正常变质条件下小于0.1GPa。构造超压只有在地壳浅部、岩石处于刚性状态且应变迅速时才有意义。而在地壳较深处，温度较高、负荷压力较大，岩石具有一定的塑性，应力可通过塑性变形而被释放，所以不大可能起附加压力的作用。 流体超压——有时在封闭体系中，随着温度的上升，多种变质反应将释放出大量的H2O 和（或）CO2，由于毛细孔体积很小，同时岩石的强度又足够大，则可出现Pf＞Pl 的情况。两者的差值称作流体超压， Winkler认为这是“内部产生的气体超压”，一般是局部的。这种情况下，无论变质反应是否有流体相参与，Pf都是控制变质反应的独立因素。 在侵入体附近，由于岩浆结晶过程中析出大量流体相，也可在局部出现Pf＞Pl的

难降解有机污染物的生物治理

万方数据

难降解有机污染物的生物治理 作者：陈维璞， 柴硕， 李茹山， 史雪廷 作者单位：东北林业大学林学院环境科学系,黑龙江,哈尔滨,150040 刊名： 黑龙江科技信息 英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)：2010，""(18) 被引用次数：0次 相似文献(10条) 1.学位论文薛俊峰难降解渗滤液溶解性有机物特征分析及其在处理工艺中的应用2005 渗滤液水质水量变化范围大，成分复杂。现有渗滤液处理系统存在处理费 用高，处理流程长等问题，特别是老填埋场渗滤液可生化性差，问题尤为严重。 目前，垃圾渗滤液的处理技术已经成为国内外研究的一个热点，渗滤液的有效 处理成为填埋技术发展中亟待解决的问题，为解决这一问题有必要对渗滤液的 性质进行深入的研究。对垃圾填埋场渗滤液的处理来说，仅根据COD或TOC 等指标很难选择合适的渗滤液处理工艺。因此本文从建立适宣的渗滤液表征方 法入手，提出以溶解性有机物(DOM)分类特征作为指标，来合理指导处理工艺 的选择。通过采用DOM分子量分级和亲水-憎水性分类的方法，对实验室模拟 填埋柱的新鲜渗滤液和老港垃圾填埋场渗滤液在填埋层内降解过程中的DOM 特征进行分析，揭示渗滤液降解过程中的物质去除规律;对五种难降解渗滤液 (四种模拟填埋柱循环回灌出水和老港垃圾填埋场氧化塘出水)中的DOM进 行表征，根据分析结果分别选用混凝和电化学方法进行处理，并对其去除特性 及可行性进行研究，探讨其物质去除机理和应用价值。 (1)采用DOM分子量分级和亲水-憎水性分类的方法，对五种难降解渗滤 液中DOM进行了特征分析。结果表明，难降解渗滤液中DOM主要以分子量 在4k以下有机物为主，腐殖质约占溶解性有机物的60％，且其芳构化程度高。 对难降解渗滤液DOM特征分析的这一结果，可为处理工艺的选择提供科学依 据。 (2)从DOM分子量分级和亲水-憎水性角度，首次对渗滤液降解过程中的 物质去除规律进行了表征。结果表明：实验室模拟柱新鲜渗滤液和老港垃圾填 埋场渗滤液中亲水性部分和小分子量有机物最易降解;经生物处理后，腐殖质 及大分子量有机物所占比例大大增加，难降解性物质所占比例提高。对厌氧、 间歇微氧和自然通风条件下渗滤液降解过程中有机物去除特征的研究表明，有 氧条件下对小分子量有机物去除效果优于无氧条件。 (3)对循环回灌出水进行混凝处理，结果表明，铁盐混凝剂对COD去除率 优于铝盐混凝剂。聚合硫酸铁(PFS)混凝剂对循环回灌出水COD的去除率达 到58％。混凝对大分子量及腐殖质去除率较高，而对小分子量及亲水性物质去 除率很低，如PFS对4k以上有机物去除率为89％，而对1k以下的仅为23.5％。 这一结果揭示了分子量在lk以下有机物约占40％的循环回灌出水，采用混凝法 处理COD去除率不高的根源。 (4)对循环回灌出水进行电解处理，确定了最佳工程操作参数为：极板间 距10mm，电流密度10A/dm2，氯离子浓度5000mg/L和pH值8。电解过程中 间接氧化起主要作用，电解产生的ClO-优先完全去除NH3-N。由于电流效率随 电解时间的延长而下降，本文提出合理的电化学处理渗滤液应控制在NH3-N全 部去除而BOD/COD上升至0.3的水平上。 (5)从DOM分子量分级和亲水-憎水性角度，首次对电解氧化法处理渗滤 液的物质去除特征进行了研究。实验结果证明，有机物在电解氧化过程中按照 大分子物质向小分子物质的形式转变；电解氧化90min可有效去除大分子和腐 殖酸类物质，且出水的可生化性显著提高。这一结果可为电解氧化法处理大分 子量的难降解物质提供一定理论依据。 (6)对各处理工艺过程中DOM去除特征进行分析，结果表明，对小分子量 和亲水性有机物占主要部分且芳构化程度比较低的渗滤液，应采用生物处理方 法；对大分子量有机物和腐殖质占主要部分且芳构化程度比较高的渗滤液，可 采用混凝或电解的方法，进一步提高其可生化性和去除率。这一特征分析方法 可为水处理工艺的选择提供借鉴。 关键词：渗滤液，溶解性有机物，分子量分级，亲水-憎水性分类，混凝，电 化学氧化 2.期刊论文吴耀国.谭英.胡思海.陈培榕.刘宝超.WU Yaoguo.TAN Ying.HU Sihai.CHEN Peirong.LIU Baochao易降解有机物对难降解有机污染物生物降解的影响-化工进展2008,27(4) 基于生长代谢、共代谢原理及易降解有机物与难降解有机物存在形式与形态的影响而改变其生物可利用性等角度,综述了易降解有机物对难降解污染物生物降解影响的研究进展,并基于微生物生态学及污染物生物可利用性的知识,探讨了有待深入研究的问题. 3.学位论文易芬云活性炭纤维阳极电氧化法处理水中难降解有机物的研究2008 随着对健康生活的日益关注，人类的环保意识日益增强，饮用水标准及环保排放标准不断提高，如何有效地去除水中难降解有机物，成了亟待解决的重大问题。 电化学氧化法是新近发展起来的处理有毒难生物降解污染物的新型有效技术，能在常温常压下，通过有催化活性的电极反应直接或间接产生羟基自由基，从而使难生物降解的有机物转化为可生物降解的有机物，或使难生物降解的有机物“燃烧”而生成CO2和H2O。该方法用电子作为反应物，只需添加少量或不需加化学药剂，在常温、常压下即可运行，能量利用效率高，是一种清洁、安全、有效的水处理方法。在电化学氧化法处理水中难降解有机污染物的应用研究中，阳极材料往往是决定处理效率最为关键的因素，因此，探索综合性能好的阳极材料成为了目前研究的重点。活性炭纤维(ACF)具有高的比表面积、优异的吸附性能和良好的催化性能及导电性能，有望作为一种新型的电极材料应用于水的电化学处理领域。

有机污染物的生物降解【文献综述】

有机污染物的生物降解 ——读书报告【091200028环院江静怡】【基本概况】 有机污染物，organic pollutant即进入环境并污染环境的有机化合物，导致生物体或生态系统产生不良效应。 生物降解，biodegradation即有机污染物在生物或其酶的作用下分解的过程。 具体的来说，生物降解分为三种基本类型。Primary biodegradation初级生物降解:指的是母体化合物的结构发生变化，并改变原化合物分子的完整性；Environmentally acceptable biodegradation环境兼容性降解:是指可除去有机污染物的毒性或者人们所不希望的特性；Ultimate biodegradation完全生物降解:指的是有机污染物经过矿化转化后转化为二氧化碳和水以及其他的可利用的无机盐。 不过在可降解的有机污染物中，由于化合物在环境中的滞留时间可达几个月或者几年之久，有机污染物又有难降解和易降解化合物之分。比如，POPs（Persistent Organic Pollutants）持久性有机污染物，是一类具有长期残留性、生物累积性、半挥发性和高毒性，并通过各种环境介质（大气、水、生物等）能够长距离迁移对人类健康和环境具有严重危害的天然的或人工合成的有机污染物，它的半衰期为半年。而通过一定的处理过程后，半衰期超过五天的化合物被定义为生物难降解有机化合物。 化合物难降解的原因有很多种。比如化合物本身的化学组成和结构的稳定性，使其具有抗降解性。像我们常常提到的农药“666”（六氯代环己烷）和常见的多环芳烃类就是依结 构的稳定性等特性稳定地存在于环境之中。另外地，在自然环境中也存在阻止生物降解的环境因素，包括物理、化学条件以及多种生物之间的协同作用。比方说，活性污泥就是模拟多 种条件下的协同作用从而达到生物降解处理污染物的效果。 生物降解的过程非为两种，好氧分解和厌氧分解。在好氧分解过程中，细菌是其中的主力军，微生物以有氧呼吸消耗分解大分子有机物。其中水质评价体系中的BOD（Bio-chemical Oxygen Demand）指的是水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总量。而厌氧分解则是主要依靠厌氧细菌，这个过程俗称“发酵”。在农村生活中，我们常见的沼气池就是这样工作的。通常地，科学家们在厌氧微生物 中能寻找到一些能特异性氧化分解某特定难降解有机物的酶。 目前生物降解研究的发展趋势为：1.研究自然环境中有机污染物和无机污染物的生物降解途径，寻找自然界中具有生物净化能力的特殊群体，探讨生物降解和污染物的相互作用关系，以便制定消除污染的措施。2.利用遗传学方法将多种有益的特异性基因重组成具有多功能、高降解能力的菌株。3.利用酶的固定化技术制备成专一的或多功能的生物催化剂，以降解多种污染物。

高浓度难降解有机废水处理研究进展

Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2016, 6(6), 130-136 Published Online December 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/672294619.html,/journal/aep https://www.wendangku.net/doc/672294619.html,/10.12677/aep.2016.66017 文章引用: 程子洪, 李小端, 王华阳, 钟振成, 张微尘, 李国涛, 霍卫东, 李永龙, 熊日华. 高浓度难降解有机废水处 Research Progress of High Concentration Organic Wastewater Treatment Zihong Cheng 1,2, Xiaoduan Li 1,2, Huayang Wang 3, Zhencheng Zhong 1,2, Weichen Zhang 1,2, Guotao Li 1,2, Weidong Huo 1,2, Yonglong Li 1, Rihua Xiong 1,2 1 National Institute of Low-Carbon Energy, Beijing 2State Key Laboratory of Water Resource Protection and Utilization in Coal Mining, Beijing 3Shenhua Funeng Generation Electric Co., Ltd., Quanzhou Fujian Received: Nov. 27th , 2016; accepted: Dec. 12th , 2016; published: Dec. 15th , 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/672294619.html,/licenses/by/4.0/ Abstract The effective treatment of high concentration and low biodegradability wastewater turned to be urgent issues in domestic and foreign environmental technology. In this article, series of technol-ogies for no degradable organic wastewater treatment were summarized; the developments of different technologies were analyzed and compared. Finally, the development tendency of low biodegradability organic wastewater treatment in the future was proposed. Keywords Organic Wastewater, Low Biodegradability, High Concentration, Tendency 高浓度难降解有机废水处理研究进展 程子洪1,2，李小端1,2，王华阳3，钟振成1,2，张微尘1,2，李国涛1,2，霍卫东1,2，李永龙1，熊日华1,2 1 北京低碳清洁能源研究所，北京 2神华集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室，北京 3神华福能发电有限责任公司，福建 泉州 Open Access

难降解有机物的处理

难降解有机物的处理及处理原理 摘要难降解有机物严重污染和威胁人类身体健康,因此难降解有机物的治理技术 研究是目前水污染防治研究的热点与难点。近年来,难降解有机物的生物处理技术 研究取得了广泛的成果。目前运用生物技术处理难降解有机物的主要技术路线,包 括共代谢技术、缺氧反硝化技术、高效菌种技术、细胞固定化技术、厌氧水解酸化 预处理技术。 关键词：难降解有机污染物生物技术共代谢技术 1.前言 难降解有机物通常指在自然条件难于被生物作用发生递降分解的有机化学物质。有机物被微生物降解，转化为无机物，又由于无机物经过生命活动合成各种有机物，这是自然界生物地球化学的基本循环。合成洗涤剂、有机氯农药、多氯联苯等化合物在水中较难被生物降解，无氮有机物中的脂肪和油类也是难降解物质，它们往往通过食物链逐步被浓缩而造成危害；在生产、使用过程中以及使用后，会通过各种途径进入水体造成污染。难降解物质在环境中的持久性，以及广域的分散性，对环境与生态造成影响较大。因此，一直是环境污染、生态环境恶性循环的重要环节。 难降解有机物被微生物分解时速度很慢,分解不彻底的有机物(也包括某些有机物的代谢产物)，这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水体的潜在污染源。这类污染物包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机氰化物、有机磷农药、表面活性剂、有机染料等有毒难降解有机污染物。这些物质的共同特点是毒性大，成份复杂，化学耗氧量高，一般微生物对其几乎没有降解效果，如果这些物质不加治理地向环境排放，势必严重地污染环境和威胁人类的身体健康。随着工农业的迅速发展，人们合成了越来越多的有机物,其中难降解有机物占了很大比例，因此难降解有机物的治理研究已引起国内外有关专家的高度重视,是目前水污染防治研究的热点与难点。 2.难降解有机物的处理方式 2.1难降解有机物的分类 难降解(难生物降解)有机物是指微生物在任何条件下不能以足够快的速度降解的有机物。形成有机物难于生物降解的原因除了在处理时的外部环境条件(如温度、pH值等)没有达到生物处理的最佳条件外，还有两个重要的原因，一是由于化合物本身的化学组成和结构，在微生物群落中，没有针对要处理的化合物的酶,使其具有抗降解性；二是在废水中含有对微生物有毒或者能抑制微生物生长

光催化降解有机污染物

光催化降解有机污染物 19113219 高思睿 1、有机污染物处理的重要性 在21世纪，能源与环境问题已经成为世界关注的主题，如何减少污染，保护生态平衡，解决环保问题，已经引起各政府决策部门和学术研究部门的高度重视。 水和空气作为人类最宝贵的资源，随着工业进程的加快，大量的废水、废气被排入其中，其中的有毒有机化合物会在人体内富集，给健康带来巨大威胁。而且在这些化合物中，有部分化合物用平常的处理方法很难将其降解。 我国学者金奇庭等人通过研究观察发现：很多的有机化合物能使厌氧微生物产生明显的毒害作用。这些有机化合物必须通过一些其他的非生物的降解技术来除去。 光催化处理有机污染物的技术由于其价廉，无毒，节能，高效的优势逐渐成为各界人士研究的重点，光催化的研发也一跃成为当前国际热门研究领域之一。 自1972年日本学者藤島(Fujishima)和本田(Honda)发现TiO2单晶能光电催化分解水以来，光催化氧化还原技术，在污水处理、空气净化、抗菌杀毒、太阳能开发等方面具有广阔的应用前景，受到世界各国的广泛关注，并得到了迅速发展。 大量研究证实：染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、氰化物等许多难降解或用其它方法难以去除的有机污染物都能够通过光催化氧化反应有效的降解、脱色、去毒，并最终完全矿化为CO2、H2O及其他无机小分子物质，达到完全无机化的目的，从而消除对环境的污染。 2、光催化剂 主要的光催化剂类型： 1、金属氧化物或硫化物光催化剂 2、分子筛光催化剂 3、有机物光催化剂 在光催化中采用半导体物质作为光催化剂，有ZnO、CdS、WO3、TiO2等。由于TiO2具有价廉易得、使用稳定及光活性高等优点，所以在光催化降解中，一般采用它作为光催化剂。 1. TiO2的结构 二氧化钛是钛的氧化物。根据晶型可以划分为金红石型、锐钛矿型和板钛矿型三种。金红石矿在自然界中分布最广，锐钛矿型TiO2属于四方晶系，板钛矿型TiO2由于属于正交晶系很不稳定，金红石型TiO2相对于锐钛矿型和板钛矿型来说应用较广。

有机物的微生物降解原理

有机物的生物化学降解 有机物在微生物的催化作用下发生降解的反应称有机物的生化降解反应。水体中的生物，特别是微生物能使许多物质进行生化反应，绝大多数有机物因此而降解成为更简单的化合物。如石油中烷烃，一般经过醇、醛、酮、脂肪酸等生化氧化阶段，最后降解为二氧化碳和水。其中甲烷降解的主要途径为： CH4→ CH3OH → HCHO → HCOOH → CO2 + H2O 较高级烷烃降解的主要途径有三种，通过单端氧化，或双端氧化，或次末端氧化变成脂肪酸；脂肪酸再经过其他有关生化反应，最后分解为二氧化碳和水。能引起烷烃降解的微生物有解油极毛杆菌(pseudomonas oleovorans)、脉状菌状杆菌(mycobacterium phlei)、奇异菌状杆菌(mycobacterium rhodochrous)。解皂菌状杆菌(mycobacterium smegmatis)、不透明诺卡氏菌(nocardia opaca)、红色诺卡氏菌(ncadia rubra)等。 有机物生化降解的基本反应可分为两大类，即水解反应和氧化反应。对于有机农药等，在降解过程中除了上述两种基本反应外，还可以发生脱氯、脱烷基等反应。 ● 生化水解反应 生化水解反应是指有机物在水解酶的作用下与水发生的反应。例如，多糖在水解酶的作用下逐渐水解成二糖、单糖、丙酮酸。在有氧条件下，丙酮酸能被乙酰辅酶A进一步氧化为CO2和H2O；在无氧条件下，丙酮酸往往不能氧化到底，只氧化成各种酸、醇、酮等，这一过程称为发酵。 烯烃的水解反应可表示如下： 蛋白质在水中的降解分两步进行；第一步蛋白质先在肽键上断裂、脱羧、脱氨并逐步氧化，有机氮转化为无机氮；第二步是氮的亚硝化、硝化等使无机氮逐渐转化。可示意如下： 其中氨基酸的水解脱氨反应如下：

难降解有机废水处理

难降解有机废水处理 1解析难降解有机废水的特性与危害 从整体的水质特性来看，难降解的有机废水一般有会这些特性表现：首先含有的有机物浓度较高，一般COD的含量超过每升2000毫克以上，甚至是十几万毫克也有可能；而且非常的难以被降解，可进行生化降解的可能性也比较低，其BOD5或者COD数值一般都不到0.3，甚至有些还更加的小，从而使得整体更加不容易被降解掉； 而且，其水质本身含有成分比较驳杂，其中包含了类似硫化物、重金属以及氮化物、有毒物物质等；另外，从颜色上来看，难降解有机废水本身浓度比较高颜色比较鲜艳，而且会伴有异味情况，对于周边的环境也有比较大的影响，而且还有强酸强碱等特性。 同时，在危害方面来说，难降解的有机废水一般会导致整体的水体出现缺氧或者厌氧的情况，从而直接导致水生物的思维，并且因此急需致使水质与水环境的恶化；而且难降解有机废水一般会有比较强的致毒性危害，并且与水里的有机物一起循环到土壤环境里，从而进入人体，危害健康。 2简述常见的难降解有机废水 2.1印染废水 印染废水一般是由于印刷厂或者服装纺织厂所排放出来的，一般是针对棉、麻、化学纤维等产品进行加工而产生的废水。这类废水一般水量比较大，而且里面所含的有机物浓度也会更高，同样的PH值相对比较高，里面含有很多的染料、浆料、油剂、纤维杂质等。本身属于比较高浓度的难降解有机废水类别之一。 同时也是属于当前问题最为严重的工业废水问题之一。而且之前有专家针对这类废水做了研究，从这类废水里面分离出多种有机物质，并以此针对性的进行印染废水的处理，反而效果比较好。 2.2造纸废水 造纸废水相对来说仅仅只是针对于造纸印刷一类，但是也包含了生物强化技术应用之下的制浆造纸废水类型。这类废水一般不仅仅会造成一般的环境危害，更重要的是能够对周边环境的木质素或其他的要素造成降解，而自己本身则不易被降解。在碱性环境的培养条件下，我们发现它们有50%左右的几率对木质素造成降解作用。 3难降解废水难生物处理的原因分析 3.1有机物浓度高 首先，这些废水里面含有多种高浓度的有机物，而且这些高浓度的有机物无法快速被降解，最后再经过多次的有机物混合，使得这类的废水更加难以被降解。 3.2种类多比例高 其次，这些废水里面含有的有机物以及生物难以降解的物品种类及其繁多，而且浓度较多，所占据的比例也很高，特别是很多废水更是含有生物毒物，使得这类废水更加的难以被降解。 3.3废水含盐浓度高 第三，就是这些废水里面本身含盐量也比较高，使得生物等多种废水处理难度加大，而且更加快了这些废水有机物的沉淀等。 3.4水质、水量波动性大 第四，就是这些废水在其水质以及排放时间、排放量上面其实也不是一成不变的，而且这些问题最终也会给废水的处理产生极大的难度。 4难降解有机废水生化前处理研究 4.1生物法 生物法是目前应用最广泛的一种有机废水处理方法，主要包括活性污泥、生物膜法、好氧-厌氧法等。主要是利用微生物的新陈代谢，通过微生物的凝聚、吸附、氧化分解等作用来降解污水中的有机物，具有应用范围广、处理量大、成本低等优点。但当废水含有有毒物质或

第五章变质作用

第五章变质作用 目的要求 变质作用的概念是根据对变质岩的观察、研究而建立起来的。变质岩是组成地壳的三大岩类之一，占地壳总面积的27.4%，由于地壳的不均匀抬升、剥蚀才露出地表。古老的变质岩常作为各大陆地壳的核心，广泛出露在前寒武纪的地盾中，或作为年青造山带的基底存在。其后各地质时期造山带中的变质岩，又围绕着前寒武纪地盾分布，这说明研究变质作用，对查明地壳的早期状态和它的发展演化历史，具有重要的理论意义。此外，世界上有70% 的铁矿，63%的锰矿以及大多数的铜、钴、镍矿都产生在前寒武纪的变质岩中，因而又具有实践意义。 课时：4学时 授课内容 一、变质作用的概念 二、变质作用的因素和方式 （一）变质作用的因素 （二）变质作用的方式 三、变质作用的基本类型 （一）接触变质作用 （二）碎裂变质作用 （三）区域变质作用 （四）混合岩化作用 重点 本章课讲授重点应放在：①变质作用的因素和变质作用方式中的重结晶、变晶作用及交代作用上；②变质类型的重点是接触变质、区域变质以及碎裂变质三个类型。其它像脱水反应、脱碳反应等则留给后续诸课去完成。混合岩化作用宜在小结中提示。 难点 在课堂上讲授变质岩时，强调变质岩的重要特征以及变质岩中的标志矿物和主要构造即可。其它内容较难理解，宜在实习中结合岩石标本去完成。 教学方法 本节课以讲解为主，配合多媒体图件进行说明。 讲授重点内容提要 一、变质作用的相关概念 （一）变质作用（metamorphism） 什么是变质作用？就是指先成岩在地下高温高压和化学活动性流体的参与下，在固态状态下改变其结构、构造或化学成分，从而形成新岩石的作用过程。

一般说来，岩石是否变质，是以有无重结晶现象或者出不出现变质矿物为标志（特别在温度升高的情况下）。根据观察判断，变质作用的温度大体在150°—900℃之间，低于150℃属于成岩作用的范畴；高于900℃则又属于岩浆作用的范畴。 （二）变质作用与岩浆作用的区别 变质作用与岩浆作用有何区别呢？岩石在变质过程中基本保持固体状态，一般不经过熔融。这里必须指出：如果地下温度近于岩石熔化的临界温度（如发生岩浆作用的影响）时，岩石部分产生熔融，而与固态岩石发生混合、交代等复杂过程，就叫超变质作用（或叫再熔作用，或叫花岗岩化作用），实际上是岩浆作用与变质作用的过渡形式。变质作用不仅形成各种变质岩，而且还形成多种类型的变质矿产。 二、变质作用的因素 引起变质作用的主要原因是温度、压力和化学活动性流体。在变质作用中以某一种因素单独起作用是少见的。它 们多以不同因素的组合出现，所以变质作用十分复杂。 （一）温度（temperature） 温度是引起变质的基本因素。温度的变化来源于地热、放射性元素的蜕变、岩浆活动及地壳运动诸方面。温度升高导致岩石重结晶作用，但不能超过900℃，否则就会重熔，那就不属于变质作用了。 出现高温的地区有：侵入岩体的周围；断裂带附近；地壳深处的放射热和地热区；现代的岛弧和大洋中脊等地区。 （二）压力（pressure） 压力也是重要变质作用因素之一。压力分为静压力、定向压力（应力）及流体压力三种。压力可使重结晶矿物产生定向排列，而形成变质岩特有的片理构造。 1、静压力(static pressure) 静压力是上覆地层引起的负荷压力。它具有均压性（围压性）。根据岩石的平均比重，深度增加1km，压力要增加275—300巴（1个大气压约等于1巴）。变质作用的最低负荷压力是1—2千巴。大约在4—7km深处。估计变质作用的最大深度为35km，最大负荷压力为1万巴。静压力有利于塑性变形和高压矿物的产生。 2、定向压力（directional pressure） 其特征是具有定向性，主要由地壳运动引起的，在地壳中分布不均，在地壳的上部发育，使岩层产生褶皱、断裂；使矿物的晶格变形；使其中的片状矿物和柱状矿物垂直于定向压力的方向排列，而成片理构造。此外，变晶矿物受里克定律的支配。晶体在最大压力方向上解体，在最小压力方向上增长。由于定向压力出现在地壳浅处，这些地方往往有水分存在，所以在定向压力条件下，产生的变质矿物多含OH-，如白云母、绿泥石、滑石等。 3、流体压力（fluid pressure） 流体压力是H2O、CO2、O2等挥发性流体占据岩石粒间空隙而产生的。在地下深处，全部负荷压力都传递给流体，这时负荷压力与流体压力相等。在地壳浅处，岩层裂隙发育，并与地表沟通，这时流体压力小于负荷压力。只有在岩浆侵入体周围，岩浆结晶时析出大量流体，才可能出现流体压力大于负荷压力的状况。 （三）化学活动性流体（fluid） 温度和压力，只能使岩石的结构、构造和矿物成分发生变化，要使岩石的

微生物对有机物的降解作用.

微生物对有机物的降解作用.

微生物对有机物的降解作用 摘要：本文介绍了有机物的性质、污染状况及处理方法；以多环芳烃和农药为例阐述了微生物降解有机物的机理及影响因素；综述了国内外研究较多的几种生物难降解污染物微生物处理技术的进展，并对今后的几个研究发展方向进行了展望。 关键词：微生物有机物降解作用 1 引言 有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物，主要包括酚类化合物、芳香族化合物、氯代脂肪族化合物和腈类化合物等。 目前，由于大量工业废水和生活污水未达标排放，以及广大农村地区大量使用化肥和农药等农用化学物质，使我国水体和土壤受到不同程度的污染，严重的破坏了地球的生态平衡。七大水系的411个地表水监测断面中，水质为Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类的断面比例分别为41％、32％和27％。其中，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染严重。而农业土壤中15 种多环芳烃（PAHs）总量的平均值为4.3mg/kg，且主要以4环以上具有致癌作用的污染物为主，占总含量的约 85 %，仅有6%的采样点尚处于安全级。而工业区附近的土壤污染远远高于农业土壤：多氯联苯、多环芳烃、塑料增塑剂等，这

些高致癌的物质可以很容易在重工业区周围的土壤中被检测到，而且超过国家标准多倍。 处理有机物的一般方法可分为三大类[1]：物理方法：主要有吸收法、洗脱法、萃取法、蒸馏法和汽提法等；化学方法：如光催化氧化法、超临界水氧化法、湿式氧化法、以及声化学氧化法等，这一方法应用较多；生物方法：包括植物修复，动物修复和微生物降解三类技术。与其他处理方法相比，微生物降解有机物具有无可比拟优势： （1）微生物可将有机物彻底分解成CO2和H2O，永久的消除污染物，无二次污染； （2）降解过程迅速，费用低，为传统物理、化学方法费用的30%～50%； （3）降解过程低碳节能，符合现在节能减排的环保理念。 2 微生物降解有机物的机理及影响因素 2.1 微生物降解有机物的机理 用于降解有机物的微生物主要有细菌和真菌，降解的方式主要包括堆肥法、生物反应处理和厌氧处理等，但每一过程都是利用微生物的代谢活动把有机污染物转化为易降解的物质甚至矿化[2]。以多环芳烃（PAHs）[3~4]和农药[5]的降解为例来说明。 2.1.1 微生物对多环芳烃（PAHs）的降解 微生物之所以能降解多环芳烃依赖于它们对多环芳烃的代谢。微生物通过两种方式对PAHs进行代谢：1 ) 以PAHs作为唯一的碳源和能源：2 ) 把PAHs与其它有机质进行共代谢降解。研究表明许多微生物能以低分子量的PAHs (双环或三环) 作为唯一的碳源和能源，并将其完全矿化。而四环或多环的PAHs的可溶性差，比较稳定，难以降解，一般要通过共代谢方式降解。研究又表明，微生物在有氧和无氧条件下都能对多环芳烃进行降解。（1）共代谢降解 高分子量的多环芳烃的生物降解一般均以共代谢方式开始。共代谢作用可以提高微生物降解多环芳烃的效率，改变微生物碳源

第三节 变质作用与变质岩

第三节变质作用与变质岩 变质岩约占大陆面积的1/5左右，是岩浆岩或沉积岩经变质作用所形成的岩石。 一、变质作用与变质岩 （一）变质作用 变质作用——岩浆岩、沉积岩或者先成变质岩在地壳运动、岩浆活动等作用下导致的物理、化学条件的变化，并使之成分、结构、构造产生一系列改变，这种变化和改变的作用称为变质作用。 （二）变质岩——指地壳中已有的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）在地壳运动或后来的岩浆活动的影响下，受到高温高压和化学活性物质的作用，使原岩的结构、构造甚至于化学成分都发生剧烈的变化而形成新的岩石---变质岩。（如粘土矿物在温度压力增高时可变为云母） 二、变质作用因素 主要因素为温度、压力和化学性质活泼的气体和溶液 （一）温度：影响变质作用的最基本因素 多数变质作用是随温度升高而进行的。变质作用发生的温度是有一定的范围，那么，变质作用的起始温度和终止温度是多少呢？目前的共同认识是： ◆起始温度：以浊沸石、蓝闪石、红柱石、钠云母、叶腊石等变质矿物的首次出现，作为变质作用的开始。这些矿物出现时的温度范围为是在150℃—250℃之间。这就是变质作用发生的起始温度。 ◆终止温度：原岩发生大规模熔融时的温度。 因此，变质作用的温度变化范围应为650℃—150℃之间。低于150℃属固结成岩作用；大于650℃岩石熔化，属岩浆作用范畴。 温度作用：非晶质结晶质（岩石结构变，组分不变） 细晶粗晶（岩石结构变，组分不变） 矿物新矿物（矿物成分、结构、构造变）

温度来源：◆地热增温率：1℃/33M ，需其它热源补充、迭加。 ◆放射性元素衰释放的热量：特点是总量大，不均匀，有时也极为可观。 ◆岩浆活动带来的热能：其强度和岩浆活动的规模有关，有时范围很小，仅限接触带，即是所谓的接触变质，有时也可能影响一个区域。 ◆应力作用下的摩擦热：其较为局部，如断裂带。 在变质作用过程中物质成分的变化，温度和压力起了重要作用，表现在： 温度变化，①使岩石通过释放或获得某些挥发分，发生化学成分重新组合，原矿物消失，新矿物生成。如，高岭石脱水（高温）反应 Al4［Si4O10］［OH］8 Al2［SiO4］O＋2 SiO2＋4H2O 方解石的脱CO2的反应 CaCO3 ＋SiO2CaSiO3 ＋CO2↑ ②矿物的重结晶－温度升高使岩石的小晶体，再次生长成大晶体。这是岩石在固态下质点重新排列，而不形成新矿物。如， CaCO3（微晶）CaCO3（粗晶） 石灰岩大理岩（质纯、洁白者称汉白玉） （二）压力 可分为静压力、流体压力、定向压力。 1.静压力（均向压力） 一般指由上覆岩层的负荷重量所引起的压力。这种压力是随深度增加而增大的，而且对岩石的作用力各向均等。 静压力的作用： ①压缩岩石，使岩石孔隙减小， 变得致密坚硬； ②矿物的原子、离子、分子间距缩小，形成比重大、体积小的新矿物。 （2）高压下，比重小、体积大的不同矿物可结合成比重大、体积小的新矿物。