環(huán)微chappt課件(編輯修改稿)
2025-02-11 03:05 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 CP） ?防腐劑、除草劑、殺蟲(chóng)劑和殺菌消毒劑 ?性質(zhì)穩(wěn)定，有劇毒 ?優(yōu)先控制污染物 五氯苯酚（ PCP）的微生物降解 第三節(jié) 有毒元素的污染與微生物作用 ?被污染的土壤和水體的有毒元素主要來(lái)自工業(yè)廢水，廢渣和垃圾。冶煉和采礦工業(yè)是向環(huán)境中釋放有毒元素的主要污染源。 ?對(duì)人、畜毒害最大的污染元素有汞，鎘，鉛三種金屬和砷，硒兩種非金屬，具中等毒性的有鉻，鎳，鉬、鋅等金屬元素。 ?污染的重要特征是能轉(zhuǎn)化成各種不同形態(tài)，并通過(guò)分散和富集作用而遷移。 一、有毒元素對(duì)生物致毒作用的特點(diǎn)： 1．很低的濃度即可產(chǎn)生毒性效用 一般的有毒元素產(chǎn)生毒性的濃度范圍在 1~l0 mg/ml之間，毒性較強(qiáng)的金屬，如汞、鎘，產(chǎn)生毒性的濃度范圍在 ~。 2．通過(guò)食物鏈的生物擴(kuò)增作用 有毒元素可以在較高級(jí)的營(yíng)養(yǎng)水平的生物體內(nèi)成千上萬(wàn)倍地富集，然后通過(guò)食物進(jìn)入人體，在人體某些器官中積累，造成慢性中毒。 3．某些有毒元素通過(guò)微生物的轉(zhuǎn)化作用可轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的化合物。 二、汞的污染和微生物轉(zhuǎn)化 ?在土壤和水體等自然環(huán)境中，汞的濃度很低，一般不超過(guò) 1ppm，但由于它在工業(yè)中被廣泛利用，煤炭，石油等燃料中也含有一定量的汞，同時(shí)，它也是某些農(nóng)藥的成份。隨著工業(yè)廢水的排放，農(nóng)藥的應(yīng)用和煤炭，石油的燃燒，汞被不斷地引入自然環(huán)境。通過(guò)生物對(duì)它的富集作用和它的高毒性可以造成嚴(yán)重的危害。 ?在自然界，汞以三種狀態(tài)存在： Hg0、 Hg+、Hg2+。 Hg+常成二聚體： Hg+Hg+，但其可進(jìn)行如下的化學(xué)歧化作用： Hg+Hg+ Hg2+ + Hg0 ?主要的汞礦是硫化物， HgS俗稱(chēng)朱砂； ?溶解性極低，在厭氧環(huán)境中一般無(wú)變化，通氣條件下 HgS發(fā)生氧化作用，這可能是由于硫桿菌屬的細(xì)菌作用，形成了 Hg2+。 ?可溶性 Hg2+是很毒的，但很多細(xì)菌能行解毒作用，使其轉(zhuǎn)化成元素汞： Hg0。 Hg2+ + NADPH + H+ Hg0 + 2H+ + NADP+ ?有些細(xì)菌能將 Hg2+轉(zhuǎn)化成甲基汞和二甲基汞，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，芽孢桿菌屬，梭菌屬，分枝桿菌屬和假單孢桿菌屬的細(xì)菌，以及曲霉屬、脈孢霉屬 (Neurospora)的真菌和酵母菌都能引起甲基化作用。 ?甲基化與輔酶 — 維生素 B12的作用分不開(kāi)，其轉(zhuǎn)化過(guò)程如下： Hg0+CH3B12 CH3Hg+ CH3Hg+ + CH3Br CH3HgCH3 (二甲基汞 ) (甲基汞 ) ?甲基汞和二甲基汞都是親脂性的，生物攝取后，多富集于細(xì)胞的脂類(lèi)物質(zhì)中。 ?甲基汞的毒性比汞 Hg+或 Hg2+大 100倍，神經(jīng)毒素，在水體中較多地富集于魚(yú)類(lèi)和貝類(lèi)中，人食用了含汞的魚(yú)、貝以后，可引起腦細(xì)胞的破壞而死亡。 ?這兩種類(lèi)型的甲基汞是否穩(wěn)定決定于它們的形成速率和排除速率，因?yàn)椋行┪⑸锬苓€原甲基汞成 Hg0和甲烷。 ?二甲基汞可揮發(fā)逸入大氣，形成速率低于甲基汞。 CH3HgCH3 Hg0 CH3HgCH3 CH3Hg+ Hg0 + CH4 CH3 Hg+ Hg2+ + Hg0 Hg+ + Hg+ HgS 化學(xué)反應(yīng) 細(xì)菌 CH4 魚(yú) 細(xì)菌 細(xì)菌 沉積物 水 大氣 汞循環(huán)的可能途徑 利用細(xì)菌消除汞污染 ?從 G+和 G細(xì)菌中分離出的許多質(zhì)粒上都發(fā)現(xiàn)有抗重金屬的基因。某些抗藥性質(zhì)粒同時(shí) 也具有抗汞和抗砷的基因。 ?從金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) 中分離出的一種大質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn)有抗汞、鎘，砷等元素的抗性編碼。 ?日本用汞細(xì)菌吸收并將含汞廢水中的甲基汞、乙基汞、硝酸汞、乙酸汞和硫酸汞等水溶性化合物成元素汞，然后收集菌體，用活性炭吸收菌體內(nèi)蒸發(fā)的一部分元素汞，另一部分沉淀在反應(yīng)器的底部的汞可以回收。金屬汞的回收率可達(dá) 80％以上。 利用細(xì)菌消除汞污染 ?Chakrabarty把抗汞質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到惡臭假單孢菌中，在含 50~70?g/ml HgCl2的培養(yǎng)液中，該菌仍能生長(zhǎng)，并將離子汞轉(zhuǎn)化成 Hg0。 三、砷的污染和微生物轉(zhuǎn)化 ?砷是非金屬元素，在自然界主要以氧化物 (如白砷石 As2O3， )和硫化物 (如雄黃 As4S4，雌黃 As2S3)存在。 ?砒霜，即三氧化二砷 ?三氧化二砷為白色晶體，微溶于水。溶于水后生成亞砷酸 (H3AsO3)亞砷酸離子 (3+)比砷酸 (H3AsO4)離子 (5+)更毒。 ?具揮發(fā)性的三甲基砷也對(duì)人體有毒害作用。 砷的污染 ?砷能使人與動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中毒，使推動(dòng)細(xì)胞代謝作用的酶系失去作用，還發(fā)現(xiàn)它具有致癌作用。 ?污染環(huán)境的砷化合物的來(lái)源是多方面的： ?農(nóng)藥和染料：亞砷酸鹽和有機(jī)砷化物被用作原料， ?一些含磷酸鹽的洗滌劑中也含有少量砷 微生物對(duì) 砷 的作用 ?甲基化： 如土生假絲酵母 (Candidahumicola)、粉紅粘帚霉 (Gliocladium roseum)和青霉能使單甲基砷酸鹽和二甲基砷酸鹽形成三甲基砷。有些甲烷細(xì)菌能利用砷酸鹽生成甲基砷。許多微生物能將污水和污泥中的砷轉(zhuǎn)化成三甲基砷。 ?氧化為砷酸鹽： 如無(wú)色桿菌、假單孢菌、黃桿菌、節(jié)桿菌和產(chǎn)堿桿菌能將亞砷酸鹽氧化為砷酸鹽； ?還原成亞砷酸鹽： 甲烷細(xì)菌，脫硫弧菌，某些微球菌在厭氧條件下又能將砷酸鹽還原成毒性更強(qiáng)的亞砷酸鹽。 CH3AsCH3 CH3 HOAsCH3 CH3 O HAsCH3 CH3 HOAsCH3 CH3 O HOAsOH CH3 O AsOH OH OH HOAsOH OH O 細(xì)菌 細(xì)菌 細(xì)菌 砷酸 亞砷酸 甲基砷酸 二甲基砷酸 三甲基砷 二甲基砷 O2 O2 細(xì)菌 空氣 水 土壤 沉積物 砷的微生物轉(zhuǎn)化 第四節(jié) 生物吸附劑與重金屬去除 一、概 述 ?生物吸附：即微生物菌體對(duì)重金屬的吸附作用。 ?細(xì)胞的不同部位對(duì)重金屬離子的吸附機(jī)理包括絡(luò)合、螯合、離子交換、轉(zhuǎn)化、吸收和無(wú)機(jī)微沉淀等。 ?金屬陽(yáng)離子可被細(xì)胞表面的負(fù)電荷位點(diǎn)所吸附。 ?許多陰離子參與結(jié)合金屬離子，如膜蛋白上的磷酸基、羧基、巰基和羥基等。 ?微生物對(duì)重金屬的吸附作用取決于兩個(gè)方面，一是生物吸附劑本身的特性；另一方面是金屬對(duì)生物體的親合性。 二、生物吸附的由來(lái) ?生物吸附這一概念由 Ruchhoft等人于 1949年首先提出，他用活性污泥法從廢水中回收了 239pu，單級(jí)處理獲得了 60％的回收率。他描述了在清除污染的過(guò)程中增殖的微生物“有巨大表面積的膠狀基質(zhì)能吸附放射性材料”。 ?Polikarpovz在研究水生生物的放射生態(tài)學(xué)時(shí)指出：海洋環(huán)境中存在的核材料可通過(guò)海洋微生物“直接從水中吸附”而積累，而且上述性質(zhì)與細(xì)胞的生命功能無(wú)關(guān)。 ?許多微生物細(xì)胞，不論死活，都具有同樣好的吸附性質(zhì)。使用死的微生物細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用可以分
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