水体污染物的生物降解

水体污染物的生物降解

姓名：梁洪澳班级：13化工工艺1班学号：201341514117

一、水体有机物的污染状况

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。其种类主要包括：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。

其中，目前七大水系的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。

因此，对于水体污染物的防治成为我们人类迫在眉睫的任务。二、水体污染物的防治的途径

（1）物理方法

如光催化降解，其机理为当半导体光催化剂(如Ti02等)受到能量大于禁带宽度的光照射时，其价带上的电子(e-)受到激发，跃过禁带进人导带，在价带留下带正电的空穴(h+)。光生空穴具有强氧化性，光生电子具有强还原性，二者可形成氧化还原体系。

（2）化学方法

如臭氧氧化，其氧化有机物的途径有两种：一是臭氧分子的直接氧化反应，包括打开双键发生加成反应、亲电反应和亲核反应；另一种是自由基的反应，即臭氧在碱性环境作用下，产生活泼的自由基，主要是羟基自由基（·OH），与污染物反应。

三、微生物降解有机物的优势

（1）微生物可以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。

四、微生物降解原理

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。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[1]。

五、反应类型

（1）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：

其中氨基酸的水解脱氨反应如下：

许多酰胺类农药和无机酸酯农药如对硫磷、马拉硫磷等，在微生物的作用下，其分子中的酰胺和酯键也容易发生水解。

（2）生化氧化反应

在微生物作用下，发生有机物的氧化反应称为生化氧化反应。有机物在水环境中的生物氧化降解，一部分是被生物同化，给生物提供碳源和能量，转化成生物代谢物质；另一部分则被生物活动所产生的酶催化分解。受有机物严重污染的水体往往缺氧，在这种情况下有机物的分解主要靠厌氧微生物进行。有机物生物降解过程研究得较多，许多研究成果已用于废水处理技术的开发。有机物的生化氧化大多数是脱氢氧化。脱氢氧化时可从-CHOH-或-CH2-CH2- 基团上脱氢：

脱去的氢转给受氢体，若氧分子作为受氢体，则该脱氢氧化称有氧氧化过程；若以化合氧(如CO2、SO2-、NO3-等)作为受氢体，即为无

氧氧化过程。在微生物作用下脱氢氧化时，从有机物分子上脱落下来的氢原子往往不是直接把氢交给受氢体，而是首先将氢原子传递给氢载体NAD：

有机物+NAD →有机氧化物+NADH2

然后在有氧氧化时，氢原子经过一系列载氢体的传递，最后与受氢体氧分子结合形成水分子。无氧氧化的大多数情况是，NADH2直接把氢传递给含氧的有机物或其他受氢体。

水体中各类有机物氧化时按照一定的程序演变，形成某种固定的格式。下面以饱和烃、苯、有机酸的氧化为例，作一简单的介绍。饱和烃的氧化按醇、醛、酸的程序进行：

苯环的分裂，芳香族化合物的氧化按酚、二酚、醌、环分裂的程序进行：

有机酸的β-氧化：有机酸在含有巯基(-SH)的辅酶A(以HSCoA表示)作用下发生β-氧化：

RCOSCoA可进一步发生β-氧化使碳链不断缩短。若有机酸的碳

原子总数为偶数，则最终产物为醋酸，若碳原子总数为奇数，则最终脱去醋酸后，同时生成甲酰辅酶A(HCOSCoA)。甲酰辅酶A立即水解

成甲酸，并进一步脱氢氧化生成二氧化碳：

HCOSCoA + H2O == HCOOH + HSCoA

HCOOH CO 2

酶催化剂HSCoA继续起催化作用。同样，反应中生成的乙酰辅酶A也可水解生成醋酸，最后氧化为二氧化碳和水。

（3）脱氯反应

脱氯反应是指有机氯农药脱去氯原子的反应。六六六、DDT、2，4-D、多氯联苯等在微生物的作用下均能发生脱氯反应。（4）脱烷基反应

脱烷基反应指有机物分子中脱去烷基的反应。例如，氟乐灵等农药在微生物作用下均能发生脱烷基反应。二烷基胺三氮苯在微生物作用下脱去烷基的过程如下：

连接在氮、氧或硫原了上的烷基，在微生物作用下能发生脱烷基反应，连在碳原子上的烷基一般容易被降解。

（5）生化还原反应

生化还原反应是在厌氧条件下，由于微生物的作用发生脱氧加氢的反应。如氟乐灵在厌氧条件下可发生生化还原反应。有机物的生化降解对水体自净是最为重要的。而不同有机物的生化降解情况也有较大的差别。总的来说，直链烃易被生物降解，有支链的烃降解较难，芳香烃降解更难，环烷烃降解最为困难。

六、微生物对有机物生化降解的因素

(a)有机物沉积在一微小环境中，接触不到微生物。

(b)微生物缺乏生长的基本条件(碳源及其必需营养物)，不能存在。

(c)微生物受到环境毒害(不合适的pH值等因素)，不能生长。

(d)在生化反应中起催化作用的酶被抑制或失去活性。

(e)分子本身具有阻碍酶作用的化学结构，致使有机物难以被生化降

解，甚至几乎不能进行生化反应。目前，关于金属离子对生物降解过程的影响已经引起人们的重视。

(f)有机物的生化降解不仅与其特征有关，而且还受最低浓度的限制，

即可能存在一个"极限浓度"。

综上所述，水体中有机物的降解过程主要有化学降解、生物降解和光化学降解，其中生物降解最为重要。在某些情况下，这三个降解过程之间也存在互相依赖关系。一部分有机物只有先经过生物氧化分解，才能进行化学氧化分解，反之亦然。