有机物的微生物降解原理

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:

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。

•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。自然水体中能分解有机物的微生物菌种很多。对特定的有机物有特定的优势菌种，这类微生物可分为两组，一组是能在缺氧条件下分解有机物的，称为厌氧微生物；另一组是能在氧气存在下分解有机物的，称为好氧微生物。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-CH0H或-CH-CH,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CO、SQ-、NO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+NADH

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，NADH直接把氢传递给含氧的有机物或其他受氢体。如在甲烷细菌作用下，

CQ作为受氢体接受氢原子形成甲烷。

CQ + 4NADf —CH4 + 2H 2Q + 4NAD

硫酸盐还原菌对有机物实行无氧氧化时，可以把SQ2-作为受氢体，接受氢原子最终形成硫

化氢：

SQ2-+10 H—H2S+4HQ

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

RCOSCo可进一步发生B -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 + HO == HCOOH + HSCoA

HCOOH GO

酶催化剂HSCoA!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。

•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。

•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。

•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。

不利于微生物对有机物生化降解的因素有以下几个方面：（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。

有机物降解，若通过氧化路线，最终降解为二氧化碳、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐等；若通过还原路线，最终降解为甲烷、硫化氢、氨、磷化氢等；但在变成最终产物之前，还会出现一系列中间产物或生物代谢产物。有机物降解的难易取决于其组成和结构；降解程度则取决于水体条件和降解路线。地下水体中基本上没有微生物活动，也不能发生光化学降解，一旦受到有机物污染，将难以净化。自然水体中有机物的化学降解过程一般较为缓慢，除依赖于水中溶解氧水平外，还受到悬浮颗粒物或胶体物质表面上的吸附/ 解吸过程等因素的影响。难降解有机物在水环境中基本上不发生降解，它从水相中消除的途径主要是吸附在悬浮颗粒物表面，然后随之一起沉降到底泥中，或者被浮游生物摄取、吸收，再沿食物链（网）富集传递或者随浮游生物（如藻类）尸体一起沉积到底泥中。