废水中有机物在微生物作用下的分解

废水中有机物在微生物作用下的分解

废水受到污染后存在各种各样的有机物或无机污染物，其中有含碳的污染物、含氮的污染物，还有金属、硫化物等等。那么微生物是怎样对污染的物质进行净化与转化呢？本节进行简要讨论。

含碳(不含氮）有机物的分解代谢

淀粉的分解和糖代谢

淀粉水解：淀粉在微生物分泌的胞外水解酶作用下进行水解，微生物产生的淀粉酶有α-淀粉酶、β-淀粉酶、支链淀粉酶和葡萄糖淀粉酶，经多种水解酶作用下生成葡萄糖。淀粉→糊精→麦芽糖→葡萄糖

糖代谢：葡萄糖→糖酵解产生丙酮酸。

有氧下：丙酮酸→ TCA循环→ CO2、H2O

无氧下：丙酮酸→乳酸、丁酸、乙醇等，如继续无氧环境进行甲烷发酵。

但乳酸、丁酸、乙醇等如在有氧环境下则进入TCA循环，生成CO2、H2O等。纤维素分解和代谢

纤维素→纤维二糖→葡萄糖→糖代谢产物

纤维素和淀粉的共同点都是葡萄糖为单体组成单位，但它们的差异是葡萄糖单体间的连接键方式不同。淀粉可被较多微生物水解利用，而利用纤维素的微生物则较有限。一些细菌、放线菌、真菌（如青霉、曲霉、镰刀霉、木霉等）可生成纤维素酶，将纤维素水解成葡萄糖，后葡萄糖与淀粉一样进入糖代谢循环，产生有氧无氧下的不同产物。

油脂的分解与转化

脂肪由甘油与脂肪酸组成。有些细菌、霉菌等水解脂肪生成甘油与脂肪酸，并进行代谢。

甘油：有氧下甘油→丙酮→氧化成乙酰辅酶→ TCA循环代谢产物

无氧下代谢产生简单的酸、酮等中间物。

脂肪酸在有氧下进行β-氧化，生成乙酸，后转化成乙酰辅酶A进入TCA循环，生出CO2、H2O产物；无氧下分解成简单的酸、CO2、CH4等物质。

芳香族化合物（带苯环衍生物）转化

苯环物质：如酚类物质，首先被能利用酚类物质的微生物打开苯环，使形成链状的含碳物质，后在有氧下进行含碳物质的有氧代谢和无氧下含碳物质的无氧代谢。

烃类化合物：不饱和烃类物质如稀烃、炔烃被利用烃物质的微生物打开不抱和键，生成烷烃。烷烃在有氧下氧化成脂肪酸，后进入脂肪酸的有氧代谢途径和无氧代谢途径。

合成洗涤剂

类型：合成洗涤剂为人工合成的高分子聚合物。根据在水中的解离形式分成阴离子、阳离子、非离子型和混合型洗涤剂四类。合成洗涤剂主要成分是表面活性剂，作为清洁剂易聚集在空气－水面－油面上，易形成泡沫。

洗涤剂排放的害处：在废水处理与天然水体中形成大量泡沫，阻断大气对水里复氧；洗涤剂中表面活性剂成分易被细菌等微生物降解，对环境污染较小，但非表面活性剂部分如聚磷酸盐在水里聚集，使藻类大量繁殖引起水体富营养化。碳循环

碳物质是生物体各种有机物中最主要的组分，它约占有机物干重的50％。自然

界的碳以各种形式存在：如大气CO2（含量为0.032％），溶于水的碳酸盐，和死与活的有机物碳，还有很少能参与周转的岩石和化石染料碳等。

大气的CO是有限的资源，只够绿色植物等光合作用20年。自然界的碳绝大多数是死和活的生物体碳。对于动植物死亡体有机碳的转化应归功于微生物的作用，由于有微生物对有机碳的不断矿化作用，才能使碳的循环周而复始不断运转，使生物圈的碳处于良好的碳平衡的环境中。

含氮有机物的分解

蛋白质分解与转化自然界中的氮元素对生物体极为重要。在人类活动中氮物质的污染非常多。其中最大量的成分是蛋白质及其水解的含氮物质。

蛋白质分解：蛋白质在细菌等微生物分泌的胞外蛋白酶作用下进行水解：

蛋白质→蛋白胨→多肽→氨基酸

基酸转化：氨基酸有脱氨与脱羧作用。氨基酸脱氨有氧化还原、水解等形式生成氨。氨基酸脱羧作用是在厌氧下微生物作用的结果，氨基酸脱掉羧基后生成胺类物质。如赖氨酸、鸟氨酸在腐败菌作用下脱掉羧基，生成尸胺、腐胺，具毒性与臭气。

氨的转化：一些细菌在有氧下将氨进行氧化：NH3 → NO2－→ NO3－；而NH3在无氧下不分解。

硝酸盐还原作用：一些厌氧微生物在无氧下将硝酸盐还原成亚硝酸盐、氮气。

氨化作用、硝化作用和反硝化作用：有机氮在微生物作用下转化成氨态氮的过程称为氨化作用；氨在有氧下经硝化细菌氧化生成硝酸盐的过程称为硝化作用；而硝酸盐还原成氮气等是硝酸盐还原菌作用的结果，称为反硝化作用。

反硝化作用的害处及应用：反硝化使污水中N2上升，污泥杂质上浮，影响水体

沉淀。但在污水处理中硝酸盐太高如直接排放，会使水体产生富营养化。因此，反硝化作用可用于废水处理的生物脱氮的特殊处理。

尿素的转化

尿素是人畜中的主要含氮有机物，微生物能分泌尿酶，将尿素中的氮转化为氨态氮，后氨态氮（NH3)进行有氧下硝化作用，或无氧下的其他代谢。

CO（NH2）2 →（NH4）2C → NH3 ＋ CO2＋ H2

有机腈和无机氰化物如CH2CH2CN和HCN。它们在微生物作用下进行分解，产生NH3后进行有氧下硝化作用，或无氧下的其他代谢。

在上述举例的含氮物质的代谢中，都生成氨态氮和不含氮的碳化合物。其中，氨态氮（NH3）物质进行氮的转化代谢，而不含氮的碳物质进行如上所述的有氧与无氧下的碳物质代谢。

氮循环氮循环对整个生物界极为重要。气态氮是自然界最为丰富的氮元素库，可是只有少量微生物进行固氮而利用它，硝酸盐氮、铵盐氮等都是无机氮，另外生物体含有大量的氮，微生物对生物体残体氮的分解转化是构成氮平衡与氮循环的关键。

无机元素转化

硫的转化硫是生物圈中一种相对丰富的元素，有元素硫、无机硫化物和有机硫化物。H2S对生物有毒性作用，形成了硫代谢与循环的中心。H2S主要来源于含硫有机物的分解，以及化学工业生产过程产生。

硫化作用：有氧下硫磺细菌、硫化细菌把H2S氧化成硫或硫酸盐的过程。无氧下H2S不能进行氧化。

硫磺细菌和硫化细菌的差异：硫磺细菌在H2S丰富环境下，氧化H2S并在细胞