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出水不達標?有機物降解能力差?看完這篇文章你就懂了

發布時間:2022-05-25來源:環保工程師

影響污染物降解的生物因素可以大體從三方面分析下:

一、有機物結構與生物可降解性

生物降解有機物的難易程度與有機物的結構特征有很大的關系。

首先,有機物生物降解的機理是:

1、水中溶解的有機物能否擴散穿過細胞壁,是由分子的大小和溶解度決定的。目前認為低于12個碳原子的分子一般可以進入細胞。至于有機物分子的溶解度則由親水基和疏水基決定的,當親水基比疏水基占優勢時,其溶解度就大。

2、不溶于水的有機質,其疏水基比親水基占優勢,代謝反應只限于生物能接觸的水和烴的界面處。尾端的疏水基溶進細胞的脂肪部分并進行β-氧化。有機物以這種形式從水和烴的界面處被逐步拉入細胞中并被代謝。微生物和不溶的有機物之間的有限接觸面,妨礙了不溶解化合物的代謝速度。

3、有機物分子中碳支鏈對代謝作用有一定影響。一般情況下,碳支鏈能夠阻礙微生物代謝的速度,如正碳化合物比仲碳化合物容易被微生物代謝,叔碳化合物則不易被微生物代謝。這是因為微生物自身的酶須適應鏈的結構,在其分子支鏈處裂解,其中最簡單的分子先被代謝。叔碳化合物有一對支鏈,這就要把分子作多次的裂解。具體來說,結構簡單的有機物一般先降解,結構復雜的一般后降解。

二、共代謝作用

共代謝的概念:有一類物質稱為外生物質或異生物質,是指一些天然條件下并不存在的由人工合成的化學物質,例如殺蟲劑,殺菌劑和除草劑等,其中許多有易被各種細菌或真菌降解,有些則需添加一些有機物作為初級能源后才能降解,這一現象稱為共代謝。

共代謝過程不但提出了一種新的代謝現象 ,而且已被作為一種生化技術在芳香族化合物生物解研究中得到應用。G ihon等以共代謝為手段 ,分離和確定了鹵代苯和對氯甲苯的假單胞菌的氧化產物 ,這有助于研究氧進入芳香環的機制。F ocht和Alexander等應用共代謝技術建立了 DDT的環斷裂機制。

Horvath 利用共代謝反應步驟少的優點 ,分別確定了 2 ,3 ,6 — 三氯苯甲酸降解過程中所含的氧化、 脫氫和脫鹵反應 ,從而發現了無色桿菌代謝2 ,3 ,6 — 三氯苯甲酸的途徑。Hanne、 Jaakko、 Woods、 Mary 等利用厭氧反應器中存在共代謝的原理 ,通過添加初級基質來處理含氯酚的廢水 ,使氯酚這種有毒的 “難降解物質” 得到生物凈化。

現代的環境污染迫切需要人們更充分地利用微生物的降解活性 ,不幸的是有些化合物含有高度抗酶分解的結構元素或取代基。盡管環境微生物具有逐漸進化、 適應的功能 ,但酶催化途徑的自然進化需要多種基因成分的改變 ,速度很慢 ,不能適應現代環境保護的要求。通過共代謝等各種生物技術的應用 ,在搞清微生物降解環境污染物的能力和途徑的基礎上 ,應用現代基因工程技術 ,擴展微生物酶對基質的專一性和代謝途徑 ,更有效地處理和降解各種污染物 ,更好地保護環境。

三、影響微生物降解的環境因素

生物降解是微生物對物質特別是環境污染物的分解作用。它和傳統的分解在本質上是一樣的,但又有分解作用所沒有的新的特征(如代謝,降解等),因此可視為分解作用的擴展和延伸。

從生物降解的定義我們可以明白,微生物的生長對生物降解有著至關重要的作用。所以,我將從影響微生物生長的因素來討論影響生物降解的因素。影響微生物生長的因素最重要的是營養條件、溫度、PH值、需氧量、有毒物質,土壤濕度、鹽度及吸附作用和沉積物污染物被其他物質所吸附形成絡和物。

1、營養條件

營養物對微生物的作用是:提供合成細胞物質時所需要的物質;作為產能反應的反應物,為細胞增長的生物合成反應提供能源;充當產能反應所釋放電子的受氫體。所以微生物所需要的營養物質必須包括組成細胞的各種元素和產生能量的物質。微生物種類繁多,各種微生物要求的營養物質亦不盡相同,根據對營養要求的不同,可將微生物分為特定的種類。

根據所需碳的化學形式,微生物可分為:自養型和異養型;根據所需的能源,微生物可分為:光營養型和化能營養型。

2、溫度對生物降解的影響

溫度對微生物具有廣泛的影響,不同的反應溫度,就有不同的微生物和不同的生長規律。從微生物總體來說,生長溫度范圍是0~80℃。根據各類微生物所適應的溫度范圍,微生物可分為高溫性(嗜熱菌)、中溫性、常溫性和低溫性(嗜冷菌)四類。

微生物的全部生長過程都取決于化學反應,而這些反應速率都受溫度的影響。在最低生長溫度和最適溫度范圍內,若反應溫度升高,則反應速率增快,微生物增長速率也隨之增加,處理效果相應提高。

3、PH值

微生物的生化反應是在酶的催化作用下進行的,酶的基本成分是蛋白質,是具有離解基團的兩性電解質.PH值對微生物生張繁殖的影響體現在酶的離解過程中,電離形式不同,催化性質也就不同;此外,酶的催化作用還決定了基質的電離狀況,PH值對基質電離狀況的影響也進而影響到酶的催化作用。一般認為PH值是影響酶的活性的最重要因素之一。

在生物降解過程中,一般細菌、真菌、藻類和原生動物的PH值適應范圍在4~10之間。在生物降解中,保持微生物的最適pH范圍是十分重要的。否則,將對微生物的生長繁殖產生不良影響,甚至會造成微生物死亡,破壞生物降解的正常進行。

4、溶解氧

根據微生物對氧的要求,可分為好氧微生物、厭氧微生物及兼性微生物。

好氧微生物在降解有機物的代謝過程中以分子氧作為受氫體,如果分子氧不足,降解過程就會因為沒有受氫體而不能進行,微生物的正常生長規律就會受到影響,甚至被破壞。

而厭氧微生物對氧氣很敏感,當有氧存在時,它們就無生長。這是因為在有氧存在的環境中,厭氧微生物在代謝過程中由脫氫酶所活化的氫將與氧結合形成H2O2,而厭氧微生物缺乏分解H2O2的酸,從而形成H2O2積累,對微生物細胞產生毒害作用。所以使用厭氧微生物降解時要注意隔絕空氣。

5、有毒物質

在被降解物質中有時存在著對微生物具有抑制和殺害作用的化學物質。有毒物質對微生物的毒害作用,主要表現在使細菌細胞的正常結構遭到破壞以及使菌體內的酶變質,并失去活性。有毒物質可分為:①重金屬離子(鉛、銅、鉻、砷、銅、鐵、鋅等);②有機物類(酚、甲醛甲醇、苯、氯苯等);③無機物類(硫化物、氰化鉀、氯化鈉、硫酸根、硝酸根等)。有毒物質對微生物產生毒害作用有一個量的概念,即達到一定濃度時顯示出毒害作用,在允許濃度以內,微生物則可以承受。

鹽度(嗜鹽菌和耐鹽菌,不同環境微生物的適應性)和吸附作用和沉積物污染物被其他物質所吸附形成絡和物等因素也會影響降解。

綜上所述,有機物結構、共降解作用和影響微生物降解的環境因素,是影響污染物的生物降解的主要因素。

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