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    出水不達(dá)標(biāo)?有機(jī)物降解能力差?看完這篇文章你就懂了!

    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(jī)物結(jié)構(gòu)與生物可降解性


    生物降解有機(jī)物的難易程度與有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特征有很大的關(guān)系。


    首先,有機(jī)物生物降解的機(jī)理是:


    1、水中溶解的有機(jī)物能否擴(kuò)散穿過細(xì)胞壁,是由分子的大小和溶解度決定的。目前認(rèn)為低于12個碳原子的分子一般可以進(jìn)入細(xì)胞。至于有機(jī)物分子的溶解度則由親水基和疏水基決定的,當(dāng)親水基比疏水基占優(yōu)勢時,其溶解度就大。


    2、不溶于水的有機(jī)質(zhì),其疏水基比親水基占優(yōu)勢,代謝反應(yīng)只限于生物能接觸的水和烴的界面處。尾端的疏水基溶進(jìn)細(xì)胞的脂肪部分并進(jìn)行β-氧化。有機(jī)物以這種形式從水和烴的界面處被逐步拉入細(xì)胞中并被代謝。微生物和不溶的有機(jī)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(jī)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(yīng)鏈的結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)簡單的有機(jī)物一般先降解,結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一般后降解。


    二、共代謝作用


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


    共代謝過程不但提出了一種新的代謝現(xiàn)象 ,而且已被作為一種生化技術(shù)在芳香族化合物生物解研究中得到應(yīng)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(chǎn)物 ,這有助于研究氧進(jìn)入芳香環(huán)的機(jī)制。F ocht和Alexander等應(yīng)用共代謝技術(shù)建立了 DDT的環(huán)斷裂機(jī)制。


    Horvath 利用共代謝反應(yīng)步驟少的優(yōu)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(yīng) ,從而發(fā)現(xiàn)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(yīng)器中存在共代謝的原理 ,通過添加初級基質(zhì)來處理含氯酚的廢水 ,使氯酚這種有毒的 “難降解物質(zhì)” 得到生物凈化。


    現(xiàn)代的環(huán)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(jié)構(gòu)元素或取代基。盡管環(huán)境微生物具有逐漸進(jìn)化、 適應(yīng)的功能 ,但酶催化途徑的自然進(jìn)化需要多種基因成分的改變 ,速度很慢 ,不能適應(yīng)現(xiàn)代環(huán)境保護(hù)的要求。通過共代謝等各種生物技術(shù)的應(yīng)用 ,在搞清微生物降解環(huán)境污染物的能力和途徑的基礎(chǔ)上 ,應(yīng)用現(xiàn)代基因工程技術(shù) ,擴(kuò)展微生物酶對基質(zhì)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(hù)環(huán)境。


    三、影響微生物降解的環(huán)境因素


    生物降解是微生物對物質(zhì)特別是環(huán)境污染物的分解作用。它和傳統(tǒng)的分解在本質(zhì)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(kuò)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(guān)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(yǎng)條件、溫度、PH值、需氧量、有毒物質(zhì),土壤濕度、鹽度及吸附作用和沉積物污染物被其他物質(zhì)所吸附形成絡(luò)和物。


    1、營養(yǎng)條件


    營養(yǎng)物對微生物的作用是:提供合成細(xì)胞物質(zhì)時所需要的物質(zhì);作為產(chǎn)能反應(yīng)的反應(yīng)物,為細(xì)胞增長的生物合成反應(yīng)提供能源;充當(dāng)產(chǎn)能反應(yīng)所釋放電子的受氫體。所以微生物所需要的營養(yǎng)物質(zhì)必須包括組成細(xì)胞的各種元素和產(chǎn)生能量的物質(zhì)。微生物種類繁多,各種微生物要求的營養(yǎng)物質(zhì)亦不盡相同,根據(jù)對營養(yǎng)要求的不同,可將微生物分為特定的種類。


    根據(jù)所需碳的化學(xué)形式,微生物可分為:自養(yǎng)型和異養(yǎng)型;根據(jù)所需的能源,微生物可分為:光營養(yǎng)型和化能營養(yǎng)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(yīng)溫度,就有不同的微生物和不同的生長規(guī)律。從微生物總體來說,生長溫度范圍是0~80℃。根據(jù)各類微生物所適應(yīng)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(xué)反應(yīng),而這些反應(yīng)速率都受溫度的影響。在最低生長溫度和最適溫度范圍內(nèi),若反應(yīng)溫度升高,則反應(yīng)速率增快,微生物增長速率也隨之增加,處理效果相應(yīng)提高。


    3、PH值


    微生物的生化反應(yīng)是在酶的催化作用下進(jìn)行的,酶的基本成分是蛋白質(zhì),是具有離解基團(tuán)的兩性電解質(zhì).PH值對微生物生張繁殖的影響體現(xiàn)在酶的離解過程中,電離形式不同,催化性質(zhì)也就不同;此外,酶的催化作用還決定了基質(zhì)的電離狀況,PH值對基質(zhì)電離狀況的影響也進(jìn)而影響到酶的催化作用。一般認(rèn)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(xì)菌、真菌、藻類和原生動物的PH值適應(yīng)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(chǎn)生不良影響,甚至?xí)斐晌⑸锼劳?,破壞生物降解的正常進(jìn)行。


    4、溶解氧


    根據(jù)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(jī)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(jìn)行,微生物的正常生長規(guī)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(dāng)有氧存在時,它們就無法生長。這是因為在有氧存在的環(huán)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(jié)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(xì)胞產(chǎn)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(zhì)


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


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


    綜上所述,有機(jī)物結(jié)構(gòu)、共降解作用和影響微生物降解的環(huán)境因素,是影響污染物的生物降解的主要因素。




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