水中生物的降解转化作用

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摘 要：随着城市建设的不断深入,工业废水、生活污水不断增加,严重影响了我国的水环境安全.在水环境中,水中生物对于污染物的分解转化起了重要的作用,因而十分必要了解水中生物的降解转化机理.本文以此为出发点,简要探讨了相关原理和特点.

关 键 词：水环境；生物处理；降解转化

[中图分类号]：X143[文献标识码]：A

[文章编号]：1002-2139(2012)-01-0194-01

一、概述

就目前来说,水污染和水源短缺已经成为严重威胁我国的持续生存发展的一大难题,而多年的经验告诉我们生物处理是当今世界应用最为广泛的处理方法.从定义上说,生物降解即是指生物经过一系列的生化反应对污染物的分解转化作用.对于水环境来说,生物降解与转化主要是微生物与水生植物的作用.

二、水中微生物的降解转化作用

一般来说,水体的污染物主要包括：有毒物质（重金属和氰化物等）、水中耗氧物质（主要是有机物）、富营养化物质（氮和磷等）、石油类污染物、酸碱与无机盐类等.因此,水中微生物的降解作用主要是对于有机物的分解作用和对无机元素的转化作用.

1.有机物的生物降解

水中有机物经过一系列生物化学反应,可将大分子有机物逐渐分解为小分子有机物或简单无机物.生物分解的特性与有机物的分子结构密切相关,本文只是简单介绍含氮和不含氮有机物的生物降解.

（1）含氮有机物的生物降解

水体中主要存在的含氮污染有机物包括蛋白质、尿素、胺类等.其一,能产生蛋白酶的微生物将蛋白质逐步水解成简单的产物,最后生成氨基酸.此时氨基酸才可渗入细胞内,此时例如灵杆菌等氨化菌经过氨化作用将有机氮转化了氨态氮,并生成了不含氮的有机物,进而被逐步分解.其二,作为人体主要的含氮有机物的尿素分解过程较为简单,能产生尿素酶的尿素细菌把尿素水解成碳酸铵,进而易分解成氨、二氧化碳和水.

（2）不含氮有机物的生物降解

水体中不含氮的有机物包括醇、酚、醛、酮和有机酸等.其一,对于分子结构复杂的纤维素类物质,微生物分泌胞外酶将其水解成可溶或较简单的例如葡萄糖类等物质后被微生物吸收,葡萄糖在有氧和无氧条件下可继续被生物分解,本文不再赘述.其二,对于淀粉类物质,例如曲霉等霉菌将淀粉分解为葡萄糖,进而可进一步吸收分解.其三,对于油脂类物质,微生物分泌脂肪酶将其水解为甘油和脂肪酸,而后可进一步分解吸收.其四,对于芳香类化合物,在污水、粪便等处存在的细菌可氧化这类苯的衍生物,形成二氧化碳和水.其五,对于烃类物质,如酵母菌和细菌能引起烃类化合物氧化,许多微生物都可利用烃中的碳作为碳源,组成机体的有机物.最后,合成洗涤剂一直是环境工作者关注的对象,它是人工合成的高分子聚合物,通常都带有表面活性剂,这样的表面活性剂易在水体中形成大量泡沫阻止大气复氧,然而天然水体并没有明显的洗涤剂污染,这是因为微生物易于吸附与活性剂表面,进而可进一步降解.对于水环境来说,威胁更大的是洗涤剂中的一些非表面活性剂,它能在水体富集,进而引起藻类大量繁殖,进而加重水体富营养化.

2.无机元素的转化

对于污水来说,本文简要讨论硫、氮和磷三种元素的生物转化作用.首先,硫的生物转化主要是经过硫化和反硫化两个作用.硫化作用是由硫磺细菌和硫化细菌氧化硫化氢生成硫磺颗粒,当环境需要时,可继续被氧化为硫酸；反硫化作用是例如去硫弧菌等硫酸盐还原菌,在缺乏有机物和氧气的条件下,将硫酸盐转化为硫化氢.其二,氮的生物转化主要是经过硝化和反硝化两个作用.硝化作用是由氨化菌将化合物降解产生氨,进而由硝化菌在有氨和氧的条件下继续氧化成硝酸.反硝化作用就是在缺氧条件下由如反硝化杆菌等还原成亚硝酸盐和氮气等.其三,不溶性无机磷酸盐通过微生物降解有机物产生的酸和二氧化碳或其他途径形成的酸的作用转化为可溶性磷酸盐,此时它可被植物或微生物吸收利用.

三、水中植物的净化作用

水中植物是水环境生态系统的重要组成,它的水质净化作用对于维持水体平衡,控制水污染和改善水环境都具有重要作用.整体来看,水中植物主要包括浮游藻类和大型水生植物,它们的净化作用主要有以下几个方面：

（1）降解污染物.水生植物能直接吸收、降解的主要分为氮磷、重金属和有机物等.氮磷是植物体的主要结构组成物质,同时也是植物的营养物质,在适当的条件下,植物体能大量吸收这两种元素从而降低水体污染.同时,植物的根部可以吸收一些例如铅等生长非必需金属元素和例如铜、锌等生长所需的金属元素,并通过一定的机制阻止金属向上迁移.此外,植物能直接吸收和分解有机物,还可以通过分泌有机酸等物质,刺激微生物降解有机污染物.

（2）抑制藻类过度生长.一方面,这主要是大型水生植物与浮游藻类的竞争机制,由于无机营养等条件限制,大型水生植物能优先生长；另一个方面,大型水生植物能向水体中分泌释放化感物质,从而影响了浮游藻类的生长代谢.

（3）沉降悬浮物质.这一方面主要是大型水生植物的物理和生物化学作用而具有的功能.一方面,由于在水中其茂密的形态就有减缓水流、抵御风浪的功能,这样的物理作用能促进悬浮物质沉降并减少水中颗粒物的悬浮；另一方面,植物根部释放出氧气形成氧化区,从而改善了底泥的氧含量,使其转变为好氧状态,避免了有机物厌氧分解而导致底泥上浮.

四、结语

水是城市的生命细胞,保证水体安全是至关重要的.水体通过植物、微生物、后生动物以及一些高等动物的生命代谢活动,可降解转化当中的污染物.因而,探索水中生物降解转化机理对水污染控制具有十分重要的意义.