淺談水中生物的降解轉(zhuǎn)化作用

摘 要：隨著城市建設(shè)的不斷深入，工業(yè)廢水、生活污水不斷增加，嚴(yán)重影響了我國的水環(huán)境安全。在水環(huán)境中，水中生物對(duì)于污染物的分解轉(zhuǎn)化起了重要的作用，因而十分必要了解水中生物的降解轉(zhuǎn)化機(jī)理。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，簡要探討了相關(guān)原理和特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境；生物處理；降解轉(zhuǎn)化

[中圖分類號(hào)]：X143 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]：A

[文章編號(hào)]：1002-2139(2012)-01-0194-01

一、概述

就目前來說，水污染和水源短缺已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅我國的持續(xù)生存發(fā)展的一大難題，而多年的經(jīng)驗(yàn)告訴我們生物處理是當(dāng)今世界應(yīng)用最為廣泛的處理方法。從定義上說，生物降解即是指生物經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)對(duì)污染物的分解轉(zhuǎn)化作用。對(duì)于水環(huán)境來說，生物降解與轉(zhuǎn)化主要是微生物與水生植物的作用。

二、水中微生物的降解轉(zhuǎn)化作用

一般來說，水體的污染物主要包括：有毒物質(zhì)（重金屬和氰化物等）、水中耗氧物質(zhì)（主要是有機(jī)物）、富營養(yǎng)化物質(zhì)（氮和磷等）、石油類污染物、酸堿與無機(jī)鹽類等。因此，水中微生物的降解作用主要是對(duì)于有機(jī)物的分解作用和對(duì)無機(jī)元素的轉(zhuǎn)化作用。

1、有機(jī)物的生物降解

水中有機(jī)物經(jīng)過一系列生物化學(xué)反應(yīng)，可將大分子有機(jī)物逐漸分解為小分子有機(jī)物或簡單無機(jī)物。生物分解的特性與有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，本文只是簡單介紹含氮和不含氮有機(jī)物的生物降解。

（1）含氮有機(jī)物的生物降解

水體中主要存在的含氮污染有機(jī)物包括蛋白質(zhì)、尿素、胺類等。其一，能產(chǎn)生蛋白酶的微生物將蛋白質(zhì)逐步水解成簡單的產(chǎn)物，最后生成氨基酸。此時(shí)氨基酸才可滲入細(xì)胞內(nèi)，此時(shí)例如靈桿菌等氨化菌經(jīng)過氨化作用將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化了氨態(tài)氮，并生成了不含氮的有機(jī)物，進(jìn)而被逐步分解。其二，作為人體主要的含氮有機(jī)物的尿素分解過程較為簡單，能產(chǎn)生尿素酶的尿素細(xì)菌把尿素水解成碳酸銨，進(jìn)而易分解成氨、二氧化碳和水。

（2）不含氮有機(jī)物的生物降解

水體中不含氮的有機(jī)物包括醇、酚、醛、酮和有機(jī)酸等。其一，對(duì)于分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的纖維素類物質(zhì)，微生物分泌胞外酶將其水解成可溶或較簡單的例如葡萄糖類等物質(zhì)后被微生物吸收，葡萄糖在有氧和無氧條件下可繼續(xù)被生物分解，本文不再贅述。其二，對(duì)于淀粉類物質(zhì)，例如曲霉等霉菌將淀粉分解為葡萄糖，進(jìn)而可進(jìn)一步吸收分解。其三，對(duì)于油脂類物質(zhì)，微生物分泌脂肪酶將其水解為甘油和脂肪酸，而后可進(jìn)一步分解吸收。其四，對(duì)于芳香類化合物，在污水、糞便等處存在的細(xì)菌可氧化這類苯的衍生物，形成二氧化碳和水。其五，對(duì)于烴類物質(zhì)，如酵母菌和細(xì)菌能引起烴類化合物氧化，許多微生物都可利用烴中的碳作為碳源，組成機(jī)體的有機(jī)物。最后，合成洗滌劑一直是環(huán)境工作者關(guān)注的對(duì)象，它是人工合成的高分子聚合物，通常都帶有表面活性劑，這樣的表面活性劑易在水體中形成大量泡沫阻止大氣復(fù)氧，然而天然水體并沒有明顯的洗滌劑污染，這是因?yàn)槲⑸镆子谖脚c活性劑表面，進(jìn)而可進(jìn)一步降解。對(duì)于水環(huán)境來說，威脅更大的是洗滌劑中的一些非表面活性劑，它能在水體富集，進(jìn)而引起藻類大量繁殖，進(jìn)而加重水體富營養(yǎng)化。

2、無機(jī)元素的轉(zhuǎn)化

對(duì)于污水來說，本文簡要討論硫、氮和磷三種元素的生物轉(zhuǎn)化作用。首先，硫的生物轉(zhuǎn)化主要是經(jīng)過硫化和反硫化兩個(gè)作用。硫化作用是由硫磺細(xì)菌和硫化細(xì)菌氧化硫化氫生成硫磺顆粒，當(dāng)環(huán)境需要時(shí)，可繼續(xù)被氧化為硫酸；反硫化作用是例如去硫弧菌等硫酸鹽還原菌，在缺乏有機(jī)物和氧氣的條件下，將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫。其二，氮的生物轉(zhuǎn)化主要是經(jīng)過硝化和反硝化兩個(gè)作用。硝化作用是由氨化菌將化合物降解產(chǎn)生氨，進(jìn)而由硝化菌在有氨和氧的條件下繼續(xù)氧化成硝酸。反硝化作用就是在缺氧條件下由如反硝化桿菌等還原成亞硝酸鹽和氮?dú)獾?。其三，不溶性無機(jī)磷酸鹽通過微生物降解有機(jī)物產(chǎn)生的酸和二氧化碳或其他途徑形成的酸的作用轉(zhuǎn)化為可溶性磷酸鹽，此時(shí)它可被植物或微生物吸收利用。

三、水中植物的凈化作用

水中植物是水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，它的水質(zhì)凈化作用對(duì)于維持水體平衡，控制水污染和改善水環(huán)境都具有重要作用。整體來看，水中植物主要包括浮游藻類和大型水生植物，它們的凈化作用主要有以下幾個(gè)方面：

（1）降解污染物。水生植物能直接吸收、降解的主要分為氮磷、重金屬和有機(jī)物等。氮磷是植物體的主要結(jié)構(gòu)組成物質(zhì)，同時(shí)也是植物的營養(yǎng)物質(zhì)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，植物體能大量吸收這兩種元素從而降低水體污染。同時(shí)，植物的根部可以吸收一些例如鉛等生長非必需金屬元素和例如銅、鋅等生長所需的金屬元素，并通過一定的機(jī)制阻止金屬向上遷移。此外，植物能直接吸收和分解有機(jī)物，還可以通過分泌有機(jī)酸等物質(zhì)，刺激微生物降解有機(jī)污染物。

（2）抑制藻類過度生長。一方面，這主要是大型水生植物與浮游藻類的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，由于無機(jī)營養(yǎng)等條件限制，大型水生植物能優(yōu)先生長；另一個(gè)方面，大型水生植物能向水體中分泌釋放化感物質(zhì)，從而影響了浮游藻類的生長代謝。

（3）沉降懸浮物質(zhì)。這一方面主要是大型水生植物的物理和生物化學(xué)作用而具有的功能。一方面，由于在水中其茂密的形態(tài)就有減緩水流、抵御風(fēng)浪的功能，這樣的物理作用能促進(jìn)懸浮物質(zhì)沉降并減少水中顆粒物的懸浮；另一方面，植物根部釋放出氧氣形成氧化區(qū)，從而改善了底泥的氧含量，使其轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)，避免了有機(jī)物厭氧分解而導(dǎo)致底泥上浮。

四、結(jié)語

水是城市的生命細(xì)胞，保證水體安全是至關(guān)重要的。水體通過植物、微生物、后生動(dòng)物以及一些高等動(dòng)物的生命代謝活動(dòng)，可降解轉(zhuǎn)化當(dāng)中的污染物。因而，探索水中生物降解轉(zhuǎn)化機(jī)理對(duì)水污染控制具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁河清，污水生物監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀與展望[J]，廣東化工，2011，38(6)：116-117。

[2]王國惠，環(huán)境工程微生物學(xué)[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2005。

[3]江曙光，中國水污染現(xiàn)狀及防治對(duì)策[J]，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，7：313-315。

[4]毛玉紅、高軍鋒，生物脫氮機(jī)理及應(yīng)用[J]，2008，6(26)：21-22。

[5]付麗麗，微生物對(duì)污水的生物處理作用[J]，2010，38(13)：6785-6786。

[6]王鳳英、曹月萍、鄔學(xué)清，水中主要污染物及其危害[J]，集寧師專學(xué)報(bào)，2005，27(4)：80-81。