淺談水中生物的降解轉化作用

摘 要：隨著城市建設的不斷深入，工業廢水、生活污水不斷增加，嚴重影響了我國的水環境安全。在水環境中，水中生物對于污染物的分解轉化起了重要的作用，因而十分必要了解水中生物的降解轉化機理。本文以此為出發點，簡要探討了相關原理和特點。

關鍵詞：水環境；生物處理；降解轉化

[中圖分類號]：X143 [文獻標識碼]：A

[文章編號]：1002-2139(2012)-01-0194-01

一、概述

就目前來說，水污染和水源短缺已經成為嚴重威脅我國的持續生存發展的一大難題，而多年的經驗告訴我們生物處理是當今世界應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過一系列的生化反應對污染物的分解轉化作用。對于水環境來說，生物降解與轉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化作用

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

1、有機物的生物降解

水中有機物經過一系列生物化學反應，可將大分子有機物逐漸分解為小分子有機物或簡單無機物。生物分解的特性與有機物的分子結構密切相關，本文只是簡單介紹含氮和不含氮有機物的生物降解。

（1）含氮有機物的生物降解

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

（2）不含氮有機物的生物降解

水體中不含氮的有機物包括醇、酚、醛、酮和有機酸等。其一，對于分子結構復雜的纖維素類物質，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后被微生物吸收，葡萄糖在有氧和無氧條件下可繼續被生物分解，本文不再贅述。其二，對于淀粉類物質，例如曲霉等霉菌將淀粉分解為葡萄糖，進而可進一步吸收分解。其三，對于油脂類物質，微生物分泌脂肪酶將其水解為甘油和脂肪酸，而后可進一步分解吸收。其四，對于芳香類化合物，在污水、糞便等處存在的細菌可氧化這類苯的衍生物，形成二氧化碳和水。其五，對于烴類物質，如酵母菌和細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，組成機體的有機物。最后，合成洗滌劑一直是環境工作者關注的對象，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氧，然而天然水體并沒有明顯的洗滌劑污染，這是因為微生物易于吸附與活性劑表面，進而可進一步降解。對于水環境來說，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，進而引起藻類大量繁殖，進而加重水體富營養化。

2、無機元素的轉化

對于污水來說，本文簡要討論硫、氮和磷三種元素的生物轉化作用。首先，硫的生物轉化主要是經過硫化和反硫化兩個作用。硫化作用是由硫磺細菌和硫化細菌氧化硫化氫生成硫磺顆粒，當環境需要時，可繼續被氧化為硫酸；反硫化作用是例如去硫弧菌等硫酸鹽還原菌，在缺乏有機物和氧氣的條件下，將硫酸鹽轉化為硫化氫。其二，氮的生物轉化主要是經過硝化和反硝化兩個作用。硝化作用是由氨化菌將化合物降解產生氨，進而由硝化菌在有氨和氧的條件下繼續氧化成硝酸。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氣等。其三，不溶性無機磷酸鹽通過微生物降解有機物產生的酸和二氧化碳或其他途徑形成的酸的作用轉化為可溶性磷酸鹽，此時它可被植物或微生物吸收利用。

三、水中植物的凈化作用

水中植物是水環境生態系統的重要組成，它的水質凈化作用對于維持水體平衡，控制水污染和改善水環境都具有重要作用。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、重金屬和有機物等。氮磷是植物體的主要結構組成物質，同時也是植物的營養物質，在適當的條件下，植物體能大量吸收這兩種元素從而降低水體污染。同時，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，并通過一定的機制阻止金屬向上遷移。此外，植物能直接吸收和分解有機物，還可以通過分泌有機酸等物質，刺激微生物降解有機污染物。

（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爭機制，由于無機營養等條件限制，大型水生植物能優先生長；另一個方面，大型水生植物能向水體中分泌釋放化感物質，從而影響了浮游藻類的生長代謝。

（3）沉降懸浮物質。這一方面主要是大型水生植物的物理和生物化學作用而具有的功能。一方面，由于在水中其茂密的形態就有減緩水流、抵御風浪的功能，這樣的物理作用能促進懸浮物質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，從而改善了底泥的氧含量，使其轉變為好氧狀態，避免了有機物厭氧分解而導致底泥上浮。

四、結語

水是城市的生命細胞，保證水體安全是至關重要的。水體通過植物、微生物、后生動物以及一些高等動物的生命代謝活動，可降解轉化當中的污染物。因而，探索水中生物降解轉化機理對水污染控制具有十分重要的意義。

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