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  superhuman響 2015-05-25 00:00:00

  六、生物降解作用 生物降解是引起有機污染物分解的Z重要的環(huán)境過程之一.水環(huán)境中化合物的生物降解依賴于微生物通過酶催化反應分解有機物.當微生物代謝時，一些有機污染物作為食物源提供能量和提供細胞生長所需的碳；另一些有機物，不能作為微生物的唯yi碳源和能源，必須由另外的化合物提供.因此，有機物生物降解存在兩種代謝模式：生長代謝(Growth metabolism)和共代謝(Cometabolism).這兩種代謝特征和降解速率極不相同，下面分別進行討論. 1．生長代謝 許多有毒物質可以像天然有機化合物那樣作為微生物的生長基質.只要用這些有毒物質作為微生物培養(yǎng)的唯yi碳源便可鑒定是否屬生長代謝.在生長代謝過程中微生物可對有毒物質進行較徹底的降解或礦化，因而是生長基質去毒效應和相當快的生長基質代謝意味著與那些不能用這種方法降解的化合物相比，對環(huán)境威脅小. 一個化合物在開始使用之前，必須使微生物群落適應這種化學物質，在野外和室內試驗表明，一般需要2—50天的滯后期，一旦微生物群體適應了它，生長基質的降解是相當快的.由于生長基質和生長濃度均隨時間而變化，因而其動力學表達式相當復雜.Monod方程是用來描述當化合物作為唯yi碳源時，化合物的降解速率： 式中：c——污染物濃度； B——細菌濃度； Y——消耗一個單位碳所產生的生物量； μmax——Z大的比生長速率； Ks——半飽和常數，即在Z大比生長速率μmax一半時的基質濃度. Monod方程式在實驗中已成功地應用于唯yi碳源的基質轉化速率，而不論細菌菌株是單一種還是天然的混合的種群.Paris等用不同來源的菌株，以作唯yi碳源進行生物降解(如圖3—34所示).分析菌株生長的情況和的轉化速率，可以得到Monod方程中的各種參數：μmax =0.37h－1，Ks=2.17μmol／L(0.716mg／L)，Y=4.1×1010cell／μmol(1.2 ×1011cell／mg) Monod方程是非線性的，但是在污染物濃度很低時，即Ks>>c，則式可簡化為： －dc／dt=Kb2·B·c’ 式中：Kb2——二級生物降解速率常數. Paris等在實驗室內用不同濃度(0.0273—0.33μmol／L)的進行試驗測得速率常數為(2.6±0.7) ×10-12L／(cell·h)，而與按上述參數值計算出的μmax/(Y·Ks)值4.16×10-12L／(cell·h)相差一倍，說明可以在濃度很低的情況下建立簡化的動力學表達式(3—156). 但是，如果將此式用于廣泛的生態(tài)系統(tǒng)，理論上是說不通的.在實際環(huán)境中并非被研究的化合物是微生物唯yi碳源.一個天然微生物群落總是從大量各式各樣的有機碎屑物質中獲取能量并降解它們.即使當合成的化合物與天然基質的性質相近，連同合成化合物在內是作為一個整體被微生物降解.再者，當微生物量保持不變的情況下使化合物降解，那么Y的概念就失去意義.通常應用簡單的一級動力學方程表示： 式中：Kb—一級生物降解速率常數. 2．共代謝 某些有機污染物不能作為微生物的唯yi碳源與能源，必須有另外的化合物存在提供微生物碳源或能源時，該有機物才能被降解，這種現象稱為共代謝.它在那些難降解的化合物代謝過程中起著重要作用，展示了通過幾種微生物的一系列共代謝作用，可使某些特殊有機污染物徹底降解的可能性.微生物共代謝的動力學明顯不同于生長代謝的動力學，共代謝沒有滯后期，降解速度一般比完全馴化的生長代謝慢.共代謝并不提供微生物體任何能量，不影響種群多少.然而，共代謝速率直接與微生物種群的多少成正比，Paris等描述了微生物催化水解反應的二級速率定律： 由于微生物種群不依賴于共代謝速率，因而生物降解速率常數可以用Kb=Kb2·B表示，從而使其簡化為一級動力學方程. 用上述的二級生物降解的速率常數文獻值時，需要估計細菌種群的多少，不同技術的細菌計數可能使結果發(fā)生高達幾個數量級的變化，因此根據用于計算Kb2的同一方法來估計B值是重要的. 總之，影響生物降解的主要因素是有機化合物本身的化學結構和微生物的種類.此外，一些環(huán)境因素如溫度、pH、反應體系的溶解氧等也能影響生物降解有機物的速率.

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