水中有机污染物的好氧降解转化过程及机制分析

好氧微生物是一类必须在有游离氧条件下才能生存的微生物，主要是好氧菌，属异养型细菌(以有机物作为能源和碳源的一大类微生物被称为异养型细菌)。在有溶解氧的条件下，水中有机污染物由于好氧微生物的作用被氧化分解而无机化，从而使有机污染得以净化。这是一个相当复杂的新陈代谢过程，如图7-4所示。该图表明，微生物通过自身不断的生命活动——呼吸、氧化、合成等过程，即新陈代谢，把吸收的一部分有机物氧化分解为简单的无机物，如CO2、H2O、NH3等，耗氧量为Oa，并释放出自身生长、活动所需的能量；在一定的能量支持下，吸收的另一部分有机物被同化，合成微生物新的细胞体。组成微生物新的细胞质也在不停地氧化，其耗氧量为Ob，称内源呼吸，也代谢出CO2、H2O、NH3等，同时也放出能量。这一有机物无机化的过程，主要是碳水化合物(如糖、淀粉、醇类等)降解为CO2和H2O，以及蛋白质降解为CO2、H2O、NH3、H2S等的无机化过程。该过程中消耗的溶解氧 (Oa+Ob)称碳化需氧量CBOD，即一般所说的BOD。至此，有机物已被无机化，降解为无机物。该过程中产生的NH3还不稳定，还会在亚硝酸菌和硝酸菌 (属自养菌)作用下进一步被氧化为亚硝酸盐 (NO2-)和硝酸盐(NO3-)，同时也放出能量和合成新的细胞质。氨被氧化为、NO3-的过程，称硝化过程。该过程中消耗的溶解氧量称硝化需氧量NBOD，即图7-4中的Oc、Od与硝化中的内源呼吸耗氧之和。

碳化阶段的化学反应，对于碳水化合物其反应式可概括为：

图7-4　水中有机物好氧生物降解转化示意图

注 假定图中有机物仅含C、H、O、N几种元素，因P、S等极少，未予考虑。

对于含氮有机物蛋白质氧化分解的反应方程可概括为：

(www.xing528.com)

当NH3进一步被氧化时，则进入硝化过程。

硝化阶段的反应为两步连贯反应

总反应式为：

由上述生化反应可知，每毫克氨氮 (NH3或NH+4中的含氮量)完全氧化成亚硝酸盐需3.43mg的O2，每毫克亚硝酸盐氧化成硝酸盐则需1.14mg的O2，故每毫克氨氮完全氧化成硝酸盐，理论上将需要消耗4.57mg的O2。

碳水化合物和含氮有机物氧化分解的CO2、H2O、NO-3和释放的能量，可为菌藻等微生物所吸收，并为原生动物、后生动物、高级水生动植物利用，逐步转化为人们所需的物质供人类享用，形成自然界的物质循环。当这种循环能在不危害人类生存和发展的情况下进行时，称之为良性循环，或可持续性发展；否则，物质循环中某些环节发生失衡，破坏了循环的正常进行，将会污染环境，危害人类的生存与发展，称生态平衡被破坏，即不可持续发展。我们的任务，就是要研究各种经济有效的措施，促进自然界的物质良性循环，即发展生产，又保持优良的生态环境。