水中有机污染物的降解与转化探究

有机污染物在水中迁移扩散的同时，还在微生物的生物化学作用下分解和转化为其他物质，从而使水体中有机污染浓度降低，称这种现象为降解。根据降解过程中水体的溶解氧状态，可分为好氧情况和厌氧情况。有机污染物排入水体后，若水体中存在溶解氧，称该水体处于好氧情况，此时受好氧微生物新陈代谢作用使有机物发生氧化分解和转化，生成水、二氧化碳、氨、硝酸盐等无机物和转化为水生生物等；同时也使水中的溶解氧不断消耗，当溶解氧过低时，会使鱼类以至原生动物大批死亡，病源菌大量繁殖，正常的生态平衡和物质循环被破坏。溶解氧耗尽后，水体进入厌氧状态，有机物会受厌氧微生物的代谢作用发生分解与转化，生成甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢和一些厌氧微生物，使水体变黑发臭，造成令人厌恶的水污染现象。目前，在我国水的有机污染是最大量、最普遍、最经常遇到的水环境问题，研究水中有机物降解转化规律，对预测和防治水的有机污染具有重要意义。

4.1.3.1　水中有机物的好氧降解转化过程

图4-4　水中有机物好氧情况的降解转化示意图

在有机废水排放的水体中一般也含一些硝化细菌，因此在生物氧化的初期也会发生硝化作用，但这个过程常常要在5～7d或10d以后才明显表现出来。所以对水体含氮有机物较多时，为了更好地反映这一情况，可分别对CBOD和NBOD模拟预测。

碳水化合物和含氮有机物氧化分解的CO2、H2O、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。当这种循环能在有利于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，既发展生产，又使环境更美好。(www.xing528.com)

碳化过程和硝化过程都是耗氧过程，前者是有机物无机化，后者是无机化的氨氮继续氧化和稳定化。两者反应中的微生物群落不同、生成物不同、氧化速度不同，因此，在有机污染模拟预测计算中，应根据具体情况，确定是分别计算还是合起来作为一个指标分析。两者合起来作为一个指标计算比较简单，工作量小，当碳水化合物占主导地位时，合起来计算将是合适的。

4.1.3.2　水中有机物的厌氧降解过程

水中缺乏溶解氧O2的情况下，有机污染物则在兼性厌氧菌和专性厌氧菌的作用下氧化分解和转化，最终达到无机化。此时氧化所需的氧，不是来自水中的游离氧O2，而是有机物分子中的结合氧。专性厌氧微生物，系在完全缺乏溶解氧O2的水中生存繁衍的微生物，如甲烷菌，它们不能在有溶解氧的水中生存。兼氧性微生物，则是一种好氧、厌氧下都能生存繁衍的微生物，如水解菌群和产酸菌群，它们主要将高分子有机物分解为低分子有机物，再供专性厌氧菌转化为甲烷（CH4）等无机物。厌氧降解转化过程可发生在有机污染严重的河段、水体、湖泊的下层和底部，如图4 5所示。自然条件下这种反应往往不完全，兼性厌氧菌分解产生的H2S、NH3，会使水体变黑发臭，应采取措施尽量避免。例如图4-5中，当上层溶解氧充分时，加上光合作用，可使底部厌氧分解的H2S、CO2、NH3氧化还原为H＋、、，为植物利用，避免恶臭的发生。

图4-5　水体中的有机污染物的降解转化示意图

一般认为水体有机物厌氧分解可分为两大阶段：①产酸发酵阶段，兼性厌氧菌将大分子有机物质，如糖、淀粉、木质素、脂肪、蛋白质等分解为较小的短链有机物（如有机酸、醇类）和无机物NH3、CO2、H2S等，该阶段的产物大部分呈酸性；②产气阶段，专性厌氧菌，主要是甲烷菌，将第一阶段的产物转化为甲烷（CH4）、二氧化碳、氨等气体。由于整个厌氧转化过程中释放的能量很少，大分子有机物转化为小分子无机物时尚保持大量的生物能，故甲烷气本身具有很高的能量，每立方米甲烷气燃烧时可产生20000～30000kJ的热量。两个阶段的分解转化必须彼此协调，若第一阶段的产物不能在第二阶段连续转化为CH4、CO2、NH3等，则会发生酸性积累，妨碍甲烷菌的活性，导致第二阶段工作的破坏，使有机物无法转化为无机性的最终产物。

有机物的厌氧降解要比好氧降解复杂，需要的时间也长得多，对温度、pH等环境条件的要求也比较严格，但在分解中由于不需要游离氧和阳光，可在密闭的厌氧系统中进行。这一原理正在广泛应用于有机废水的处理中。