生物降解有机物的机理及应用

废水生物处理是通过微生物的新陈代谢作用，将废水中有机物的一部分转化为微生物的细胞物质，另一部分转化为比较稳定的化学物质（无机物或简单有机物）的方法。不论何种生物处理系统，都包括三个基本要素，即作用者、作用对象和环境条件。

生物处理的主要作用者是微生物，特别是其中的细菌。根据生化反应中氧气的需求与否，可把细菌分为好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌。主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为好氧生物处理法；主要依赖厌氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为厌氧生物处理法。

在绝大多数情况下，生物处理的主要作用对象（即充作微生物营养基质的化学物质）为可生化的有机物；仅在个别情况下，生物处理的主要对象可以是无机物（如好氧条件下进行的硝化处理对象是氨，厌氧条件下进行的反硝化处理的对象是硝酸盐）。

生物处理需要提供众多的环境条件，但从处理方法的分类角度看，最基本的环境条件当属氧的存在或供应与否。好氧生物处理必须充分供应微生物生化反应所必需的溶解氧；而厌氧生物处理过程则必须隔绝与氧的接触。由于受氧的传递速率的限制，微生物进行好氧生物处理时有机物浓度不能太高。所以有机固体废弃物、有机污泥、有机废液及高浓度有机废水的生物处理，自然是在厌氧条件下完成的。

（1）好氧生物处理 在废水好氧生物处理过程中，氧是有机物氧化时的最后氢受体，正是由于这种氢的转移，才使能量释放出来，成为微生物生命活动和合成新细胞物质的能量，所以，必需不断地供给足够的溶解氧。

好氧生物处理时，一部分被微生物吸收的有机物氧化分解成简单无机物（如有机物中的碳被氧化成二氧化碳，氢与氧化合成水，氮被氧化成氨、亚硝酸盐和硝酸盐，磷被氧化成磷酸盐，硫被氧化成硫酸盐等），同时释放出能量，作为微生物自身生命活动的能源。另一部分有机物则作为其生长繁殖所需要的构造物质，合成新的原生质。这种氧化分解和同化合成过程可以用下列生化反应式表示。

有机物的氧化分解（有氧呼吸）：

原生质的同化合成（以氨为氮源）：

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原生质的氧化分解（内源呼吸）：

由此可以看出，当废水中营养物质充足，即微生物既能获得足够的能量，又能大量合成新的原生质时，微生物就不断增长；当废水中营养物质缺乏时，微生物只能依靠分解细胞内贮藏的物质，甚至把原生质也作为营养物质利用，以获得生命活动所需的最低限度的能量。这种情况下，微生物无论重量还是数量都是不断减少的。

在好氧处理过程中，有机物用于氧化与合成的比例，随废水中有机物性质而异。对于生活污水或与之相类似的工业废水，BOD₅有50%～60%转化为新的细胞物质。好氧生物处理时，有机物的转化过程如图4-1所示。

图4-1 有机物的好氧分解过程

（2）厌氧生物处理 有机物的厌氧分解过程分为两个阶段。在第一阶段中，发酵细菌（产酸细菌）把存在于废水中的复杂有机物转化成简单有机物（如有机酸、醇类等）和CO₂、NH₃、H₂S等无机物。在第二阶段中，首先由与甲烷菌共生的产氢产乙酸细菌将简单有机物转化成氢和乙酸；再由甲烷细菌将乙酸（以及甲醇、甲酸和甲胺）、CO₂和H₂转化成CH₄和CO₂等。厌氧分解过程可用图4-2的简单图式来说明。

图4-2 有机物的厌氧分解过程