生物降解作用

1 六、生物降解作用生物降解是引起有机污染物分解的最重要的环境过程之一。水环境中化合物的生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分解有机物。当微生物代谢时，一些有机污染物作为食物源提供能量和提供细胞生长所需的碳；另一些有机物，不能作为微生物的唯一碳源和能源，必须由另外的化合物提供。因此，有机物生物降解存在两种代谢模式：生长代谢 (Growth metabolism)和共代谢 (Cometabolism) 。这两种代谢特征和降解速率极不相同，下面分别进行讨论。1．生长代谢许多有毒物质可以像天然有机化合物那样作为微生物的生长基质。只要用这些有毒物质作为微生物培养的唯一碳源便可鉴定是否属生长代谢。在生长代谢过程中微生物可对有毒物质进行较彻底的降解或矿化，因而是解毒生长基质去毒效应和相当快的生长基质代谢意味着与那些不能用这种方法降解的化合物相比，对环境威胁小。一个化合物在开始使用之前，必须使微生物群落适应这种化学物质，在野外和室内试验表明，一般需要2— 50 天的滞后期，一旦微生物群体适应了它，生长基质的降解是相当快的。由于生长基质和生长浓度均随时间而变化，因而其动2 力学表达式相当复杂。Monod 方程是用来描述当化合物作为唯一碳源时，化合物的降解速率：式中： c——污染物浓度；B——细菌浓度；Y ——消耗一个单位碳所产生的生物量；μ max——最大的比生长速率；K s——半饱和常数， 即在最大比生长速率μ max 一半时的基质浓度。Monod 方程式在实验中已成功地应用于唯一碳源的基质转化速率，而不论细菌菌株是单一种还是天然的混合的种群。Paris 等用不同来源的菌株，以马拉硫磷作唯一碳源进行生物降解 (如图 3— 34 所示 )。分析菌株生长的情况和马拉硫磷的转化速率，可以得到Monod 方程中的各种参数：μ max =0.37h－1，K s=2.17μ mol／L(0.716mg ／L) ，Y=4.1 ×1010cell／μ mol(1.2 ×1011cell／ mg) Monod 方程是非线性的，但是在污染物浓度很低时，即K s>>c，则式可简化为：3 －dc／dt=K b2·B·c’式中： K b2——二级生物降解速率常数。Paris 等在实验室内用不同浓度(0.0273— 0.33μ mol／L)的马拉硫磷进行试验测得速率常数为(2.6±0.7) ×10-12L／(cell·h)，而与按上述参数值计算出的μ max/(Y ·K s)值 4.16×10-12L／(cell · h)相差一倍，说明可以在浓度很低的情况下建立简化的动力学表达式(3— 156)。但是，如果将此式用于广泛的生态系统，理...