廢水中常見(jiàn)的有機(jī)物物降解性

多糖的降解

某些廢水常含有多糖。其中纖維素和半纖維素大量存在于木材及非木材等造紙?jiān)现校蚨谥茲{造紙工業(yè)廢水中也含有相當(dāng)多的纖維素、半纖維素及其在制漿過(guò)程中的降解產(chǎn)物。淀粉作為食品與飼料工業(yè)原料因而存在于食品工業(yè)廢水中。果膠是黏性的多糖，通常在水果罐頭加工廢水中較多，造紙工業(yè)廢水中也含有一定量的果膠或其降解物。

多糖中的纖維素、支鏈淀粉或相對(duì)分子質(zhì)量特別高的直鏈淀粉以及用Ca2＋沉淀的果膠不溶解于水。上述其他的多糖能夠溶于熱水，這說(shuō)明它們能夠以溶解性的 COD 存在于廢水中。

纖維素的基本組成單位是脫水纖維二糖（C12H12O10）而不是脫水葡萄糖單位（C6HnO5)。令人有趣的是，脫水纖維二糖為纖維素的基本組成單位，不僅為纖維素研究者所公認(rèn)，而且也為真菌和細(xì)菌的纖維素水解酶所識(shí)別。纖維二糖是這些酶系水解纖維素時(shí)的主要產(chǎn)物，或是進(jìn)一步水解成葡萄糖的中間體。

纖維素分子的大小常用多聚化的程度 DP ( degree of polymerization ）來(lái)表示，也即分子中葡萄糖分子的數(shù)量。高等植物形成的纖維素分子的 DP 為14000。不同來(lái)源的植物纖維分子的 DP 值似乎相當(dāng)恒定，表明這種纖維素中葡萄糖分子數(shù)量的多少是由植物在合成纖維素 時(shí)控制的。而由細(xì)菌合成的纖維素，其 DP 值較低，如由木醋酸桿菌（ Acetobacter xylinum) 合成的纖維素DP為34700。

纖維素能夠由微生物所分泌的胞外纖維素陷水解為單糖和雙糖，即葡萄糖和纖維二糖。類似的、淀粉和果膠也能被淀粉酶和果膠酶水解。纖維素酶僅能由少數(shù)微生物產(chǎn)生，而絕大多數(shù)微生物能產(chǎn)生淀粉酶和果膠酶。 Lamed 等（1983）發(fā)現(xiàn)在熱纖梭菌的表面存在著分散而不連續(xù)的細(xì)胞表面細(xì)胞器﹣﹣纖維素體。在這種纖維素體中存在著一種高分子量的、連接纖維素的、含有多個(gè)纖維素酶的蛋白質(zhì)復(fù)合物，在水簿纖維素前細(xì)菌細(xì)胞首先通過(guò)這種纖結(jié)素體去強(qiáng)烈黏附在纖維素上。后來(lái)發(fā)現(xiàn)這種纖維素體具有纖維素水解活性。其由14個(gè)多孩亞單位組成，最大亞單位的分子量為210000，這些各異的纖維素酶相互協(xié)同水爆纖維素復(fù)雜的庇護(hù)品體結(jié)構(gòu)。一般多塘都能被厭氧微生物降解，淀粉與果膠的生物降解非常迅速，甚至接近于單糖的發(fā)酵速度。但維素生物降解要慢得多。

纖維素的降解速度主要受到兩個(gè)不利因素的影響：一是纖維素總是被木素所包裹；二是纖維素結(jié)晶體是由線形分子平行排列組成，結(jié)構(gòu)緊密。天然纖維素在其形成過(guò)程中，總是隨著木素的形成，因此它總是以"木素﹣纖維素"形式存在，木素致密而不透水，對(duì)纖維素起到保護(hù)的作用。在生物降解過(guò)程中，纖維素酶難以接觸到纖維素，因而降解難以進(jìn)行。已證明去除木素后的純纖維素的生物降解要快得多。纖維素的可降解性很大程度上取決于木素除去的程度及其化學(xué)性質(zhì)的改變程度，例如制漿造紙中以堿或酸去除木素。因此紙張及造紙廢水中的纖維比木材的生物可降解性要大得多。

   脂肪和長(zhǎng)鏈脂肪酸的降解

動(dòng)物、植物和許多種類的微生物具有不同程度的能力合成不同種類的脂肪酸，脂肪酸可與甘油構(gòu)成脂肪，與磷酸構(gòu)成磷脂，與糖構(gòu)成糖背脂等。其中許多在這些生物體死亡之后又回歸到大自然中，重新被微生物分解為甘油等和脂肪酸。在許多以油脂為原料或輔料或滑劑以及合成油脂的生產(chǎn)過(guò)程中，有相當(dāng)數(shù)量的含脂肪酸廢水，成為大自然的污染物之一。脂肪酸分子由非極性的碳?xì)滏満蜆O性的羧基基團(tuán)組成，因此一個(gè)分子有疏水和親水兩分，而且長(zhǎng)鏈脂肪酸的碳?xì)滏溦加蟹肿芋w積的極大部分，因而就分子總體來(lái)說(shuō)是疏水而脂性的，但分子中存在有極性基團(tuán)，所以分子仍可為水所浸潤(rùn)。這對(duì)于脂肪酸被微生物所氧。降解至關(guān)重要，因?yàn)槿魏挝镔|(zhì)被微生物分解的第一步是被微生物黏附和侵襲的媒介。當(dāng)脂5溶解在水中時(shí)，它可以迅速被脂肪酶水解。但僅在 pH =8以上脂肪才可能溶解，在中性特別是酸性條件下的脂肪是不溶解的。因此在 pH =6.0以下脂肪的水解很慢。長(zhǎng)鏈脂肪酸本身的厭氧降解是一個(gè)厭氧氧化的過(guò)程。其末端產(chǎn)物主要為乙酸和氫氣，們分別占整個(gè)末端產(chǎn)物 COD 的67％和33%。長(zhǎng)鏈脂肪酸的降解會(huì)因乙酸和氫氣的積累而到抑制。因此，只有在厭氧系統(tǒng)中存在甲烷菌并能有效利用乙酸和氫氣，長(zhǎng)鏈脂肪酸才能酸化。因此長(zhǎng)鏈脂肪酸被歸類為互養(yǎng)型的底物。如果甲烷菌完全受到抑制（例如在酸化反器中），那么長(zhǎng)鏈脂肪酸將不會(huì)降解或只部分降解。高濃度的長(zhǎng)脂肪酸對(duì)微生物有抑制用，在此情況下，其降解有一個(gè)較長(zhǎng)的停滯期，一旦菌種對(duì)此適應(yīng)，且乙酸和氫濃度保持8低水平，它們?nèi)阅鼙谎杆俳到猓囼?yàn)是游液中添加葡萄糖或不加葡萄糖的兩種情況下進(jìn)行的。從中可以看由于易酸化的葡萄糖產(chǎn)的乙酸和的影響和長(zhǎng)鏈脂肪酸濃度的增加，其降解過(guò)程中的停滯期增加。

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