廢水中常見的有機物物降解性
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發布日期：2023-12-15
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原料中，因而在制漿造紙工業廢水中也含有相當多的纖維素、半纖維素及其在制漿過程中的降解產物。淀粉作為食品與飼料工業原料因而存在于食品工業廢水中。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、支鏈淀粉或相對分子質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，而且也為真菌和細菌的纖維素水解酶所識別。纖維二糖是這些酶系水解纖維素時的主要產物，或是進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 ）來表示，也即分子中葡萄糖分子的數量。高等植物形成的纖維素分子的 DP 為14000。不同來源的植物纖維分子的 DP 值似乎相當恒定，表明這種纖維素中葡萄糖分子數量的多少是由植物在合成纖維素 時控制的。而由細菌合成的纖維素，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微生物產生，而絕大多數微生物能產生淀粉酶和果膠酶。 Lamed 等（1983）發現在熱纖梭菌的表面存在著分散而不連續的細胞表面細胞器﹣﹣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、含有多個纖維素酶的蛋白質復合物，在水簿纖維素前細菌細胞首先通過這種纖結素體去強烈黏附在纖維素上。后來發現這種纖維素體具有纖維素水解活性。其由14個多孩亞單位組成，最大亞單位的分子量為210000，這些各異的纖維素酶相互協同水爆纖維素復雜的庇護品體結構。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；二是纖維素結晶體是由線形分子平行排列組成，結構緊密。天然纖維素在其形成過程中，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，對纖維素起到保護的作用。在生物降解過程中，纖維素酶難以接觸到纖維素，因而降解難以進行。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性質的改變程度，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。
脂肪和長鏈脂肪酸的降解
動物、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，脂肪酸可與甘油構成脂肪，與磷酸構成磷脂，與糖構成糖背脂等。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過程中，有相當數量的含脂肪酸廢水，成為大自然的污染物之一。脂肪酸分子由非極性的碳氫鏈和極性的羧基基團組成，因此一個分子有疏水和親水兩分，而且長鏈脂肪酸的碳氫鏈占有分子體積的極大部分，因而就分子總體來說是疏水而脂性的，但分子中存在有極性基團，所以分子仍可為水所浸潤。這對于脂肪酸被微生物所氧。降解至關重要，因為任何物質被微生物分解的第一步是被微生物黏附和侵襲的媒介。當脂5溶解在水中時，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。長鏈脂肪酸本身的厭氧降解是一個厭氧氧化的過程。其末端產物主要為乙酸和氫氣，們分別占整個末端產物 COD 的67％和33%。長鏈脂肪酸的降解會因乙酸和氫氣的積累而到抑制。因此，只有在厭氧系統中存在甲烷菌并能有效利用乙酸和氫氣，長鏈脂肪酸才能酸化。因此長鏈脂肪酸被歸類為互養型的底物。如果甲烷菌完全受到抑制（例如在酸化反器中），那么長鏈脂肪酸將不會降解或只部分降解。高濃度的長脂肪酸對微生物有抑制用，在此情況下，其降解有一個較長的停滯期，一旦菌種對此適應，且乙酸和氫濃度保持8低水平，它們仍能被迅速降解，試驗是游液中添加葡萄糖或不加葡萄糖的兩種情況下進行的。從中可以看由于易酸化的葡萄糖產的乙酸和的影響和長鏈脂肪酸濃度的增加，其降解過程中的停滯期增加。
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