什么叫有机物的降解(什么叫有机物的降解过程)

1．耗氧污染物的微生物降解

耗氧污染物包括糖类、蛋白质、脂肪及其他有机物质（或其降解产物）。

在细菌的作用下，耗氧有机物可以在细胞外分解成较简单的化合物。

耗氧有机物质通过生物氧化以及其他的生物转化，变成更小、更简单的分子的过程称为耗氧有机物质的生物降解。

如果有机物质最终被降解成为二氧化碳、水等无机物质，就称有机物质被完全降解，否则称之为不彻底降解。

(1）糖类的微生物降解糖类包括单糖、二糖、多糖。

单糖如己糖（C6H12O6)——葡萄糖、果糖等和戊糖（C5H10O5)——木糖、阿拉伯糖等，二糖如蔗糖（C12H22O1l)、乳糖及麦芽糖，多糖如淀粉、纤维素[(C6H10O5）n]等。

糖类是由C、H、O三种元素构成。

糖是生物活动的能量供应物质。细菌可以利用它作为能量的来源。糖类降解过程如下。

①多糖水解成单糖多糖在生物酶的催化下，水解成二糖或单糖，而后才能被微生物摄取进入细胞内。其中的二糖在细胞内继续在生物酶的作用下降解成为单糖。降解产物中最重要的单糖是葡萄糖。

②单糖酵解生成丙酮酸细胞内的单糖无论是有氧氧化还是无氧氧化，都可经过一系列酶促反应生成丙酮酸，这是糖类化合物降解的中心环节，又称糖降过程。其反应如下：

③丙酮酸的转化在有氧氧化的条件下了丙酮酸在乙酰辅酶A作用下转变为乳酸和乙酸等，最终氧化成二氧化碳和水：

在无氧氧化条件下丙酮酸往往不能氧化到底，只氧化成各种酸、醇、酮等，这一过程称为发酵。糖类发酵生成大量有机酸，使pH下降，从而抑制细菌的生命活动，属于酸性发酵，发酵具体产物决定于产酸菌种类和外界条件。

在无氧氧化条件下，丙酮酸通过酶促反应往往以其本身作受氢体而被还原为乳酸：

或以其转化的中间产物作受氢体，发生不完全氧化生成低级的有机酸、醇及二氧化碳等：

从能量角度来看，糖在有氧条件下分解所释放的能量大大超过无氧条件下发酵分解所产生的能量。由此可见，氧对生物体有效地利用能源是十分重要的。

(2）脂肪和油类的微生物降解脂肪和油类是由脂肪酸和甘油合成的醋，由C、H、O三种元素组成。脂肪多来自动物，常温下皇固态；而油多来自植物，常温下呈液态。脂肪和油类比糖类难降解，其降解途径如下。

①脂肪和油类水解成脂肪酸和甘油脂肪和油类首先在细胞外经水解酶催化水解成脂肪酸和甘油：

②甘油和脂肪酸转化甘油的降解与单糖降解类似，在有氧或无氧氧化条件下，均能被一系列的酶促反应转变成丙酮酸。

丙酮酸经乙酰辅酶A的酶促反应，在有氧的条件终生成二氧化碳和水，而在无氧的条件下则转变为简单的有机酸、醇和二氧化碳等。

脂肪酸在有氧氧化条件下，经R-氧化途径（淡酸被氧化，使末端第二个碳键断裂）及乙酰辅酶A的酶促作用最后完全氧化成二氧化碳和水。

在无氧的条件下，脂肪酸通过酶促反应，其中间产物不被完全氧化，形成低级的有机酸、醇和二氧化碳。

(3）蛋白质的微生物降解蛋白质的主要组成元素是C、H、O和N，有些还含有S、P等元素。微生物降解蛋白质的途径如下。

①蛋白质水解成氨基酸蛋白质相对分子质量很大，不能直接进入细胞内。所以，蛋白质由胞外水解酶催化水解成氨基酸，随后再进入细胞内部：

②氨基酸转化成脂肪酸各种氨基酸在细胞内经酶的作用，通过不同的途径转化成相、应的脂肪酸，随后脂肪酸经前面所讲述的过程转化成二氧化碳和水：

总而言之，蛋白质通过微生物的作用，在有氧的条件下可彻底降解成为二氧化碳、水和氨，而在无氧氧化条件下通常是酸性发酵，生成简单有机酸、醇和二氧化碳等，降解不彻底。

在无氧氧化条件下，糖类、脂肪和蛋白质都可借助产酸菌的作用降解成简单的有机酸、醇等化合物。

如果条件允许，这些有机化合物在产氢菌和产乙酸菌的作用下，可被转化成乙酸、甲酸、氢气和二氧化碳，进而经产甲烷菌的作用产生甲烷。

复杂的有机物质这一降解过程，称为甲烷发酵或沼气发醉。

一在甲烷发酵中一般以糖类的降解率和降解速率最高，其次是脂肪，最低的是蛋白质。

2．有毒有机物的生物转化与微生物降解

（1）石油的微生物降解石油的微生物降解在消除烃环境污染方面，尤其是从水体和土壤中消除石油污染物方面具有重要的作用。

石油的微生物降解较难，且速率较慢，但比化学氧化作用快10倍左右。其基本规律—直链烃易于降解，支链烃稍难一些，芳烃更难，环烷烃的生物降解最困难。微生物降解石油污染物的化学过程以甲烷为例，反应如下：

碳原子数大于1的正烷烃，其最常见降解途径是：通过烷烃的末端氧化，或次末端氧化，或

什么叫有机物的降解过程

厌氧生物处理是在厌氧条件下,形成了厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件,利用这类微生物分解废水中的有机物并产生主要分成两种的过程。

工作原理

高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段：水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。

水解阶段

水解可定义为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。

高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。

它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。

例如，纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白质酶水解为短肽与氨基酸等。

这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。

水解过程通常较缓慢，因此被认为是含高分子有机物或悬浮物废液厌氧降解的限速阶段。

多种因素如温度、有机物的组成、水解产物的浓度等可能影响水解的速度与水解的程度。

水解速度的可由以下动力学方程加以描述：ρ=ρo/(1+Kh.T)。

ρ——可降解的非溶解性底物浓度（g/L）；

ρo———非溶解性底物的初始浓度（g/L）；

Kh——水解常数（d^-1）；

T——停留时间（d）

发酵阶段

发酵可定义为有机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，在此过程中溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化。

在这一阶段，上述小分子的化合物发酵细菌（即酸化菌）的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。

发酵细菌绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。

这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等，产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。

与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此，未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。

在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程pH下降到4时能可以进行。但是产甲烷过程，因此pH值的下降将会减少甲烷的生成和氢的消耗，并进一步引起酸化末端产物组成的改变。

产乙酸阶段

在产氢产乙酸菌的作用下，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。

其某些反应式如下：

CH3CHOHCOO-+2H2O—>CH3COO-+HCO3-+H++2H2ΔG’0=-4.2KJ/MOL。

CH3CH2OH+H2O－>CH3COO-+H++2H2OΔG’0=9.6KJ/MOL。

CH3CH2CH2COO-+2H2O－>2CH3COO-+H++2H2ΔG’0=48.1KJ/MOL。

CH3CH2COO-+3H2O－>CH3COO-+HCO3-+H++3H2ΔG’0=76.1KJ/MOL。

4CH3OH+2CO2－>3CH3COO-+2H2OΔG’0=-2.9KJ/MOL。

2HCO3-+4H2+H+－>CH3COO-+4H2OΔG’0=-70.3KJ/MOL。

甲烷阶段

这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。

甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢气等转化为甲烷的过程有两种生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的1/3，后者约占2/3。

最主要的产甲烷过程反应有：

CH3COO-+H2O－>CH4+HCO3-ΔG’0=-31.0KJ/MOL。

HCO3-+H++4H2－>CH4+3H2OΔG’0=-135.6KJ/MOL。

4CH3OH－>3CH4+CO2+2H2OΔG’0=-312KJ/MOL。

4HCOO-+2H+－>CH4+CO2+2HCO3-ΔG’0=-32.9KJ/MOL。

在甲烷的形成过程中，主要的中间产物是甲基辅酶M（CH3-S-CH2-SO3-）。

需要指出的是：一些书把厌氧消化过程分为三个阶段，把第一、第二阶段合成为一个阶段，称为水解酸化阶段。在这里我们则认为分为四个阶段能更清楚反应厌氧消化过程。

上述四个阶段的反应速度依废水的性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤；简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物的废水，产甲烷易成为限速阶段。

虽然厌氧消化过程可分为以上四个过程，但是在厌氧反应器中，四个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡。

该平衡一旦被pH值、温度、有机负荷等外加因素所破坏，则首先将使产甲烷阶段受到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化，甚至导致整个消化过程停滞。