影响有机物生物降解的因素

影响有机物生物降解的因素

一、有机物化学组分与结构对其生物降解性的影响

有机物化学组分与结构对其生物降解难易程度的影响，是与有机物的类型、分子量的大小和化合物上取代基的性质、数量和位置等有关。难降解性主要表现为生物降解过程中的空间位阻作用、毒性作用、反应步数增加和生物可得性下降等方面。

1.有机物的类型与分子量大小对生物降解性影响的一般规律

①结构简单的有机物较结构复杂的先降解，分子量小的有机物较分子量大的容易降解。分子量大的有机物分子体积较大，在生化反应过程中，有机物难以透过微生物细胞壁进入细胞膜内(即跨膜运输能力差)，微生物的胞内酶难以接触到化合物分子中的易降解部分，同时也因分子体积较大，胞外酶不能靠近和破坏有机物结构中的敏感反应键，形成空间位阻作用，因而难以被生物降解。

②有机物分子中原子的排列次序和空间结构、分子中电子的分布、原子间的吸引和排斥、化学官能团等化学结构的差异，都影响有机物的物理化学性质(如溶解度、吸附能力和跨膜运输能力)，从而影响有机物的生物降解特性。

各类有机物的生物降解性大致可归纳如下:脂肪烃类化合物比芳香烃类化合物容易降解(但苯较容易降解)；链烃化合物比环烃化合物容易降解；不饱和烃比饱和烃容易降解；直链烃化合物比支链烃化合物容易降解。

短链烃较长链烃难降解。如石油组分中C₁₀~C₂₂范围内的正烷烃、正烷基芳烃和芳香族化合物的毒性小，易生物降解，C₅~C₉范围的正烷烃、正烷基芳烃和芳烃有较高的毒性。脂肪族中饱和烃类的碳链长为C₁₀~C₁₈较C₆以下的容易降解。

2.取代基对有机物生物降解性的影响

(1)取代基性质的影响 

有机物分子上引入取代基，会改变有机物的空间结构、电子云分布和极性等，使有机物物理化学性质发生改变，从而影响有机物的可生物降解性。例如苯环上的氢原子被羟基和甲基取代，形成的有机物(苯酚和甲苯)比苯易于生物降解，而被硝基或卤素取代形成的有机物(硝基苯、氯苯)的生物降解性能较苯降低。

(2)取代基数量的影响 

有机物分子上的取代基的数量越多，其化学性质越稳定，越不易生物降。如醇类有机物的生物降解性从易到难的顺序是一元醇、二元醇、三元醇。

(3)取代基位置的影响 

有机物上取代基的位置，影响其分子上电子密度的分布和原子间的极性，从而影响有机物的物理化学性质(如溶解度、氧化还原性能)和稳定性(如生物可得性)。

上述讨论可以看到，取代基对有机物生物降解性能的影响较为复杂，受有机物本身的性质，取代基的性质、数量和位置，以及生物降解的条件等多种因素的影响。

二、微生物种群对有机物生物降解性的影响

对于废水中大多数有机污染物，是依靠广泛存在于自然界的天然微生物，在传统生物处理(好氧、厌氧)工艺中将其降解去除。对于难降解有机物，大家在研究通过工艺学措施提高其生物降解性的同时，还致力于微生物学研究，通过微生物种群筛选与驯化、微生物互生机制与共生机制的利用、基因工程技术等来优化微生物种群，使难降解有机物得以降解。

三、环境因素对有机物生物降解性的影响

在有机废水生物处理中，影响有机物生物降解的环境因素，主要包括温度、溶解氧pH 值(酸碱度)、含盐量等。它们对微生物的活性、有机物的生物可得性等有较大影响。

温度对有机物生物降解性的影响主要表现为三个方面：

①改变微生物的代谢速率。微生物在其适宜的温度范围内，环境温度每升高10℃，酶反应速度将提高1~2倍，其代谢速率和生长速率也均可成倍增大。

②不同温度条件下富集的微生物类型不同，其所能降解的有机物也不同。

③温度变化会影响有机物的物理性状(如溶解度)，从而改变其生物可得性。如果温度的改变降低了有机物的溶解度，不溶的化合物可能减少有机物的生物可得性，影响微生物的生化代谢与对有机物的降解。

pH值(酸碱度)的变化，主要有下述三方面影响：

①使微生物细胞表面的电荷发生改变，从而影响微生物对营养物的吸收。

②影响酶的活性，进而影响微生物细胞内的各种生物化学过程。

③使有机物性状(如毒性)发生变化，影响微生物活性或改变有机物的生物可得性。