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2)常见主要有机污染物的水解反应经路
(1)糖类(碳水化合物)物质的水解。糖类物质由碳、氢、氧三种元素构成,是多羟醛或羟酮及其缩合物的某些衍生物的总称。可分为单糖、低聚糖和多糖。
单糖是不能水解的,是最简单的碳水化合物,如葡萄糖、果糖。
低聚糖中,由两个分子单糖结合而成的称二糖,三个分子单糖结合的称三糖。庶糖、麦芽糖和乳糖属二糖;棉子糖属三糖。低聚糖通过水解,生成单糖。
多糖是由多个单糖或其衍生物所组成的碳水化合物。淀粉、纤维素、琼胶、果胶等属多糖物质。多糖通过水解,生成原来的单糖,或其衍生物。
在有机污水中,一般以水解形式存在的物质为较多,例如淀粉。水解淀粉的酶,大致可分为四类,即a一淀粉酶,b一淀粉酶,淀粉1-6糊精酶和葡萄糖淀粉酶。淀粉在上述水解酶作用下的水解经路为:
淀粉 → 糊精 → 麦芽糖 → 葡萄糖
当多糖类物质水解成葡萄糖后不能再水解了。如果反应条件仍处于缺氧条件,则葡萄糖会通过糖的酵解过程分解成2个丙酮酸(即1×C6→2C3)。至此,多糖类的水解(酸化)过程全部完成。进一步的彻底降解,只能在有氧条件下才能完成即在有氧条件下丙酸酮进入三羧酸循环,达到完全的氧化:
2CH3COCOOH + 4H+6O2 → 6CO2 + 6H2O。
(2)蛋白质的水解。蛋白质是由多种氨基酸分子组成的复杂有机物。它由C、H、O、N等主要元素组成,有的还含有Fe、I、P、S等元素。蛋白质与糖类、脂肪类物质分子的主要不同点在于它的组分含有N素。在蛋白质中,氮的含量平均约为16%。
蛋白质不能直接被微生物利用,在进入细胞组织之前,需经蛋白质水解酶的作用,使其水解成氨基酸。其水解经路为:蛋白质 →多肽 →二肽 → 氨基酸。至此。蛋白质的水解过程完成。实际上蛋白质水解到二肽阶段就可作为底物,被微生物细胞所利用。
(3)脂肪(类脂肪)物质的水解。脂肪是不含氮的有机化合物,由C、H、O等元素组成。
脂肪的降解也是首先在细胞外,通过脂肪水解酶发生水解,生成甘油和相应的脂肪酸。甘油的进一步降解类似于糖解过程的一部分,转化为丙酮酸。至此,水解反应完成。水解产物脂肪酸丙酮酸的进一步降解,则需在有氧下进入三羧酸循环,达到完全的氧化。
(4)芳香族化合物的水解。尽管苯环的化学结构相当稳定,但大部分苯环物质可在微生物的作用下被降解。
降解经路大致可分为3种形式。
A生态变化。芳香族化合物从一种化合物形态转化为另一种形态。例如芳香族硝基化合物(硝基苯)还原成苯胺。这一特性可利用到污水处理工程中。众所周知。苯胺是可以在好氧下,予以彻底降解,而且降解速率较快,但硝基苯则不然,它不能在好氧条件下降解。可是硝基苯在缺氧条件下在兼性微生物的作用下,可转变形态,成为苯胺,然后通过好氧生物作用,达到彻底降解。
B苯环断裂。在缺氧条件下,由于兼性微生物的作用,某些苯环化合物可以出现苯环裂解。苯环的裂解。包括两个基本步骤:首先生成两个邻位羟基化合物,再发生苯环的断裂,分裂为有机酸。当有机物降解为有机酸后,再通过好氧条件下的三羧酸循环予以彻底降解。
C长链分子断裂。在染料工业中,偶氮系列染料占有60%的比重。偶氮基系染料中的发色基团。一旦偶氮基团被降解,则染料原有的色泽将消失。在兼性微生物作用下的水解过程,会发生染料分子的裂解,使偶氮键断裂,并形成新的碎片分子。因而,虽然偶氮化合物的可生化性较差,但通过水解裂解,生成的苯胺类化合物,可生化性就变得十分好,它的BOD5/CODcr比值明显上升。甲基橙染料,系偶氮类化合物,它的可生化性较差,属难生化物质,BOD5/CODcr比值仅为0.03-0.025,但水解反应后,形成的苯胺结构碎片分子,其BOD5/CODcr比值,上升至0.41-0.59。
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