Полная версия

Главная arrow Экология arrow ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Метаболизм некоторых веществ.

Окисление органических веществ до С02 и Н20 происходит в несколько стадий.

Окисление углеводов описывается сложной схемой:

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса, цикл лимонной кислоты, ЦТК) состоит из серии последовательных реакций, катализируемых десятью различными ферментами. Последовательность реакций описана ниже.

Ацетил-КоА под действием фермента конденсируется с щавелево-уксусной кислотой, образуя лимонную кислоту, которая под действием фермента изомеризуется в щ/с-аконитовую кислоту, а затем в изолимонную кислоту, которая подвергается окислительному декар- боксилированию. Этот процесс протекает в две стадии: сначала происходит дегидрирование изолимонной кислоты с образованием щавелево-янтарной кислоты, которая затем декарбоксилируется, превращаясь в кетоглутаровую кислоту. Далее происходит окислительное декарбоксилирование кетоглутаровой кислоты и образуется сук- цинил-КоА, который превращается в свободную янтарную кислоту. Далее идет дегидрирование янтарной кислоты с образованием фума- ровой кислоты, которая превращается в яблочную кислоту. После дегидрирования возникает щавелево-уксусная кислота, которая может вновь конденсироваться с ацетил-КоА (СН3—СО—S—КоА).

Окисление метана и этанола. Метан окисляется по схеме

Этиловый спирт микроорганизмы превращают в уксусную кислоту, которая после реакции с ацетил-КоА включается в ЦТК:

Окисление углеводородов осуществляется следующим образом:

Пути метаболизма ароматических соединений очень многообразны. Распад этих соединений связан с разрывом кольца. На это бактериям требуется кислород. Различают три типа разрыва ароматического кольца. По первому типу кольцо разрываетя между двумя соседними гидроксилированными атомами углерода. Например, под действием фермента разрыв кольца пирокатехина приводит к образованию цис, гщс-нуконовой кислоты. По этому пути распадаются фенол, бензойная кислота, нафталин, фенантрен, антрацен и др.

Окисление фенола начинается с его гидроксилирования в орто- положении, при этом образуется пирокатехин (дифенол).

Большинство ароматических соединений образует сначала пирокатехин (или пирокатехиновую кислоту), который преобразуется в Р-кетоадипиновую кислоту. Эта кислота с участием КоА включается в цикл трикарбоновых кислот:

Второй путь разрыва кольца ароматических соединений — это разрыв связи между гидроксилированным и негидроксилированным углеродными атомами. В этом случае под действием фермента пирокатехин распадается на полуальдегид 2-оксимуконовой кислоты, который далее превращается в уксусную, щавелево-уксусную, муравьиную (ацетальдегид) кислоты.

Третий путь характеризуется разрывом кольца между гидроксилированным атомом углерода и атомом углерода, к которому присоединена карбоксильная или другая группа.

Нитрификация и денитрификация. При очистке сточных вод под действием нитрифицирующих бактерий протекают процессы нитрификации и денитрификации. Нитрифицирующие бактерии окисляют азот аммонийных соединений сначала до нитритов, а потом до нитратов. Этот процесс называется нитрификацией и протекает в две стадии. Он является конечной стадией минерализации азотсодержащих органических веществ. Присутствие нитрат-ионов в очищенной сточной воде является одним из показателей полноты очистки:

Количество активного ила, необходимого для нитрификации, рассчитывают, исходя из содержания органических веществ, концентрации азота и аммиака в сточных водах, активности ила. Учитывают также способность роста и размножения микроорганизмов активного ила в условиях изменения нагрузки и окислительно-восстановительного потенциала ила.

Под действием денитрифицирующих бактерий связанный кислород отщепляется от нитритов и нитратов и вновь расходуется на окисление органических веществ. Этот процесс называется денитрификацией. Условиями осуществления процесса денитрификации являются: наличие органических веществ, небольшой доступ кислорода, нейтральная или слабощелочная реакции.

Денитрификация — процесс многостадийный и может протекать с образованием аммиака, молекулярного азота либо оксидов азота. При очистке сточных вод денитрификация протекает главным образом с образованием азота (резко образуется NH3):

Азотсодержащие соединения разлагаются с выделением азота в виде аммиака. Например, карбамид (мочевина) разлагается по уравнению:

Разложение органических соединений может происходить через образование аминокислот, которые далее выделяют аммиак при протекании различных процессов.

Окисление серосодержащих веществ. Серу, сероводород, тиосуль- фаты, политионаты и другие серосодержащие соединения серные бактерии окисляют до серной кислоты и сульфатов. Наличие в сточной воде азота, фосфора, калия и небольших количеств железа, магния, меди, цинка, бора, марганца и других веществ в некоторых случаях сильно интенсифицирует развитие серных и тионовых бактерий. Тионовые бактерии разлагают сероводород, серу, тиосульфат и др. Конечный продукт окисления — серная кислота или сульфаты.

Процесс окисления сернистых соединений тионовыми бактериями может быть представлен следующими схемами:

Установлено, что окисление сульфида кальция идет быстрее, чем сульфида натрия.

При окислении сероводорода сначала образуется сера, которая накапливается в клетках в виде запасного вещества:

Затем при недостатке H2S идет реакция:

Восстановление сульфатов — основной путь образования сероводорода в природе. Восстанавливаются и органические соединения:

При окислении тиоцианатов (роданидов) вначале образуются сульфиды и цианаты. Цианаты далее гидролизируются до С02и NH3, а сульфиды окисляются до сульфатов:

Окисление железа и марганца. Железобактерии получают энергию в результате окисления солей двухвалентного железа до соединений трехвалентного железа:

Имеются микроорганизмы, которые восстанавливают Fe3* до Fe2*:

Двухвалентный марганец окисляется в четырехвалентный:

Соли тяжелых металлов губительно влияют на бактерии, но есть такие микроорганизмы, которые отличаются устойчивостью и адаптируются.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>