15、环境系统中的氧化还原反应与参数估计

环境系统中的氧化还原反应与参数估计

氧化还原反应基础

在环境系统中，氧化还原条件起着至关重要的作用。它是细菌和微生物种群增长或衰退的决定因素。根据局部的氧化还原状态，某些微生物培养物的生存条件可能会受到影响，而这些微生物能够降解有害的有机物质。

氧化还原区域通常出现在地表水底部的水生沉积物、有河水渗入的含水层以及受污染场地或垃圾填埋场的下游。环境系统中，有机物质的降解主要通过六种化学途径进行，分别是有氧呼吸、反硝化作用、锰氧化物和铁（氢）氧化物还原、硫酸盐还原和甲烷生成。在这些氧化还原反应中，电子转移起着关键作用，每种反应都有特定的物质作为电子供体，例如有氧呼吸中的氧气。以下是这些主要氧化还原（半）反应的具体内容：
| 反应类型 | 反应方程式 |
| — | — |
| 有氧呼吸 | (O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O) |
| 反硝化作用 | (NO_3^- + 6H^+ + 5e^- \rightarrow 0.5N_2 + 3H_2O) |
| 锰氧化物还原 | (MnO_2 + 4H^+ + 2e^- \rightarrow Mn^{2+} + 2H_2O) |
| 铁（氢）氧化物还原 | (Fe(OH)_3 + 3H^+ + e^- \rightarrow Fe^{2+} + 3H_2O) |
| 硫酸盐还原 | (SO_4^{2-} + 9H^+ + 8e^- \rightarrow HS^- + 4H_2O) |
| 甲烷生成 | (CO_2 + 8H^+ + 8e^- \rightarrow CH_4 + 2H_2O) |

大多数环境对特定的氧化