废水生物处理》第三章微生物生物化学.ppt

废水生物处理》第三章微生物生物化学
第三章 微生物生物化学
§ 细菌的成分
1 细菌的元素组成
细菌本身约含水分80%，干物质约占20%（有机物约占90%，无机物约占10%）。
微生物细胞的化学组成随种类、培养条件a 简称 PSB）能利用各种有机碳化物和氧化物，因而这几年利用光合细菌净化有机废水取得较好效果，例如可以使洗毛废水BOD的去除率达98%。
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2）化能营养：大多数细菌依靠各种氧化还原反应获得ATP。反应中一种底物被还原，一种底物被氧化，可表示成下列偶联反应式。
下标red代表还原剂，为电子供体，ox代表氧化剂，为电子受体。Aox可以是菌体内的氧、***盐、硫酸盐、CO2或有机物；Bred可以是无机物或有机物。这一氧化还原反应是一个放能反应，它所释放的能量通过某种中间体的作用传给了ADP+Pi的反应，ADP转化为ATP的反应是一个吸能反应。
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能利用有机物作为电子供体的称为化能有机营养菌，或者化能异养菌，它们包括各种需氧菌和厌氧菌。典型的化能有机营养型有反硝化菌，它在缺氧时可将***盐还原为亚***盐、氨和氮气，即生物脱氮过程。
化能自养菌能利用无机物、氢、硫化氢、亚***盐或氨等作为电子供体。主要有需氧的硝化细菌、硫磺细菌、铁细菌和绝对厌氧的产甲烷菌和产乙酸菌。
化能营养细菌的类型见表3-4。
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2）化能营养
类型
电子供体
电子受体
碳源
代表细菌
化能有机营养
有机物
O2
有机物
各种细菌
有机物
NO3-
有机物
地衣芽孢杆菌
有机物
SO42-
有机物
硫酸盐还原菌
有机物
有机物
有机物
梭菌、乳酸菌
化能无机营养
H2
O2
CO2
氢-氧化细菌
H2S
O2
CO2
硫杆菌
H2S
NO3-
CO2
脱氮硫杆菌
Fe2+
O2
CO2
氧化亚铁硫杆菌
NH3
O2
CO2
亚***单胞菌
NO2-
O2
CO2
硝化杆菌
H2
CO2
CO2
产甲烷细菌
H2
CO2
CO2
醋杆菌
表3-4 化能营养细菌类型
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2 营养物质的传递
各种营养物质进出细菌菌体，直接依赖于细菌细胞膜的功能，营养物质从周围环境通过细胞膜进入细胞质有以下三种方式。
（1）渗透作用（被动扩散）：相对分子质量小的物质进入细胞，一般主要决定于细胞外该物质的浓度，物质由高浓度透过细胞膜向低浓度扩散。通过细胞膜时不与膜内任何成分发生特异性的相互作用。被动扩散速率受分子的大小和所带电荷的影响很大。水、气体及Na+、K+等都是借助渗透作用进入细胞内的。
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（2）促进扩散（facilitated diffusion）：促进扩散通过专一性的膜蛋白质载体传送物质。被传送物质现在细胞外与载体结合，然后在细胞内释放。这种运输不需要能量，但对于被输送物质具有专一性，并且按浓度梯度方向进行运输。在厌氧中，促进扩散的过程常参与某些化合物的吸收和发酵以及发酵产物的排出。在需氧菌中这种物质传送机制不太重要。
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（3）主动运输：首先，载体对底物具有专一性，运输营养物质的载体透酶在细胞膜的外侧，与底物形成透酶-底物的复合体；其次，主动运输需要代谢能，细胞外侧透酶对底物具有高度亲和力，而在细胞内侧透酶对底物的亲和力降低，因此透酶的这种变构需要能量；第三，运输并释放到细胞内的底物性质不发生改变。只有生活的细胞才具有这种功能，通过主动运输可以使得细胞在底物浓度很低的情况下，获得浓度增加几百倍的营养物质。
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图3-1 大肠杆菌细胞内乳糖浓度与细胞外乳糖浓度间的运输关系
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3 细菌的生长环境
细菌的生长繁殖，除了需要必须的营养物质和对氧的要求外，还需要其他适宜的环境条件，如温度、酸碱度、无毒环境等。废水处理中，把有计划、有目的的控制细菌的生长条件，使细菌遗传有利于处理某种废水的定向诱导过程叫驯化。在工业废水的生物处理中，往往要利用细菌对营养要求、温度、pH值和耐毒力的变异，以改善处理效果。
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（1）温度 温度对细菌有广泛的影响。大多数细菌生长适宜的温度为20～