EBPR特征

1增强生物除磷系统的特征2主要内容增强生物除磷(EBPR)的特征EBPR系统中的微生物研究EBPR微生物代谢的生物化学和化学计量学EBPR系统中聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)的代谢特征3内容(1)增强生物除磷(EBPR)的特征EBPR系统中的微生物研究EBPR微生物代谢的生物化学和化学计量学EBPR系统中聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)的代谢特征4经过先厌氧、后好氧的过程；厌氧时有明显的磷释放，好氧有磷吸收，并且后者大于前者，即PuptakePrelease；在厌氧条件下通过聚磷分解产生的能量吸收污水中的生物易降解有机物(例如，短链脂肪酸SCFAs)，并在微生物体内合成聚羟基烷酸(PHAs)，同时发生糖原(Glycogen)的降解；在好氧时PHAs被氧化，作为磷吸收、微生物生长、糖原合成等的能源和碳源物质。56TypicalfeaturesofEBPR(quotedfromWaterRes.,2004,byChenetal.)0-120min:anaerobicperiod120-360min:aerobicperiodSOPSCFAPHAGly0.001.002.003.004.005.00060120180240300360Timeinvolvedinoneanaerobic/aerobiccycle(min)SOPorSCFAconcentration(mM-PormM-C)0.002.004.006.008.0010.0012.0014.00PHAorGlycogenconcentration(mM-C)7内容(2)增强生物除磷(EBPR)的特征EBPR系统中的微生物研究EBPR微生物代谢的生物化学和化学计量学EBPR系统中聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)的代谢特征8不动杆菌Acinetobacter是EBPR系统主要微生物吗？1975年FuhsandChen报道，Acinetobacterspp.是生物除磷系统中的主要微生物。此后，特别是在90年代，国内外有大量类似的报道。现在多篇文献证实Acinetobacter不是EBPR系统中主要微生物。这是因为:(i)它的量在EBPR系统中少于10%;(ii)在EBPR的污泥中占主导地位的呼吸醌是quinone-8(Q-8)andmena-quinone-8(H4)(MK-8(H4),而在Acinetobacter主要是Q-9.9哪种微生物在EBPR中起主要作用?近几年，CandidatusAccumulibacterPhosphatis被认为是EBPR系统中对除磷起主要贡献的微生物，它们的含量占90％。到现在为止，人们还没有能够分离出具有EBPR所有特征的纯种微生物。通常人们将EBPR系统中具有除磷功能的一类微生物统称为聚磷菌(PAOs)。10有哪些研究EBPR微生物的方法?PCR－TGGE、DGGEFISH16SrRNA、16SrDNAQuinone(Ubiquinone/Menaquinone)克隆库方法11内容(3)增强生物除磷(EBPR)的特征EBPR系统中的微生物研究EBPR微生物代谢的生物化学和化学计量学EBPR系统中聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)的代谢特征12为何在厌氧阶段要合成PHAs?污水中的有机物被微生物大量吸收后会对微生物产生毒性并且体积很大，因此需将其转化为对微生物没有毒性且容积小的物质。合成的PHA可以作为好氧条件下的能源和碳源物质，以维持外界环境没有碳源时的细胞生长、代谢。好氧条件下磷的吸收、糖原的合成和细胞的生长都需要通过PHA的氧化来完成。不管是哪种碳源存在于污水中，EBPR的厌氧阶段都有PHA的合成发生。13在合成PHA时为何需要还原力?因为PHA是比污水有机物，例如短链脂肪酸SCFA的还原性更强。EBPR系统中如何产生还原力?通过三羧酸(TCA)循环(theComeau-Wentzelmodel)or通过糖原降解(theMinomodel,andAdaptedMinomodel)14Comeau-WentzelmodelTCAcycletoproduceNADH2nCH3COOH+nATP+4nNAD→4nNADH2+nADP+nPi+2nCO2PHBsynthesis2nCH3COOH+2nATP+nNADH2→(C4H6O2)n+nNAD+2nADP+2nPi+2H2OOverallreaction9nCH3COOH+9nATP→(C4H6O2)4n+9nADP+9nPi+2nCO2Conclusion1molCH3COOH+1molATP→0.44molPHB+1molPior1mol-CCH3COOH+0.5molATP→0.89mol-CPHB+0.5molPi15MinomodelsGlycogendegradationviaEMPpathwaytoproduceNADH2(C6H10O5)n+3nADP+4nNAD+3nPi+2nCoASH→4nNADH2+3nATP+2nCH3COCoA+2nCO2PHBsynthesis2nCH3COOH+2nATP+nNDH2→(C4H6O2)n+nNAD+2nADP+2nPi+2H2OOverallreaction6nCH3COOH+3nATP+(C6H10O5)n→(C4H6O2)4n+3nADP+3nPi+2nCO2Conclusions1molCH3COOH+0.5molATP+0.167mol(C6H10O5)n→0.67molPHB+0.5molPior1mol-CCH3COOH+0.25molATP+0.5mol-C(C6H10O5)n→1.33mol-CPHB+0.25molPi16AdaptedMinomodelsGlycogendegradationviaEDpathwaytoproduceNADH2(C6H10O5)n+2nADP+3nNAD+nNADP+2nPi+2nCoASH→3nNADH2+2nATP+nNADPH2+2nCH3COCoA+2nCO2PHBsynthesis2nCH3COOH+2nATP+nNDH2→(C4H6O2)n+nNAD+2nADP+2nPi+2H2OOverallreaction6nCH3COOH+4nATP+(C6H10O5)n→(C4H6O2)4n+4nADP+4nPi+2nCO2Conclusions1molCH3COOH+0.67molATP+0.167mol(C6H10O5)n→0.67molPHB+0.67molPior1mol-CCH3COOH+0.33molATP+0.5mol-C(C6H10O5)n→1.33mol-CPHB+0.33molPi17三个模型的比较Comeau-Wentzelmodel1mol-CCH3COOH→0.89mol-CPHB+0.5molPiMinomodel1mol-CCH3COOH+0.5mol-C(C6H10O5)n→1.33mol-CPHB+0.25molPiAdaptedMinomodel1mol-CCH3COOH+0.5mol-C(C6H10O5)n→1.33mol-CPHB+0.33molPi18文献报道的化学计量学系数(厌氧P-release/SCFA-uptake)ThePhosphorus-release/SCFAratioreportedinthereferencesCarbonsourceValue(mol-P,C/mol-C)ReferenceAcetate0.16Pereiraetal.,1996Acetate0.21-0.39Arunetal.,1988Acetate0.25-0.75Smoldersetal.,1994Acetate/Propionate0.26-0.31Satohetal.,1992Propionate0.33Satohetal.,1992Acetic/Propionicacid0.37-0.52Chenetal,2004Acetate0.39Minoetal.,1987Acetate0.43Satohetal.,1992Acetate0.49-0.73Filipeetal.,2001Acetate0.52-0.57Wentzeletal.,1988Acetate0.62-0.74ArvinandKristensen,1985Acetate0.70-0.75Comeauetal.,198719文献报道的化学计量学系数(厌氧糖原降解及PHA合成)TheglycogenandPHAsynthesisreportedinthereferencesRatioCarbonsourceValue(mol-P,C/mol-C)ReferencePropionate0.31Satohetal.,1992Acetate/Propionate0.32-0.39Satohetal.,1992Acetate0.5Satohetal.,1992;Smoldersetal.;1994;Filipeetal.,2001Acetic/Propionicacid0.52-0.62Chenetal,2004Glycogen-degradation/SCFAAcetate0.7Pereiraetal.,1996Propionate1.12Lemosetal.,1998Acetic/Propionicacid1.19-1.71Chenetal,2004Acetate1.33Filipeetal.,2001;Smoldersetal.,1994Acetate1.47Lemosetal.,1998Acetate1.48Pereiraetal.,1996PHA-synthesis/SCFAAcetate1.80Louieetal.,200020(quotedfromChemosphere,2007,66:123-129,byLiuetal.)SOPrel/VFAupt=0.16*pH–0.55Filipeetal.(2001a)SOPrel/VFAupt=0.19*pH–0.85Smoldersetal.(1994a)Glycogen=-0.26*pH+3.22R2=0.98PHB=-0.36*pH+4.58R2=0.91PHV=-0.23*pH+3.09R2=0.90PHA=-0.59*pH+7.67R2=0.920.00.51.01.52.02.53.03.54.04.56.06.46.87.27.68.08.4pHSynthesizedPHB,PHVandPHA(mmol-C/g-MLVSS)0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8Degradedglycogen(mmol-C/g-MLVSS)PHBPHVPHAGlycogen21内容(4)增强生物除磷(EBPR)的特征EBPR系统中的微生物研究EBPR微生物代谢的生物化学和化学计量学EBPR系统中聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)的代谢特征22PAO与GAO的相同点厌氧条件下：吸收污水碳源、合成PHA、降解糖原好氧条件下：分解PHA、合成糖原PAO与GAO的不同点PAO：厌氧时主要靠聚磷分解产生能量用于吸收污水碳源，因而出现磷的释放；好氧时将PHA氧化产生的能量用于吸收磷，因而表现为体系溶液中磷的减少。GAO：厌氧时依靠糖原的分解产生的能量用于吸收污水碳源，因而没有磷的释放；好氧时将PHA氧化产生的能量用于合成糖原，因而溶液中磷不会明显被吸收。23PHA聚磷菌和聚糖菌代谢过程比较SCFANADH2Poly-PglycogenATPPiPHANADH2glycogenPoly-PATPCellgrowthPiH2O+CO2O2AnaerobicAerobic24谢谢！