环境工程原理第十五章微生物反应器

1第十三章微生物反应器第一节微生物与微生物反应一微生物及其特性二微生物反应及其在污染控制中的利用１微生物反应的特点２微生物反应的影响因素３微生物反应在环境领域中的应用2一、微生物及其特性什么是微生物微生物是一些形体微小，以单细胞或简单多细胞、甚或是没有细胞结构的形式存在的低等生物的统称。3小µm级：光镜可见nm级：电镜可见形体微小4低原核类：三菌(细菌、放线菌、蓝细菌)三体(支原体、衣原体、立克次氏体)真核类：真菌原生动物单细胞藻类非细胞生物：病毒类病毒朊病毒进化地位低5细菌体小而细形简而短(球、杆、弧)是一类壁坚而韧单细胞原核生物二等分裂水生性很强Myobacteriumtuberculosis(TB)6(一)微生物反应的特点微生物反应是由一系列的酶催化反应构成的复杂反应体系，很难用一个准确的反应式表示。微生物细胞可以看作一个超微型反应器。参与微生物反应的主要组分基质营养物活细胞非活性细胞分泌产物可以看作由细胞壁和细胞膜包裹起来的有机催化剂。7微生物反应的总反应式(好氧反应）看作是基质与营养物质反应生成细胞代谢物的单一自催化反应：OH+CO++细细细+细细+细细细细细22代谢产物营养物质→基质分解代谢合成代谢蓄能代谢如乙醇、乳酸、柠檬酸等发酵产品胞外酶、多糖、抗生素、激素、维生素、生物碱等次生代谢产品如多糖、糖原、脂肪等8(三)微生物反应在环境领域中的应用自然界中的碳、氮、磷、硫等的元素循环污染水体、土壤等的自净过程污染物的降解和转化城市污水及工业废水的生物处理有机废气、挥发性有机物(VOCs)及还原性无机气体的生物处理有机废弃物的堆肥处理9第十三章微生物反应器第二节微生物反应的计量关系一微生物反应综合方程微生物浓度的表达方式微生物细胞的组成式微生物反应的综合计量式二细胞产率系数１以基质质量为基准的细胞产率系数２以硕元素为基准的细胞产率系数３以氧消耗量为基准的细胞产率系数４以ＡＴＰ为基准的细胞产率系数５以有效电子数为基准的细胞产率系数三代谢产物的产率系数10一微生物反应综合方程微生物细胞是个有机、无机化合物构成的复合体１微生物浓度的表达方式微生物浓度只能用质量浓度表示单位体积培养液(反应介质)中所含细胞的干燥质量单位：Kg(细胞)/m311(二)微生物细胞的组成式微生物反应是复杂的反应体系，不能用简单的反应式来表达，但符合质量守恒定律。在一定条件下，同一类微生物的细胞元素组成可以视为相对稳定。常用微生物的无灰干燥细胞的元素组成(如CHxOyNz)来表示细胞的组成。1213(三)微生物反应的综合计量式基质S参与微生物反应的碳源、氮源以及其他营养物质X表示微生物细胞P表示反应产物微生物反应的综合方程PYXYSPX+→细kg/kg细yield)ducto(pr细细细细细细—Y;kg/kg细yield)(cell细细细细细yield)wtho(gr细细—Y细细细PX细胞系数1415二、细胞产率系数(一)以基质质量为基准的细胞产率系数定义S-X/∆∆=＝反应消耗的基质质量细胞的生长量SXY→细胞干燥质量S-rrYXSX＝基质消耗速率细胞生长速率=/或16微分产率系数在间歇培养过程中，基质浓度随时间变化，细胞产率系数也变化。某一时刻t的瞬间细胞产率系数，即微分产率系数。总产率系数：微生物间歇培养的整个过程的产率系数17(一)以碳元素为基准的细胞产率系数SXS/SX/S-XγγγγXCXYY=∆∆××=＝碳源的含碳率碳源消耗量细胞的含碳率细胞生长量18３以氧消耗量为基准的细胞产率系数对于反应19三代谢产物的产率系数