微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用課件

1、微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用第五節(jié)第五節(jié) 微生物生長曲線及其在污微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用染控制工程中的應用微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用一、生長曲線的概念一、生長曲線的概念n1.細菌群體生長特征細菌群體生長特征n單細胞微生物的群體生長特征是指數(shù)生長。n2.生長曲線生長曲線微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用二、混合微生物群體的生長二、混合微生物群體的生長輪蟲等級最高。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用1.微生物的演替現(xiàn)象微生物的演替現(xiàn)象n活性污泥由多種微生物組成生物群體，每種微生物具有各自生長規(guī)律和生長曲線；n每條生長曲線在共棲環(huán)境中有自己的形狀

2、和位置；n例：有機物含量豐富，則以有機物為食的細菌數(shù)量多，然后必然以細菌為食的原生生物出現(xiàn)，最后以細菌和原生生物為食的后生生物才可能產(chǎn)生。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用2.演替現(xiàn)象在廢水處理中的意義演替現(xiàn)象在廢水處理中的意義n意義：定性地推測水質(zhì)情況 鞭毛蟲存在有機物高，需處理； 鏡檢固著纖毛蟲則有機物和細菌少； 輪蟲出現(xiàn)說明水質(zhì)穩(wěn)定。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用三、內(nèi)源呼吸三、內(nèi)源呼吸微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用1.內(nèi)源呼吸的概念內(nèi)源呼吸的概念n在細胞內(nèi)部，細胞物質(zhì)的自身代謝即內(nèi)在細胞內(nèi)部，細胞物質(zhì)的自身代謝即內(nèi)源呼吸。源呼吸。微生物生長曲線及其在污染控制工

3、程中的應用2.內(nèi)源呼吸的特點內(nèi)源呼吸的特點n（1）內(nèi)源呼吸貫穿微生物整個生命期；）內(nèi)源呼吸貫穿微生物整個生命期；n（2）內(nèi)源呼吸在對數(shù)生長期影響極小，）內(nèi)源呼吸在對數(shù)生長期影響極小，可以忽略，但在非對數(shù)生長期，內(nèi)源呼可以忽略，但在非對數(shù)生長期，內(nèi)源呼吸的影響不能忽略。吸的影響不能忽略。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用四、生化反應動力學四、生化反應動力學微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用1.反應動力學研究的主要目的反應動力學研究的主要目的n（1）探索影響因素與反應速度的關系，）探索影響因素與反應速度的關系，指導生產(chǎn)工藝；指導生產(chǎn)工藝；n底物降解速率和底物濃度、生物量等因素的關系；n

4、微生物增長速率和底物濃度、生物量等因素的關系；n（2）研究反應機理，以數(shù)學模型的形式）研究反應機理，以數(shù)學模型的形式抽象反應速度的本質(zhì)；抽象反應速度的本質(zhì)；微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用2.米氏方程米氏方程M-M方程V-酶反應速度Vmax-最大酶速度Cs-底物濃度Km-米氏常數(shù)微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用（1）底物濃度和酶促反應速度的關）底物濃度和酶促反應速度的關系系n底物濃度（底物濃度（Cs）與反應速度（）與反應速度（v）的定量關系）的定量關系n該式為酶反應動力學的最基本方程式，該式為酶反應動力學的最基本方程式， 酶反應速度酶反應速度V: 取決于底物濃度取決于底物濃度C

5、s、米氏常數(shù)、米氏常數(shù)Km、和、和最大反應速度最大反應速度Vmax。Km為常數(shù)，為常數(shù)，n當反應體系中酶的總濃度不變時當反應體系中酶的總濃度不變時,Vmax也為常數(shù)，因也為常數(shù)，因此酶反應速度此酶反應速度V主要取決于主要取決于底物濃度底物濃度Cs。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用（1）底物濃度和酶促反應速度的關）底物濃度和酶促反應速度的關系系n當?shù)孜餄舛群艿蜁r：當?shù)孜餄舛群艿蜁r：CsKm，Km+Cs Cs，M-M方程：方程： ，即底物濃度與酶催化反應，即底物濃度與酶催化反應速度無關（酶活性部位已全部被底物占據(jù)）反應達速度無關（酶活性部位已全部被底物占據(jù)）反應達到最大速率。呈零級反應。到

6、最大速率。呈零級反應。n當當Cs Km時，反應級數(shù)介于時，反應級數(shù)介于0級與級與1級之間。級之間。smcKvvmaxmaxvv 微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用（2）米氏常數(shù)）米氏常數(shù)nKm研究酶作用機制的一個重要特征常研究酶作用機制的一個重要特征常數(shù)數(shù)nKm是酶的特征常數(shù)，反應了酶和底物之間是酶的特征常數(shù)，反應了酶和底物之間的親和力。一般以的親和力。一般以1/Km來表示親和力。來表示親和力。1/Km越大則酶與底物之間親和力越大，表越大則酶與底物之間親和力越大，表示酶催化反應更容易進行。反之，示酶催化反應更容易進行。反之，Km越大，越大，則反應進行越困難。則反應進行越困難。微生物生長曲

7、線及其在污染控制工程中的應用（3）酶反應速度與酶濃度的關系）酶反應速度與酶濃度的關系n根據(jù)中間絡合物理論和米氏方程，當?shù)孜餄舛茸銐虼髸r（CsKm時），V=k2CE0成立，即酶濃度與反應速度具有線性關系， 該結(jié)論對于酶的分離和提純具有重要意義，例如A、B兩種酶催化同一底物時，如果A0.2mol/L與B0.6mol/L催化反應速度相同，則認為A的活力是B的活力的3倍。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用3.溫度對催化反應速度的影響溫度對催化反應速度的影響微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用（1）酶的最適溫度）酶的最適溫度n在較低的溫度范圍內(nèi)，酶反應速度隨溫度升高而增大，但超過一定溫度后，反

8、應速度反而下降，此轉(zhuǎn)折點溫度稱為“最適溫度”。n最適溫度不僅與酶本身特性有關，也同時受到酶純度、反應條件、底物等多種因素影響，因此不是酶的特征物理常數(shù)。對于特定反應，要根據(jù)實驗結(jié)果確定酶催化反應的最適溫度作為反應的溫度條件。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用（2）溫度對反應速度的作用）溫度對反應速度的作用na)溫度提高，反應速度增加；n一般化學反應，溫度提高10，反應速度提高約1倍（Arrhenius公式），稱為溫度系數(shù)（Vt+10/Vt）。酶反應速度溫度系數(shù)約1.42.0，略低于一般無機催化反應和非催化反應。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用（2）溫度對反應速度的作用）溫度對反應

9、速度的作用nb)溫度提高，蛋白質(zhì)變性，酶失活，反應速度下降。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用4.pH值對酶催化反應速度的影響值對酶催化反應速度的影響npH值對活力的影響主要是因為pH值改變底物和酶分子的帶電狀態(tài)。（1）pH值改變底物的帶電狀態(tài)值改變底物的帶電狀態(tài)n當?shù)孜餅榈鞍踪|(zhì)、肽、氨基酸等兩性電解質(zhì)時，隨pH值變化表現(xiàn)為不同的解離狀態(tài)（帶正電荷、負電荷或不帶電荷等電點）。但酶的活性部位通常僅能與一種電荷狀態(tài)的底物結(jié)合。（2）pH值改變酶分子的帶電狀態(tài)值改變酶分子的帶電狀態(tài)n酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，故具有兩性解離特性，pH值的改變導致酶活性部位有關基團的解離狀態(tài)改變，從而影響酶與底物結(jié)合

10、。不同的酶最適pH值不同，如蔗糖酶只有在等電點時才具有催化能力，在偏酸或偏堿性溶液中都會失活。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用5.酶促反應過程的其它影響因素酶促反應過程的其它影響因素（1）激活劑：）激活劑：n許多酶促反應必須在其它適當物質(zhì)存在時才能表現(xiàn)酶的催化活性或加強其催化效力。這種作用稱為酶的激活作用。引發(fā)激活作用的物質(zhì)稱為激活劑。激活劑與輔酶或輔基作用不同，前者不存在時，酶仍能表現(xiàn)一定催化活性，而后者不存在時，酶完全不具備催化能力。（2）抑制劑：）抑制劑：n酶在不變性的情況下，由于必需基團或活性中心化學性質(zhì)的改變而引起的酶活性的降低或喪失，

11、稱為抑制作用（inhibition）。引起抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑（inhibitor），抑制劑可能是外來物，也可能是反應產(chǎn)物（產(chǎn)物抑制）或底物（底物抑制）。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用五、五、Monod模型模型n探討底物濃度和微生物生長速度的定量關系微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用六、生長曲線與處理工藝六、生長曲線與處理工藝n根據(jù)微生物生長曲線的階段性，設計完全混合活性污泥法、推流式活性污泥工藝、批式活性污泥法以及AB法等不同的處理工藝，所產(chǎn)生的有機物處理效果各異。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用七、生長曲線與污泥產(chǎn)率七、生長曲線與污泥產(chǎn)率n停滯期：微生物調(diào)整對環(huán)境的適應，污泥總量變化不大，產(chǎn)率幾乎為零n對數(shù)期：微生物快速生長，產(chǎn)率達到最大量n穩(wěn)定期：微生物的生長速度為零（新生與死亡數(shù)量相同），污泥產(chǎn)率維持在一個穩(wěn)定的水平n衰老期：微生物不斷死亡，總量下降，污泥產(chǎn)率為負值。微生物生長曲線及其在污染控制工程中的應用八、生長曲線與處理效果八、生長曲線與處理效果n1.遲緩期：遲緩期：n微生物數(shù)量少，幾乎無處理效果；n2.對數(shù)期：對數(shù)期：n微生物生長旺盛，系統(tǒng)負荷高，但污泥沉降性能不好，殘留有機物濃度高，出水效