微生物反应器要点分析.ppt

第五章 微生物反应器;第一节 微生物与微生物反应 微生物反应的特点及其在环境中的应用 第二节 微生物反应的计量关系 基质消耗、细胞生长、代谢产物之间的定量关系 第三节 微生物反应动力学 基质消耗过程及细胞生长速率的定量式（影响因素） 第四节 微生物反应器的操作与设计 微生物反应器的基本设计方法与操作方式;一、微生物及其特性二、微生物反应及其在污染防治中的利用;一、微生物及其特性 （一）微生物的分类 （二）微生物的特性 1．菌体成分（水分含量、元素组成） 2．细菌细胞的物理性质（大小与大小分布、密度） 3．微生物培养液的性质 ;二、微生物反应及其在污染防治中的利用 （一）微生物反应的特点;第1章绪论;第1章绪论;第1章绪论;第1章绪论;(1) 为什么说微生物反应类似于化学反??中的自催化反应？ (2) 微生物反应一般可分为哪几类反应？ (3) 微生物反应中的基质有哪些作用？ (4) 微生物反应的产物有哪几类？ (5) 有机物的微生物分解反应中产生的能量有哪些用途？;一、微生物反应综合方程 二、细胞产率系数 三、代谢产物的产率系数;一、微生物反应综合方程 （一）微生物浓度的表达方式;好氧微生物反应： CHmOn＋a NH3＋bO2 = Yx/cCHxOyNz＋Yp/cCHuOvNw＋(1-Yx/c-Yp/c)CO2＋cH2O (15.2.2) a=zYx/c+wYp/c b=(1-Yx/c-Yp/c+m/4-n/2)+(Yp/c/4)(-u+2v+3w)+(Yx/c/4)(-x+2y+3z) c=m/2+( Yp/c/2)(-u+3w)+ (Yx/c/2)(-x+3z) ;计量学限制性物质：细胞生长过程中首先完全消耗掉的物质;反应系统中细胞的生长量（细胞干燥质量）与反应消耗掉的基质的质量之比[单位：kg (细胞) /kg (基质) ];表15.2.3 细菌的细胞产率系数;间歇培养过程中的细胞产率;（二）以碳元素为基准的细胞产率系数;好氧微生物反应： CHmOn＋a NH3＋bO2 = YX/CCHxOyNz＋YP/CCHuOvNw＋(1-YX/C-YP/C)CO2＋cH2O ;【例题15.2.1】 以葡萄糖(C6H12O6)为碳源，NH3为氮源，在好氧条件下培养某细菌，得到的细胞的元素组成为CH16.6O0.273N0.195。设该细菌的YX/C=0.65，反应产物只有CO2和水。试计算YX/S和YX/O。;根据YX/S与YX/C的关系： ;每消耗1kmol的基质实际产生的ATP量; (15.2.15);解：1mol葡萄糖生成的菌体量ΔX为： ΔX=1.0?YX/S=1.0×180=180 g（细胞） 1mol葡萄糖糖酵解产生的ATP量：2 mol;1mol葡萄糖分解所产生的总ATP量：2＋11.8=13.8 mol (ATP);（五）以有效电子数为基准的细胞产率系数;解：葡萄糖的分子量MS=12×16+1×12+16×6=180 葡萄糖完全燃烧时的需要量ΔnO2＝6mol (O2) /mol (葡萄糖) ;三、代谢产物的产率系数;(1) 什么是计量学限制性基质？ (2) 什么是生长速率限制性基质？ (3) 细胞产率系数有哪些用途？ (4) 细胞产率系数有哪几种？它们取值范围各是什么？ (5) 什么是有效电子？如何计算？ (6) 什么是代谢产物的产率系数？ ;一、微生物生长速率 二、基质消耗速率 三、微生物生长速率与基质消耗速率的关系 四、代谢产物的生成速率 ;一、微生物生长速率 （一）微生物的生长速率的定义;【例题15.3.1】用50mL的培养液培养大肠杆菌，大肠杆菌细胞的初期总量为8×105 个，培养开始后即进入对数生长期（无诱导期）。在284 min后达到稳定期（细胞浓度3×109 个/mL），试求大肠杆菌的μ和td。（设在培养过程中μ保持不变）;设培养过程中μ保持不变，则;微生物的Logistic增长曲线;（二）微生物生长速率与基质浓度的关系;①随着细胞质量的增加，细胞内所有物质如蛋白质、RNA、DNA、水分等以同样的比例增加，即细胞内各组分含量保持不变。这种生长称为协调型生长(balanced growth)。 ②系统中各细胞具有相同的生理生化特性，或不考虑细胞间的差异，即用平均性质和量来描述。 ③培养系统中只存在一种生长限制性基质，其它成分过量存在且不影响微生物的生长。 ④在培养过程中，细胞产率不变，为一常数。 ;Monod方程与麦氏(Michaelis-Menten)方程的区别