生物化学工程基础当代给水与废水处理原理.ppt

新陈代谢是维持生命的各种活动过程中，生物化学变化(包括物质的分解合成)的总称。新陈代谢是维持生命的各种活动(如生长、繁殖、运动等)过程中，生物化学变化(包括物质的分解合成)的总称。新陈代谢包括两个作用，即同化作用和异化作用。同化作用吸收能量，进行合成反应，将吸收的营养物质转变为细胞物质的过程。异化作用为分解反应，放出能量，将自身细胞物质和细胞内的营养物质分解的过程。1.细菌的营养类型细菌可分为光能和化能两种营养类型（1）光能营养光能营养菌具有一整套光合作用机构，它能将光能转化为ATP的高能磷酸键，反应如下：§6-5细菌的营养与生长环境第31页，共85页，星期日，2025年，2月5日光合细菌能利用各种有机碳化物和氧化物，因而近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%。（2）化能营养大多数细菌依靠各种氧化还原反应以获得ATP。在反应中一种底物被还原，另一种底物被氧化，可表示为下列的偶联反应式：§6-5细菌的营养与生长环境第32页，共85页，星期日，2025年，2月5日§6-5细菌的营养与生长环境能利用有机物作为电子供体的称化能有机营养菌，或称化能异养菌。这类细菌中，硝酸盐还原菌与硫酸盐还原菌具有特别的水处理意义。硝酸盐还原菌在缺氧时能够以硝酸盐为氧源，把硝酸盐还原为亚硝酸盐、氨和氮气。这种作用称为反硝化，或称生物脱氮过程。反硝化是废水生物脱氮的重要方法，也是目前最常用的脱氮处理方法。第33页，共85页，星期日，2025年，2月5日各种营养物质的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）对于相对分子质量小的物质进入细胞内，一般主要决定于细胞外该物质的浓度，物质出高浓度区透过细胞膜向低浓度区扩散。（2）促进扩散促进扩散通过专一性的膜蛋白质载体传送物质。被传送的物质先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，但对被运输的物质有专—性，并按浓度梯度的方向运输。（3）主动运输特点：第一，对底物有专一性；第二，需要代谢能；第三，运输并释放到细胞内的底物的性质没有发生改变。§6-5细菌的营养与生长环境第34页，共85页，星期日，2025年，2月5日3.细菌的生长环境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。（1）温度大多数细菌生长适宜的温度为20~40℃。按照温度的不同，将微生物（主要是细菌）分为低温、中温和高温菌三类。（2）pH值大多数细菌在PH=6.5、7.5之间生长最好。PH的控制，在废水的生物处理中具有重要的意义，废水的pH值太高或太低都应作适当的调整。（3）氧化还原电势各种细菌生活时要求的氧化还原条件不同。在废水生物处理的一般运转情况下，需氧的活性污泥法系统，氧化还原电势常在200-400mV之间。（4）光线除少数光和细菌外，大多数细菌不需要光线。（5）压力压力对细菌的作用可分为渗透压、机械压和气体压力。§6-5细菌的营养与生长环境第35页，共85页，星期日，2025年，2月5日（6）干燥环境过于干燥，细菌就不能生长。一般没有荚膜、芽孢的细菌对环境的干燥比较敏感。（7）化学药剂一些化学药物对细菌的生活影响很大。强氧化剂可使细菌正常代谢受到阻碍，甚至死亡。高锰酸钾的消毒作用即属这一类。有些有机物在达到一定浓度时对细菌具有毒害作用。§6-5细菌的营养与生长环境第36页，共85页，星期日，2025年，2月5日酶是由活细菌细胞产生的一类具有高度催化专一性的特殊蛋白质。在酶作用下进行化学变化的物质叫底物，有酶催化的化学反应称为酶促反应。酶也可以被分离出来．做成酶剂或固定化酶，在废水生物处理中应用。1.酶的命名与分类（1）酶的命名目前采用的是1961年由国际酶学委员会制定的分类法。每一种酶的编号有四种数字，用圆点分开，如E·C·1·1·1·1前三个数字表示该酶所属的大类、亚类、次亚类，第四个数为该酶在次亚类中的位置，E·C为酶委员会代号。（2）酶的分类酶的分类除由国际酶学委员会进行编号并制定检索表外，根据酶在细胞内外的不同，可分为外酶和内酶两类。§6-6细菌的生物催化剂——酶第37页，共85页，星期日，2025年，2月5日2.酶的组成与性质（1）酶的组成酶按其组成，可分为单成分酶和双成分酶（复合酶）。（2）酶的性质酶具有蛋白质的理化性质。另外，酶是真正的催化剂。能够在常温和pH值近乎中性的温和条件下发挥其催化功能、酶的催化具有