化学计量学和细菌能量学ppt课件

1.细胞的经验分子式
COD’可以从经验公式中得到
如果已知一个生物培养物中4种有机元素的质量分配,就 可以很快建立经验分子式,并计算出COD’。
2.细胞的经验分子式
例题.生物体的经验分子式： 将一个生物培养物样品送到化学实验室，分析其有机成 分中各个主要元素的质量分数。在实验室将样品蒸发干燥， 然后再放入150℃的烘箱中过夜去除所有水分。干燥后，分 析残余的有机部分，随后，将样品放在550℃的马福炉中燃 烧，测定灰分的质量。灰分包括样品中的磷、硫、铁和其他 无机元素。结果发现，细胞的组成（质量分数为）48.9%的 C ,5.2%的H, 24.8%的O, 9.46%写的N和9.2%的灰分。请写出 细胞的经验分子式，如果假设c=1，确定细胞的COD'/有机物 质量比。
2.基质分配和细胞产率
基质分配： 0 微生物利用电子供体基质进行合成代谢，一部分电子 f e 0 先传递给电子受体，用以提高能量，使其他的电子 f s 转 化进入微生物细胞。 f e0 + f s0 = 1 电子 供体
f e0
f s0
产生能量 合成代谢
(先解释下总反应（罗蛋白）、能量反应与合成反应的框架。 氧化还原反应伴随着电子的转移，通过电子的转移这一伴随现象可以表明能量反应、合成 反应等过程)
化学计量学和细菌能量学
质量平衡应用于生物处理系统工程设计中
生物处理系统工程设计中，质量平衡可能是最重要的基 本概念。对于定量的废物，质量平衡用于确定： 1）为满足微生物的能量、营养和环境需求而需要提供的化 学物质的量。 化学物质的例子有：作为电子供体的氧、供微生物长 的氮和磷、将pH值保持在适当范围的石灰和硫酸等。 2）另外，还可以估算系统中最终产物的量。 最终产物的例子有：需要花费大量资金处置的剩余微 生物（污泥）和产自厌氧系统，可以作为能源加以利用的甲 烷。


化学计量学
研究化学计量学，我们需要3个条件： (1)细胞的经验分子式; (2)描述电子供体基质在产生能量和合成之间如何分 配的框架; (3)将用于合成新的生物体的电子供体基质与从分解 代谢获得能量、合成代谢所需要的能量联系起来 的方法。（细胞能量学） 接下来将依次介绍这3个条件。
1.细胞的经验分子式
0 Y= f s（ MCg细胞）/[ne eq/mol](8gCOD/e eq供体)]
2.基质分配和细胞产率
Y= （MCg细胞）/[ne eq/mol](8gCOD/e eq供体)]
式中—— MC ne 为细胞经验分子式的摩尔质量； 为经验摩尔细胞的电子当量数；
例：当以C5H7O2N 表示细胞，以铵为氮源时， MC =113g 细胞/mol细胞， ne =20e eq/mol 细胞。 Y = （113g细胞）/[20 eq/mol](8gCOD/e eq供体)] = 0.706 f s0 (g细胞/gCOD)
细胞中各种元素的相对比例取决于系统含有的微生物、用于 产生能量的基质以及微生物生长所需的营养物质等特性。 下表列举了其他研究报道的细胞经验分子。
1.细胞的经验分子式
分子式的构建 分子式构建是根据废水中含有的有机碳、氢和氮的相对质量 比例，通过常规的有机化学分析，得到每一种元素的含量。 计算需氧量COD’ 测量完全氧化单位质量细胞所需要的氧量。是比较细胞经验 分子式的一个极其重要的方法。
2.基质分配和细胞产率
0 0 f f 转化为细胞的那部分，即 s ，和用于产生能量的 e ，
可以为产生能量和合成代谢之间的基质分配框架的一个非常 重要的方面就是它以电子平衡为依据。因为电子流动产生细 胞能量，用电子平衡的方式表达电子分配也是必要的。
f s0
转化为细胞 g细胞产量/g消耗COD
转化为质量单位 实际产量Y

化学计量方程式举例
最早的废水生物氧化的平衡方程式之一
C3H12O3N2+3O2 酪蛋白 相对分子量： 184 96 ∑=280 C5H7O2N+NH3+3CO2+H2O 细菌细胞 113 17 132 ∑=280 18
方程式说明了什么呢？
化学计量方程式举例


方程式表明，为了使反应正常进行，微生物每 消耗184g酪蛋白必须提供96g氧。这个反应产生 113g新的细胞物质、17g氨（或者14g氨氮） 132g二氧化碳以及18g水。 这些知识对于设汁酪蛋白生物处理系统是必须 的。例如，当处理1000kg/d酪蛋白时，必须通过 曝气提洪520kg/d的氧，有610kg/d生物固体（也 就干污泥）需要进行脱水和处置。
化学计量学
如Porges1956年从经验数据推导出方程式，我们可以预知这一 反应的化学计量学。但有些问题要解决。 细菌细胞具有高度复杂的结构，含有多种碳酸盐、蛋白质、脂 肪和核酸，有些相对分子质量很大。微生物所包含的元素确实 远远多于式中的4种（C H O N），例如，磷、硫、铁以及其他 一些以痕量存在的元素。人们常常认为，一个经验分子式应该 包含更多的元素。 Porges等只选择了4种主要元素来表示。通常，这基本上是能够 满足应用的需要。只要知道形成细菌细胞的特定反应，就可以 通过它来确定分子式中未表示出的元素的需求量。例如，磷通 常占细菌细胞有机物干重的2%，因此，如果在处理过程中消耗 了1000kg/d酪蛋白，废水中就需要存在(或者加)0.02×610kg/d 或者12kg/d磷酸一磷，以满足细菌的需求。
化学计量学
如何具体的将质量平衡的百度文库理应用于生 物处理系统工程设计中？从而可以定量的掌 握生物处理系统工程设计？
化学计量学
化学计量学

化学计量学是一门通过统计学或数学方法将对化 学体系的测量值与体系的状态之间建立联系的学 科。由于化学反应而引起反应物系组成变化的计 算方法，是对反应过程进行物料衡算和热量衡算 的依据之一。 化学反应平衡方程式是基于化学计量学建立的， 过程中反应物和产物之间的摩尔关系。是化学反 应过程中反应物和产物之间的摩尔关系。
2.基质分配和细胞产率
微生物细胞生长速率：
d X dS a Y ( ) bX a d dt t
式中——
dX a dt