强化生物除磷体系中聚磷菌与聚糖菌竞争原理与调控方法

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1、第1章绪论EBPR体系中的相对含量口J。由于我们不可能就单一的菌体来解释EBPR过程，因此生化模型都是假定所有在EBPR活性污泥生物群中发现的生物化学变化现象和规律(比如说：多聚磷酸盐的吸收和水解、PHA的合成与再利用)通通都发生在单一的一个PA0s细胞内，也就是假定所有具有除磷特征的微生物都有着同样的代谢特征⋯。从srinath等人于1959年首次发现污水生物除磷现象以后【5】，人们开始对除磷机理进行摸索和研究。然而，早期的研究工作往往将注意力集中在好氧条件F的生物吸磷过程，并没有在意磷的厌氧释放和好氧吸收之间的关系，直到上世纪80年代初，Rensink才首次报道了好氧吸磷与

2、厌氧放磷过程之间存在着某种必然联系吼在此基础上，comeau等人【71于1985年提出了PAos生化模型，后来被称为Comeau．wentzeI模型，随后，Mino等人嗍于1988年提出了另外一套模型，后来被称为Mino模型，两个模型在“还原力的来源”这一问题上存在着分歧。随着研究的不断深入，又有一些类似的P=AOs生化模型被提出，这些模型在“还原力的来源”、“所需生物能的来源”以及“糖原的作用”等问题上有着各自相似或不同的观点一4“。大多数生化模型都假定认为PAOs在厌氧条件下能够利用体内多聚磷酸盐颗粒水解反应所释放出来的能量吸收乙酸，并将其转化成乙酰辅酶A，随后乙酰辅酶A再

3、被还原成PHA，但是只有在还原力(NADH+H+)的参与下才能够实现从乙酰辅酶A到PHA这一过程。Comeau等人17J认为所需要的还原力是依靠部分乙酰辅酶A通过TcA循环来获得。与这一观点不同的是，Mino等人【8】则认为所需要的还原力是依靠PAOs体内的糖原(一种碳水化合物)通过糖酵解(即EMP途径)来产生。随后，Wentzel等人㈣指出以上两种观点都有可能正确，并将前者称为Comeau．wemzel模型，而把后者称为Min0模型。Mino模型是目前被人们广为接受的PAOs生化模型，大多数对EBPR体系的相关研究都是以此模型作为研究的理论基础。根据wemzel等人总结出的M

4、ino模型，聚磷菌在厌氧条件下的生化模型见图1．1113】(泣：Pi为ATP的水解产物——正磷酸盐，PHB为PHA的主要组成部分)。北京I．业人学上学硕十学位论文：X三)剐，圯人．A。，／——，i／乙酰糖原PHB图l-1聚磷菌在厌氧条件下的生化模型“jjFig．1-lThebiochcmicaImodclofP：AOsunderthea11aerobiccondition由图1．1可知：在厌氧条件下，PAos体内的多聚磷酸盐颗粒发生水解反应，同时，体内的糖原也通过EMP途径或ED循环转化成丙酮酸，在这两个过程中都会有能量以ATP形式释放出来。环境溶液中的乙酸就利用其中部分能量，

5、通过主动运输进入到细胞内，并立刻与ATP的水解反应祸合。也就是说，进入到细胞内的乙酸在辅酶A的作用下，消耗了ATP(即被增能)，转化成乙酰辅酶A。消耗ATP的过程也就是ATP发生水解的过程，其水解反应方程式(1．1)【14l为：Ar．P+H20—}ADP+H3P04+能量(1．1)于是磷便被释放到体外(与其相结合的阳离子也一同被释放到体外)。整个变化过程用反应方程式(1．2)嘲表示为：CH3COOH+CoA—SH+ATP—CH3CO～SCoA+H20+ADP+Pi(1—2)糖原在转化成丙酮酸后，也会在丙酮酸脱氢酶的催化下发生氧化脱羧，进一步转化成乙酰辅酶A，在这两个过程中都会产

6、生还原力(NADH+H十)，而且在后一过程中还会伴随有C02的生成【8】o还原力的产生过程可以用反应方程式(1．3)和(1．4)表示唑(C6Hl005)n+3nADPj-+3nPi厶+2nNAD’+州’_÷2nCH3COC00_+3nATP斗4+2nH20+2n(NADH+H’)(1-3)CH3COC00’+H’+CoASH+NAD’—÷CH3CO～SCoA+(NADH+H+)+C02(1．4)最后，乙酰辅酶A在还原力的作用下，得到所需要的电子和质子，最终被还原成PHB，并在体内储存起来。第l章绪论聚磷菌在好氧或缺氧(环境溶液中不存在氧，但存在硝酸氮)条件下的生化模型见图1—2

7、。图1．2聚磷菌在好氧，缺氧条件下的生化模型”川Fig．1-2ThebiochemicalmodeIofB～Osundertheaerobic／anoxiccondition’在EBPR工艺中，好氧或缺氧的环境条件被放置在厌氧环境条件后，所以在此时的环境溶液中缺乏易被利用的营养物质。由图1．2可以知道：PA0s为了生长繁殖，只能够利用先前在厌氧条件下形成的PHB作为其生长繁殖所需要的碳源和能源。其中有一部分PHB被重新转化成糖原，这样体内糖原的含量就得到了恢复，町以在下次厌氧条件下被重新利用