微生物在載體表面的固定機(jī)理培訓(xùn)課件

微生物在載體表面的固定機(jī)理微生物固定的一般過程

目錄微生物固定動(dòng)力學(xué)

硝化細(xì)菌在在體表面的固定措施

影響微生物固定的重要因素2/36微生物在載體表面的固定機(jī)理微生物固定的一般過程2.1液相中懸浮微生物微生物向載體表面運(yùn)送可逆附著不可逆附著固定微生物增長、形成生物膜沒有附著的微生物圖1.微生物在載體表面固定的一般過程3/36微生物在載體表面的固定機(jī)理液相中懸浮微生物微生物向載體表面運(yùn)送可逆附著不可逆附著固定微生物增長、形成生物膜4/36微生物在載體表面的固定機(jī)理

細(xì)菌從液相向載體表面的運(yùn)送，主要通過以下兩種方式完成：1、主動(dòng)運(yùn)輸：指細(xì)菌借助水力動(dòng)力學(xué)及各種擴(kuò)散力向載體表面遷移；2、被動(dòng)運(yùn)輸：由布朗運(yùn)動(dòng)、細(xì)菌自身運(yùn)動(dòng)、重力或沉降作用完成的。微生物向載體表面運(yùn)送5/36微生物在載體表面的固定機(jī)理液相中懸浮微生物微生物向載體表面運(yùn)送可逆附著不可逆附著固定微生物增長、形成生物膜6/36微生物在載體表面的固定機(jī)理可逆附著

在細(xì)菌與載體表面接觸的最初階段，微生物與載體間首先形成的是可逆附著，微生物在載體表面的可逆附著實(shí)際上反映的是附著與脫析的雙向動(dòng)態(tài)過程。

原因：環(huán)境中存在的水力學(xué)力或是簡單的布朗運(yùn)動(dòng)或是細(xì)菌自身的運(yùn)動(dòng)都可能使已附著在載體表面的細(xì)菌重新返回懸浮液相中去。一般講，造成這種可逆附著過程的力主要是物理及化學(xué)相互作用。7/36微生物在載體表面的固定機(jī)理物理力化學(xué)力斥力范德華力氫鍵，酯化反應(yīng)等范德華力異電引力離子對(duì)的形成（例如：-NH3+….OOC-）粒子空間位阻熱力學(xué)力正離子對(duì)的形成（例如：-COO….Ca2+…OOC-）同電斥力等表面張力粒子橋鍵等表面自由能表面功表面臨界張力表一、導(dǎo)致微生物可逆吸附的各種引力和斥力總而言之，微生物可逆附著取決于微生物與載體表面間力的作用強(qiáng)度。8/36微生物在載體表面的固定機(jī)理液相中懸浮微生物微生物向載體表面運(yùn)送可逆附著不可逆附著固定微生物增長、形成生物膜9/36微生物在載體表面的固定機(jī)理不可逆附著不可逆附著過程通常是由于微生物分泌一些粘性代謝物質(zhì)所造成的，例如多聚糖等。這些體外多聚糖類物質(zhì)起到了生物“膠水”作用，因此，這階段附著的細(xì)菌不易被中等水力剪切力所沖刷掉。

事實(shí)上，可逆與不可逆附著的區(qū)別在于是否有生物聚合物參與細(xì)菌與載體表面間的相互作用。

不可逆附著是形成生物膜群落的基礎(chǔ)。10/36微生物在載體表面的固定機(jī)理微生物固定動(dòng)力學(xué)2.2一、可逆附著動(dòng)力學(xué)式中a1、a2——細(xì)菌附著及反附著常數(shù)微生物在載體表面的可逆附著過程主要是一種物理化學(xué)力起作用的過程，即可歸結(jié)成物理化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問題。微生物在載體表面的可逆附著過程：11/36微生物在載體表面的固定機(jī)理圖2.亞硝化細(xì)菌在PE、PP及PS表面積累曲線（Liu，1994）12/36微生物在載體表面的固定機(jī)理根據(jù)圖2表明，亞硝化細(xì)菌的附著過程遵循一級(jí)可逆反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。Liu明確提出微生物在載體表面的可逆附著行為遵守一級(jí)可逆反應(yīng)動(dòng)力學(xué)準(zhǔn)則。

微生物附著固定速度可表示為：13/36微生物在載體表面的固定機(jī)理二、微生物不可逆附著模型已附著、固定的微生物開始其各種生理活動(dòng)，可用如下過程模式描述：式中a3——生物膜或固定微生物凈積累常數(shù)，T-1其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在生物膜形成初期，生物量積累過程遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（見圖3）。14/36微生物在載體表面的固定機(jī)理圖3.生物膜積累隨時(shí)間變化（Re=17200以及μ=0.28h-1）15/36微生物在載體表面的固定機(jī)理在一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的生物反應(yīng)器中，早期生物膜形成速率主要依賴以下兩個(gè)因素：意識(shí)微生物與載體表面接觸頻度；再則是懸浮微生物的增長活性。

大量實(shí)驗(yàn)表明，微生物與載體間接觸頻度直接取決于懸浮微生物濃度、微生物體的性質(zhì)及水力學(xué)強(qiáng)度，這些通常由可測(cè)定的懸浮微生物濃度（X）和雷諾數(shù)（Re）表示。至于懸浮微生物活性可通過其增長比速度（μ）來描述。16/36微生物在載體表面的固定機(jī)理影響微生物固定的重要因素2.3影響微生物在載體表面附著、生長的因素可歸納為三大類，即微生物自身的性質(zhì)，載體表面的性質(zhì)以及環(huán)境特性。微生物性質(zhì)載體表面的性質(zhì)環(huán)境特性種類表面親水性PH培養(yǎng)條件表面電荷離子強(qiáng)度活性表面化學(xué)組成水力剪切濃度表面粗糙度溫度與微生物接觸環(huán)境組成表二、影響微生物在載體表面固定的因素17/36微生物在載體表面的固定機(jī)理結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型重點(diǎn)討論以下幾種因素對(duì)微生物附著、固定的影響。一、懸浮微生物濃度圖4.懸浮消化細(xì)菌濃度對(duì)a的影響18/36微生物在載體表面的固定機(jī)理二、液相PH除了等電點(diǎn)以外，細(xì)菌表面在不同環(huán)境下帶有不同的電荷。液相環(huán)境中，pH的變化將直接影響微生物的表面電荷特性。

當(dāng)液相pH大于細(xì)菌等電點(diǎn)時(shí)，細(xì)菌表面由于氨基酸的電離作用而呈負(fù)電性；當(dāng)液相pH小于細(xì)菌等電點(diǎn)時(shí)，細(xì)菌表面呈正電性。20/36微生物在載體表面的固定機(jī)理圖6.液相pH對(duì)硝化細(xì)菌固定速率的影響21/36微生物在載體表面的固定機(jī)理圖7.液相pH對(duì)硝化細(xì)菌在不同載體表面的Bmax影響22/36微生物在載體表面的固定機(jī)理三、液相離子強(qiáng)度液相離子強(qiáng)度由下式計(jì)算I·S=0.5CiZi2式中：I·S——離子強(qiáng)度；Ci——離子i的濃度，ML-3；Zi——離子i的電荷數(shù)。23/36微生物在載體表面的固定機(jī)理圖8.液相離子強(qiáng)度對(duì)a影響24/36微生物在載體表面的固定機(jī)理圖9.液相離子強(qiáng)度對(duì)Bmax的影響25/36微生物在載體表面的固定機(jī)理隨著離子強(qiáng)度的增加，硝化細(xì)菌與載體表面的分離作用趨于最小。有關(guān)離子強(qiáng)度對(duì)微生物在懸浮相中穩(wěn)定的影響，膠體化學(xué)中的DLVD理論提供了定性及定量的解釋，見圖10。圖10.在不同離子強(qiáng)度下細(xì)菌與載體表面間相互作用能的變化26/36微生物在載體表面的固定機(jī)理四、懸浮微生物的活性

我們通常采用微生物的比增長率（μ）來描述微生物的活性，即單位質(zhì)量微生物的增長繁殖速率。

在研究微生物活性對(duì)生物膜形成最初階段的影響時(shí)，關(guān)鍵是如何控制懸浮微生物的比增長率（μ）。27/36微生物在載體表面的固定機(jī)理圖11.不同活性下硝化細(xì)菌在PS表面固定動(dòng)力學(xué)28/36微生物在載體表面的固定機(jī)理圖12.不同活性下多聚糖在PS表面積累動(dòng)力學(xué)29/36微生物在載體表面的固定機(jī)理圖13.懸浮硝化細(xì)菌比活性（μ）與硝化生物膜初始形成速率的關(guān)系30/36微生物在載體表面的固定機(jī)理五、載體表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

在正常生長環(huán)境下，微生物表面帶有負(fù)電荷，通過一定的表面改良技術(shù)，使載體表面具有正電性，這將使微生物在在體表面附著、固定的過程更易進(jìn)行。31微生物在載體表面的固定機(jī)理圖14.載體表面電性對(duì)硝化細(xì)菌固定的影響32/36微生物在載體表面的固定機(jī)理

載體表面的粗糙度有利于細(xì)菌在其表面附著、固定，主要由于以下兩個(gè)方面的原因：1、與光滑表面相比，粗糙的載體表面增加了與細(xì)菌間的有效接觸面積；2、在體表面的粗糙部分，如孔洞、裂縫等對(duì)已附著的細(xì)菌起到屏蔽保護(hù)，使它們免受水力學(xué)剪切的沖刷作用。33/36微生物在載體表面的固定機(jī)理六、水力剪切作用

在實(shí)際水處理中，水力剪切力的強(qiáng)弱決定了生物膜反應(yīng)器啟動(dòng)周期。

最常用于描述水力剪切作用對(duì)細(xì)菌在載體表面固