从活性污泥法总磷去除机理来分析好氧释磷的原因

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查看2379 | 回复21 | 2022-8-19 15:57:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

此处暂不考虑进水水质异常导致出水总磷升高的情况,默认聚磷菌活性正常,仅从碳源、溶解氧、停留时间,缺氧情况等可控因素来进行分析。
1、厌氧段反应
通俗来讲,聚磷菌在厌氧池释放磷来储存碳源,为后续好氧吸磷作准备,释磷越彻底释磷浓度越高,说明厌氧效果越好,菌种储存的碳源越多,越有利于后续的吸磷反应。
单从微观的角度来说,厌氧池的释磷反应不可谓不复杂。如前述所说,厌氧条件下聚磷菌吸收小分子碳源,进行转化并以PHB的形式储存在细胞内。但PHB的还原状态物远低于小分子碳源,具有一定的转换难度,需要NADH2的加入才能完成转换。就是说我要把我赚到的100大钱无损的换成333块钱的小钱,光靠我自己还做不到,我得找个商人才行,NADH2就承担了商人的角色,它换完钱就跑路消失掉了。但这个NADH2的来历也很有意思,NADH2来源于菌种体内糖元质转化为PHB时产生,而他产生的过程中需要消耗ATP(注:三磷酸腺苷,生物能量的最小单位),ATP来源于聚磷酸盐水解、即菌种释磷。
按我的理解就是我是一个搬砖仔(聚磷菌),现在我准备下班了(厌氧下班)。我兜里原本就有百元大钞(糖元质)和一点零钱(ATP),但零钱在我手上,而我正在搬砖(体内有磷),砖头压着我手上的零钱,我有把零钱合成小钱大钱的能力但反过来却不会,因此想吸引一个商人(NADH2)来给我换钱。为了吸引到它,刚好我下班,就把手上的砖头狠狠地砸在了工头脑袋上,然后手就空出来能往外掏零钱了,商人一进门就看见我在打工头工头在打我。我先把零钱变成了小钱,然后让商人把我自己的大钱换成小钱。刚刚工头被我吓着了赶紧给我结算工资(吸收碳源),然后商人看着我又赚到钱了就继续帮我换钱,直到我赚的钱也换完了他也就消失了。
在这里会有一个限制因素糖元质,糖元质的含量取决于菌种体内所含的可释放的磷的量;如果糖元质不足,那么即使厌氧池停留时间充足,也只能出现最大碳源吸收量而非最大释磷量。也就是我兜里原有的大钱,这个大钱不是我想有多少就有多少,而是取决于我先前搬了多少砖,我搬的砖多我兜里钱才多。如果我先前摸鱼了我兜里大钱就少,虽然手上砖头少也能砸得工头头破血流拿到钱,但商人就只是帮我换了后续结算的工钱,而不是原有的工钱。公式整理如下:
①聚磷菌-=ATP
②糖元质+ATP=PHB+NADH2
NADH2+碳源=PHB
由此,菌种体内便全是PHB这种小钱,其他的NADH2、聚磷酸盐、糖元质、小分子碳源全都没有。
另外,糖元质成为限制性因素的情况极端少见,因为聚磷菌吃苦耐劳寿命短,怎么可能摸鱼呢?(思想觉悟比我高多了)
2、缺/好氧吸磷
通俗来讲,好氧吸磷就是聚磷菌在好氧池氧气的作用下,消耗掉体内储存的碳源,完成吸收水中的磷顺便繁殖的过程。
理论来讲就是在好氧的条件下,聚磷菌将PHB分为ABC三份(ABC)。在氧气的作用下,将A份的PHB转换成abc三份ATPabc),这部分也是伴随还原态物质再次下降,因此也出现了NADH2的介入和消失。聚磷菌消耗a份的ATP,吸收水中大量的磷,实现好氧吸磷的目的。B份的PHB结合b份的ATP产生糖元质并储存。最后聚磷菌利用C份的PHBc份的ATP进行生长繁殖。
感觉这段很好理解就没什么必要打比方了。我打了工头,但我也要上班啊,这不又要上工了(有氧气/硝氮就是上班)。这四五十度的高温天我上工地搬砖多热啊,想买几瓶冰阔落,阔落3块一瓶但我兜里都是33的整钱不方便,这不,商人又来了。我把口袋里的钱拿出一部分换成零钱,然后呼吸着氧气喝着冰阔落快乐的搬砖。然后我发现换的零钱有点多,就寻思着还是换成大钱存着吧,就把一些零钱和一些33的整钱变成了百元大钞存了起来(没想到吧我会魔法,虽然不能把大钱拆成小钱,但我能把小钱合成大钱哈哈哈,让你**的奸商赚我钱)。存好钱过后,我发现兜里还有一丢丢零钱和整钱,刚好下班了,吃吃喝喝撩小姐姐去咯。公式意思如下:
PHB=A+B+CPHB
A PHB=NADH2=a+b+cATP
a ATP+O2-PO43-=0
B PHB+b ATP=糖元质
C PHB+c ATP=生长繁殖
故事讲得差不多了,标题里还有个“缺”大家都注意到了吧,没错缺氧池里也会发生吸磷反应,就是把好氧池的氧气换成硝酸盐氮,其余都一样。只不过利用硝酸盐氮吸磷的效率只有氧气的60%,且缺氧池反硝化反应速度比较快(以后有空再写这方面),真留给吸磷所利用的硝氮着实不多。
3、缺/好氧释磷
这是高阶情况,当缺、好氧池存在一定量小分子有机酸碳源时,缺好氧池也会出现聚磷菌释磷反应。各位要注意下,内回流该加则加,否则为了节约电耗减小内回流导致碳源用不完,从而使总磷升高就得不偿失了。
当缺氧好氧存在多余的有机底物,聚磷菌就不再氧化消耗PHB,而是吸收这些有机底物并储存为PHB。在吸收有机底物的过程中不仅会生成NADH2,有氧气/硝氮的参与还生成了FADH2。而还原能力也经过“正常的”三羧酸循环[NADH2FADH2的形式被修复,然而这个过程中FADH2代替了糖元质的消耗。
(注1:厌氧释磷反应里的糖元质分解产生NADH2,继而NADH2又和碳源一起反应形成PHB的过程称为三羧酸循环,这个过程伴随糖元质的消耗)
讲故事的说法就是,我搬砖搬得好好的,夭寿了工头开始撒钱了(过量加碳源或者什么的),那还上什么班,直接砖头一扔(释磷)停工下班去捡钱。剩下换钱的步骤就是和厌氧差不多,但因为我捡到钱了,商人们看到我发了横财(缺好氧池有机底物)就都蜂拥而上,直接来了两个商人(NADH2FADH2)帮我换钱。厌氧池里我钱少,一个商人就够了,跟它换钱我还得掏出我的存款大钱(糖元质)。但现在不一样,我钱多啊,我不需要动我的存款,就我捡的钱,一个商人都换不来,得俩!就这样,我不仅不上班,我还把我手上的砖头扔了出去让别人搬,我自己去捡钱。工头回过神来,发现自己做了傻*事,白白浪费了公司的钱,估计得被开除。公式介绍:
①聚磷菌-=ATP
②有机底物=PHB+NADH2+FADH2
FADH2+氧气/硝氮=ATP
NADH2+ATP=PHB

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大梨 | 2022-8-19 17:11:23 | 显示全部楼层
置顶!这个知识点我也刚学的。
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ChaoSkr | 2022-8-19 17:58:51 来自手机 | 显示全部楼层
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站在原地,等 | 2022-8-19 19:45:39 来自手机 | 显示全部楼层
写的太棒了,把聚磷菌的工作过程描述的淋漓尽致
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碧海王 | 2022-8-19 21:03:02 来自手机 | 显示全部楼层
谢谢分享,辛苦了,喝瓶冰阔落
为人类奉献碧水蓝天,给未来留下更多资源!
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十方銹才 | 2022-8-20 09:43:42 来自手机 | 显示全部楼层
这个NADH2和NADPH是不是同一种物质?看到不同文献上两种说法都有。生物化学书上讲NADH主要是进入呼吸链产能,NADPH主要是提供还原力。
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忘情水 | 2022-8-20 10:21:06 来自手机 | 显示全部楼层
简单易懂,感触深厚,学习!
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清浊之间 | 2022-8-20 16:33:05 来自手机 | 显示全部楼层
十方銹才 发表于 2022-8-20 09:43
这个NADH2和NADPH是不是同一种物质?看到不同文献上两种说法都有。生物化学书上讲NADH主要是进入呼吸链产能 ...

我觉得可以算是同一种东西,只是NADPH多一个磷酸基团,更容易参与还原性代谢。。我也就半桶水(>﹏<)
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十方銹才 | 2022-8-20 17:21:32 来自手机 | 显示全部楼层
清浊之间 发表于 2022-8-20 16:33
我觉得可以算是同一种东西,只是NADPH多一个磷酸基团,更容易参与还原性代谢。。我也就半桶水(>﹏ ...

收到,谢谢
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scj1982 | 2022-8-20 20:32:40 来自手机 | 显示全部楼层
我看不懂他写的比喻。谁解释下。
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