生物质生长与基质利用

3.2.1广义生物量方程增长

从第2.4.1节可以回顾，生物量增长和底物利用是耦合的。此外，我们在第2.4.2节中看到，环境工程师通过衰变反应来解释维持能量的需求。这意味着只要可溶性微生物产品的产量可以忽略不计，底物的唯一用途就是生物量的增长。因此，当以底物为基础写出生物量生长的化学计量方程时，生物量项的化学计量系数即为生物量真实生长产量。考虑到这一点，微生物生长的广义方程可以写成:

碳源+能量源+电子受体+营养物生物质+ CO- +还原受体+最终产物

出于建模的目的，无论碳源、能量源或电子受体是什么，都希望能够以相同的形式写出任何情况下的定量方程。利用半反应的概念，麦卡蒂设计了一种可以实现这一点的技术。

半反应的方法。在没有显著的可溶性微生物产物形成的情况下，所有的非光合微生物生长反应都由两个部分组成，一个用于合成，一个用于能量。合成组分中的碳最终形成生物质，而与能量组分相关的任何碳都变成二氧化碳*此类反应也是氧化还原反应，因此涉及电子从供体转移到受体。对于异养生长，电子供体是有机底物，而对于自养生长，电子供体是无机底物。为了考虑所有这些因素，McCarty写了三种类型的半反应:一种用于细胞材料(RL)，一种用于电子供体(R，，)，一种用于电子受体(R，，)。表3.2列出了各种物质的含量。反应1和2代表R，代表生物量的形成。两者均基于经验公式C

总化学计量方程(R)为半反应的和:

负号表示半反应R和R在使用前必须颠倒。这是通过切换左右两边来实现的。术语f表示电子供体与电子受体耦合的部分，即用于能量的部分，因此下标e, f”表示通过合成捕获的部分。因此，他们量化了反应的终点。此外，为了使式3.14平衡:

这个方程等价于说明所有原本在电子供体中的电子最终要么在合成的生物质中(f_)，要么在电子受体中(ft.)。这是一个重要的基本概念，我们稍后还会讲到。

化学计量方程中使用的经验公式。通过检查表3.2可以看出，为了写出半反应，有必要假设生物质和替代有机电子给体的经验公式。

人们提出了各种经验公式来表示微生物细胞的有机组成。这是该领域最古老、最被广泛接受的理论之一

表3.2氧化半反应

反应数半反应

细菌细胞合成反应(R，)

氨作为氮源:

1.- C\H- on + - H O = - CO + - HCO， + - NH， + H 4 e

20 20 - 5 20 20

硝酸盐作为氮源

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