微生物的新陈代谢
新陈代谢：微生物不断从外界环境中摄取营养物质， 通过生物酶催化的复杂生化反应，在体内不断进行物 质转化和交换的过程。
分解代谢：分解复杂营养物质，降解高能化合物，获 得能量； 合成代谢：通过一系列的生化反应，将营养物质转化 为复杂的细胞成分，机体制造自身。
底物降解： 污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物化学变化的物质 称为底物或基质。 可生物降解有机物量：有机物的降解转化 可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物利用物质
厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧 化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底 物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能 量较少。
如有机污泥的厌氧消化过程中产生的甲烷，是含有相当能量 的可燃气体。
厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和 无氧呼吸。
好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，获得的 能量水平不同， 如下表所示。
呼吸方式
好氧呼吸
能量利用率42％
无氧呼吸
发酵
能量利用率26％
1.发酵 指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最
终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（有机物）。 这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是
比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较 少，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的 需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。
C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O 2817.3kJ
C11H 29O7
14O2
H
11CO2
13H2O
NH
4
能量
异氧微生物又可分为化能异氧微生物和光能异氧微生物：
化能异氧微生物：氧化有机物产生化学能而获得能量的微生物。
光能异氧微生物：以光为能源，以有机物为供氢体还原CO2，合成 有机物的一类厌氧微生物。
C6H12O6 6H2O 6CO2 24[H ]
24[H ] 4NO3 2N2 12H2O
总反应式：
C6 H12O6
4 NO3
6CO2
6H 2O
2
N
2
1755.6kJ
在无氧呼吸过程中，供氢体和受氢体之间也需要细胞色素等中间 电子传递体，并伴随有磷酸化作用，底物可被彻底氧化，能量得以 分级释放，故无氧呼吸也产生较多的能量用于生命活动。但由于有 些能量随着电子转移至最终受氢体中，故释放的能量不如好氧呼吸 的多。
微生物的呼吸类型
微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能
根据受氢体的不同分为
好氧呼吸
厌氧呼吸
根据氧化的底物、氧化产物的不同
按反应过程中的最终受氢体的不同
异养型微生物 自养型微生物
发酵
无氧呼吸
好氧呼吸
好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，通过一系列氧 化还原反应获得能量的过程。 有分子氧参与的生物氧化， 反应的最终受氢体是分子氧。 底物中的氢被脱氢酶活化，并从底物中脱出交给辅酶（递氢 体），同时放出电子，氧化酶利用底物放出的电子激活游离 氧，活化氧和从底物中脱出的氢结合成水。
H2S 2O2 H2SO4 能量
大型合流污水沟道和污水沟 道存在该式所示的生化反应
NH
4
2O2
NO3
2H
H 2O
能量
生物脱氮工艺中的生物硝化过程
厌氧呼吸
厌氧呼吸是在无分子氧（O2）的情况下进行的生物氧化。
厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程 中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶 传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。
2H
NAD(P) NAD(P)H H
2H
NAD(P)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）
好氧呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程。在这过 程中，同时放出能量。
依好氧微生物的类型不同，被其氧化的底物不同，氧化产物 也不同。好氧呼吸有异养型微生物和自养型微生物两种 。
1.异养型微生物 异养型微生物以有机物为底物（电子供体），其终点产物为二氧化 碳、氨和水等无机物，同时放出能量。如下式所示：
氧化磷酸化 光合磷酸化
底物水平磷酸化 电子传递磷酸化
低能化合物
ATP
细胞合成
磷酸根
能量
生理需要
高能化合物
ADP
热能释放
微生物的呼吸
一切生物时刻都在进行着呼吸，没有呼吸就没有生命
呼吸作用的生物现象：
呼吸作用中发生能量转换：供细胞合成、其它生命 活动、多余以热量形式释放； 通过呼吸作用，复杂有机物逐步转化为简单物质； 呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质
有机废水的好氧生物处理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧 消化等属于这种类型的呼吸。
2.自养型微生物 自养型微生物以无机物为底物（电子供体），其终点产物也是无机 物，同时放出能量。
光能自养微生物 需要阳光或灯光作能源，依靠体内的光合作用色素合成有机物。
光
CO2+H2O 叶绿素
[CH2O]＋O2
化能自养微生物 化能自养微生物不具备色素，不能进行光合作用，合成有机物所需 的能量来自氧化NH3、H2S等无机物。
例如葡萄糖发酵的过程：
C6 H12O6 2CH3COCOOH 4[H ]
2CH3COCOOH 2CO2 2CH3CHO
4[H ] 2CH3CHO 2CH3CH 2OH
总反应式：
C6H12O6 2CH3CH 2OH 2CO2 92.0kJ
2.无氧呼吸
是指以无机氧化物，如NO3-，NO2-，SO42-，S2O32-，CO2等代 替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。 在反硝化作用中，受氢体为NO3-可用下式所示：
No free lunch for the bugs, No free lunch for us either.
Let us serve the bugs before bugs serve us better.
第十一章
废水生物处理的基本概念 和生化反应动力学基础
第一节 废水的好氧生物处理和厌氧生物处理
分解代谢 (异化作用)
新陈代谢
合成代谢 (同化作用)
复杂物质分解为简单物质
释放能量 吸收能量
能量代谢
物质代谢
简单物质合成为复杂物质
能量循环：三磷酸腺苷ATP(Adenosine Triphosphate) AMP+~P→ADP+ ~P →ATP ADP磷酸化生成ATP： ATP水解产生能量
ADP磷酸化