Полная версия

Главная arrow Экология arrow ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Уравнение кинетики ферментативных реакций.

Это уравнение было предложено Михаэлисом и Ментеном. Оно определяет скорость протекания реакций внутри клеток микроорганизмов.

При выводе уравнения кинетики рассматривается следующая реакция:

Здесь к,, к2, к3 — константы скоростей процессов. В ходе этой реакции молекулы вещества S взаимодействуют с ферментом Е, образуя фермент-субстратный комплекс ES. Затем этот комлекс превращается в конечный продукт Р с регенерацией фермента. Вторая реакция также обратима, т. е. возможно из Р и Е вновь образование комплекса ES, но в данном случае в стационарных условиях концентрация ES остается практически постоянной, т. е. определяющую роль в кинетике играет реакция превращения ES в продукт.

В стационарных условиях скорость образования фермент-суб- стратного комплекса равна скорости его распада, т. е. на основании закона действующих масс константа равновесия первой реакции равна:

Если начальная концентрация фермента (точнее, активных центров фермента) равна Е0, то уравнение материального баланса для него будет:

Таким образом, рассматривая уравнения (11.207) и (11.208), получим:

или

Отсюда концентрация фермент-субстратного комлекса равна:

Разделив числитель и знаменатель на к! и обозначив (к23)/ k(=kM, получим:

Скорость образования продукта Р может быть записана так:

Из двух последних уравнений следует:

Из этого уравнения видно, что при малых значениях [S] скорость ферментативной реакции изменяется приблизительно линейно с ростом концентрации субстрата. Максимальное значение скорости равно Ц[Е0]. В этом случае равновесие реакции сдвинуто вправо и практически весь фермент находится в виде комплекса ES. Это наблюдается при значительном избытке субстрата. В этих условиях скорость реакции не зависит от концентрации субстрата.

Обозначив dP/dx=V, а к30]=Умакс, получим уравнение Михаэ- лиса — Ментен:

Константу Км называют константой Михаэлиса — Ментен. Она характеризует зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в стационарном состоянии процесса. Константа имеет размерность моль/л.

Если V=0,5VuaKc, то Km=[S]. Отсюда следует, что константа Км численно равна концентрации субстрата, при которой скорость ферментативной реакции составляет половину максимально возможной.

Для определения значения константы Км исследуют зависимость скорости реакции по концентрации субстрата в широком диапазоне [S], Зависимость выражают графически, откладывая на оси ординат 1 /V, а на оси абсцисс 1/[S]. В случае применимости к исследуемой реакции уравнения Михаэлиса — Ментен зависимость 1/V=f(l/[S])

будет изображаться прямой линией. Причем прямая отсекает на оси ординат отрезок, равный 1/V , а на оси абсцисс 1/Км (рис. II-66).

Прирост биомассы. В процессе очистки сточных вод происходит процесс прироста биомассы, который зависит от химической природы загрязне-

Рис. Н-66. Определение константы К .

М нии, вида и возврата микроорганизмов,

БПК и ХПК, от концентрации фосфора и азота в сточной воде, от ее температуры. Прирост биомассы зависит также от скорости размножения микроорганизмов и имеет сложную зависимость от времени. Для периодического процесса в общем виде процесс роста микроорганизмов во времени изображается кривой, показанной на рис. 11-67.

В зависимости от скорости выделя- _ _

Рис. II-67. Скорость роста мик- ют несколько фаз роста микроорганиз- v

л , , , роорганизмов

мов. Фаза 1 — приспособления (лаг- r *

фаза), когда клетки увеличиваются в размерах, но число их не возрастает. Фаза II — экспоненциального роста, когда клетки делятся с максимальной скоростью. Фаза III — замедления роста, в ней наблюдается истощение питательных веществ. Фаза IV — стационарного роста, численность микроорганизмов остается неизменной. Фаза V — отмирания.

Наклон кривой (рис. 11-67) показывает мгновенную скорость роста, которая меняется в различные промежутки времени. Фаза II является периодом самого быстрого развития микроорганизмов. Питательных веществ достаточно, и скорость роста не тормозится продуктами распада. Прирост биомассы происходит с постоянной скоростью по прямой линии. Тангенс угла наклона этой прямой обознача- ют шмис и называют удельной экспоненциальной скоростью роста.

Удельная скорость роста специфична для каждого вида микроорганизмов и среды. Зависимость ее от концентрации субстрата определяется уравнением Моно:

Константа Км всегда больше 0, поэтому дробь меньше единицы и рма|(с не может быть достигнута. Только при S>KM удельная скорость близка к рмакс.

Для приближенных расчетов прирост биомассы (Пр) можно определить по формуле:

Коэффициент К, характеризующий качество ила, для ПСВ определяется эксперементально и изменяется в пределах 0,1-0,9. Прирост биомассы для монокультуры всегда меньше, чем для культур биоценоза.

При условии непрерывного поступления свежего субстрата и вывода продуктов разложения веществ можно поддерживать высокую скорость размножения микробов и проводить непрерывный процесс очистки сточных вод. Для этого необходимо, чтобы концентрация питательных веществ и продуктов распада поддерживалась на определенном и постоянном уровне.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>