碳源
所有的生物都是由基础的细胞单元构成,而细胞是存在于实体空间的,所以它必须具有一定的质量作为物质基础。
从化学元素组成来说,碳、氢、氧、氮、磷占据大多数细胞质量的99%以上,所以在生物合成角度上,在复制自身的结构时需要有相应的碳源、氮源、磷源。可以说,碳源这个说法是从微生物物质需求的角度来说的。
电子供体
由于生化处理系统中,大多数为异养菌,它们不但利用有机物中的化学元素作为构建自身细胞物质的“钢筋水泥”。
还同时通过基于酶促反应的分解代谢获取有机物中的能量,转化为细胞内的通用能量货币ATP。而电子供体和电子受体,则侧重于微生物的能量代谢途径。
碳源与电子供体的区分
碳源是碳源,电子供体是电子供体,两者并不总是重合的。有时我们会说需要添加碳源,有时又会说需要碳源来补充电子供体,这会让人觉得很混乱。而之所以产生混乱,只不过是因为它们可能恰巧是同一种物质。
电子供体实际上是从化学反应的角度来说的。因为需要遵循电荷守恒定律,而化学反应的实质又是电子的转移,所以必然有得有失。得到电子的即为电子受体,失去电子的即为电子供体。这点并不难理解。
电子受体
在好氧反应中,氧气充当的角色就是电子受体,它得到电子后与氢质子结合为水,使整个反应链得以完成。而伴随着化学反应的就是能量的释放。一般而言,生物细胞在利用葡萄糖时的能量转化效率为35%。
在非好氧生物系统中,微生物也需要利用化学反应获得能量。但在它们的生活环境中没有分子氧作为电子受体,于是亚硝酸盐、硝酸盐、硫酸盐、二氧化碳等,就起到了和好氧条件下分子氧同样的作用。
充当电子供体
在有些难降解物质比如吡啶、喹啉等物质代谢的单加氧反应中:
ZH2作为电子供体,它的存在是为了使化学反应可以顺利完成,以便于释放有机物A-H中的能量。ZH2通常都是葡萄糖、乙酸钠等简单的小分子有机物,但在这里,补充碳源,也就是补充电子供体。
它只是打辅助作用,我们并不需要它在这个过程中作为一种可以转化为细胞物质的碳源,而仅仅是一个电子供体。
碳源+电子供体
如果结合下式,就可以看出其中的一点不同:
这个是以葡萄糖作为碳源合成生物细胞的总反应式,可以知道在初始反应中,葡萄糖作为碳源提供了一共18个碳原子,而只有其中10个变成微生物细胞的组成部分,其余的8个碳原子与氧原子结合生成二氧化碳从系统中溢出。
葡萄糖在这个反应中起到的不仅仅是电子供体的作用,它本身还是碳源,会与其它元素共同合成拥有一定质量的生物体。
外加电子供体
这样的结论也许并不严谨,但它仍有一定的指导意义。补充碳源的说法意味着加入BOD促进细胞增殖,所以当系统COD去除率不高时,补充额外的碳源在思维惯性上来说,增加了系统负荷,这点有时候难以理解。
这样的思路从逻辑上讲并没有错。但是当我们换一个说法,需要补充的并不是碳源,而是外加电子供体,并且它们的加入不会转化为BOD,不会增加系统负荷,而是作为特定生化反应的必要物质,使得呼吸链得以顺利完成,从而促进某些有机物的降解。
这样的说法,是不是就可以绕开前面那个让人思维打结的碳源死胡同。所以区分碳源和电子供体这两个概念是有必要的,在不同的场合下,同一种物质起的作用不同,相对应的,在名字上也可以适当加以分别。