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1、水污染控制工程,第3章 废水生物处理的基本概念 和生化反应动力学基础,和搭猾炬涝僳篆床虱簧邓郭形膀纶舅喻汇净类颤讳舒茬洗波惜岔拱办澄喉第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,目录,第一节 废水的好氧生物处理和厌氧生物处理 第二节 微生物的生长规律和生长环境 第三节 反应速度和反应级数 第四节 米歇里斯-门坦（Michaelis-Menten） 方程式 第五节 莫诺特（Monod）方程式 第六节 废水生物处理工程的基本数学摸式,贩挺胰心疼警芬沪梁澈苹暑彝么嘿秦烫派剥用酷警条摄愈宽傀忽砌放遮传第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础
2、第三章废水生物处理的基本概念及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,一、微生物的呼吸类型 二、废水的好氧生物处理 三、废水的厌氧生物处理,遍零嘴采夸域匝贷验冀硅蜂港要邢灵聘带馒踏扎玲磁抓系瓢混踊清妹柞若第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,一、微生物的呼吸类型,微生物的呼吸指微生物利用营养物质获取能量的生理功能。 微生物的呼吸按呼吸过程与氧的关系分为好氧呼吸和厌氧呼吸。,华秽啦孽埠阑叫琼身钾蘸描绢芥亮产接愧尘少踢储磊吱脆捅嗓帧纫钾谚落第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及
3、生化反应动力学基础,微生物的呼吸类型,油啤钡壳这胆踌烙伦舆办椿印怂肌敲岭幸瓣及梅崩拴除兆缆减哩净搐镍代第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,二、废水的好氧处理,好氧生物处理指有分子氧存在的条件下，好氧微生物降解有机物为无机物，使其稳定、无害化的处理方法。 处理对象：以胶体或溶解态存在的有机物。 适用范围：中、低浓度有机废水，或BOD5小于500mg/l的有机废水。 特点：反应速度较快，所需反应时间较短，故处理构筑物容积小，处理过程散发臭气较少,杆蛛池炭躲一短剧夜如润技瞧恐爪晰纺喧拾仔制傍多寻吨套躲戳颠枫樊将第三章废水生物处理的基本概念
4、及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,图11-1 好氧生物处理过程中有机物转化示意图,好氧生物处理是利用微生物的新陈代谢功能，把1/3有机物分解为无机物，把2/3有机物合成为微生物自身，当活性污泥进入二沉池时，作为剩余污泥排放，达到了有机物的稳定化和无害化。,合成代谢方程式： CXHYOZ+NH3+O2 C5H7NO2+CO2+H2O-能量,嘱酬是炽花洗夷戴贫廊讲形禾玄只巾蝉赘铅蔫芒花怎麻呕饵枉伍促某醛汀第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,三、废水的厌氧生物处理,在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧
5、菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。 厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。 适用范围：有机污泥和高浓度有机废水（一般BOD52000mg/l） 特点：不需加氧，故运行费用低，剩余污泥少，可回收能量。缺点反应速度慢，反应时间长，处理构筑物容积大。,忘迭狂较剔湛渝颇驻箩得钞档二沤镀换靳涡踞辙憨兹夷杯钢丧用浴巡汤涨第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,图3-2 厌氧生物处理过程中有机物转化示意图,废水的厌氧生物处理可分为三个阶段，大分子有机
6、物（不溶性）小分子有机物（溶解性） 、无机物有机酸、无机物CH4、CO2、NH3、H2S，使有机物得以降解和稳定。,地甫楼堵比灼组碍如炊癌探疏穴茵堆及啮向街排凑吠淬先题好兢遇夸辅貌第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,第二节 微生物的生长规律和生长环境,一、微生物的生长规律 按微生物的生长速度，其生长可分为四个期： 停滞期、 对数期、 静止期、 衰老期。,靡辟扣韧疏屯待滇疥智匙味傈辫什鬃田翘亢着逆泽记棍爷痒坑槛享非邱型第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,停滞期：微生物的生长
7、速度从零逐渐开始增加，细菌总数增加。出现于污泥培养驯化阶段，或水质发生变化、停产后又生产阶段。 对数期：微生物以最大速度增长，细菌总数快速增加。当废水中有机物浓度高，且培养条件适宜，可能处于对数期。处于对数期的微生物降解有机物速度快，但沉降性能差。,苇位酷户显勇鼠铡同匝涧贡泥俗沧修丈窗牲谋议殿牲辊映颂旨点宰武奏状第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,静止期：微生物生长速度开始下降，细菌总数达到平衡。当废水中有机物浓度降低，污泥浓度较高时，微生物可能处于静止期。此时污泥絮凝性好，二沉池出水水质最好。 衰老期：微生物生长速度变为负值，细菌
8、总数下降。当有机物浓度低，营养物明显不足，则可能处于衰老期。此时污泥较松散，沉降性能好，出水中有细小泥花。,头练舞捐儒手掌旁岭梭勇塑黄骇胳樊析城毗淡痒叶芍涡泊淮爆济烹彰眉齐第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,二、微生物的生长环境,1.微生物的营养：碳源、氮源、磷源是微生物生长所需的必要营养物质，其比例一般为BOD5：N：P=100：5：1(COD:N:P=800:5:1)。 2.温度：按温度可把微生物分为低温性（5-20）、中温性（20-45）、高温性（45-80 ）三类。好氧生物处理中，以中温性微生物为主，所以适宜温度为25-40
9、 。厌氧生物处理甲烷菌为中温菌，其它阶段为高温菌，所以厌氧生物处理如果产甲烷温度控制在33-38 ，如果不产甲烷，只是发酵产酸温度控制在52-57 比较适宜。,菩希棘笆收秉奶揍社剥劈崔清溢辫烧晶谁湘给葛盼沉咬卸玩徽鹤慨磷汗况第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,3.PH值：活性污泥最适宜的PH值范围是6.5-8.5。 4.溶解氧：是影响生物处理效果的重要因素。好氧生物处理溶解氧一般以2-4mg/L为宜。厌氧生物处理不能有氧。 5.有毒物质：重金属等有毒物质能使微生物细胞结构遭到破坏以及生物酶变性，失去活性。,晕壬橡挣农厢淋品译疹濒混溪
10、蛙架竖萝期蜕畸伙凡巫甸浅烫街樱胳舌淳泅第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,生化反应动力学内容及任务,任务： 1研究各种因素对反应速度的影响。 2研究反应机理。 内容： 1底物降解速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。 2微生物的增长速率与底物浓度、微生物量等因素之间的关系。,磋驶尊泥哄逢侮软糟腻嵌惨剧跺嘶稍胆各另哎叉匙瓦甲思殿滥觉态辗屉作第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,第三节 反应速度和反应级数,一、反应速度 二、反应速率方程和反应级数,鲤鬼产娜狞懦拴钡贮搏源若陀
11、励馅饮够西究塑私致搬将稳坍何按咐灿胖弱第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,一、反应速度,在生化反应中，反应速度是指单位时间单位体积内底物的减少量、细胞质或产物的增加量。例生化反应：SyX+z P 反应速度： 如果反应过程V恒定，则反应速度： 三个组分的反应速度之间的关系：,醋智棘逸荷磊构姚讣赌鱼替徽刷喊倡甩故眺熊僻翌财蛀漫礁扛着业电琉精第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,二、反应速率方程和反应级数,等温恒容不可逆反应： aA+Bb+cCdD+Ee+ 反应速率方程 反应级数
12、： x+y+z=0 零级反应 x+y+z=1 一级反应 x+y+z=2 二级反应 x+y+z=3 三级反应,骄詹笔郊糜蓄阳梭孺坪扬躺诧菩膝镐绥描麻眨胜务涟泣鸥滇华恍窍闯茵氖第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,第四节 米歇里斯-门坦（Michaelis-Menten）方程式,米氏在一切生化反应都是在酶催化进行的前提下，提出微生物分解代谢的酶反应方程式： 米氏方程式： 式中：酶反应速度 max最大酶反应速度 CS底物浓度 Km米氏常数（半速度常数）,姜旦厉李杏褥柴磅贺钟匝临命饵舒俄趴爬蓖欺芽隅猛伶玫蘸狱彭视壬紊锭第三章废水生物处理的基本
13、概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,图11-10酶反应速度与底物浓度的关系,底物浓度CS,Km,酶反应速度 ,1/2max,max,0,混合级反应区 （0n1）,零级反应区 （n=0）,一级反应区 （n=1）,录令记叙班赤擅侯裴彻褂氯启淹晚玄嘎逮帕刷笑己韶蚁颅部贿述癣喝强闯第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,分析米氏方程式,当CS很大时，即 CSKm时，= max，呈零级反应，此时酶与底物全部结合为ES，所以增加底物浓度，对酶反应速度无任何影响。 当CS很小时， 即CSKm时， ，呈一级反 应，
14、 与CS 成正比，此时部分酶与底物结合，所以增加底物浓度，可提高反应速度。 当CS介于上述二者之间，由小到大增加时， 与CS 呈混合级反应，即n=0-1，增加CS， 缓慢增加。,侩荤监译笨俗舌础湃檬恤赵箱市噎仪淀库羔理经拐机洱邻岳斟合义仲奥怎第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,米氏方程式动力学系数,米氏常数（ Km）的物理意义： Km是 时的底物浓度，它与酶和底物有关，一个酶和一个底物对应一个Km，1/ Km表示酶与底物的亲和力， 1/ Km越大，亲和力越大。 米氏方程式动力学系数确定法：兰维福-布克（Lineweaver-Burk
15、）作图法（双倒数作图法）,药录汉汲唉卤覆吸笨柏蜗陶瞬堆彻镣窄勒嫡覆疡嫉肝塑辜抗家撩觉迁措存第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,图11-11 作图法求km和max示意,牲龚未淹达析缎酱糜宏颖肚胎范之长妥嵌冠窑瞒段我夫婆侵睦宜酗夸摆柠第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,第五节 莫诺特（Monod）方程式,莫诺特（Monod）方程式是Monod于1942年以纯菌种对单一底物的分批培养实验基础上提出了描述微生物增长的动力学方程。 式中：微生物的比增长速度， max微生物的比增长速
16、度； CS底物浓度；CX微生物浓度 kS饱和系数（半增长速度常数） q、qmax底物的比降解速度及最大值。,五敦袁煮识禁搬杀依酥判钠汰榔巩别啦亭举丈楞约磅连反亦狰栏搁译酥室第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,肺骑众懈扛讹鹊款私涪涣酝瓮凶童婉裁逞劫吨口会献绳郡称杰吼迁参戏亩第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,作业： P77：2、4、5、6、7、10,慕隙打陋递蛇驳瞬杨糕怖娜锤蘸培委肠肺腥倚掐衡柏下矿庶表侗下大粘铺第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础,