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。
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
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
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。
微生物的呼吸类型
项目
受氢体 供氢体 实质 最终产物 特点
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。
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 ℃。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。
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
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。
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。
停滞期：微生物的生长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。
S
式中：ν—酶反应速度
νmax—最大酶反应速度 CS—底物浓度 Km—米氏常数（半速度常数）
酶
反 应 νmax 速 度
ν
1/2νmax 混合级反应区
（0<n<1）
一级反应区
（n=1）
0
Km
零级反应区 （n=0）
m
ax
K
CS m
C
S
底物浓度CS
图11-10酶反应速度与底物浓度的关系
分析米氏方程式
当CS很大时，即 CS》Km时，ν= νmax，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。
酵 菌
氨基酸 C6H12O6
酵 菌
分子有机物 脂类
甘油
脂肪酸
水解酸化
I 甲酸 类 甲醇 产 甲胺 物 乙酸等
II 丙酸 类 丁酸 产 乳酸
产氢 产乙 酸菌
CO2 [H]
物 乙醇等
乙酸
产氢产乙酸
甲 烷 菌
通过不同 途径转化 为CH4、CO2
等
产甲烷
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 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。
y B
C
z C
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
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：
SE ESPE
米氏方程式：
m
a
x
K
CS m
C
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。
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
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：S→y·X+z ·P
反应速度：
S
dn S Vdt
X
好氧 异养型（有机物） 自养型（无机物）
分子氧
厌氧 发酵（有机物） 无氧（无机物）
有机物 无机物
底物
有机物 无机物
脱氢氧 化
脱氢还 原
二氧化碳 水 热能
简单化合 物 热能
氧化彻底 热能大 脱氢酶和氧化酶 系统
氧化不彻底 热能小 脱氢酶系统
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。
dn X Vdt
P
dn P Vdt
如果反应过程V恒定，则反应速度：
S
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dCS dt
X
dCX dt
P
dCP dt
三个组分的反应速度之间的关系：S X P
1 y z
二、反应速率方程和反应级数
等温恒容不可逆反应：
aA+Bb+cC→dD+Ee+…
反应速率方程 反应级数：
A
dCA dt
kC
x A
C
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
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
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 BOD5≥2000mg/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。
发
发
废水或污泥 中不溶态大
蛋白质 多糖