第三章废水生物处理的基本概念及生化反应动力学基础
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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
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
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。
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)。
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。
蛋白质 多糖
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
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。
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。
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
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
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
米氏方程式：
m
ax
K
CS m
C
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）
X
dn X Vdt
P
dn P Vdt
如果反应过程V恒定，则反应速度：
S
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：
aA+Bb+cC→dD+Ee+…
反应速率方程 反应级数：
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。
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。
A
dCA dt
kC
x A
C
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
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
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
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。
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)。
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。
蛋白质 多糖
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
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。
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。
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
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
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
米氏方程式：
m
ax
K
CS m
C
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）
X
dn X Vdt
P
dn P Vdt
如果反应过程V恒定，则反应速度：
S
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：
aA+Bb+cC→dD+Ee+…
反应速率方程 反应级数：
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。
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。
A
dCA dt
kC
x A
C
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