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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第三章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
微生物的新陈代谢
新陈代谢：微生物不断从外界环境中摄取营养物质， 通过生物酶催化的复杂生化反应，在体内不断进行物 质转化和交换的过程。
分解代谢：分解复杂营养物质，降解高能化合物，获 得能量； 合成代谢：通过一系列的生化反应，将营养物质转化 为复杂的细胞成分，机体制造自身。
底物降解： 污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物化学变化的物质 称为底物或基质。 可生物降解有机物量：有机物的降解转化 可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物利用物质
厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧 化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底 物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能 量较少。
如有机污泥的厌氧消化过程中产生的甲烷，是含有相当能量 的可燃气体。
厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和 无氧呼吸。
好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，获得的 能量水平不同， 如下表所示。
呼吸方式
好氧呼吸
能量利用率42％
无氧呼吸
发酵
能量利用率26％
1.发酵 指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最
终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（有机物）。 这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是
比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较 少，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的 需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。
C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O 2817.3kJ
C11H 29O7
14O2
H
11CO2
13H2O
NH
4
能量
异氧微生物又可分为化能异氧微生物和光能异氧微生物：
水污染控制工程
水污染控制工程
Water Pollution Control Engineering
目录
第一章 绪论 第二章 物理法
第一章 绪论
第三章 废水生物处理概念和生化反应动力学基础第二章 污水的好氧活性污泥法 第四章 好氧生物处理——活性污泥法
第五章 好氧生物处理——生物膜法
第三章 污水的好氧生物膜法
第六章 污水的其他好氧生物处理 第七章 厌氧生物处理
第一章 绪论
1.1 水资源及其循环 1.2 水污染的来源及其危害 1.3 污水水质与水污染控制标准 1.4 水体自净与水环境容量 1.5 水污染控制的原则与方法
1.1 水资源及其循环
1.1.1 水资源
a) 全球水资源
地球上的总水量约为 13.6×108km3
海洋水占97.212％； 淡水占不足3％； 对人类生活和生产活动关系密切
1.3 污水水质与水污染控制标
准
1.3.2 水污染控制标准
标准编号
标准名称
备注
GB/T14848— 1993
地下水质量标准
CJ/T206—2005
城市供水水质标准
CJ 3020—93
生活饮用水水源水质标准
GB50282—1998
城市给水工程规划规范
GB/T50102— 2003
工业循环冷却水处理设计规范
如采矿和冶炼是重金属的最主要的污染源。
1.3 污水水质与水污染控制标准
➢生物性指标
细菌总数：反映了水体受细菌污染的程度。 大肠杆菌：大肠菌群作为最基本的粪便污染指示菌群。
细菌总数不能说明细菌的来源，必须结合大肠菌群数 来判断水体污染的来源和安全程度。 大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接反 应有肠道病菌 (伤寒、痢疾、霍乱等)存在的可能性。
Water Pollution Control Engineering
目录
第一章 绪论 第二章 物理法
第一章 绪论
第三章 废水生物处理概念和生化反应动力学基础第二章 污水的好氧活性污泥法 第四章 好氧生物处理——活性污泥法
第五章 好氧生物处理——生物膜法
第三章 污水的好氧生物膜法
第六章 污水的其他好氧生物处理 第七章 厌氧生物处理
第一章 绪论
1.1 水资源及其循环 1.2 水污染的来源及其危害 1.3 污水水质与水污染控制标准 1.4 水体自净与水环境容量 1.5 水污染控制的原则与方法
1.1 水资源及其循环
1.1.1 水资源
a) 全球水资源
地球上的总水量约为 13.6×108km3
海洋水占97.212％； 淡水占不足3％； 对人类生活和生产活动关系密切
1.3 污水水质与水污染控制标
准
1.3.2 水污染控制标准
标准编号
标准名称
备注
GB/T14848— 1993
地下水质量标准
CJ/T206—2005
城市供水水质标准
CJ 3020—93
生活饮用水水源水质标准
GB50282—1998
城市给水工程规划规范
GB/T50102— 2003
工业循环冷却水处理设计规范
如采矿和冶炼是重金属的最主要的污染源。
1.3 污水水质与水污染控制标准
➢生物性指标
细菌总数：反映了水体受细菌污染的程度。 大肠杆菌：大肠菌群作为最基本的粪便污染指示菌群。
细菌总数不能说明细菌的来源，必须结合大肠菌群数 来判断水体污染的来源和安全程度。 大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接反 应有肠道病菌 (伤寒、痢疾、霍乱等)存在的可能性。
废水生化处理理论基础
废水生化处理理论基础废水处理是指对工业、农业、生活等生产和生活活动中所产生的废水进行处理，将废水中的各种有害物质去除或降低，使其达到环境排放标准，保护环境、维护生态平衡。
废水处理技术较为复杂，其中生化处理是一种常用的处理方法。
本文将介绍废水生化处理的理论基础。
1. 废水生化处理概述废水生化处理是利用微生物的生物化学作用，将有机物质降解成较为稳定、不易污染环境的无机物质，以实现对废水的净化处理。
生化处理一般包括好氧生物处理和厌氧生物处理两种方式。
•好氧生物处理：好氧生物处理是指在充氧的条件下，利用好氧微生物将废水中的有机物质氧化分解为二氧化碳和水。
这种处理方式对细菌的要求较高，需要提供足够的氧气。
•厌氧生物处理：厌氧生物处理是指在没有氧气的条件下，利用厌氧微生物将废水中的有机物质降解成沼气、二氧化碳等产物。
这种处理方式对微生物的适应能力要求较高，处理效果也较好。
2. 废水生化处理原理废水生化处理的基本原理是将废水中的有机物质通过生物作用转化为无机物质。
有机物质能够为微生物提供能量和生长所需的碳、氮、磷等元素，而微生物则通过代谢作用将有机物质降解为无机物质。
生化处理的主要过程包括：•底物的降解：微生物利用底物（有机物质）作为碳源和能源，在水体中进行降解反应，生成底物降解产物和生物体。
•底物的转化：底物降解产物经过一系列酶类的作用，逐步转化为无害的终产物，如CO2、H2O等。
•生物体的生长：底物的降解还伴随着微生物的生长和繁殖，微生物的数量和种类变化也会影响处理效果。
3. 废水生化处理的关键技术废水生化处理的关键技术包括微生物培养、废水处理工艺设计、氧气供给等方面。
其中，微生物在生化处理中扮演着重要的角色，其培养和管理对处理效果至关重要。
•微生物培养：合理选择适应性强、活性高的微生物种类，进行培养和管理，提高其降解效率和处理能力。
•工艺设计：根据废水特性和处理要求设计合理的生化处理工艺，包括反应器设置、曝气方式、混合方式等。
污水生物处理基本概念和生化反应动力学基础精品PPT课件
1.定义 有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降 解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。 微生物利用废水中存在的有机污染物（以溶解状与 胶体状的为主），作为营养源进行好氧代谢。
2. 好氧生物处理过程的生化反应方程式： • ① 分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）
② 合成反应（也称合成代谢、同化作用） ③ 内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）
污水处理技术离尽善尽美还相差很远， 主要缺点：生化环境不够理想、微生物数量不够 多、反应速率尚低、处理设施的基建投资和运行 费用很高、运行不够稳定、难降解有机物处理效 果差等。
从可持续发展的战略观点来衡量： 废水生物处理还有消耗大量有机碳、剩余污
泥量大、释放较多二氧化碳等缺点。
利用微生物的无穷潜力和反应设备的发展及相关 学科技术的进步，与其他工艺相交叉，利用协同 作用。废水生物处理工艺必将取得更大的发展， 发挥更大的作用。
W. B. Whitman (U. Of Georgia)细菌普查 ，地球上存在51030个细菌, 非常活跃的 群体在海、陆、空等一般环境和极端环境 中的极端环境微生物；
Pseudomonas cepacia：能降解90种以上有 机物甲基汞、有毒氰、酚类化合物等都能 被微生物作为营养物质分解利用。
(3)繁殖快、易变异、适应性强
C6H12C6+4NO3 - → 6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
2.污水生物处理分类
分类依据
–生化环境：好氧、缺氧、厌氧 –反应器构型：依据微生物在反应器中
的生长方式：悬浮型、附着型和混合型.
2.1 废水的好氧生物处理
2. 好氧生物处理过程的生化反应方程式： • ① 分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）
② 合成反应（也称合成代谢、同化作用） ③ 内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）
污水处理技术离尽善尽美还相差很远， 主要缺点：生化环境不够理想、微生物数量不够 多、反应速率尚低、处理设施的基建投资和运行 费用很高、运行不够稳定、难降解有机物处理效 果差等。
从可持续发展的战略观点来衡量： 废水生物处理还有消耗大量有机碳、剩余污
泥量大、释放较多二氧化碳等缺点。
利用微生物的无穷潜力和反应设备的发展及相关 学科技术的进步，与其他工艺相交叉，利用协同 作用。废水生物处理工艺必将取得更大的发展， 发挥更大的作用。
W. B. Whitman (U. Of Georgia)细菌普查 ，地球上存在51030个细菌, 非常活跃的 群体在海、陆、空等一般环境和极端环境 中的极端环境微生物；
Pseudomonas cepacia：能降解90种以上有 机物甲基汞、有毒氰、酚类化合物等都能 被微生物作为营养物质分解利用。
(3)繁殖快、易变异、适应性强
C6H12C6+4NO3 - → 6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
2.污水生物处理分类
分类依据
–生化环境：好氧、缺氧、厌氧 –反应器构型：依据微生物在反应器中
的生长方式：悬浮型、附着型和混合型.
2.1 废水的好氧生物处理
生化反应的动力学基础
生化反应的动力学基础生化反应作为生物体内最基本的化学反应，是维持生命活动所必需的。
生化反应的动力学基础是指不同因素对生化反应速率的影响，包括温度、pH值、酶浓度、底物浓度等。
本文将详细探讨这些因素对生化反应的影响，以及探讨生化反应动力学基础对生物学研究的重要性。
一、温度对生化反应速率的影响生物体内的化学反应都是在一定的温度下进行的。
一般来说，温度越高，生化反应速率就越快。
这是因为，随着温度升高，分子的热运动速度也增加，分子之间的碰撞也更加频繁和剧烈，从而促进了反应的进行。
不过，当温度达到一定程度时，生化反应速率开始降低。
这是因为温度高于一定程度会引发酶分子的构像改变，使得其失去活性，反应速率因此下降。
二、pH值对生化反应速率的影响pH值是指溶液的酸碱度，对于大多数生化反应来说，其速率与pH值有着密切的关系。
对于碱性反应而言，当pH值偏高时反应速率会增加；而对于酸性反应而言，当pH值偏低时反应速率会增强。
酶浓度和底物浓度都是与pH值相关的因素。
当酶浓度过低或者底物浓度过高时，pH值的变化会对生化反应速率产生影响。
三、酶浓度和底物浓度对生化反应速率的影响酶是生化反应不可或缺的催化剂，其浓度直接影响生化反应速率。
当酶浓度过低时，生化反应速率会受到阻碍；而当酶浓度逐渐增加时，生化反应速率则会逐渐上升，直至达到一定的酶浓度，反应速率基本达到稳态。
底物浓度是指在生化反应中，参与反应的原料分子的浓度。
当底物浓度太低时，生化反应速率会受到限制；而当底物浓度逐渐增加时，生化反应速率也随之增加，直至达到一定的底物浓度，反应速率也基本达到稳态。
四、生化反应动力学基础的重要性动力学基础是分析生化反应速率的基础，是掌握生物体内生化反应规律的重要途径。
了解生化反应动力学基础，能够帮助科学家们更好地探究生命的本质和规律，对于生物学研究具有非常重要的意义。
同时，在生药学、医学等领域也广泛应用了生化反应动力学基础的研究成果，这些研究成果为治疗疾病提供了重要的理论和实践基础。
污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
求得：
1 Xa Y S S V 1 b Q
0
V Q
为水力停留时间
在恒化器处于静态的时候， x
x 为固体停留时间（SRT），也称为平均细胞停留时间
（MCRT）或者污泥龄
系统中的活性生物量 x 1 活性生物量的产率
即泥龄是净比生长速率的倒数
第 1章
污水生物处理的基本概念 和生化反应动力学基础
1.1 基本速率表达式 Basic Rate Expressions
细菌生长动力学，最常用的是莫诺特方程
1 dX a S μ syn μ X dt K S a syn
syn 为合成的比生长速率，T-1
x min
S 随着 x 增加而单调下降
S min ， S min 是维持稳态 接近极小值 S
b Y q b
菌体需要的最小基质浓度
S min K
如果 S S min ，细胞的净生长速率就是负数，菌体不会累积 而将逐渐消失，只有 S S min ，才能维持稳态菌体。 4）当
无穷大，可以将 S 从 S 0 降低到 S min
不能去除基质，没有活性菌体累积
刚刚产生污泥流失时的 x 值称为 x min
0 K S x min 0 S Y q b bK
min 增大，逐渐达到其极限值： 随着 S 0 增大， x
min x
lim
1 Y q b
2）对于所有的 x 3）对于很大的 x
X a为活性菌体的浓度，MxL-3
S 为限制生长速率的基质浓度，MsL-3
废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础PPT课件
第三节 反应速度和反应级数
化学反应速度：单位时间内，反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示。
生化反应速度：在生化反应中，单位时间里，底物的减少量、最终产物的增 加量。
合成
细胞
底物
分解
最终产物
2. 反应级数
lgv 2级
ns
yx + zp
v=d[s]/dt =k[s]n 式中k为反应常数，随温度而异； n为反应级数；
微生物的生长环境
影响微生物生长的主要环境有： 1. 微生物的营养 最佳营养比为BOD5 ：N：P=100：5：1 2. 温度 中温细菌为主，它的最适合温度200 c~370 c 3.PH值 4.溶解氧 好氧2~4mg/l 5.有毒物质
生化反应动力学基础
基本概念： 生物化学反应:一种以生物酶为催化挤的化学反应(由微生物参加以生物好氧 生物化学反应,三大要素:底物 ；微生物；氧气。 底物:一切在生物体内可通过酶的催化作用而进行的生化变化的物质 微生物:通过显微镜能看到的生物 氧：在一个大气压下200 c下，氧溶解度10mg/g. 底物降解:废水中有的营养物质,被微生物从利用和转化,使得厚有复杂的高分 子氧化分解为低分子的过程..
一.底物降解与酶促速度
影响酶促反应速度的因素有：酶浓度、底物浓度、温度、PH、产物 浓度。
零级反应区 酶反应速度
中间产物学说：
S + E k1 ES k3 P+ E k2
½ vmax 混合级反应区
一级反应区
底物浓度
M—-M方程
S + E k1
E k3 S
P+ E
k2
串连反应
V=Vmax[s]/Km+[s]
第章十一章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础节第一节废水的好氧生物处理和厌氧生物处理节第二节微生物的生长规律和生长环境节第三节反应速度和反应级数节第四节里米歇里门坦方程式第五节莫诺特方程式六第六节废水生物处理工程的基本数学模式第一节废水的好氧生物处理和厌氧生物处理微生物的呼吸类型
3.5 生化反应动力学基础
中间产物假说：
酶促反应分为两步进行，第一步，酶与底物作用形成中间产物（此中间产物被看作 稳定的过渡态物质）。第二步，中间产物分解形成产物，并释放出游离的酶。
E S ES P E 整个酶反应处于动态平衡（steady state）
生化反应，即酶促反应，反应速度受酶浓度、底物浓度、pH值、温度、 反应产物、活化剂和抑制剂等因素影响，在有足够底物又不受其他因 素的影响时，酶促反应速度与酶浓度成正比。但是当底物浓度较低时， 反应速度与底物浓度成正比（一级反应）。当底物浓度增加到一定限 度时，所有酶与底物结合后，酶反应速度达到最大值，此时反应速度 与底物浓度没有关系（零级反应）。
水污染控制工程
Water Pollution Control
Engineering
-----Wastewater Treatment and Reuse-----
第三章
The basic concept of biological wastewater treatment and the biochemical reaction kinetics
微生物增长与底物降解的基本关系式
1951年，霍克莱金（Heuklelkian）等人通过大量实验，得出如下方程：
d[ X ] dt g
y d[S ] dt u
Kd [ X ]
微生物净 增长速度
底物利用速度 （降解速度）来自内源呼吸 （衰减）系数
d[ X ]
米氏常数获得方法
1）V对[S]作图可以得到 Vmax，Vmax/2处[S]即 是Km。而真实的情况无 法达到Vmax，所以存在 误差。
2）双倒数法(doublereciprocal plot Line weaver-Burk法)
酶促反应分为两步进行，第一步，酶与底物作用形成中间产物（此中间产物被看作 稳定的过渡态物质）。第二步，中间产物分解形成产物，并释放出游离的酶。
E S ES P E 整个酶反应处于动态平衡（steady state）
生化反应，即酶促反应，反应速度受酶浓度、底物浓度、pH值、温度、 反应产物、活化剂和抑制剂等因素影响，在有足够底物又不受其他因 素的影响时，酶促反应速度与酶浓度成正比。但是当底物浓度较低时， 反应速度与底物浓度成正比（一级反应）。当底物浓度增加到一定限 度时，所有酶与底物结合后，酶反应速度达到最大值，此时反应速度 与底物浓度没有关系（零级反应）。
水污染控制工程
Water Pollution Control
Engineering
-----Wastewater Treatment and Reuse-----
第三章
The basic concept of biological wastewater treatment and the biochemical reaction kinetics
微生物增长与底物降解的基本关系式
1951年，霍克莱金（Heuklelkian）等人通过大量实验，得出如下方程：
d[ X ] dt g
y d[S ] dt u
Kd [ X ]
微生物净 增长速度
底物利用速度 （降解速度）来自内源呼吸 （衰减）系数
d[ X ]
米氏常数获得方法
1）V对[S]作图可以得到 Vmax，Vmax/2处[S]即 是Km。而真实的情况无 法达到Vmax，所以存在 误差。
2）双倒数法(doublereciprocal plot Line weaver-Burk法)
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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
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
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）
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
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。
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。
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
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
等温恒容不可逆反应：
aA+Bb+cC→dD+Ee+…
反应速率方程 反应级数：
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
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。
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。
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
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。
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
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
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）
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
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。
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。
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
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
等温恒容不可逆反应：
aA+Bb+cC→dD+Ee+…
反应速率方程 反应级数：
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
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。
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。
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
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。