环境生物化学第六章
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NO2－
E＝278.42kJ
硝酸菌
＋0.5O2
NO3－ － E
硝化总反应：
NH4＋ ＋2O2
E＝278.42kJ
NO3－ ＋2H＋ ＋H2O － E E＝351kJ
环境生物化学
研究表明，硝化反应速率主要取决于氨氮转化为 亚硝酸氮的反应速率。
由上述反应式计算得知，在硝化反应过程中，将lg 氨氮氧化为硝酸盐需要4.57g氧(其中亚硝化反应需 耗氧3.43g，硝化反应需耗氧1.14g)，同时约需耗 7.14g重碳酸盐碱度(以CaCO3计)，以平衡硝化产 生的酸度。
环境生物化学
微生物 ---微小后生动物
轮虫类
线虫类 这些后生动物常摄食污泥中细菌、原生动物残骸 的碎片 不管任何场合，这些微小动物在1mI混合液中的个 体数皆在100以下
环境生物化学
活性污泥的净化反应 过程
絮凝 吸附 代谢 增殖 凝聚、沉 淀与浓缩
生物絮凝体吸附 降解废水中悬浮 有机污染物
使生物膜发生非正常的脱 落
环境生物化学
6.1.3厌氧生物处理生 物化学
6.1.3.1.厌氧生物处理的基本原理
6.1.3.2厌氧生物处理的动力学
环境生物化学
6.1.3.1.厌氧生物处理 的基本原理
1.厌氧生物分解有机物的过程 2.厌氧消化微生物
环境生物化学
厌氧生物分解有机物的 过程
①水解阶段 ：过程缓慢 ②发酵(酸化)阶段 ：产物丙酸、丁酸、 乙醇等 ③产乙酸阶段 ：乙酸、氢气和二氧化碳 ④产甲烷阶段：
环境生物化学
分类B
根据处理工艺 过程
以活性污泥 为主的悬浮 生长系统
以生物膜为 主的附着生 长系统
环境生物化学
6.1.2好氧生物处理生 物化学
6.1.2.1好氧活性污泥法 6.1.2.2好氧生物膜法
环境生物化学
6.1.2.1好氧活性污泥法
1.活性污泥法的基本流程 2.活性污泥法中的微生物 3.活性污泥的净化反应过程 4.活性污泥反应动力学
环境生物化学
环境生物化学
反硝化反应式为：
6NO3－ ＋5CH3OH
反硝化菌
5CO2＋3N2 ＋7H2O＋6OH－
在DO≤0.5mg/L的情况下，兼性反硝化菌利用污水 中的有机碳源(污水中的BOD成分)作为氢供给体， 将来自于好氧池混合液中的硝酸盐和亚硝酸盐还 原成氮气排入大气，同时有机物得到降解。其反 应式为：
⑤缺氧(anoxic)处理 ： a.硫酸始还原 b.反硝化
环境生物化学
6.1.3.2厌氧生物处理 的动力学
1.水解阶段不溶性底物的转化速率
2.溶解性底物的转化速率与细胞产率
环境生物化学
水解阶段不溶性底物 的转化速率
整个厌氧过程的产气速率(r气)等 于水解速率(r水解)，它与可生物 降解的不溶性有机构浓度成正比
vq
于是，可得：
第二基本方程
S——反应器内基质浓度，g/L；
qmax——单位污泥的最大基质
用qmax 值代替Vmax，得：
XaS dS V max Ks S dt u XaS dS q max Ks S dt u
利用速率（在高底物浓度条件），g/(L· h)； KS——半速率系数，其值等于q=1/2时的基质浓度，g/L
环境生物化学
反硝化菌
2NO2－ +6H+(氢供给体)
环境生物化学
6.1.2.2好氧生物膜法
1.好氧生物膜法的基本原理 2.生物膜的形成及特点 3.生物膜中的物质迁移
环境生物化学
好氧生物膜法的基本原理
生物膜法和活性污泥法都是利用好氧微生物 分解废水中的有机物的方法。它们的基本不 同点在于微生物提供的方式不同。在生物膜 法中,微生物附着在固体滤料的表面上，在固 体介质表面形成生物膜，废水同生物膜相接 触而得到处理，所需氧气一般直接来自大气。 而在活性污泥法中，微生物是以污泥绒粒的 形式分散、悬浮在曝气池的废水中，所需氧 气是通过曝气装置提供的。所以生物膜法亦 称为生物过滤法 生物膜法具有以下几个特点：固着于固 体表面上的微生物对废水水质、水量的 变化有较强的适应性；和活性污泥相比， 管理较方便；由于微生物固着于固体表 面，即使增殖速度慢的微生物也能生息， 从而构成了稳定的生态系
max b YKmax b
μmax——最大的比细胞增长率 b——同期细胞的死亡速率b Y可定义为“克细胞COD／去除gCOD” Kmax——最大比底物利用速率
环境生物化学
溶解性底物的转化速 率与细胞产率
细菌类型 活性污泥法： 好氧菌 厌氧酸化菌 厌氧产乙酸菌 产甲烷菌： 嗜氢菌 甲烷丝菌 甲烷叠球菌 世代时间 /d 0.030 0.125 3.5 细胞产率 /gVSS· (gCOD)-1 0.40 0.14 0.03 细胞活力 /gCOD· (gVSS· d)-1 57.8 39.6 6.6 K /mmol 0.25 未报告 0.40
0.5 7.0 1.5
0.07 0.02 0.04
19.6 5.0 11.6
0.004 0.30 5.0
厌氧菌和好氧菌在废水生物处理中的动力学参数
(30~35℃)
环境生物化学
6.2污、废水深度处理生物 化学
6.2.1生物脱氮生物化学 6.2.2生物除磷生物化学
环境生物化学
生物脱氮过程和原理
废水中的氮包括无机氮和有机氮两种。无机氮以 氨氮（NH3-N）、硝态氮（NO3--N）和亚硝态氮 （NO2--N）3种形态存在，主要来源于微生物对有 机氮的分解、农田排水以及某些工业废水。有机 氮则以蛋白质、多肽和氨基酸为主，来源于生活 污水、农业垃圾和食品加工、制革等工业废水。 生物脱氮由消化作用和反硝化作用共同完成。它 是指在微生物的作用下，废水中的氮化合物转化 为氮气逸出并返回大气的过程，如图6—7 所示。
环境生物化学
生物膜中的物质迁移
供氧充足 ： 好氧层对有机物进行氧化 分解和同化合成，产生的 二氧化碳和其他代谢产物 一部分溶入附着水层，一 部分析出到空气中去； 厌氧层的厚度发展有限； 生物膜的活性时间长。 供氧不足 ： 废水中的氧会迅速的被表 层的生物膜所耗尽； 深层因氧不足而发生厌氧 分解，积蓄了H2S、NH3、 有机酸等代谢产物 ；
污水中可生物降解的不溶物质 的水解常数Kp与水解温度的关系
环境生物化学
溶解性底物的转化速 率与细胞产率
莫诺德(Monod)方程
在厌氧处理的产甲烷阶段，以挥发性脂 肪酸(VFA)形式存在的COD被转化为甲烷 和细胞物质。假定产生的细胞物质占被 转化的VFA(均以COD计)的产率为Ym(g细 胞COD／去除gCOD)，则转化为甲烷的 VFA的产率为1一Ym。
环境生物化学
微生物 ---原生动物
以纤毛虫占多数
原生动物与细菌都是在废水中起净化作用的主要 成员，并且是污水处理效率的重要指示生物
源自文库
环境生物化学
微生物 ---真菌类
通常出现在工业废水的活性污泥中
大多为藻菌类的水节霉属(Leptomitus)，毛菌属 (Mucor)，半知菌类的Geotrichum，Trichoderma； 酵母类的假丝酵母属(Candida)，Phodotorula等
在自然条件下，微生物具有氧化分解有机物并将其转化为无机 物的能力。
环境生物化学
基本过程
创造 环境
大量繁殖 微生物
控制治理污、废水
氧化分解废 水中的物质 去除或降 低污染物
环境生物化学
可处理的物质
1 溶解性有机物 2 不溶性的胶体 态有机物 3 溶解性无机物 （如氮和磷）
环境生物化学
分类A
按照微生物对 生长环境中氧 的要求 好氧生物处 理 厌氧生物处 理
环境生物化学
厌氧消化微生物
①发酵细菌（产酸细菌）：将不溶性有机物水解成可溶性有 机物，再将可溶性的 大分子有机物转化成脂肪酸、醇类等 ②产氢产乙酸菌：
③产甲烷细菌：
环境生物化学
厌氧消化微生物
④厌氧微生物群体间的关系： a.不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要的基质 b.不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件 c.不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质 d.产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制 e.不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值
Qw X r V Qw
污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值，
以θC表示，单位为天(d)
环境生物化学
劳伦斯—麦卡蒂模式 的基本方程
第一基本方程
Y——微生物产率（活性污泥产率）， 以污泥量／降解的有机基质表示，ｍｇ／ｍｇ
1
c
Yq K d
Ｋｄ——微生物内源代谢作用的自身氧化率，又称衰减系数
环境生物化学
图6—7
环境生物化学
(1) 硝化反应
硝化反应是在好氧状态下，将氨氮转化为亚硝酸 盐和硝酸盐氮的过程。硝化反应是由一群自养型 好氧微生物完成的，它包括两个基本反应步骤。 第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐， 称为亚硝化反应。亚硝酸菌中有亚硝酸单胞菌属、 亚硝酸螺旋杆菌属和亚硝化球菌属等。
环境生物化学
基本流程
由初次沉淀池、曝气池、二次沉淀他、曝气系统以及污泥 回流系统等组成
环境生物化学
微生物 ---细菌
生枝动胶菌是活性污泥菌 胶团 浮游球衣菌异常增殖会引 起污泥膨胀现象 对于正常的城市污水的活 性污泥，1mg的MLSS(混合 液悬浮固体)中约含 2.0107~1.6108个活菌数
6 水环境污染控制与 治理中的生物化学
6.1污、废水生物控 制与治理生物化学
6.1.1水的生物化学处理概念
6.1.2好氧生物处理生物化学
6.1.3厌氧生物处理生物化学
环境生物化学
6.1.1水的生物化学处 理概念
1. 原理 2. 基本过程 3. 可处理物质 4. 分类
环境生物化学
原理
水的生物处理基本原理?
环境生物化学
生物膜的形成及特点
生物膜形成
形成生物膜 形成粘液状多微生物的膜 吸附降解有机物
接种或废水中微生物
微生物在介质表面增殖
沿介质表面向下渗流
充分供氧
有机废水均匀地淋洒 挂膜介质
环境生物化学
生物膜的形成及特点
生物膜的特点： 1.膜的表层由好氧微生物和兼性微生物组成的好氧层 ； 2.膜的内部由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层 ； 3.生物膜存在更新脱落 ；
静置状态，指标 评价
环境生物化学
活性污泥反应动力学
劳伦斯—麦卡蒂模式
dX/dt——微生物增值率，g/(L· h)；
X——曝气池中微生物浓度，g/L
q活性污泥的比基质降解率
dX dt X
dS )u dt q X (
c c
（d S/d t）u——基质降解速率，g/(L· h) VX a
环境生物化学
第二阶段则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝 酸盐，称为硝化反应。硝酸菌有硝酸杆菌属、螺 旋杆菌属和球菌属等。这两项反应均需在有氧的 条件下进行。常以CO2、CO32－、HCO3－为碳源
环境生物化学
亚硝化反应：
NH4＋ ＋1.5O2
亚硝酸菌
NO2－ ＋2H＋ ＋H2O － E
硝化反应：
环境生物化学
亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，均是好氧自养 菌，只有在溶解氧足够的条件下才能生长。其基 本特征见表6-2。由表可见，硝酸菌的世代期长， 生长速度慢；而亚硝酸菌世代期较短，生长速度 快，较易适应水质水量的变化和其他不利的环境 条件。
环境生物化学
环境生物化学
(2)反硝化反应
反硝化反应是由一群异养性微生物完成的生物化 学过程。它的主要作用是在缺氧(无分子态氧)的条 件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还 原成气态氮(N2)。反硝化细菌包括假单胞菌属、反 硝化杆菌后、螺旋菌属和无色杆菌属等。它们多 数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化菌氧 化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体。 在无分子态氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐和亚 硝酸盐中的N5＋和N3＋作为电子受体．O2－作为受 氢体生成H2
环境生物化学
和OH－碱度，有机物则作为碳源及电子供体提供 能量，并得到氧化稳定。
反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反 硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。异化 作用就是将NO2－和NO3－还原为NO、N2O、N2 等气体物质，主要是N2。而同化作用是反硝化菌 将NO2－和NO3－还原成为NH3－N，供新细胞合 成使用，使氮成为细胞质的成分，此过程可称为 同化反硝化，反硝化反应中氮元素的转化见表6-4。
E＝278.42kJ
硝酸菌
＋0.5O2
NO3－ － E
硝化总反应：
NH4＋ ＋2O2
E＝278.42kJ
NO3－ ＋2H＋ ＋H2O － E E＝351kJ
环境生物化学
研究表明，硝化反应速率主要取决于氨氮转化为 亚硝酸氮的反应速率。
由上述反应式计算得知，在硝化反应过程中，将lg 氨氮氧化为硝酸盐需要4.57g氧(其中亚硝化反应需 耗氧3.43g，硝化反应需耗氧1.14g)，同时约需耗 7.14g重碳酸盐碱度(以CaCO3计)，以平衡硝化产 生的酸度。
环境生物化学
微生物 ---微小后生动物
轮虫类
线虫类 这些后生动物常摄食污泥中细菌、原生动物残骸 的碎片 不管任何场合，这些微小动物在1mI混合液中的个 体数皆在100以下
环境生物化学
活性污泥的净化反应 过程
絮凝 吸附 代谢 增殖 凝聚、沉 淀与浓缩
生物絮凝体吸附 降解废水中悬浮 有机污染物
使生物膜发生非正常的脱 落
环境生物化学
6.1.3厌氧生物处理生 物化学
6.1.3.1.厌氧生物处理的基本原理
6.1.3.2厌氧生物处理的动力学
环境生物化学
6.1.3.1.厌氧生物处理 的基本原理
1.厌氧生物分解有机物的过程 2.厌氧消化微生物
环境生物化学
厌氧生物分解有机物的 过程
①水解阶段 ：过程缓慢 ②发酵(酸化)阶段 ：产物丙酸、丁酸、 乙醇等 ③产乙酸阶段 ：乙酸、氢气和二氧化碳 ④产甲烷阶段：
环境生物化学
分类B
根据处理工艺 过程
以活性污泥 为主的悬浮 生长系统
以生物膜为 主的附着生 长系统
环境生物化学
6.1.2好氧生物处理生 物化学
6.1.2.1好氧活性污泥法 6.1.2.2好氧生物膜法
环境生物化学
6.1.2.1好氧活性污泥法
1.活性污泥法的基本流程 2.活性污泥法中的微生物 3.活性污泥的净化反应过程 4.活性污泥反应动力学
环境生物化学
环境生物化学
反硝化反应式为：
6NO3－ ＋5CH3OH
反硝化菌
5CO2＋3N2 ＋7H2O＋6OH－
在DO≤0.5mg/L的情况下，兼性反硝化菌利用污水 中的有机碳源(污水中的BOD成分)作为氢供给体， 将来自于好氧池混合液中的硝酸盐和亚硝酸盐还 原成氮气排入大气，同时有机物得到降解。其反 应式为：
⑤缺氧(anoxic)处理 ： a.硫酸始还原 b.反硝化
环境生物化学
6.1.3.2厌氧生物处理 的动力学
1.水解阶段不溶性底物的转化速率
2.溶解性底物的转化速率与细胞产率
环境生物化学
水解阶段不溶性底物 的转化速率
整个厌氧过程的产气速率(r气)等 于水解速率(r水解)，它与可生物 降解的不溶性有机构浓度成正比
vq
于是，可得：
第二基本方程
S——反应器内基质浓度，g/L；
qmax——单位污泥的最大基质
用qmax 值代替Vmax，得：
XaS dS V max Ks S dt u XaS dS q max Ks S dt u
利用速率（在高底物浓度条件），g/(L· h)； KS——半速率系数，其值等于q=1/2时的基质浓度，g/L
环境生物化学
反硝化菌
2NO2－ +6H+(氢供给体)
环境生物化学
6.1.2.2好氧生物膜法
1.好氧生物膜法的基本原理 2.生物膜的形成及特点 3.生物膜中的物质迁移
环境生物化学
好氧生物膜法的基本原理
生物膜法和活性污泥法都是利用好氧微生物 分解废水中的有机物的方法。它们的基本不 同点在于微生物提供的方式不同。在生物膜 法中,微生物附着在固体滤料的表面上，在固 体介质表面形成生物膜，废水同生物膜相接 触而得到处理，所需氧气一般直接来自大气。 而在活性污泥法中，微生物是以污泥绒粒的 形式分散、悬浮在曝气池的废水中，所需氧 气是通过曝气装置提供的。所以生物膜法亦 称为生物过滤法 生物膜法具有以下几个特点：固着于固 体表面上的微生物对废水水质、水量的 变化有较强的适应性；和活性污泥相比， 管理较方便；由于微生物固着于固体表 面，即使增殖速度慢的微生物也能生息， 从而构成了稳定的生态系
max b YKmax b
μmax——最大的比细胞增长率 b——同期细胞的死亡速率b Y可定义为“克细胞COD／去除gCOD” Kmax——最大比底物利用速率
环境生物化学
溶解性底物的转化速 率与细胞产率
细菌类型 活性污泥法： 好氧菌 厌氧酸化菌 厌氧产乙酸菌 产甲烷菌： 嗜氢菌 甲烷丝菌 甲烷叠球菌 世代时间 /d 0.030 0.125 3.5 细胞产率 /gVSS· (gCOD)-1 0.40 0.14 0.03 细胞活力 /gCOD· (gVSS· d)-1 57.8 39.6 6.6 K /mmol 0.25 未报告 0.40
0.5 7.0 1.5
0.07 0.02 0.04
19.6 5.0 11.6
0.004 0.30 5.0
厌氧菌和好氧菌在废水生物处理中的动力学参数
(30~35℃)
环境生物化学
6.2污、废水深度处理生物 化学
6.2.1生物脱氮生物化学 6.2.2生物除磷生物化学
环境生物化学
生物脱氮过程和原理
废水中的氮包括无机氮和有机氮两种。无机氮以 氨氮（NH3-N）、硝态氮（NO3--N）和亚硝态氮 （NO2--N）3种形态存在，主要来源于微生物对有 机氮的分解、农田排水以及某些工业废水。有机 氮则以蛋白质、多肽和氨基酸为主，来源于生活 污水、农业垃圾和食品加工、制革等工业废水。 生物脱氮由消化作用和反硝化作用共同完成。它 是指在微生物的作用下，废水中的氮化合物转化 为氮气逸出并返回大气的过程，如图6—7 所示。
环境生物化学
生物膜中的物质迁移
供氧充足 ： 好氧层对有机物进行氧化 分解和同化合成，产生的 二氧化碳和其他代谢产物 一部分溶入附着水层，一 部分析出到空气中去； 厌氧层的厚度发展有限； 生物膜的活性时间长。 供氧不足 ： 废水中的氧会迅速的被表 层的生物膜所耗尽； 深层因氧不足而发生厌氧 分解，积蓄了H2S、NH3、 有机酸等代谢产物 ；
污水中可生物降解的不溶物质 的水解常数Kp与水解温度的关系
环境生物化学
溶解性底物的转化速 率与细胞产率
莫诺德(Monod)方程
在厌氧处理的产甲烷阶段，以挥发性脂 肪酸(VFA)形式存在的COD被转化为甲烷 和细胞物质。假定产生的细胞物质占被 转化的VFA(均以COD计)的产率为Ym(g细 胞COD／去除gCOD)，则转化为甲烷的 VFA的产率为1一Ym。
环境生物化学
微生物 ---原生动物
以纤毛虫占多数
原生动物与细菌都是在废水中起净化作用的主要 成员，并且是污水处理效率的重要指示生物
源自文库
环境生物化学
微生物 ---真菌类
通常出现在工业废水的活性污泥中
大多为藻菌类的水节霉属(Leptomitus)，毛菌属 (Mucor)，半知菌类的Geotrichum，Trichoderma； 酵母类的假丝酵母属(Candida)，Phodotorula等
在自然条件下，微生物具有氧化分解有机物并将其转化为无机 物的能力。
环境生物化学
基本过程
创造 环境
大量繁殖 微生物
控制治理污、废水
氧化分解废 水中的物质 去除或降 低污染物
环境生物化学
可处理的物质
1 溶解性有机物 2 不溶性的胶体 态有机物 3 溶解性无机物 （如氮和磷）
环境生物化学
分类A
按照微生物对 生长环境中氧 的要求 好氧生物处 理 厌氧生物处 理
环境生物化学
厌氧消化微生物
①发酵细菌（产酸细菌）：将不溶性有机物水解成可溶性有 机物，再将可溶性的 大分子有机物转化成脂肪酸、醇类等 ②产氢产乙酸菌：
③产甲烷细菌：
环境生物化学
厌氧消化微生物
④厌氧微生物群体间的关系： a.不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要的基质 b.不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件 c.不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质 d.产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制 e.不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值
Qw X r V Qw
污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值，
以θC表示，单位为天(d)
环境生物化学
劳伦斯—麦卡蒂模式 的基本方程
第一基本方程
Y——微生物产率（活性污泥产率）， 以污泥量／降解的有机基质表示，ｍｇ／ｍｇ
1
c
Yq K d
Ｋｄ——微生物内源代谢作用的自身氧化率，又称衰减系数
环境生物化学
图6—7
环境生物化学
(1) 硝化反应
硝化反应是在好氧状态下，将氨氮转化为亚硝酸 盐和硝酸盐氮的过程。硝化反应是由一群自养型 好氧微生物完成的，它包括两个基本反应步骤。 第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐， 称为亚硝化反应。亚硝酸菌中有亚硝酸单胞菌属、 亚硝酸螺旋杆菌属和亚硝化球菌属等。
环境生物化学
基本流程
由初次沉淀池、曝气池、二次沉淀他、曝气系统以及污泥 回流系统等组成
环境生物化学
微生物 ---细菌
生枝动胶菌是活性污泥菌 胶团 浮游球衣菌异常增殖会引 起污泥膨胀现象 对于正常的城市污水的活 性污泥，1mg的MLSS(混合 液悬浮固体)中约含 2.0107~1.6108个活菌数
6 水环境污染控制与 治理中的生物化学
6.1污、废水生物控 制与治理生物化学
6.1.1水的生物化学处理概念
6.1.2好氧生物处理生物化学
6.1.3厌氧生物处理生物化学
环境生物化学
6.1.1水的生物化学处 理概念
1. 原理 2. 基本过程 3. 可处理物质 4. 分类
环境生物化学
原理
水的生物处理基本原理?
环境生物化学
生物膜的形成及特点
生物膜形成
形成生物膜 形成粘液状多微生物的膜 吸附降解有机物
接种或废水中微生物
微生物在介质表面增殖
沿介质表面向下渗流
充分供氧
有机废水均匀地淋洒 挂膜介质
环境生物化学
生物膜的形成及特点
生物膜的特点： 1.膜的表层由好氧微生物和兼性微生物组成的好氧层 ； 2.膜的内部由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层 ； 3.生物膜存在更新脱落 ；
静置状态，指标 评价
环境生物化学
活性污泥反应动力学
劳伦斯—麦卡蒂模式
dX/dt——微生物增值率，g/(L· h)；
X——曝气池中微生物浓度，g/L
q活性污泥的比基质降解率
dX dt X
dS )u dt q X (
c c
（d S/d t）u——基质降解速率，g/(L· h) VX a
环境生物化学
第二阶段则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝 酸盐，称为硝化反应。硝酸菌有硝酸杆菌属、螺 旋杆菌属和球菌属等。这两项反应均需在有氧的 条件下进行。常以CO2、CO32－、HCO3－为碳源
环境生物化学
亚硝化反应：
NH4＋ ＋1.5O2
亚硝酸菌
NO2－ ＋2H＋ ＋H2O － E
硝化反应：
环境生物化学
亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，均是好氧自养 菌，只有在溶解氧足够的条件下才能生长。其基 本特征见表6-2。由表可见，硝酸菌的世代期长， 生长速度慢；而亚硝酸菌世代期较短，生长速度 快，较易适应水质水量的变化和其他不利的环境 条件。
环境生物化学
环境生物化学
(2)反硝化反应
反硝化反应是由一群异养性微生物完成的生物化 学过程。它的主要作用是在缺氧(无分子态氧)的条 件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还 原成气态氮(N2)。反硝化细菌包括假单胞菌属、反 硝化杆菌后、螺旋菌属和无色杆菌属等。它们多 数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化菌氧 化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体。 在无分子态氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐和亚 硝酸盐中的N5＋和N3＋作为电子受体．O2－作为受 氢体生成H2
环境生物化学
和OH－碱度，有机物则作为碳源及电子供体提供 能量，并得到氧化稳定。
反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反 硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。异化 作用就是将NO2－和NO3－还原为NO、N2O、N2 等气体物质，主要是N2。而同化作用是反硝化菌 将NO2－和NO3－还原成为NH3－N，供新细胞合 成使用，使氮成为细胞质的成分，此过程可称为 同化反硝化，反硝化反应中氮元素的转化见表6-4。