废水生物处理理论基础

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1、2021-11-201第第3 3篇篇 污水的生物处理法污水的生物处理法n第第1 1章章 污水生物处理理论基础污水生物处理理论基础n第第2 2章章 污水好氧生物处理（一）污水好氧生物处理（一） 活性污泥法活性污泥法n第第3 3章章 污水好氧生物处理（二）污水好氧生物处理（二） 生物膜法生物膜法n第第4 4章章 污水厌氧生物处理污水厌氧生物处理n第第5 5章章 污水的自然生物处理污水的自然生物处理2021-11-202第第1 1章章 废水生化处理理论基础废水生化处理理论基础n1.1 1.1 废水生化处理微生物基础废水生化处理微生物基础n1.2 1.2 反应速度和酶促反应速度反应速度和酶促反应速度

2、L Ln1.31.3 微生物的生长动力学微生物的生长动力学 L Ln1.41.4 废水的可生化性废水的可生化性 L Ln1.51.5 废水生化处理方法概述废水生化处理方法概述 L L2021-11-2031.1 1.1 废水生化处理微生物基础废水生化处理微生物基础n废水生物处理废水生物处理是是利用微利用微生物的新陈代谢作用，对生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物进行转化废水中的污染物进行转化和稳定，使之无害化的处和稳定，使之无害化的处理方法。理方法。对污染物进行转对污染物进行转化和稳定的化和稳定的主体主体是是微生物。微生物。n微生物：微生物：1)借助显微镜才能看到的单借助显微镜才能看到的单细胞

3、或多细胞生物。细胞或多细胞生物。2)从狭义角度讲，主要是指从狭义角度讲，主要是指菌类生物菌类生物及及病毒病毒。3)从广义角度讲，除了菌类和病毒外，还包括从广义角度讲，除了菌类和病毒外，还包括藻类藻类、原生动原生动物物、后生动物后生动物。2021-11-204主要内容主要内容: :n微生物的新陈代谢微生物的新陈代谢n微生物的生长规律微生物的生长规律n微生物的生长环境微生物的生长环境2021-11-205二、微生物的新陈代谢二、微生物的新陈代谢_概念概念：微生物在生命活动过程中，不断从外界环境中：微生物在生命活动过程中，不断从外界环境中摄取摄取营养物质营养物质，并通过复杂的，并通过复杂的酶催化反应

4、酶催化反应，将其加以，将其加以利用，利用，提供能量提供能量并并合成新的生物体合成新的生物体，同时又不断向外，同时又不断向外界环境排泄废物。这种为了维持生命活动过程与繁殖界环境排泄废物。这种为了维持生命活动过程与繁殖下代而进行的各种化学变化称为下代而进行的各种化学变化称为新陈代谢。新陈代谢。_分类分类：根据能量的释放和吸收，新陈代谢分为：根据能量的释放和吸收，新陈代谢分为合成代合成代谢谢和和分解代谢分解代谢。微生物增值微生物增值合成代谢合成代谢分解代谢分解代谢微生物的微生物的新陈代谢新陈代谢能量能量复杂有机物分复杂有机物分解为简单物质解为简单物质 释释放放（异化作用）（异化作用）（同化作用）（同

5、化作用）2021-11-2061.1.分解代谢分解代谢（1 1）概念概念：高能化合物分解为低能化合物，物质：高能化合物分解为低能化合物，物质由繁到简并逐级释放能量的过程，或称由繁到简并逐级释放能量的过程，或称异化作用异化作用。（2 2）类型类型：根据代谢过程中对氧的需求，分为：根据代谢过程中对氧的需求，分为：q好氧分解代谢：好氧分解代谢：是是好氧微生物好氧微生物和和兼性微生物兼性微生物参与，在参与，在有溶解氧有溶解氧的条件下，将有机物分解的条件下，将有机物分解为为COCO2 2和和H H2 2O O，并释放出能量的代谢过程。在有，并释放出能量的代谢过程。在有机物氧化过程中脱出的氢机物氧化过程中

6、脱出的氢HH是以是以氧作为受氢氧作为受氢体体。通常称为。通常称为有氧（好氧）呼吸。有氧（好氧）呼吸。2021-11-207q厌氧分解代谢：厌氧分解代谢：是是厌氧微生物厌氧微生物和和兼性微生物兼性微生物参与，参与，在在无溶解氧无溶解氧的条件下，将复杂有机物分解成简单的条件下，将复杂有机物分解成简单的有机物和无机物（如有机酸、的有机物和无机物（如有机酸、COCO2 2、H H2 2O O等等),),再再被甲烷菌进一步转化为甲烷和被甲烷菌进一步转化为甲烷和COCO2 2等，并释放能等，并释放能量的过程。量的过程。v按照代谢过程中按照代谢过程中受氢体受氢体的不同，又分为的不同，又分为发酵发酵和和无氧呼

7、吸无氧呼吸。 发酵：发酵：指供氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终指供氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体是供氢体的受氢体是供氢体的分解中间产物（有机物）分解中间产物（有机物）。发酵是一。发酵是一种种厌氧状态厌氧状态。 无氧呼吸：无氧呼吸：指以指以无机含氧化合物无机含氧化合物，如，如NO3-、NO2- 、SO42- 、S2O32- 、CO2等代替分子氧作为最终受氢体的生物氧化作等代替分子氧作为最终受氢体的生物氧化作用。无氧呼吸是一种用。无氧呼吸是一种缺氧状态缺氧状态。2021-11-208如葡萄糖（如葡萄糖（ C6H12O6 ）的代谢情况：）的代谢情况：n有氧代谢有氧代谢： C6H1

8、2O6 + 6O2 6CO2 +6H2O + 2817.3kJn厌氧代谢厌氧代谢：无氧呼吸无氧呼吸：C6H12O6+6H2O 6CO2+24H 24H+4 NO3- 2N2+12H2O总反应式：总反应式：C6H12O6+ 4NO3- 6H2O + 6CO2+2N2 + 1755.6kJ发酵发酵： C6H12O6 2CH3COCOOH + 4H 2CH3COCOOH 2CO2 + 2CH3CHO 4H+2CH3CHO 2CH3CH2OH总反应式：总反应式： C6H12O6 2CH3CH2OH +2CO2+92.0kJ2021-11-209小结：小结：v好氧好氧分解代谢过程中，有机物分解较为彻底，

9、最终产分解代谢过程中，有机物分解较为彻底，最终产物是含能量较低的物是含能量较低的CO2、H2O，因此，因此释放能量多释放能量多，代代谢速度快谢速度快。v厌氧厌氧分解代谢过程中，有机物分解不彻底，分解代谢过程中，有机物分解不彻底，释放能量释放能量少少，因此，微生物为了获得同样多的能量，厌氧分解，因此，微生物为了获得同样多的能量，厌氧分解有机物的量要比好氧分解有机物的量多。有机物的量要比好氧分解有机物的量多。v从废水处理的角度，希望较短时间内，将废水有机物从废水处理的角度，希望较短时间内，将废水有机物无机化、无害化，多采用无机化、无害化，多采用好氧处理好氧处理。只有当有机物浓只有当有机物浓度较高时

10、（如处理高浓度有机废水、有机污泥时），度较高时（如处理高浓度有机废水、有机污泥时），用厌氧方式用厌氧方式处理并回收甲烷。处理并回收甲烷。102 2、合成代谢、合成代谢（1 1）概念：）概念：微生物从外界环境中获得能量，将微生物从外界环境中获得能量，将低能化合物合成生物体的过程低能化合物合成生物体的过程，又称同化作，又称同化作用。也就是微生物机体自身物质制造的过程。用。也就是微生物机体自身物质制造的过程。（2 2）在该）在该过程中，微过程中，微生物体合成生物体合成所需的所需的能量能量和物质由分和物质由分解代谢提供。解代谢提供。2021-11-2011三、微生物的生长规律三、微生物的生长规律 1

11、1、微生物的生长曲线、微生物的生长曲线适应期适应期对数期对数期平衡期平衡期衰老期衰老期培养时间培养时间微生物生长速率微生物生长速率微生物量的对数微生物量的对数培养时间培养时间总菌数总菌数活细活细菌数菌数微微生生物物生生长长曲曲线线死细死细菌数菌数2021-11-2012n1 1）适应期（停滞期）适应期（停滞期）n微生物培养的初期阶段，微生物刚刚接入新鲜培养液时，微生物培养的初期阶段，微生物刚刚接入新鲜培养液时，对新的环境有一个适应过程，所以在此时期微生物的数量对新的环境有一个适应过程，所以在此时期微生物的数量基本不增加，生长速度接近于零。基本不增加，生长速度接近于零。n2 2）对数期）对数期n

12、经过适应期的调整，微生物适应了新环境，在营养丰富的经过适应期的调整，微生物适应了新环境，在营养丰富的条件下，微生物的生长繁殖不受底物限制，微生物的生长条件下，微生物的生长繁殖不受底物限制，微生物的生长速度达到最大，细菌数量以几何级数的速度增加。速度达到最大，细菌数量以几何级数的速度增加。n3 3）平衡期（静止期）平衡期（静止期）n微生物经过对数期大量繁殖后，使培养液中的底物逐渐被微生物经过对数期大量繁殖后，使培养液中的底物逐渐被消耗，再加上代谢产物的增加积累，从而造成不利于微生消耗，再加上代谢产物的增加积累，从而造成不利于微生物生长繁殖的食物条件和环境条件，增长速率下降死亡速物生长繁殖的食物条

13、件和环境条件，增长速率下降死亡速率上升，微生物数量趋于稳定。率上升，微生物数量趋于稳定。n4 4）衰老期（内源呼吸期）衰老期（内源呼吸期）n培养液中的底物几乎被消耗殆尽，营养物明显不足，微生培养液中的底物几乎被消耗殆尽，营养物明显不足，微生物只能利用细菌体内的物质或者以死细菌作为养料，进行物只能利用细菌体内的物质或者以死细菌作为养料，进行内源呼吸。微生物数量急剧减少。内源呼吸。微生物数量急剧减少。2021-11-2013小结：小结：n在废水生物处理中，通过控制底物量在废水生物处理中，通过控制底物量(F)与微生物量与微生物量(M)的比值的比值F/M，使微生物处于不同的生长状况，从，使微生物处于不

14、同的生长状况，从而控制微生物的活性和处理效果。而控制微生物的活性和处理效果。n在微生物的在微生物的对数期，对数期，微生物具有微生物具有繁殖快、活性大、对繁殖快、活性大、对底物降解速度快底物降解速度快的特点。在废水处理过程中，的特点。在废水处理过程中，若控制若控制微生物处于对数增长期，虽然反应速度快，但污泥絮微生物处于对数增长期，虽然反应速度快，但污泥絮凝性和沉降性较差，出水中有机物浓度高。显然，想凝性和沉降性较差，出水中有机物浓度高。显然，想要取得稳定的出水和较高的处理效果是很难的。要取得稳定的出水和较高的处理效果是很难的。n通常控制通常控制F/M在较低范围内，利用在较低范围内，利用平衡期平衡

15、期和和内源呼吸内源呼吸期期的微生物处理废水，能够获得理想的出水水质，并的微生物处理废水，能够获得理想的出水水质，并且污泥沉降性能好。且污泥沉降性能好。2 2、混合微生物群的生长规律、混合微生物群的生长规律n在废水生物处理中，微生物是一个群体，它们也有一在废水生物处理中，微生物是一个群体，它们也有一定的生长规律。个体生长曲线的形状和位置，与定的生长规律。个体生长曲线的形状和位置，与环境环境中的有机物变化中的有机物变化以及以及微生物之间的相互依存情况微生物之间的相互依存情况有关。有关。当有机物多时，则以有机物为食料的细菌占当有机物多时，则以有机物为食料的细菌占优势，数量最多；优势，数量最多；细菌多

16、时，必然出现以细菌为食料的原生动细菌多时，必然出现以细菌为食料的原生动物，而后才出现以细菌和原生动物为食料的物，而后才出现以细菌和原生动物为食料的后生动物。后生动物。n根据微生物群的生长规律，可推测废水处理中的水质根据微生物群的生长规律，可推测废水处理中的水质情况。因此，在污水处理厂广泛使用情况。因此，在污水处理厂广泛使用镜检镜检作为作为水质的水质的定性检测手段定性检测手段。2021-11-2015微生物增长与递变微生物增长与递变2021-11-2016四、微生物的生长环境四、微生物的生长环境影影响响微微生生物物生生长长的的环环境境因因素素微生物的营养 温 度 pH 溶 解 氧 有 毒 物 质

17、 1、微生物的营养微生物的营养1)微生物的细胞组成微生物的细胞组成 L 2)微生物的营养：主要为微生物的营养：主要为C、N、P3)废水处理系统中微生物的营养需求废水处理系统中微生物的营养需求1)好氧生物处理：好氧生物处理：BOD：N：P=100：5：12)厌氧消化处理：厌氧消化处理：C/N比值在比值在（1020）：）：1范围范围4)4)营养源的投加营养源的投加n对于对于含碳量低含碳量低的工业废水，可投加生活污水、米泔水或者的工业废水，可投加生活污水、米泔水或者投加淀粉等补充碳源不足；投加淀粉等补充碳源不足；n对于对于含氮、磷低含氮、磷低的工业废水，可投加尿素、硫酸铵等补充的工业废水，可投加尿素

18、、硫酸铵等补充氮源；投加磷酸钠、磷酸钾作为磷源。氮源；投加磷酸钠、磷酸钾作为磷源。n生活污水生活污水所含营养比较齐全所含营养比较齐全无需投加营养源无需投加营养源，并且可作为，并且可作为其他工业废水处理时的最佳营养源。其他工业废水处理时的最佳营养源。微生物的组成微生物组成水80干物质20无机质10有机物90C 53.1%,O 28.3%,N 12.4%,H 6.2%P 50%,S 15%,Na 11%,Ca 9%,Mg 8%,K 6%,Fe 1%等细胞化学式：C5H7O2N(有机部分)细胞化学式：C60H87O23N12P(考虑磷)2021-11-20192 2、温度、温度类别类别最高温度最高温

19、度()()最适温度最适温度()()最低温度最低温度()()高温性微生物高温性微生物中温性微生物中温性微生物常温性微生物常温性微生物低温性微生物低温性微生物 708050403050 60 30 4010 30 5 10 30 10 5 0n各类微生物的生长范围不同，约为各类微生物的生长范围不同，约为5 58080，此温度，此温度范围可以划分为最高温度、最低温度、最适温度。范围可以划分为最高温度、最低温度、最适温度。n最适温度最适温度是指微生物生长速度最高时的温度。是指微生物生长速度最高时的温度。n根据微生物所适应的温度范围，其分类为：根据微生物所适应的温度范围，其分类为：20结论：结论：n1、

20、微生物的生长过程取决于生物化学反应，微生物的生长过程取决于生物化学反应，而化学反应速率受温度的影响。通常在最低而化学反应速率受温度的影响。通常在最低温度和最适温度范围内，反应温度温度和最适温度范围内，反应温度 反应反应速率速率 微生物增长速率微生物增长速率n温度过高，超过最高生长温度，使微生物的蛋白质变温度过高，超过最高生长温度，使微生物的蛋白质变性而破坏酶系统，失去活性。性而破坏酶系统，失去活性。n低温不会造成微生物致死，但是将使微生物的代谢活低温不会造成微生物致死，但是将使微生物的代谢活力下降，处于生长繁殖的停止状态。力下降，处于生长繁殖的停止状态。n 2、在废水好氧生物处理中，以在废水好

21、氧生物处理中，以中温性微生物中温性微生物为为主，控制水温在主，控制水温在2035 ；n 3、在废水厌氧生物处理中，以在废水厌氧生物处理中，以中温性和高温性中温性和高温性微生物微生物为主，常采用温度为为主，常采用温度为3338 和和5257 。213 3、pHpH值值n不同的微生物有不同的不同的微生物有不同的pHpH值适应范围。值适应范围。n一般细菌、真菌、藻类和原生动物的一般细菌、真菌、藻类和原生动物的pHpH值适应值适应范围在范围在410。n大多数细菌在大多数细菌在中性和偏弱碱性中性和偏弱碱性( (pH6.57.5)条条件下范围生长最好。件下范围生长最好。n废水生物处理过程中应保持最适废水生

22、物处理过程中应保持最适pHpH范围。范围。n一般一般好氧好氧生化处理生化处理pHpH可在可在6.58.5之间变化；之间变化；厌厌氧氧生化处理要求较为严格，生化处理要求较为严格，pHpH在在6.77.4之间。之间。n当废水的当废水的pHpH变化较大时，应设置调节池，使变化较大时，应设置调节池，使进入反应器（如曝气池）的废水，保持在合适进入反应器（如曝气池）的废水，保持在合适的的pHpH范围。范围。2021-11-20224 4、溶解氧、溶解氧n溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。n在废水在废水好氧好氧生物处理中，如果生物处理中，如果DODO不足，不足，好氧微生

23、物由于得不到足够的氧，其生好氧微生物由于得不到足够的氧，其生物活性受抑制，影响系统运行。物活性受抑制，影响系统运行。n好氧好氧生物处理的溶解氧一般以生物处理的溶解氧一般以2.04.0mg/L 为宜。为宜。n在在厌氧厌氧生物处理中，由于厌氧微生物对生物处理中，由于厌氧微生物对氧气很敏感。当有溶解氧存在时，它们氧气很敏感。当有溶解氧存在时，它们就无法生长，因此就无法生长，因此厌氧厌氧反应设备中，要反应设备中，要严格密封隔绝空气严格密封隔绝空气。2021-11-20235 5、有毒物质、有毒物质在工业废水中，有时存在着在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质和杀害

24、作用的化学物质，这类物质我们称之为，这类物质我们称之为有毒物质有毒物质。重金属类：铅、镉、铬、砷、铜、铁、锌等；重金属类：铅、镉、铬、砷、铜、铁、锌等；有机物类：酚、甲醛、甲醇、苯、氯苯等有机物类：酚、甲醛、甲醇、苯、氯苯等无机非金属类：硫化物、氰化物、氯化物、硫酸无机非金属类：硫化物、氰化物、氯化物、硫酸根、硝酸根等根、硝酸根等其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控制，但制，但毒物浓度的允许范围毒物浓度的

25、允许范围，需要具体分析。，需要具体分析。一、反应速度一、反应速度1 1、定义定义：在生化反应中，反应速度是指：在生化反应中，反应速度是指单位时间内底单位时间内底物的减少量物的减少量、最终产物的增加量或、最终产物的增加量或细胞的增加量细胞的增加量。2 2、反应速率的表示反应速率的表示在容积为在容积为V V的液体中的组分的液体中的组分A A，反应在，反应在dtdt时间内所产生的物质时间内所产生的物质的量的变化为的量的变化为dndnA A，则，则A A的反应速率可表示为：的反应速率可表示为： dtdnVvAA1.（1）dtdCdtAdvAA（2）A A为为产物产物A A为反为反应物应物tCA1.2

26、1.2 反应速度和酶促反应速度反应速度和酶促反应速度 式中的式中的nA可和可和V V组合成组合成A A的浓度的浓度AA，得：，得： 若若A A代表代表反应物反应物时，由于其浓度是随时时，由于其浓度是随时间下降的，反应速度为间下降的，反应速度为负值负值；若；若A代表代表产产物物时，则反应速度为时，则反应速度为正值正值。3 3、生化反应速度、生化反应速度 （3）(3)(3)式反映了底物减少式反映了底物减少速率和细胞增长速率之间速率和细胞增长速率之间的关系。的关系。它是废水生物处理中研它是废水生物处理中研究生化反应过程的一个重究生化反应过程的一个重要规律。要规律。了解这个规律，可以更了解这个规律，可

27、以更合理地设计和管理生物处合理地设计和管理生物处理过程。理过程。底物底物 S细胞物质细胞物质X X最终产物最终产物 P合成合成分解分解称产率系数，表示称产率系数，表示单位质单位质量的底物减少量和细胞增量的底物减少量和细胞增长量之间的关系。长量之间的关系。单位为：单位为：mgmg（生物量）（生物量）/mg/mg（降解（降解底物）底物）生化反应底物变化示意图生化反应底物变化示意图SdXdy (3)(3)式中反应系数式中反应系数图中的生化反应可以用下式表示：图中的生化反应可以用下式表示：PXSzydtSdydtxd tytdXd1dSd二、反应级数二、反应级数n对于一般化学方程式：对于一般化学方程式

28、：vQuPyBxAKbBaAppCCkdtdCdtPdvn 如果通过试验数据的处理，得出产物如果通过试验数据的处理，得出产物P的反应速率表示为：的反应速率表示为：n 产物产物P P的反应称为反应物的反应称为反应物A A的的a a级级反应；反应物反应；反应物B B的的b b级级反应，反应，总称为（总称为（a+ba+b）级反应。）级反应。K K为反应的速率常数。为反应的速率常数。n（1 1）当）当a=0a=0，b=0b=0时，反应速率不受反应物时，反应速率不受反应物A A 、B B浓度的影响，浓度的影响，是一个常数是一个常数零级反应零级反应n（2 2）当）当a=0a=0，b=1b=1时，反应速率对

29、反应物时，反应速率对反应物A A是零级反应，对是零级反应，对B B是是一级反应一级反应，即反应速度只受反应物，即反应速度只受反应物B B浓度的影响；浓度的影响；n 当当a=1a=1，b=0b=0时，反应速率不受反应物时，反应速率不受反应物B B浓度的影响，浓度的影响，对反应对反应物物A A是一级反应是一级反应，即反应速度只受反应物，即反应速度只受反应物A A浓度的影响。浓度的影响。 n（3 3）当）当a=1a=1，b=1b=1时，反应速率受反应物时，反应速率受反应物A A 、B B浓度的影响，浓度的影响，是是A A、B B的的二级二级反应。反应。n单组分反应：单组分反应：uPxAKnAAACk

30、dtdCvkCnvAAlglglg或由或由nAACkdtdCdtCkdCnAAdtkCdCnAAktCCAA0tkCCAA303. 2lglg0ktCCAA011反应级数的确定：反应级数的确定：故，当故，当n=0n=0时，即零级反应，有：时，即零级反应，有：当当n=1n=1时，即一级反应，有：时，即一级反应，有：当当n=2n=2时，即二级反应，有：时，即二级反应，有：lgvAlgCAn=0n=2n=10n A A的初始浓度为的初始浓度为CA0，k为反应速率常数，反应级数为为反应速率常数，反应级数为n，则有：，则有：零级反应零级反应1kCAtCA00ktCCAA0CAtCA00一级反应一级反应t

31、kCCAA303. 2lglg0一级反应一级反应LgCAt斜率为斜率为-k/2.3030二级反应二级反应1/CAt0ktCCAA011反应级数示意图反应级数示意图n=0混合反应区混合反应区（0n1)底物浓度底物浓度S酶反应速率酶反应速率Vmax零级零级反应反应区区1 1、酶促反应速度与底物浓度的关系、酶促反应速度与底物浓度的关系n当底物浓度在较低范围时，反当底物浓度在较低范围时，反应速度应速度v v正比于正比于S,S,为一级反应。为一级反应。2 2、中间产物学说、中间产物学说 k1k2k3E+S ES P+E 式中式中 S底物；底物；E酶酶 ；ES酶酶-底物中间产物；底物中间产物；P产物产物三

32、、三、酶促反应酶促反应速度速度生物酶催化生物酶催化下进行的生下进行的生化反应，化反应，反应分为两步：反应分为两步：（1 1）首先酶与底物反应生成）首先酶与底物反应生成中间络合物；中间络合物；（2 2）中间络合物分解为产物）中间络合物分解为产物和游离酶。和游离酶。一级反应区一级反应区(n=1)n当底物浓度增加到一定限度时，当底物浓度增加到一定限度时，酶反应速度达到最大值，再增加酶反应速度达到最大值，再增加底物浓度对反应速度无影响，呈底物浓度对反应速度无影响，呈零级反应。酶被底物饱和。零级反应。酶被底物饱和。3 3、米氏方程、米氏方程n米凯利斯门坦提出表示整个酶米凯利斯门坦提出表示整个酶反应过程中

33、反应过程中底物浓度和酶促反应底物浓度和酶促反应速度速度之间的关系式，即为米凯利之间的关系式，即为米凯利斯门坦方程式，简称斯门坦方程式，简称米氏方程米氏方程。式中：式中：v酶反应速率；酶反应速率； vmax最大酶反应速率；最大酶反应速率； s底物浓度；底物浓度；km米氏常数。米氏常数。smskvvmax.（1）由由(1)(1)式得：式得：1vvkxmasm.（2），）中，当式（max212vv 。则smk即即km是是max21vv 的底物浓度，故又称为的底物浓度，故又称为半速度常数。半速度常数。n=0混合反应区混合反应区（0nkm , 则则km +s s ，此时此时酶反应速度达到最大，酶反应速度

34、达到最大，呈零级反应呈零级反应。即底物浓度不是酶反。即底物浓度不是酶反应速率的限制因素，再增加底物浓度对酶反应速率无任何应速率的限制因素，再增加底物浓度对酶反应速率无任何影响。只有增加酶浓度才有可能提高反应速率。影响。只有增加酶浓度才有可能提高反应速率。n当当s较小时，即较小时，即 s s k kmm , 则则km +s km ， 酶酶反应速度与底反应速度与底物浓度物浓度s成正比，为一级反应。此时由于生物酶没成正比，为一级反应。此时由于生物酶没有被底物饱和，故增加底物浓度可以提高酶反应速率。有被底物饱和，故增加底物浓度可以提高酶反应速率。mskvvmax但是随着但是随着s增加增加 ，v与与s不

35、再成正比例关，不再成正比例关， ，而呈而呈现出混合级反应，即反应级数现出混合级反应，即反应级数0n10n1。smskvvmaxn=14 4、米氏常数的意义及测定、米氏常数的意义及测定（1 1）米氏常数的物理意义）米氏常数的物理意义 K Km m是酶反应动力学中的一个重要的系数，也称为是酶反应动力学中的一个重要的系数，也称为动力学系数动力学系数。它是酶反。它是酶反应处于平衡时的应处于平衡时的平衡常数平衡常数。其大小与酶的生物特性有关，物理意义为：。其大小与酶的生物特性有关，物理意义为：K Km m是酶的特征常数，只与是酶的特征常数，只与酶的性质有关酶的性质有关与酶浓度无关；与酶浓度无关；若一种酶

36、有几种底物，则对若一种酶有几种底物，则对每一种底物每一种底物，各有一，各有一特定的特定的K Km m值。值。同一种酶如果有几种底物，则相应有多个同一种酶如果有几种底物，则相应有多个K Km m，其中，其中最小的最小的K Km m对应的底物对应的底物称为该酶的称为该酶的最适最适底物或底物或天然天然底物。底物。（2 2） K Km m和和v vmaxmax的测定的测定（双倒数作图法双倒数作图法）先将米氏方程改成为：先将米氏方程改成为：maxmax111vvkvsm0-1/kmv1s11/vm试验中选择不同的底物浓度试验中选择不同的底物浓度测定相应的酶反应速度，作图。测定相应的酶反应速度，作图。20

37、21-11-2032n一、一、微生物的增长速度微生物的增长速度n二、二、莫诺特（莫诺特（MonodMonod）方程）方程n三、三、微生物增长速度与底物利用速度微生物增长速度与底物利用速度1.3 1.3 微生物生长动力学微生物生长动力学一、微生物的增长速度一、微生物的增长速度XtX. (1)XtuX（2） 引入比例系数引入比例系数，则（则（1 1）式改写为等式：）式改写为等式：微生物体微生物体增长增长的重要的重要先决条件先决条件：碳源；能源；外部电子接受：碳源；能源；外部电子接受体体( (如果需要的话如果需要的话) )；适宜的物理化学环境。；适宜的物理化学环境。如果微生物增长所需的必要条件都能得

38、到满足，则对于某一如果微生物增长所需的必要条件都能得到满足，则对于某一时间增量时间增量t t，微生物浓度的增量微生物浓度的增量X X与与现存微生物浓度现存微生物浓度X X成正成正比，即：比，即：（3 3）式可转化为：）式可转化为：由由(4)(4)式可知，式可知，表示单位微生物量的增长速率表示单位微生物量的增长速率，称为，称为比增长速度比增长速度（或称（或称比增长率），单位是比增长率），单位是( (时间时间) )1 1（2 2）式两边同除）式两边同除 t t，并取极限，并取极限t0t0，得，得XudtdXT. （3）（3 3）式中）式中 为微生物的为微生物的增长速度增长速度，即单位时间内单位体积

39、反应器中，即单位时间内单位体积反应器中微生物增长量。微生物增长量。TdtdXXdtdXuT1.(4)二、莫诺特二、莫诺特（Monod）方程方程n1 1、微生物、微生物比增长速度比增长速度与与底物浓度底物浓度之间的关系式：之间的关系式：)5(ssskm注意：注意：（1 1）该图反映该图反映限制生长限制生长的的底物浓度底物浓度与与微生物增长微生物增长速度的关系速度的关系。与表示酶促。与表示酶促反应速度的米氏方程形式反应速度的米氏方程形式相同，相同，含义不同含义不同；（2 2）在使用在使用monodmonod方程时，方程时，P Ps s项必须是限制增长的营项必须是限制增长的营养物的浓度。养物的浓度。

40、n 2 2、关系图：、关系图：n=0混合反应区混合反应区（0n0.450.30.450.20.30.40.20.4=2000mg/l)=2000mg/l)。四、好氧生物处理与厌氧生物处理的区别四、好氧生物处理与厌氧生物处理的区别n1）起作用的微生物群不同）起作用的微生物群不同 好氧生物处理是由好氧生物处理是由一大类群一大类群好氧微生物一次完成的，而厌氧生物处理是由好氧微生物一次完成的，而厌氧生物处理是由两大类群两大类群的的厌氧微生物接替完成的。厌氧微生物接替完成的。n2）产物不同）产物不同 好氧生物处理中，有机物被转化成好氧生物处理中，有机物被转化成COCO2 2, , H H2 2O, NH

41、O, NH3 3, PO, PO4 43-3-, SO, SO4 42-2-等无机物，且基本无害。厌氧生物等无机物，且基本无害。厌氧生物处理中，有机物依次被转化为为数众多的中间有机物，以处理中，有机物依次被转化为为数众多的中间有机物，以及及COCO2 2, H, H2 2S, NHS, NH3 3等，产物复杂，有异臭，一些气态产物可等，产物复杂，有异臭，一些气态产物可作燃料。作燃料。n3）反应速率不同）反应速率不同 好氧生物处理速率快，处理单位废水好氧生物处理速率快，处理单位废水所需处理设备较小；厌氧生物处理反应速率慢，处理单位所需处理设备较小；厌氧生物处理反应速率慢，处理单位废水所需设备大。

42、废水所需设备大。n4）对环境条件要求不同）对环境条件要求不同 好氧生物处理要求充分供氧，对好氧生物处理要求充分供氧，对其它环境条件要求不太严格；厌氧生物处理要求绝对厌氧其它环境条件要求不太严格；厌氧生物处理要求绝对厌氧环境，对其它环境条件（如环境，对其它环境条件（如pHpH值，温度等）要求甚严。值，温度等）要求甚严。2021-11-2048复习思考题：复习思考题：n1 1、在废水生物处理中，采用了哪两个基本的生、在废水生物处理中，采用了哪两个基本的生化反应动力学方程式？它们的物理意义是什么？化反应动力学方程式？它们的物理意义是什么？2 2、什么是废水的好氧生物处理和厌氧生物处理？、什么是废水的好氧生物处理和厌氧生物处理？它们有何区别？它们有何区别？n3 3、阐述微生物的生长规律。它在废水生物处理、阐述微生物的生长规律。它在废水生物处理中有什么实际意义？中有什么实际意义？n4 4、影响微生物生长的环境因素有哪些？在废水、影响微生物生长的环境因素有哪些？在废水生物处理中如何控制？生物处理中如何控制？