第十一污水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

1、第十一章第十一章 污水生物處理的基污水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)本概念和生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-282v11.1 11.1 污水生物處理基本原理污水生物處理基本原理污水生物處理方法；脫氮除磷基礎(chǔ)理論污水生物處理方法；脫氮除磷基礎(chǔ)理論v11.2 11.2 微生物的生長(zhǎng)規(guī)律及生長(zhǎng)環(huán)境微生物的生長(zhǎng)規(guī)律及生長(zhǎng)環(huán)境v11.3 11.3 生化反應(yīng)的反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)生化反應(yīng)的反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)速度；反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)速度；反應(yīng)級(jí)數(shù)v11.4 11.4 微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)莫諾特方程式；勞莫諾特方程式；勞-

2、-麥方程式；微生物麥方程式；微生物增長(zhǎng)與底物降解的基本關(guān)系式增長(zhǎng)與底物降解的基本關(guān)系式 水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)本章內(nèi)容本章內(nèi)容2021-11-283水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件11.1 11.1 污水生物處理基本原理污水生物處理基本原理微生物對(duì)溶解氧需求微生物對(duì)溶解氧需求不同不同缺氧生物處理缺氧生物處理厭氧生物處理厭氧生物處理好氧生物處理好氧生物處理微生物生長(zhǎng)方式微生物生長(zhǎng)方式不同不同附著生長(zhǎng)法附著生長(zhǎng)法懸浮生長(zhǎng)法懸浮生長(zhǎng)法天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)11.1 11.1 污水生物處理基本原理污水生物處理基本原理水污染控制工程課程課件水污

3、染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1.微生物的微生物的呼吸呼吸 微生物的呼吸是獲取能量的生理功能。呼吸作用的本質(zhì)是氧化還原的統(tǒng)一過(guò)程。發(fā)酵發(fā)酵好氧呼吸好氧呼吸無(wú)氧呼吸無(wú)氧呼吸呼吸呼吸2021-11-2851.微生物的微生物的呼吸呼吸水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件發(fā)酵：微生物將有機(jī)物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某種中間產(chǎn)物，同時(shí)釋放能量，產(chǎn)生代謝物。有機(jī)物有機(jī)物氧化的基質(zhì)氧化的基質(zhì)中間有機(jī)物中間有機(jī)物氧化氧化代謝有機(jī)物代謝有機(jī)物最終受氫體最終受氫體污水和污泥的厭氧生物處理污水和污泥的厭氧生物處理天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-286好氧呼吸：當(dāng)存在外在

4、的電子受體氧O2，底物可全部氧化成CO2和H2O，產(chǎn)生ATP。水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1.微生物的微生物的呼吸呼吸底底物物NAD(P)+FAD或或FMN電子傳遞體系電子傳遞體系釋放的電子釋放的電子eO2H2OATP2021-11-287自養(yǎng)型自養(yǎng)型化能自養(yǎng)化能自養(yǎng)光能自養(yǎng)光能自養(yǎng)異養(yǎng)型異養(yǎng)型化能異養(yǎng)化能異養(yǎng)光能異養(yǎng)光能異養(yǎng)按照被氧化底物的不同分為自養(yǎng)和異養(yǎng)型按照被氧化底物的不同分為自養(yǎng)和異養(yǎng)型污水好氧生物處理系統(tǒng)污水好氧生物處理系統(tǒng)水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件1.微生物的微生物的呼吸呼吸天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-288

5、厭氧呼吸在無(wú)O2的情況下進(jìn)行的生物氧化，以有機(jī)物為底物，經(jīng)呼吸鏈傳遞氫，最終由氧氣以外的無(wú)機(jī)化合物，如NO3-、NO2-、SO42-、CO32-、CO2受氫。水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1.微生物的微生物的呼吸呼吸有有機(jī)機(jī)底底物物H2A輔酶輔酶輔酶輔酶H2受氫體受氫體NO3-、NO2-、SO42-、CO32-、CO2受氫體受氫體H2脫氫酶脫氫酶氧化酶氧化酶污水脫氮、厭氧產(chǎn)甲烷過(guò)程污水脫氮、厭氧產(chǎn)甲烷過(guò)程2021-11-289 在有氧的條件下，好氧微生物降解有機(jī)物。如在有氧的條件下，好氧微生物降解有機(jī)物。如活性污泥法和生物膜法活性污泥法和生物膜法，微生物利

6、用廢水中的有機(jī)，微生物利用廢水中的有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。有機(jī)物經(jīng)過(guò)一系列的生物為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。有機(jī)物經(jīng)過(guò)一系列的生化反應(yīng)，逐級(jí)釋放能量，最終以低能位的無(wú)機(jī)物質(zhì)化反應(yīng)，逐級(jí)釋放能量，最終以低能位的無(wú)機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定下來(lái)，達(dá)到無(wú)害化的要求。穩(wěn)定下來(lái)，達(dá)到無(wú)害化的要求。2. 廢水的廢水的好氧處理好氧處理水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-28102. 廢水的廢水的好氧處理好氧處理好氧生物處理中，有機(jī)物被微生物攝取后，通過(guò)好氧生物處理中，有機(jī)物被微生物攝取后，通過(guò)代謝，約有代謝，約有三分之一分解、穩(wěn)定三分之一分解、穩(wěn)定、并提供其生理活、并提供其生理

7、活動(dòng)所需的能量；動(dòng)所需的能量；三分之二被轉(zhuǎn)化，合成三分之二被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生為新的原生質(zhì)，微生物進(jìn)行自身的細(xì)胞生長(zhǎng)。質(zhì)，微生物進(jìn)行自身的細(xì)胞生長(zhǎng)。合成合成 有機(jī)物氧微生物有機(jī)物氧微生物（C, O, H, N, S, P）2/3新的細(xì)胞質(zhì)新的細(xì)胞質(zhì)+ 能量能量熱熱分解分解 CO2, H2O, NH3, SO42-, PO43-1/3水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)內(nèi)源代謝內(nèi)源代謝80%，CO2、H2O、NH320%，細(xì)胞殘留物，細(xì)胞殘留物2021-11-2811 厭氧生物處理是在無(wú)氧的條件下，利用兼性和厭氧生物處理是在無(wú)氧的條件下，利用兼性和厭氧微生物分解

8、有機(jī)物的一種生物處理法。在厭氧厭氧微生物分解有機(jī)物的一種生物處理法。在厭氧生物處理中，有機(jī)物被降解為簡(jiǎn)單的化合物，同時(shí)生物處理中，有機(jī)物被降解為簡(jiǎn)單的化合物，同時(shí)釋放能量。釋放能量。3. 廢水的廢水的厭氧生物處理厭氧生物處理水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2812在這個(gè)過(guò)程中，有機(jī)物的轉(zhuǎn)化分為三部分，一部在這個(gè)過(guò)程中，有機(jī)物的轉(zhuǎn)化分為三部分，一部分轉(zhuǎn)化為甲烷，還有一部分轉(zhuǎn)化為分轉(zhuǎn)化為甲烷，還有一部分轉(zhuǎn)化為CO2, H2O, NH3, H2S等無(wú)機(jī)物，并為細(xì)胞合成提供能量，少量的有機(jī)等無(wú)機(jī)物，并為細(xì)胞合成提供能量，少量的有機(jī)物被轉(zhuǎn)化、合成為新的

9、原生質(zhì)的組成部分。物被轉(zhuǎn)化、合成為新的原生質(zhì)的組成部分。 有機(jī)物微生物有機(jī)物微生物（C, O, H, N, S, P）合成合成分解分解新的細(xì)胞質(zhì)新的細(xì)胞質(zhì)有機(jī)酸，醇有機(jī)酸，醇H2S , C O2, NH3, + 能量能量合成合成分解分解新的細(xì)胞質(zhì)新的細(xì)胞質(zhì)CH4, CO2, NH3, H2S+ 能量能量水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-28134. 4. 脫氮除磷原理脫氮除磷原理有機(jī)物有機(jī)物氨化氨化好氧硝化好氧硝化厭氧反硝化厭氧反硝化NH3-NNO2- , NO3-N2脫氮脫氮水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)

10、2021-11-2814水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)除磷除磷聚聚P聚聚P聚聚P聚聚P大部分大部分（P）去除去除厭氧放磷厭氧放磷好氧吸磷好氧吸磷2021-11-281511.2 11.2 微生物的生長(zhǎng)規(guī)律及生長(zhǎng)環(huán)境微生物的生長(zhǎng)規(guī)律及生長(zhǎng)環(huán)境 微生物的生長(zhǎng)規(guī)律一般是以生長(zhǎng)曲線來(lái)反微生物的生長(zhǎng)規(guī)律一般是以生長(zhǎng)曲線來(lái)反映的，污水處理中混合生長(zhǎng)的活性污泥也有類映的，污水處理中混合生長(zhǎng)的活性污泥也有類似的生長(zhǎng)曲線。似的生長(zhǎng)曲線。 細(xì)菌生長(zhǎng)的階段可分為細(xì)菌生長(zhǎng)的階段可分為停滯期，對(duì)數(shù)期，停滯期，對(duì)數(shù)期，靜止期，衰亡期靜止期，衰亡期。水污染控制工程課程課件水污染控制工程

11、課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1. 微生物的微生物的生長(zhǎng)規(guī)律生長(zhǎng)規(guī)律0生生長(zhǎng)長(zhǎng)速速率率時(shí)間時(shí)間t t2021-11-2816生生長(zhǎng)長(zhǎng)速速率率細(xì)細(xì)菌菌數(shù)數(shù)目目的的對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)值值0時(shí)間時(shí)間t t時(shí)間時(shí)間t ta.停滯期停滯期 有的細(xì)菌產(chǎn)生適應(yīng)的酶，細(xì)胞物質(zhì)增加，有的細(xì)菌不適有的細(xì)菌產(chǎn)生適應(yīng)的酶，細(xì)胞物質(zhì)增加，有的細(xì)菌不適應(yīng)新環(huán)境而死亡，細(xì)菌數(shù)有所減少。適應(yīng)的細(xì)菌生長(zhǎng)到某個(gè)應(yīng)新環(huán)境而死亡，細(xì)菌數(shù)有所減少。適應(yīng)的細(xì)菌生長(zhǎng)到某個(gè)程度便開始分裂，進(jìn)入停滯期的第二階段，加速期。細(xì)菌的程度便開始分裂，進(jìn)入停滯期的第二階段，加速期。細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖速度逐漸加快，細(xì)菌總數(shù)有所增加。生長(zhǎng)繁殖速度逐漸加快，細(xì)菌總數(shù)有所

12、增加。水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2817b.對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期 生長(zhǎng)速率常數(shù)最大，細(xì)胞分裂的代時(shí)生長(zhǎng)速率常數(shù)最大，細(xì)胞分裂的代時(shí)G最短；細(xì)菌最短；細(xì)菌總數(shù)的增加率和活菌數(shù)的增加率一致；對(duì)外界不良環(huán)境總數(shù)的增加率和活菌數(shù)的增加率一致；對(duì)外界不良環(huán)境因素的抵抗力強(qiáng)；代謝活力強(qiáng)，群體中的細(xì)胞化學(xué)成份因素的抵抗力強(qiáng)；代謝活力強(qiáng)，群體中的細(xì)胞化學(xué)成份及形態(tài)和生理特性都很一致。及形態(tài)和生理特性都很一致。 生生長(zhǎng)長(zhǎng)速速率率細(xì)細(xì)菌菌數(shù)數(shù)目目的的對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)值值0時(shí)間時(shí)間t t時(shí)間時(shí)間t t2021-11-2818c.靜止期靜止期 生長(zhǎng)速率常數(shù)生長(zhǎng)速率常數(shù)

13、R等于零，生長(zhǎng)的與死亡的數(shù)量相等。等于零，生長(zhǎng)的與死亡的數(shù)量相等。細(xì)菌總數(shù)達(dá)到最大值，并恒定一段時(shí)間。這一時(shí)期，細(xì)細(xì)菌總數(shù)達(dá)到最大值，并恒定一段時(shí)間。這一時(shí)期，細(xì)胞開始貯存糖原，異染粒，脂肪等貯藏物，多數(shù)芽孢桿胞開始貯存糖原，異染粒，脂肪等貯藏物，多數(shù)芽孢桿菌開始形成芽孢。菌開始形成芽孢。 生生長(zhǎng)長(zhǎng)速速率率細(xì)細(xì)菌菌數(shù)數(shù)目目的的對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)值值0時(shí)間時(shí)間t t時(shí)間時(shí)間t t水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2819 d.衰亡期衰亡期 個(gè)體死亡的速度超過(guò)新生的速度，細(xì)菌利用貯存?zhèn)€體死亡的速度超過(guò)新生的速度，細(xì)菌利用貯存物質(zhì)進(jìn)行內(nèi)源呼吸，一部分細(xì)胞物質(zhì)被

14、氧化分解；細(xì)物質(zhì)進(jìn)行內(nèi)源呼吸，一部分細(xì)胞物質(zhì)被氧化分解；細(xì)胞形態(tài)多樣，會(huì)發(fā)生不規(guī)則的退化形態(tài)或畸形；有的胞形態(tài)多樣，會(huì)發(fā)生不規(guī)則的退化形態(tài)或畸形；有的微生物在這時(shí)產(chǎn)生抗生素等次代謝產(chǎn)物。微生物在這時(shí)產(chǎn)生抗生素等次代謝產(chǎn)物。 生生長(zhǎng)長(zhǎng)速速率率細(xì)細(xì)菌菌數(shù)數(shù)目目的的對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)值值0時(shí)間時(shí)間t t時(shí)間時(shí)間t t水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-28202.微生物的生長(zhǎng)環(huán)境（污水生物處理的影響因素）微生物的生長(zhǎng)環(huán)境（污水生物處理的影響因素）v營(yíng)養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)v溫度溫度vpHpHv溶解氧溶解氧v毒物毒物水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)

15、大學(xué)2021-11-2821水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué) 微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有六種營(yíng)養(yǎng)要素，微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有六種營(yíng)養(yǎng)要素，水、水、碳源、氮源、能源、無(wú)機(jī)鹽，生長(zhǎng)因子碳源、氮源、能源、無(wú)機(jī)鹽，生長(zhǎng)因子。 生活污水處理系統(tǒng)中的微生物，營(yíng)養(yǎng)物需生活污水處理系統(tǒng)中的微生物，營(yíng)養(yǎng)物需要一定的比例，一般為要一定的比例，一般為BOD5:N:P=100:5:1。1） 營(yíng)養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)2021-11-2822 溫度是影響微生物生長(zhǎng)的重要因素。在適宜的溫溫度是影響微生物生長(zhǎng)的重要因素。在適宜的溫度內(nèi)微生物能大量繁殖生長(zhǎng)。度內(nèi)微生物能大量繁殖生長(zhǎng)。水污染控制工程課程課件水污染控制工程

16、課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)v水溫上升還有利于混合、攪拌、沉降等物理過(guò)程，水溫上升還有利于混合、攪拌、沉降等物理過(guò)程，但不利于氧的轉(zhuǎn)移。但不利于氧的轉(zhuǎn)移。v污水生物處理的水溫在污水生物處理的水溫在2037時(shí)效果最好。時(shí)效果最好。 2） 溫度溫度 2021-11-28233） pH 大多數(shù)細(xì)菌，藻類和原生動(dòng)物最適大多數(shù)細(xì)菌，藻類和原生動(dòng)物最適pH為為6.57.5，它們的它們的pH適應(yīng)范圍在適應(yīng)范圍在410。pH10嗜嗜酸酸性性微微生生物物嗜嗜堿堿性性微微生生物物霉霉菌菌酵酵母母菌菌細(xì)細(xì)菌菌放放線線菌菌水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2824

17、v對(duì)于好氧生物處理，對(duì)于好氧生物處理，pHpH值一般以值一般以6.58.5為宜。為宜。vpHpH值低于值低于6.56.5，真菌即開始與細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)，真菌即開始與細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng); ;v降低到降低到4.54.5時(shí)，真菌將占優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)重影響沉降分離時(shí)，真菌將占優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)重影響沉降分離; ;vpHpH值超過(guò)值超過(guò)9.09.0時(shí)，代謝速度受到阻礙。時(shí)，代謝速度受到阻礙。 vpHpH值是指混合液而言值是指混合液而言, ,對(duì)于酸性廢水及堿性廢水，對(duì)于酸性廢水及堿性廢水，生化反應(yīng)具有緩沖作用。生化反應(yīng)具有緩沖作用。水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2825 根據(jù)微生物與分子

18、氧的關(guān)系，將微生物分為好根據(jù)微生物與分子氧的關(guān)系，將微生物分為好氧和兼性厭氧和厭氧微生物。氧和兼性厭氧和厭氧微生物。v好氧微生物里分專性好氧在氧分壓好氧微生物里分專性好氧在氧分壓0.20.2101KPa101KPa下下生長(zhǎng)良好的微生物。生長(zhǎng)良好的微生物。v微量好氧微生物，微量好氧微生物，0.0030.0030.20.2101KPa101KPa下生長(zhǎng)繁殖下生長(zhǎng)繁殖良好的微生物。良好的微生物。v厭氧微生物包括專性厭氧在厭氧微生物包括專性厭氧在0.0050.005101KPa101KPa生長(zhǎng)和生長(zhǎng)和耐氧厭氧微生物。耐氧厭氧微生物。v兼性厭氧即可在有氧條件下又可在無(wú)氧條件下生長(zhǎng)兼性厭氧即可在有氧條件下

19、又可在無(wú)氧條件下生長(zhǎng)繁殖。繁殖。4）溶解氧）溶解氧水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2826v活性污泥絮凝體的大小不同，所需要的最小溶解氧活性污泥絮凝體的大小不同，所需要的最小溶解氧濃度也就不一樣。絮凝體越小，與污水的接觸面積濃度也就不一樣。絮凝體越小，與污水的接觸面積越大，也越利于對(duì)氧的攝取，所需要的溶解氧濃度越大，也越利于對(duì)氧的攝取，所需要的溶解氧濃度就小。反之絮凝體大，則所需的溶解氧濃度就大。就小。反之絮凝體大，則所需的溶解氧濃度就大。 v好氧生物處理濃度以好氧生物處理濃度以23mg/L左右為宜。左右為宜。v反硝化反應(yīng)溶解氧反硝化反應(yīng)溶解

20、氧0.5mg/Lv厭氧放磷溶解氧低于厭氧放磷溶解氧低于0.3mg/L水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-28275） 不利因素，毒物不利因素，毒物 v廢水處理中，存在對(duì)微生物有毒害作用的化學(xué)物質(zhì)，廢水處理中，存在對(duì)微生物有毒害作用的化學(xué)物質(zhì)，這類物質(zhì)如重金屬、這類物質(zhì)如重金屬、H2S、鉻酸鹽、砷酸鹽、氰、鉻酸鹽、砷酸鹽、氰、氨苯、硝酸根、苯、酚、甲醛、丙酮等。氨苯、硝酸根、苯、酚、甲醛、丙酮等。 v這些物質(zhì)對(duì)細(xì)菌的毒害作用，或是破壞細(xì)菌細(xì)胞某這些物質(zhì)對(duì)細(xì)菌的毒害作用，或是破壞細(xì)菌細(xì)胞某些必要的生理結(jié)構(gòu)，或是抑制細(xì)菌的代謝進(jìn)程。些必要的生理結(jié)構(gòu)，或

21、是抑制細(xì)菌的代謝進(jìn)程。 水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-282811.3 11.3 生化反應(yīng)的反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)生化反應(yīng)的反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)11.3.1 11.3.1 反應(yīng)速度反應(yīng)速度底物底物S細(xì)胞細(xì)胞X最終產(chǎn)物最終產(chǎn)物P合成合成分解分解 生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時(shí)間底物的生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時(shí)間底物的減少、最終產(chǎn)物的增加量或細(xì)胞的增加量。減少、最終產(chǎn)物的增加量或細(xì)胞的增加量。廢水生物處理中生化反應(yīng)的速度如何表達(dá)？廢水生物處理中生化反應(yīng)的速度如何表達(dá)？以單位時(shí)間里以單位時(shí)間里底物的減少底物的減少或或細(xì)胞的增加細(xì)胞的增加來(lái)表示。來(lái)表

22、示。水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2829SY X + Z Pd Xd S= Y ()d td td S1d X=()d tYd t 反應(yīng)了底物減少速率和細(xì)胞增長(zhǎng)速率之間的反應(yīng)了底物減少速率和細(xì)胞增長(zhǎng)速率之間的關(guān)系，它是污水生物處理中的研究生化反應(yīng)的一關(guān)系，它是污水生物處理中的研究生化反應(yīng)的一個(gè)重要的規(guī)律。個(gè)重要的規(guī)律。反應(yīng)系數(shù)，又稱產(chǎn)率系數(shù)，反應(yīng)系數(shù)，又稱產(chǎn)率系數(shù)，mg(生物量生物量)/mg(降解的底物降解的底物)dXY=dS水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-283011.3.2 11.3

23、.2 反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)級(jí)數(shù)的概念：反應(yīng)級(jí)數(shù)的概念：v一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物A的濃度的濃度A成成正比；正比；v二級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度與兩種反應(yīng)物的濃度二級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度與兩種反應(yīng)物的濃度AB成正比，或與一種反應(yīng)物的濃度的平方成正比，或與一種反應(yīng)物的濃度的平方A2成正成正比；比；v三級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度與三級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度與AB2成正比，也可稱為成正比，也可稱為反應(yīng)物反應(yīng)物A的一級(jí)反應(yīng)和反應(yīng)物的一級(jí)反應(yīng)和反應(yīng)物B的二級(jí)反應(yīng)。的二級(jí)反應(yīng)。水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2831對(duì)反應(yīng)物對(duì)反應(yīng)物A而言，零級(jí)反應(yīng)：而言

24、，零級(jí)反應(yīng)： 0V,AAAdkkktdt一級(jí)反應(yīng)：一級(jí)反應(yīng)： 0V,lglg2.3AAAAAdkkktdt二級(jí)反應(yīng)：二級(jí)反應(yīng)： 22011V,AAAAAdkkktdt 反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物A A的量增加時(shí)，的量增加時(shí)，k k為正值。為正值。反之，反之，k k為負(fù)值。為負(fù)值。 在廢水處理中，有機(jī)污染物的濃度逐漸減少，在廢水處理中，有機(jī)污染物的濃度逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負(fù)值。反應(yīng)常數(shù)為負(fù)值。水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2832生化反應(yīng)中，底物的降解速度和反應(yīng)器中底物生化反應(yīng)中，底物的降解速度和反應(yīng)器中底物的濃度有關(guān)，生化反應(yīng)的方

25、程式為：的濃度有關(guān)，生化反應(yīng)的方程式為： SYX+ZPVVnndSdSSkSdtdt或 式中，式中，k為反應(yīng)速度常數(shù)，隨溫度而異，為反應(yīng)速度常數(shù)，隨溫度而異，n為為反應(yīng)級(jí)數(shù)。反應(yīng)級(jí)數(shù)。上式取對(duì)數(shù)改寫為上式取對(duì)數(shù)改寫為 knVlglgSlg水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)以以S表示，則生化反應(yīng)的速度為表示，則生化反應(yīng)的速度為：s底物的濃度底物的濃度2021-11-2833kSnVlglglg2級(jí)級(jí)1級(jí)級(jí)0級(jí)級(jí)lgS0lgV 與與lgS的關(guān)系的關(guān)系lgV水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-283411.4 11.4

26、 生物處理的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)生物處理的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 對(duì)生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)更深層的研究，是對(duì)反應(yīng)機(jī)對(duì)生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)更深層的研究，是對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究、理進(jìn)行研究、探討活性污泥對(duì)有機(jī)底物的代謝、降探討活性污泥對(duì)有機(jī)底物的代謝、降解過(guò)程解過(guò)程，揭示這一反應(yīng)過(guò)程的本質(zhì)，使人們能夠更，揭示這一反應(yīng)過(guò)程的本質(zhì)，使人們能夠更自覺(jué)的對(duì)反應(yīng)速度加以控制和調(diào)節(jié)。自覺(jué)的對(duì)反應(yīng)速度加以控制和調(diào)節(jié)。研究生物處理反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的目的是什么？研究生物處理反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的目的是什么？水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2835v有機(jī)底物的降解速度與有機(jī)底物濃度、活性污泥有機(jī)底物的降解速度與有機(jī)底物

27、濃度、活性污泥微生物量等因素的關(guān)系。微生物量等因素的關(guān)系。v活性污泥微生物增殖速度（增長(zhǎng)速度）與有機(jī)底活性污泥微生物增殖速度（增長(zhǎng)速度）與有機(jī)底物濃度、微生物量等因素的關(guān)系。物濃度、微生物量等因素的關(guān)系。 對(duì)活性污泥處理系統(tǒng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究的重對(duì)活性污泥處理系統(tǒng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究的重點(diǎn)在于確定點(diǎn)在于確定活性污泥的反應(yīng)速度和各項(xiàng)主要環(huán)活性污泥的反應(yīng)速度和各項(xiàng)主要環(huán)境因素的關(guān)系境因素的關(guān)系，主要內(nèi)容為：，主要內(nèi)容為：水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-283611.4.1 11.4.1 莫諾特（莫諾特（MonodMonod）方程式）方程式微生物群體增長(zhǎng)

28、速率微生物群體增長(zhǎng)速率莫諾特莫諾特19421942年用純種的微生物在單一的底年用純種的微生物在單一的底物的培養(yǎng)基中進(jìn)行了微生物的增殖速率和底物物的培養(yǎng)基中進(jìn)行了微生物的增殖速率和底物濃度之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。莫諾特認(rèn)為，可以通濃度之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。莫諾特認(rèn)為，可以通過(guò)經(jīng)典的米門方程式來(lái)描述底物濃度與微生物過(guò)經(jīng)典的米門方程式來(lái)描述底物濃度與微生物比增殖速度之間的關(guān)系比增殖速度之間的關(guān)系, ,也可以描述曝氣池中也可以描述曝氣池中活性污泥的增長(zhǎng)速度。活性污泥的增長(zhǎng)速度。 水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2837水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課

29、件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)maxSSKS微生物比增長(zhǎng)速度微生物比增長(zhǎng)速度，即單位生物量的增長(zhǎng)，即單位生物量的增長(zhǎng)，d-1；S限制微生物增長(zhǎng)的底物的濃度，限制微生物增長(zhǎng)的底物的濃度，mg/LX微生物濃度，微生物濃度，mg/L max底物濃度很大，不再影響微生物的增長(zhǎng)速度底物濃度很大，不再影響微生物的增長(zhǎng)速度時(shí)時(shí)的最大值的最大值，d-1；KS飽和常數(shù)，飽和常數(shù)，mg/L 。當(dāng)。當(dāng)1/2max時(shí)的底物濃度。時(shí)的底物濃度。 d/X dtX莫諾特（莫諾特（MonodMonod）方程式）方程式2021-11-2838dX 1dt XYdS 1dt XrY,Yrr水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件

30、天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)微生物增長(zhǎng)與底物降解存在一定的關(guān)系微生物增長(zhǎng)與底物降解存在一定的關(guān)系XYSd /S dtrX比底物利用速率比底物利用速率11.4.2 11.4.2 勞勞- -麥方程式麥方程式底物的利用速率底物的利用速率2021-11-2839底物的比降解速度也可用米門方程的形式表示底物的比降解速度也可用米門方程的形式表示： YrmaxmaxSSrrKsSKsS=Yrmax為比底物降解速度的最大值為比底物降解速度的最大值KS為為r1/2rmax時(shí)底物的濃度，時(shí)底物的濃度，又稱半速度常數(shù)又稱半速度常數(shù)。 對(duì)于實(shí)際的污水處理領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，對(duì)于實(shí)際的污水處理領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，r比微生物的比增長(zhǎng)速度更實(shí)際，

31、應(yīng)用性更強(qiáng)，是比微生物的比增長(zhǎng)速度更實(shí)際，應(yīng)用性更強(qiáng)，是要討論的對(duì)象。要討論的對(duì)象。水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)maxSSKS勞勞- -麥方程式麥方程式2021-11-284011.4.3 11.4.3 微生物增長(zhǎng)與底物降解的基本關(guān)系式微生物增長(zhǎng)與底物降解的基本關(guān)系式廢水處理系統(tǒng)中，存在微生物增長(zhǎng)和底物降廢水處理系統(tǒng)中，存在微生物增長(zhǎng)和底物降解之間存在一定量的關(guān)系。解之間存在一定量的關(guān)系。水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)底物的利用速率底物的利用速率SeSSS 用于合成細(xì)用于合成細(xì)胞的底物胞的底物用于提供能用于提供能量的

32、底物量的底物2021-11-2841usedSdSdSdtdtdt水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)總底物利用速率總底物利用速率用于合成細(xì)胞的用于合成細(xì)胞的底物利用速率底物利用速率用于提供能量的用于提供能量的底物利用速率底物利用速率底物的利用速率底物的利用速率2021-11-2842gSedXdXdX=-dtdtdt微生物的凈增長(zhǎng)速率微生物的凈增長(zhǎng)速率微生物凈增長(zhǎng)速率微生物凈增長(zhǎng)速率微生物合成速率微生物合成速率內(nèi)源呼吸微生物自內(nèi)源呼吸微生物自身氧化速率身氧化速率（內(nèi)源代謝速率）（內(nèi)源代謝速率）水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)2021-11-2843gSedXdXdX=-dtdtdt水污染控制工程課程課件水污染控制工程課程課件天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)SUdXdS)Y)dtdt（ （微生物的合成速率微生物的合成速率Y Y產(chǎn)率系數(shù)：被利用單位底物轉(zhuǎn)換成微生物體量的產(chǎn)率系數(shù)：被利用單位底物轉(zhuǎn)換成微生物體量的系數(shù)。系數(shù)。mgmg微生物量微生物量/mg/mg被微生物利用的有機(jī)底物被微生物利用的有機(jī)底物2021-11-2844gSedXdXdX=-dtdtdt