反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)

1、第四節(jié) 反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù) 一 、 生化反應(yīng)的反應(yīng)速度 單位時(shí)間的底物減少量 單位時(shí)間的最終產(chǎn)物增加量 單位時(shí)間的微生物細(xì)胞增加量 S=yX+zP(式中：P-Product難以計(jì)量，所以一般用S-Substrate、X-Mass來(lái)表示反應(yīng)速度)二、反應(yīng)級(jí)數(shù) 若反應(yīng) pA+qBmC+nD的反應(yīng)速度為： v=kApBq 這個(gè)反應(yīng)稱為（p+q）級(jí)反應(yīng)；（p+q）稱為反應(yīng)的級(jí)數(shù)。 也可稱這個(gè)反應(yīng)是A的p級(jí)反應(yīng)，或B的q級(jí)反應(yīng)。 零級(jí)反應(yīng)p+q=0； 一級(jí)反應(yīng)p+q=1； 二級(jí)反應(yīng)p+q=2； 對(duì)于生化反應(yīng)：對(duì)于生化反應(yīng)： S=yX+zP 生化反應(yīng)速度：生化反應(yīng)速度： v=dS/dt=kSn 或：或：

2、lgv=nlgS+lgk n稱為生化反應(yīng)的級(jí)數(shù)稱為生化反應(yīng)的級(jí)數(shù)三、米三、米-門（門（Michaelis-Menten）方程式）方程式 （一） 生物酶的特點(diǎn) 1、催化效率高，是一般催化劑的106-1013倍； 2、高度專一性 3、對(duì)環(huán)境敏感，化學(xué)組成類似蛋白質(zhì) 4、在常溫、常壓、中性環(huán)境下進(jìn)行催化反應(yīng)（二） 酶促反應(yīng) S+E=ESP+E SSubstrate，基質(zhì)或底物； EEnzyme，酶； ES中間產(chǎn)物，酶與基質(zhì)的復(fù)合物； PProduct，產(chǎn)物。 （三） 米氏方程式 v=vmaxS/Km+S v酶反應(yīng)速度 vmax 最大酶反應(yīng)速度 S底物濃度 Km 米氏常數(shù)，半速率常數(shù)（四） 米氏常數(shù)的

3、意義及測(cè)定 1、Km是酶的特征常數(shù)，不同酶的Km值不同； 2、一種酶如果能催化幾種底物，就有幾個(gè)特定的Km； 3、 Km值最小的底物，稱為該酶的最適底物； 4、由于vmax難以達(dá)到，所以Km值常用雙倒數(shù)圖解法測(cè)定。第五節(jié) 微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)-莫諾特 （Monod）方程式（一）基本方程式Ks飽和常數(shù)，也稱之為半速度常數(shù)；S有機(jī)底物濃度。比增長(zhǎng)速率,=(dx/dt)/x ; dx/dt-微生物群體增長(zhǎng)速率。=Yqmax=YqmaxY-dx/ds,產(chǎn)率系數(shù)，g(生物量)/g(降解的底物)q-(ds/dt)/x,比底物降解速率 ds/dt-底物利用速率qq（二） 莫諾方程式的推論 1、在高濃度有機(jī)底物的

4、條件下， SKs，上式簡(jiǎn)化為： q=qmax 二式說(shuō)明，在高濃度有機(jī)底物的條件下，有機(jī)底物以最大的速度進(jìn)行降解，而與有機(jī)底物的濃度無(wú)關(guān)，呈零級(jí)反應(yīng)關(guān)系。dS/dt表示有機(jī)底物的降解速度。表示有機(jī)底物的降解速度。q 即圖上所表示的SS，區(qū)段。有機(jī)底物的濃度再行提高，降解速率也不會(huì)提高，因?yàn)樵谶@一條件下，微生物處于對(duì)數(shù)增殖期，其酶系統(tǒng)的活性位置都為有機(jī)底物所飽和。 有機(jī)底物的降解速度與污泥濃度(生物量)有關(guān)，并呈一級(jí)反應(yīng)關(guān)系 2、在低底物濃度的條件下，SKs，與Ks值相較，S值可忽略不計(jì)，這樣，上式可分別簡(jiǎn)化為： qq 可見(jiàn)，有機(jī)底物降解遵循一級(jí)反應(yīng)，有機(jī)底物的含量已成為有機(jī)底物降解的控制因素，因

5、為在這種條件下，混合液中有機(jī)底物濃度已經(jīng)不高，微生物增殖處于減速增殖期或內(nèi)源呼吸期，微生物酶系統(tǒng)多未被飽和，在圖中即為橫坐標(biāo)S=0到S=S”這樣的一個(gè)區(qū)段。 這個(gè)區(qū)段的曲線在表現(xiàn)形式上為通過(guò)原點(diǎn)的直線，其斜率即為K2。 思考題:1.什么是活性污泥膨脹?污泥膨脹可分為幾種?2.污泥膨脹的危害有哪些?如何識(shí)別?3.絲狀菌污泥膨脹的原因有哪些?非絲狀菌污 泥膨脹的原因有哪些? 4.曝氣池活性污泥膨脹的原因有哪些?解決的 對(duì)策有哪些? 污泥膨脹是活性污泥法系統(tǒng)常見(jiàn)的一種異常現(xiàn)象,是指由于某種因素的改變,活性污泥質(zhì)量變輕、膨大、沉降性能惡化，SVI值不斷升高，不能在二沉池內(nèi)進(jìn)行正常的泥水分離，二沉池的污

6、泥面不斷上升，最終導(dǎo)致污泥流失，使曝氣池的MLSS濃度過(guò)度降低，從而破壞正常工藝運(yùn)行的污泥，這種現(xiàn)象稱污泥膨脹。 污泥膨脹時(shí)，SVI值異常高，有時(shí)可達(dá)400以上。 污泥膨脹分為絲狀菌膨脹和非絲狀菌膨脹。前者是活性污泥絮體中的絲狀菌度繁殖而導(dǎo)致的；后者是菌膠團(tuán)細(xì)菌本身生理活動(dòng)異常、粘性物質(zhì)大量產(chǎn)生導(dǎo)致的。2.發(fā)生污泥膨脹后,二沉池出水的SS將會(huì)大幅度增加,直至超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)導(dǎo)致出水的COD和BOD也超標(biāo)。如果不采取控制措施，污泥持續(xù)流失會(huì)使曝氣池內(nèi)的微生物數(shù)量銳減，不能滿足分解有機(jī)污染物的正常需要，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能的下降，甚至崩潰。如果恢復(fù)，需要從培養(yǎng)、馴化活性污泥重新開(kāi)始。污泥膨脹可以

7、通過(guò)檢測(cè)曝氣池混合液的SVI（超過(guò)100）、沉降速度（低于0.6米/小時(shí))和生物相鏡檢(絲狀菌增大到+ +級(jí))來(lái)判斷和預(yù)測(cè)，而通過(guò)觀察二沉池出水懸浮物和泥面的上升變化是最直觀的方法。3.活性污泥中,絲狀菌過(guò)度繁殖,會(huì)形成絲狀菌污泥膨脹。在正常環(huán)境中，菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)速率大于絲狀菌,不會(huì)出現(xiàn)絲狀菌過(guò)度繁殖的現(xiàn)象,但如果活性污泥環(huán)境條件發(fā)生不利變化,絲狀菌因其表面積較大,抵抗環(huán)境變化的能力比菌膠團(tuán)細(xì)菌強(qiáng),絲狀菌的數(shù)量就有可能超過(guò)菌膠團(tuán)細(xì)菌,從而導(dǎo)致絲狀菌. 引起活性污泥環(huán)境條件發(fā)生不利變化的因素主要有:(1)進(jìn)水中有機(jī)物質(zhì)太少,曝氣池內(nèi)F/M太低,導(dǎo)致微生物食料不足;(2)進(jìn)水中N和P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足;

8、(3)PH值太低,不利于菌膠團(tuán)生長(zhǎng);(4)曝氣池溶解內(nèi)氧太低;(5)進(jìn)水水質(zhì)和水量波動(dòng)太大,對(duì)微生物造成沖擊;(6)進(jìn)入曝齊池的污水“腐化”而含有較多的硫化氫(大于12毫克/升),導(dǎo)致絲硫菌過(guò)量繁殖;(7)進(jìn)入曝氣池的污水水溫偏高(超過(guò)攝氏30度)3. 非絲狀菌污泥膨脹是由于菌膠團(tuán)本身生理活動(dòng)異常,導(dǎo)致活性污泥沉降性能惡化的現(xiàn)象,可分為兩種:(1)非絲狀菌污泥膨脹是由于進(jìn)水口含有大量的溶解性糖類有機(jī)物,使污泥負(fù)荷F/M太高,而進(jìn)水中又缺乏足夠的N和P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或混合液內(nèi)溶解氧含量太低.高F/M時(shí),細(xì)菌會(huì)很快把大量有機(jī)物質(zhì)吸入體內(nèi),而由于缺乏足夠的N和P或溶解氧,就不能在體內(nèi)進(jìn)行正常的分解代謝,此時(shí)細(xì)菌會(huì)向體外分泌出過(guò)量的多聚糖類物質(zhì).這些多聚糖類物質(zhì)由于分子中含有很多的羥基而具有較強(qiáng)的親水性,使活性污泥的結(jié)合水高達(dá)400%以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于100%的左右的正常水平.結(jié)果使活性污泥呈粘性