水污染控制工程第十一章課件

第十一章廢水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)概述第二節(jié)污水生物處理基本原理第三節(jié)微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境第四節(jié)反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)第五節(jié)微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)2021/8/51第十一章廢水生物處理的基本概念第一節(jié)概述2021/第一節(jié)概述2021/8/52第一節(jié)概述2021/8/52污水生物處理是利用自然界中廣泛分布的個(gè)體微小、代謝營(yíng)養(yǎng)類型多樣、適應(yīng)能力強(qiáng)的微生物的新陳代謝作用，對(duì)污水進(jìn)行凈化的處理方法。2021/8/53污水生物處理是利用自然界中廣泛分布的個(gè)體微小、代謝營(yíng)養(yǎng)類型多污水生物處理技術(shù)好氧生物處理是指在水中存在溶解氧的條件下（即水中存在分子氧）進(jìn)行的生物處理過程。缺氧生物處理是指在水中無分子氧存在，但存在如硝酸鹽等化合態(tài)氧存在的條件下進(jìn)行的生物處理過程。厭氧生物處理是指在水中既無分子氧又無化合態(tài)氧存在的條件下進(jìn)行的生物處理過程。2021/8/54污水生物處理技術(shù)好氧生物處理2021/8/54第二節(jié)污水生物處理基本原理2021/8/55第二節(jié)污水生物處理基本原理2021/8/55微生物的新陳代謝新陳代謝：微生物不斷從外界環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過生物酶催化的復(fù)雜生化反應(yīng)，在體內(nèi)不斷進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化和交換的過程。分解代謝：分解復(fù)雜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降解高能化合物，獲得能量。合成代謝：通過一系列的生化反應(yīng)，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的細(xì)胞成分，機(jī)體制造自身。2021/8/56微生物的新陳代謝新陳代謝：微生物不斷從外界環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)底物降解：污水中可被微生物通過酶的催化作用而進(jìn)行生物化學(xué)變化的物質(zhì)稱為底物或基質(zhì)。可生物降解有機(jī)物量：可通過生物的降解轉(zhuǎn)化的量。可生物降解底物量：包括有機(jī)的和無機(jī)的可生物利用物質(zhì)。新陳代謝合成代謝(同化作用)分解代謝(異化作用)復(fù)雜物質(zhì)分解為簡(jiǎn)單物質(zhì)簡(jiǎn)單物質(zhì)合成為復(fù)雜物質(zhì)吸收能量釋放能量能量代謝物質(zhì)代謝2021/8/57底物降解：污水中可被微生物通過酶的催化作用而進(jìn)行生物新陳代謝能量循環(huán)：三磷酸腺苷ATP(adenosinetriphosphate)AMP+~P→ADP+~P→ATPADP磷酸化生成ATP；ATP水解產(chǎn)生能量。低能化合物高能化合物ATP能量生理需要細(xì)胞合成熱能釋放ADP磷酸化光合磷酸化底物水平磷酸化電子傳遞磷酸化氧化磷酸化ADP磷酸根+2021/8/58能量循環(huán)：三磷酸腺苷ATP(adenosinetripho指微生物將有機(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)釋放能量并產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物。在發(fā)酵條件下有機(jī)物只是部分地氧化，因此只釋放出一小部分能量。例如，葡萄糖的發(fā)酵過程：總反應(yīng)式：

發(fā)酵與呼吸發(fā)酵2021/8/59指微生物將有機(jī)物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某呼吸一切生物時(shí)刻都在進(jìn)行著呼吸，沒有呼吸就沒有生命。呼吸作用的生物現(xiàn)象：呼吸作用中發(fā)生能量轉(zhuǎn)換：供細(xì)胞合成、其他生命活動(dòng)，多余的能量以熱量形式釋放。通過呼吸作用，復(fù)雜有機(jī)物逐步轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單物質(zhì)。呼吸作用過程中吸收和同化各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。2021/8/510呼吸一切生物時(shí)刻都在進(jìn)行著呼吸，沒有呼吸就沒有生命。呼吸作呼吸類型微生物的呼吸指微生物獲取能量的生理功能好氧呼吸厭氧呼吸根據(jù)氧化的底物、氧化產(chǎn)物的不同按反應(yīng)過程中的最終受氫體的不同自養(yǎng)型微生物無氧呼吸異養(yǎng)型微生物發(fā)酵根據(jù)受氫體的不同分為2021/8/511呼吸類型微生物的呼吸指微生物獲取能量的生理功能好氧呼吸厭氧呼好氧呼吸是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入好氧微生物細(xì)胞后，通過一系列氧化還原反應(yīng)獲得能量的過程。有分子氧參與的生物氧化，反應(yīng)的最終受氫體是分子氧。底物中的氫被脫氫酶活化，并從底物中脫出交給輔酶（遞氫體），同時(shí)放出電子，氧化酶利用底物放出的電子激活游離氧，活化氧和從底物中脫出的氫結(jié)合成水。NAD(P)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）好氧呼吸過程實(shí)質(zhì)上是脫氫和氧活化相結(jié)合的過程。在這個(gè)過程中，同時(shí)放出能量。依好氧微生物的類型不同，被其氧化的底物不同，氧化產(chǎn)物也不同。好氧呼吸有異養(yǎng)型微生物呼吸和自養(yǎng)型微生物呼吸兩種。好氧呼吸2021/8/512好氧呼吸是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入好氧微生物細(xì)胞后，通過一系列好氧呼吸異養(yǎng)型微生物異養(yǎng)型微生物以有機(jī)物為底物(電子供體)，其終點(diǎn)產(chǎn)物為二氧化碳、氨和水等無機(jī)物，同時(shí)放出能量。如下式所示：異氧微生物又可分為化能異氧微生物和光能異氧微生物?；墚愌跷⑸铮貉趸袡C(jī)物產(chǎn)生化學(xué)能而獲得能量的微生物。光能異氧微生物：以光為能源，以有機(jī)物為供氫體還原CO2，合成有機(jī)物的一類厭氧微生物。有機(jī)廢水的好氧生物處理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等屬于這種類型的呼吸。2021/8/513異養(yǎng)型微生物2021/8/513自養(yǎng)型微生物自養(yǎng)型微生物以無機(jī)物為底物（電子供體），其終點(diǎn)產(chǎn)物也是無機(jī)物，同時(shí)放出能量。自異氧微生物也可分為化能異氧微生物和光能異氧微生物。光能自養(yǎng)微生物：需要陽光或燈光作能源，依靠體內(nèi)的光合作用色素合成有機(jī)物?；茏责B(yǎng)微生物：化能自養(yǎng)微生物不具備色素，不能進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)物所需的能量來自氧化NH3、H2S等無機(jī)物。

CO2+H2O[CH2O]＋O2光葉綠素大型合流污水溝道和污水溝道存在該式所示的生化反應(yīng)生物脫氮工藝中的生物硝化過程2021/8/514自養(yǎng)型微生物光葉綠素大型合流污水溝道和污水溝生物脫氮工藝某些厭氧和兼性微生物在無分子氧的條件下進(jìn)行的缺氧呼吸，缺氧呼吸的最終電子受體是NO3-，NO2-，SO42-，S2O32-，CO2等含氧化合物。缺氧呼也需要細(xì)胞色素等電子傳遞體，并能在能量分級(jí)釋放過程中伴隨有磷酸化作用，也能產(chǎn)生較多的能量用于生命活動(dòng)。但由于部分能量隨電子傳遞給最終電子受體，故生成的能量少于好氧呼吸。如有機(jī)污泥的厭氧消化過程中產(chǎn)生的甲烷，是含有相當(dāng)能量的可燃?xì)怏w。缺氧呼吸2021/8/515某些厭氧和兼性微生物在無分子氧的條件下進(jìn)行的缺氧呼缺氧呼好氧呼吸、缺氧呼吸、發(fā)酵三種呼吸方式，獲得的能量水平不同，如下表所示。呼吸方式受氫體化學(xué)反應(yīng)式好氧呼吸能量利用率42％分子氧C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2817.3kJ缺氧呼吸化合態(tài)氧C6H12C6+4NO3-

→

6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ發(fā)酵能量利用率26％有機(jī)物C6H12C6→2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ2021/8/516好氧呼吸、缺氧呼吸、發(fā)酵三種呼吸方式，獲得的好氧生物處理是在有游離氧(分子氧)存在的條件下，好氧微生物降解有機(jī)物，使其穩(wěn)定、無害化的處理方法。微生物利用廢水中存在的有機(jī)污染物(以溶解狀與膠體狀的為主)，作為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。這些高能位的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，逐級(jí)釋放能量，最終以低能位的無機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定下來，達(dá)到無害化的要求，以便返回自然環(huán)境或進(jìn)一步處置廢水好氧生物處理的最終過程可用下圖表示。圖示表明，有機(jī)物被微生物攝取后，通過代謝活動(dòng)，約有1/3被分解、穩(wěn)定，并提供其生理活動(dòng)所需的能量；約有2/3被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生質(zhì)（細(xì)胞質(zhì)），即進(jìn)行微生物自身生長(zhǎng)繁殖。好氧生物處理2021/8/517好氧生物處理是在有游離氧(分子氧)存在的條件下，好氧微圖示好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，故處理構(gòu)筑物容積較小。且處理過程中散發(fā)的臭氣較少。所以，目前對(duì)中、低濃度的有機(jī)廢水，或者說BOD5

濃度小于500mg/L的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理法。在廢水處理工程中，好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法兩大類。好氧生物處理2021/8/518好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，好氧生物處理好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，故處理構(gòu)筑物容積較小。且處理過程中散發(fā)的臭氣較少。所以，目前對(duì)中、低濃度的有機(jī)廢水，或者說BOD5

濃度小于500mg/L的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理法。在廢水處理工程中，好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法兩大類。好氧生物處理2021/8/519好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，好氧生物處理廢水厭氧生物處理是在沒有游離氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物的生物處理方法。在厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物，同時(shí)釋放能量。在這個(gè)過程中，有機(jī)物的轉(zhuǎn)化分為三部分進(jìn)行：部分轉(zhuǎn)化為CH4，這是一種可燃?xì)怏w，可回收利用；還有部分被分解為CO2、H2O、NH3、H2S等無機(jī)物，并為細(xì)胞合成提供能量；少量有機(jī)物被轉(zhuǎn)化、合成為新的原生質(zhì)的組成部分。由于僅少量有機(jī)物用于合成，故相對(duì)于好氧生物處理法，其污泥增長(zhǎng)率小得多。厭氧生物處理2021/8/520廢水厭氧生物處理是在沒有游離氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧厭由于廢水厭氧生物處理過程不需另加氧源，故運(yùn)行費(fèi)用低。此外，它還具有剩余污泥量少、可回收能量（CH4）等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，處理構(gòu)筑物容積大等。為維持較高的反應(yīng)速度，需維持較高的溫度，就要消耗能源。對(duì)于有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水（一般BOD5≥2000mg/L）可采用厭氧生物處理法。厭氧生物處理2021/8/521由于廢水厭氧生物處理過程不需另加氧源，故運(yùn)行費(fèi)用低。厭氧生物氨化反應(yīng)微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程以氨基酸為例，加氧脫氨基反應(yīng)式為：RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3水解脫氨基反應(yīng)式為：RCHNH2COOH+H2ORCHOHCOOH+NH3

硝化反應(yīng)在亞硝化菌和硝化菌的作用下，將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程N(yùn)H4＋2O2NO3－＋2H＋＋H2O脫氮除磷基礎(chǔ)理論生物脫氮2021/8/522氨化反應(yīng)脫氮除磷基礎(chǔ)理論生物脫氮2021/8/522反硝化反應(yīng)在缺氧條件下，NO2－和NO3－在反硝化菌的作用下被還原為氮?dú)獾倪^程。

NO3－NO2－NON2ON2大多數(shù)反硝化細(xì)菌是異氧型兼性厭氧細(xì)菌，在污泥和污水中，很多細(xì)菌均能進(jìn)行反硝化作用。同化作用生物處理過程中，污水中的一部分氮（氨氮或有機(jī)氮）被同化成微生物細(xì)胞的組成成分，并以剩余活性污泥的形式得以從污水中去除的過程。硝酸鹽還原酶亞硝酸鹽還原酶氧化氮還原酶氧化亞氮還原酶2021/8/523反硝化反應(yīng)硝酸鹽還原酶亞硝酸鹽還原酶氧化氮還原酶氧化亞氮還原其基本原理是在厭氧－好氧或厭氧－缺氧交替進(jìn)行的系統(tǒng)中，利用聚磷微生物具有厭氧釋磷及好氧（或缺氧）超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的濃度大量降低，最終通過排放含有大量富磷污泥而達(dá)到從污水去磷的目的。生物除磷的機(jī)理還不完全清楚。生物除磷2021/8/524其基本原理是在厭氧－好氧或厭氧－缺氧交替進(jìn)行的系統(tǒng)生物除磷2第三節(jié)微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境2021/8/525第三節(jié)微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境2021/8/525微生物的組成微生物組成水80％干物質(zhì)20％無機(jī)質(zhì)10％有機(jī)物90％C53.1%,O28.3%,N12.4%,H6.2%P50%,S15%,Na11%,Ca9%,Mg8%,K6%,Fe1%等細(xì)胞分子式：C5H7O2N(有機(jī)部分)細(xì)胞分子式：C60H87O23N12P(考慮磷)一般估算營(yíng)養(yǎng)比例：BOD∶N∶P＝100∶5∶12021/8/526微生物的組成微生物組成水干物質(zhì)無機(jī)質(zhì)有機(jī)物C53.1%,O微生物的生長(zhǎng)規(guī)律微生物的生長(zhǎng)規(guī)律一般是以生長(zhǎng)曲線來反映。按微生物生長(zhǎng)速率，其生長(zhǎng)可分為四個(gè)生長(zhǎng)期停滯期（調(diào)整期）對(duì)數(shù)期（生長(zhǎng)旺盛期）靜止期（平衡期）衰老期（衰亡期）2021/8/527微生物的生長(zhǎng)規(guī)律微生物的生長(zhǎng)規(guī)律一般是以生長(zhǎng)曲停滯期如果活性污泥被接種到與原來生長(zhǎng)條件不同的廢水中（營(yíng)養(yǎng)類型發(fā)生變化，污泥培養(yǎng)馴化階段），或污水處理廠因故中斷運(yùn)行后再運(yùn)行，則可能出現(xiàn)停滯期。這種情況下，污泥需經(jīng)過若干時(shí)間的停滯后才能適應(yīng)新的廢水，或從衰老狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)。停滯期是否存在或停滯期的長(zhǎng)短，與接種活性污泥的數(shù)量、廢水性質(zhì)、生長(zhǎng)條件等因素有關(guān)。對(duì)數(shù)期當(dāng)廢水中有機(jī)物濃度高，且培養(yǎng)條件適宜，則活性污泥可能處在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的污泥絮凝性較差，呈分散狀態(tài)，鏡檢能看到較多的游離細(xì)菌，混合液沉淀后其上層液混濁，含有機(jī)物濃度較高，活性強(qiáng)沉淀不易，用濾紙過濾時(shí)，濾速很慢。2021/8/528停滯期2021/8/528靜止期當(dāng)污水中有機(jī)物濃度較低，污泥濃度較高時(shí)，污泥則有可能處于靜止期，處于靜止期的活性污泥絮凝性好，混合液沉淀后上層液清澈，以濾紙過濾時(shí)濾速快。處理效果好的活性污泥法構(gòu)筑物中，污泥處于靜止期。衰老期當(dāng)污水中有機(jī)物濃度較低，營(yíng)養(yǎng)物明顯不足時(shí)，則可能出現(xiàn)衰老期。處于衰老期的污泥松散，沉降性能好，混合液沉淀后上清液清澈，但有細(xì)小泥花，以濾紙過濾時(shí)，濾速快。

注意合成產(chǎn)率系數(shù)和觀測(cè)產(chǎn)率系數(shù)。2021/8/529靜止期2021/8/529在污水生物處理過程中，如果條件適宜，活性污泥的增長(zhǎng)過程與純種單細(xì)胞微生物的增殖過程大體相仿。但由于活性污泥是多種微生物的混合群體,其生長(zhǎng)受廢水性質(zhì)、濃度、水溫、pH、溶解氧等多種環(huán)境因素的影響，因此，在處理構(gòu)筑物中通常僅出現(xiàn)生長(zhǎng)曲線中的某一兩個(gè)階段。處于不同階段時(shí)的污泥，其特性又很大的區(qū)別。

在廢水生物處理中，微生物是一個(gè)混合群體，它們也有一定的生長(zhǎng)規(guī)律。有機(jī)物多時(shí),以有機(jī)物為食料的細(xì)菌占優(yōu)勢(shì),數(shù)量最多；當(dāng)細(xì)菌很多時(shí)，出現(xiàn)以細(xì)菌為食料的原生動(dòng)物;而后出現(xiàn)以細(xì)菌及原生動(dòng)物為食料的后生動(dòng)物，如右圖所示。2021/8/530在污水生物處理過程中，如果條件適宜，活性污泥微生物的生長(zhǎng)環(huán)境影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素微生物的營(yíng)養(yǎng)溫度pH溶解氧有毒物質(zhì)2021/8/531微生物的生長(zhǎng)環(huán)境微生物的營(yíng)養(yǎng)溫必須包括組成細(xì)胞的各種原料和產(chǎn)生能量的物質(zhì)水：組成部分，代謝過程的溶劑。細(xì)菌約80%的成分為水分。水：組成部分，代謝過程的溶劑。細(xì)菌約80%的成分為水分。碳源：碳素含量占細(xì)胞干物質(zhì)的50％左右，碳源主要構(gòu)成微生物細(xì)胞的含碳物質(zhì)和供給微生物生長(zhǎng)、繁殖和運(yùn)動(dòng)所需要的能量，一般污水中含有足夠碳源。氮源：提供微生物合成細(xì)胞蛋白質(zhì)的物質(zhì)。無機(jī)元素：主要有磷、硫、鉀、鈣、鎂等及微量元素。作用：構(gòu)成細(xì)胞成分，酶的組成成分,維持酶的活性，調(diào)節(jié)滲透壓，提供自養(yǎng)型微生物的能源。磷：核酸、磷脂、ATP轉(zhuǎn)化。硫：蛋白質(zhì)組成部分，好氧硫細(xì)菌能源。鉀：激活酶。鈣：穩(wěn)定細(xì)胞壁，激活酶。鎂：激活酶，葉綠素的重要組成部分生長(zhǎng)因素：氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素等。微生物的營(yíng)養(yǎng)2021/8/532必須包括組成細(xì)胞的各種原料和產(chǎn)生能量的物質(zhì)微生物的營(yíng)養(yǎng)202各類微生物所生長(zhǎng)的溫度范圍不同，約為5℃-80℃。此溫度范圍，可分為最低生長(zhǎng)溫度、最高生長(zhǎng)溫度和最適生長(zhǎng)溫度（是指微生物生長(zhǎng)速度最快時(shí)溫度）。依微生物適應(yīng)的溫度范圍，微生物可以分為中溫性（20～45℃）、好熱性（高溫性）（45℃以上）和好冷性（低溫性）（20℃以下）三類。當(dāng)溫度超過最高生長(zhǎng)溫度時(shí)，會(huì)使微生物的蛋白質(zhì)迅速變性及酶系統(tǒng)遭到破壞而失活，嚴(yán)重者可使微生物死亡。低溫會(huì)使微生物代謝活力降低，進(jìn)而處于生長(zhǎng)繁殖停止?fàn)顟B(tài)，但仍保存其生命力。溫度2021/8/533各類微生物所生長(zhǎng)的溫度范圍不同，約為溫度2021/8不同的微生物有不同的pH適應(yīng)范圍。細(xì)菌、放線菌、藻類和原生動(dòng)物的pH適應(yīng)范圍是在4～10之間。大多數(shù)細(xì)菌適宜中性和偏堿性（pH＝6.5～7.5）的環(huán)境。廢水生物處理過程中應(yīng)保持最適pH范圍。當(dāng)廢水的pH變化較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池，使進(jìn)入反應(yīng)器（如曝氣池）的廢水，保持在合適的pH范圍。pH2021/8/534不同的微生物有不同的pH適應(yīng)范圍。pH2021/8/5溶解氧是影響生物處理效果的重要因素。好氧微生物處理的溶解氧一般以2～4mg/L為宜。溶解氧2021/8/535溶解氧是影響生物處理效果溶解氧2021/8/535在工業(yè)廢水中，有時(shí)存在著對(duì)微生物具有抑制和殺害作用的化學(xué)物質(zhì)，這類物質(zhì)我們稱之為有毒物質(zhì)。其毒害作用主要表現(xiàn)在細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞以及菌體內(nèi)的酶變質(zhì)，并失去活性。在廢水生物處理時(shí)，對(duì)這些有毒物質(zhì)應(yīng)嚴(yán)加控制，但毒物濃度的允許范圍，需要具體分析。有毒物質(zhì)2021/8/536在工業(yè)廢水中，有時(shí)存在著對(duì)有毒物質(zhì)2021/8/536第四節(jié)反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)2021/8/537第四節(jié)反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)2021/8/537生物化學(xué)反應(yīng)是一種以生物酶為催化劑的化學(xué)反應(yīng)。污水生物處理中，人們總是創(chuàng)造合適的環(huán)境條件去得到希望的反應(yīng)速度。生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)目前的研究?jī)?nèi)容：底物降解速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面的關(guān)系；微生物增長(zhǎng)速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面的關(guān)系；反應(yīng)機(jī)理研究，從反應(yīng)物過渡到產(chǎn)物所經(jīng)歷的途徑。生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2021/8/538生物化學(xué)反應(yīng)是一種以生物酶為催化劑的化學(xué)反應(yīng)。生化反應(yīng)動(dòng)在生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時(shí)間里底物的減少量、最終產(chǎn)物的增加量或細(xì)胞的增加量。在廢水生物處理中，是以單位時(shí)間里底物的減少或細(xì)胞的增加來表示生化反應(yīng)速度。圖中的生化反應(yīng)可以用下式表示：

即式中：反應(yīng)系數(shù)又稱產(chǎn)率系數(shù)，mg（生物量）/mg（降解的底物）。該式反映了底物減少速率和細(xì)胞增長(zhǎng)速率之間的關(guān)系，是廢水生物處理中研究生化反應(yīng)過程的一個(gè)重要規(guī)律。反應(yīng)速度及2021/8/539在生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時(shí)間里底物的減少量、最反實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物A的濃度ρA成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)對(duì)這種反應(yīng)物是一級(jí)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與二種反應(yīng)物A、B的濃度ρA、ρB成正比時(shí)，或與一種反應(yīng)物A的濃度ρA的平方ρA2成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與ρA·ρB2成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為三級(jí)反應(yīng)；也可稱這種反應(yīng)是A的一級(jí)反應(yīng)或B的二級(jí)反應(yīng)。在生化反應(yīng)過程中，底物的降解速度和反應(yīng)器中的底物濃度有關(guān)。

一般地：aA+bB→gG+hH如果測(cè)得反應(yīng)速度：v＝dcA/dt=kcAa

·cBba+b=n,n為反應(yīng)級(jí)數(shù)。反應(yīng)級(jí)數(shù)2021/8/540實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物A的濃度ρA成正比時(shí)，稱反設(shè)生化反應(yīng)方程式為：現(xiàn)底物濃度ρS以[S]表示，則生化反應(yīng)速度：

式中：k—反應(yīng)速度常數(shù)，隨溫度而異；

n—反應(yīng)級(jí)數(shù)。上式亦可改寫為：該式可用圖表示，圖中直線的斜率即為反應(yīng)級(jí)數(shù)n?；騦gvlg[S]2021/8/541設(shè)生化反應(yīng)方程式為：或lgvlg[S]2021/8/541反應(yīng)速度不受反應(yīng)物濃度的影響時(shí)，稱這種反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。在溫度不變的情況下，零級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)速度是常數(shù)。對(duì)反應(yīng)物A而言，零級(jí)反應(yīng)：

式中：v——反應(yīng)速度；

t——反應(yīng)時(shí)間；

k——反應(yīng)速度常數(shù),受溫度影響。在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物A的量增加時(shí)，k為正值；在廢水生物處理中，有機(jī)污染物逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負(fù)值。2021/8/542反應(yīng)速度不受反應(yīng)物濃度的影響時(shí)，稱這種反應(yīng)為零級(jí)反2021/反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度的一次方成正比關(guān)系，稱這種反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。對(duì)反應(yīng)物A而言，一級(jí)反應(yīng)：式中：v—反應(yīng)速度；

t—反應(yīng)時(shí)間；

k—反應(yīng)速度常數(shù),受溫度影響。

在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物A的量增加時(shí)，k為正值；在廢水生物處理中，有機(jī)污染物逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負(fù)值。2021/8/543反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度的一次方成正比關(guān)系，稱這種反應(yīng)為2021反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度的二次方成正比，稱這種反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。對(duì)反應(yīng)物A而言，二級(jí)反應(yīng)：式中：v—反應(yīng)速度；

t—反應(yīng)時(shí)間；

k—反應(yīng)速度常數(shù),受溫度影響。在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物A的量增加時(shí)，k為正值；在廢水生物處理中，有機(jī)污染物逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負(fù)值。2021/8/544反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度的二次方成正比，稱這種反應(yīng)為二級(jí)2021第五節(jié)微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)

2021/8/545第五節(jié)微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)2021/8/545一、微生物群體的增長(zhǎng)速率dX/dt=μX式中：dX/dt－微生物群體增長(zhǎng)速率；

μ－比例常數(shù)，即比增長(zhǎng)速率；X－現(xiàn)有微生物群體濃度。2021/8/546一、微生物群體的增長(zhǎng)速率dX/dt=μX2021/8/5微生物增長(zhǎng)速度和微生物本身的濃度、底物濃度之間的關(guān)系是廢水生物處理中的一個(gè)重要課題。有多種模式反映這一關(guān)系。當(dāng)前公認(rèn)的是莫諾特方程式：式中：S—限制微生物增長(zhǎng)的底物濃度，mg/L；

μ—微生物比增長(zhǎng)速度，即單位生物量的增長(zhǎng)速度;

μmax—μ的最大值，底物濃度很大，不再影響微生物的增長(zhǎng)速度時(shí)的μ值；

KS—飽和常數(shù)。SS2021/8/547微生物增長(zhǎng)速度和微生物本身的濃度、底物濃度之1/μ1/KS1/μmaxKS/μmax1/S2021/8/5481/μ1/KS1/μmaxKS/μmax1/S2021/8/二、底物利用速率dS/dt=rX式中：dS/dt－底物利用速率；r－比例常數(shù)，即比底物利用速率；X－現(xiàn)存微生物群體濃度。2021/8/549二、底物利用速率dS/dt=rX2021/8/549微生物增長(zhǎng)速度和微生物本身的濃度、底物濃度之間的關(guān)系是廢水生物處理中的一個(gè)重要課題。有多種模式反映這一關(guān)系。當(dāng)前公認(rèn)的是莫諾特方程式：式中：S—底物濃度；rmax—最大比底物利用速率，即單位微生物量利用底物的最大速率；

KS—飽和常數(shù)，即r＝rmax

/2時(shí)的底物濃度，也稱半速率常數(shù)。SSrr2021/8/550微生物增長(zhǎng)速度和微生物本身的濃度、底物濃度之vmaxn=00<n<1n=1KS底物濃度[S]1/2vmax酶反應(yīng)速度v2021/8/551vmaxn=00<n<1n=1KS底物濃度[S]1/2vm三、微生物增長(zhǎng)與有機(jī)底物降解對(duì)于異氧微生物來說，底物既可起營(yíng)養(yǎng)源作用，又可起能源作用。關(guān)于這些微生物，有必要區(qū)分底物中的兩個(gè)部分，一是底物中用于合成的部分（即為微生物增長(zhǎng)提供結(jié)構(gòu)物質(zhì)），二是底物中用于提供能量的部分，這一部分隨即被氧化，以便為所有的細(xì)胞功能提供能量。2021/8/552三、微生物增長(zhǎng)與有機(jī)底物降解對(duì)于異氧微生物來說，底物既可起營(yíng)第十一章廢水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)概述第二節(jié)污水生物處理基本原理第三節(jié)微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境第四節(jié)反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)第五節(jié)微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)2021/8/553第十一章廢水生物處理的基本概念第一節(jié)概述2021/第一節(jié)概述2021/8/554第一節(jié)概述2021/8/52污水生物處理是利用自然界中廣泛分布的個(gè)體微小、代謝營(yíng)養(yǎng)類型多樣、適應(yīng)能力強(qiáng)的微生物的新陳代謝作用，對(duì)污水進(jìn)行凈化的處理方法。2021/8/555污水生物處理是利用自然界中廣泛分布的個(gè)體微小、代謝營(yíng)養(yǎng)類型多污水生物處理技術(shù)好氧生物處理是指在水中存在溶解氧的條件下（即水中存在分子氧）進(jìn)行的生物處理過程。缺氧生物處理是指在水中無分子氧存在，但存在如硝酸鹽等化合態(tài)氧存在的條件下進(jìn)行的生物處理過程。厭氧生物處理是指在水中既無分子氧又無化合態(tài)氧存在的條件下進(jìn)行的生物處理過程。2021/8/556污水生物處理技術(shù)好氧生物處理2021/8/54第二節(jié)污水生物處理基本原理2021/8/557第二節(jié)污水生物處理基本原理2021/8/55微生物的新陳代謝新陳代謝：微生物不斷從外界環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過生物酶催化的復(fù)雜生化反應(yīng)，在體內(nèi)不斷進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化和交換的過程。分解代謝：分解復(fù)雜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降解高能化合物，獲得能量。合成代謝：通過一系列的生化反應(yīng)，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的細(xì)胞成分，機(jī)體制造自身。2021/8/558微生物的新陳代謝新陳代謝：微生物不斷從外界環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)底物降解：污水中可被微生物通過酶的催化作用而進(jìn)行生物化學(xué)變化的物質(zhì)稱為底物或基質(zhì)?？缮锝到庥袡C(jī)物量：可通過生物的降解轉(zhuǎn)化的量?？缮锝到獾孜锪浚喊ㄓ袡C(jī)的和無機(jī)的可生物利用物質(zhì)。新陳代謝合成代謝(同化作用)分解代謝(異化作用)復(fù)雜物質(zhì)分解為簡(jiǎn)單物質(zhì)簡(jiǎn)單物質(zhì)合成為復(fù)雜物質(zhì)吸收能量釋放能量能量代謝物質(zhì)代謝2021/8/559底物降解：污水中可被微生物通過酶的催化作用而進(jìn)行生物新陳代謝能量循環(huán)：三磷酸腺苷ATP(adenosinetriphosphate)AMP+~P→ADP+~P→ATPADP磷酸化生成ATP；ATP水解產(chǎn)生能量。低能化合物高能化合物ATP能量生理需要細(xì)胞合成熱能釋放ADP磷酸化光合磷酸化底物水平磷酸化電子傳遞磷酸化氧化磷酸化ADP磷酸根+2021/8/560能量循環(huán)：三磷酸腺苷ATP(adenosinetripho指微生物將有機(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)釋放能量并產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物。在發(fā)酵條件下有機(jī)物只是部分地氧化，因此只釋放出一小部分能量。例如，葡萄糖的發(fā)酵過程：總反應(yīng)式：

發(fā)酵與呼吸發(fā)酵2021/8/561指微生物將有機(jī)物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某呼吸一切生物時(shí)刻都在進(jìn)行著呼吸，沒有呼吸就沒有生命。呼吸作用的生物現(xiàn)象：呼吸作用中發(fā)生能量轉(zhuǎn)換：供細(xì)胞合成、其他生命活動(dòng)，多余的能量以熱量形式釋放。通過呼吸作用，復(fù)雜有機(jī)物逐步轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單物質(zhì)。呼吸作用過程中吸收和同化各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。2021/8/562呼吸一切生物時(shí)刻都在進(jìn)行著呼吸，沒有呼吸就沒有生命。呼吸作呼吸類型微生物的呼吸指微生物獲取能量的生理功能好氧呼吸厭氧呼吸根據(jù)氧化的底物、氧化產(chǎn)物的不同按反應(yīng)過程中的最終受氫體的不同自養(yǎng)型微生物無氧呼吸異養(yǎng)型微生物發(fā)酵根據(jù)受氫體的不同分為2021/8/563呼吸類型微生物的呼吸指微生物獲取能量的生理功能好氧呼吸厭氧呼好氧呼吸是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入好氧微生物細(xì)胞后，通過一系列氧化還原反應(yīng)獲得能量的過程。有分子氧參與的生物氧化，反應(yīng)的最終受氫體是分子氧。底物中的氫被脫氫酶活化，并從底物中脫出交給輔酶（遞氫體），同時(shí)放出電子，氧化酶利用底物放出的電子激活游離氧，活化氧和從底物中脫出的氫結(jié)合成水。NAD(P)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）好氧呼吸過程實(shí)質(zhì)上是脫氫和氧活化相結(jié)合的過程。在這個(gè)過程中，同時(shí)放出能量。依好氧微生物的類型不同，被其氧化的底物不同，氧化產(chǎn)物也不同。好氧呼吸有異養(yǎng)型微生物呼吸和自養(yǎng)型微生物呼吸兩種。好氧呼吸2021/8/564好氧呼吸是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入好氧微生物細(xì)胞后，通過一系列好氧呼吸異養(yǎng)型微生物異養(yǎng)型微生物以有機(jī)物為底物(電子供體)，其終點(diǎn)產(chǎn)物為二氧化碳、氨和水等無機(jī)物，同時(shí)放出能量。如下式所示：異氧微生物又可分為化能異氧微生物和光能異氧微生物。化能異氧微生物：氧化有機(jī)物產(chǎn)生化學(xué)能而獲得能量的微生物。光能異氧微生物：以光為能源，以有機(jī)物為供氫體還原CO2，合成有機(jī)物的一類厭氧微生物。有機(jī)廢水的好氧生物處理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等屬于這種類型的呼吸。2021/8/565異養(yǎng)型微生物2021/8/513自養(yǎng)型微生物自養(yǎng)型微生物以無機(jī)物為底物（電子供體），其終點(diǎn)產(chǎn)物也是無機(jī)物，同時(shí)放出能量。自異氧微生物也可分為化能異氧微生物和光能異氧微生物。光能自養(yǎng)微生物：需要陽光或燈光作能源，依靠體內(nèi)的光合作用色素合成有機(jī)物?；茏责B(yǎng)微生物：化能自養(yǎng)微生物不具備色素，不能進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)物所需的能量來自氧化NH3、H2S等無機(jī)物。

CO2+H2O[CH2O]＋O2光葉綠素大型合流污水溝道和污水溝道存在該式所示的生化反應(yīng)生物脫氮工藝中的生物硝化過程2021/8/566自養(yǎng)型微生物光葉綠素大型合流污水溝道和污水溝生物脫氮工藝某些厭氧和兼性微生物在無分子氧的條件下進(jìn)行的缺氧呼吸，缺氧呼吸的最終電子受體是NO3-，NO2-，SO42-，S2O32-，CO2等含氧化合物。缺氧呼也需要細(xì)胞色素等電子傳遞體，并能在能量分級(jí)釋放過程中伴隨有磷酸化作用，也能產(chǎn)生較多的能量用于生命活動(dòng)。但由于部分能量隨電子傳遞給最終電子受體，故生成的能量少于好氧呼吸。如有機(jī)污泥的厭氧消化過程中產(chǎn)生的甲烷，是含有相當(dāng)能量的可燃?xì)怏w。缺氧呼吸2021/8/567某些厭氧和兼性微生物在無分子氧的條件下進(jìn)行的缺氧呼缺氧呼好氧呼吸、缺氧呼吸、發(fā)酵三種呼吸方式，獲得的能量水平不同，如下表所示。呼吸方式受氫體化學(xué)反應(yīng)式好氧呼吸能量利用率42％分子氧C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2817.3kJ缺氧呼吸化合態(tài)氧C6H12C6+4NO3-

→

6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ發(fā)酵能量利用率26％有機(jī)物C6H12C6→2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ2021/8/568好氧呼吸、缺氧呼吸、發(fā)酵三種呼吸方式，獲得的好氧生物處理是在有游離氧(分子氧)存在的條件下，好氧微生物降解有機(jī)物，使其穩(wěn)定、無害化的處理方法。微生物利用廢水中存在的有機(jī)污染物(以溶解狀與膠體狀的為主)，作為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。這些高能位的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，逐級(jí)釋放能量，最終以低能位的無機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定下來，達(dá)到無害化的要求，以便返回自然環(huán)境或進(jìn)一步處置廢水好氧生物處理的最終過程可用下圖表示。圖示表明，有機(jī)物被微生物攝取后，通過代謝活動(dòng)，約有1/3被分解、穩(wěn)定，并提供其生理活動(dòng)所需的能量；約有2/3被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生質(zhì)（細(xì)胞質(zhì)），即進(jìn)行微生物自身生長(zhǎng)繁殖。好氧生物處理2021/8/569好氧生物處理是在有游離氧(分子氧)存在的條件下，好氧微圖示好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，故處理構(gòu)筑物容積較小。且處理過程中散發(fā)的臭氣較少。所以，目前對(duì)中、低濃度的有機(jī)廢水，或者說BOD5

濃度小于500mg/L的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理法。在廢水處理工程中，好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法兩大類。好氧生物處理2021/8/570好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，好氧生物處理好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，故處理構(gòu)筑物容積較小。且處理過程中散發(fā)的臭氣較少。所以，目前對(duì)中、低濃度的有機(jī)廢水，或者說BOD5

濃度小于500mg/L的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理法。在廢水處理工程中，好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法兩大類。好氧生物處理2021/8/571好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，好氧生物處理廢水厭氧生物處理是在沒有游離氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物的生物處理方法。在厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物，同時(shí)釋放能量。在這個(gè)過程中，有機(jī)物的轉(zhuǎn)化分為三部分進(jìn)行：部分轉(zhuǎn)化為CH4，這是一種可燃?xì)怏w，可回收利用；還有部分被分解為CO2、H2O、NH3、H2S等無機(jī)物，并為細(xì)胞合成提供能量；少量有機(jī)物被轉(zhuǎn)化、合成為新的原生質(zhì)的組成部分。由于僅少量有機(jī)物用于合成，故相對(duì)于好氧生物處理法，其污泥增長(zhǎng)率小得多。厭氧生物處理2021/8/572廢水厭氧生物處理是在沒有游離氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧厭由于廢水厭氧生物處理過程不需另加氧源，故運(yùn)行費(fèi)用低。此外，它還具有剩余污泥量少、可回收能量（CH4）等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，處理構(gòu)筑物容積大等。為維持較高的反應(yīng)速度，需維持較高的溫度，就要消耗能源。對(duì)于有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水（一般BOD5≥2000mg/L）可采用厭氧生物處理法。厭氧生物處理2021/8/573由于廢水厭氧生物處理過程不需另加氧源，故運(yùn)行費(fèi)用低。厭氧生物氨化反應(yīng)微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程以氨基酸為例，加氧脫氨基反應(yīng)式為：RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3水解脫氨基反應(yīng)式為：RCHNH2COOH+H2ORCHOHCOOH+NH3

硝化反應(yīng)在亞硝化菌和硝化菌的作用下，將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程N(yùn)H4＋2O2NO3－＋2H＋＋H2O脫氮除磷基礎(chǔ)理論生物脫氮2021/8/574氨化反應(yīng)脫氮除磷基礎(chǔ)理論生物脫氮2021/8/522反硝化反應(yīng)在缺氧條件下，NO2－和NO3－在反硝化菌的作用下被還原為氮?dú)獾倪^程。

NO3－NO2－NON2ON2大多數(shù)反硝化細(xì)菌是異氧型兼性厭氧細(xì)菌，在污泥和污水中，很多細(xì)菌均能進(jìn)行反硝化作用。同化作用生物處理過程中，污水中的一部分氮（氨氮或有機(jī)氮）被同化成微生物細(xì)胞的組成成分，并以剩余活性污泥的形式得以從污水中去除的過程。硝酸鹽還原酶亞硝酸鹽還原酶氧化氮還原酶氧化亞氮還原酶2021/8/575反硝化反應(yīng)硝酸鹽還原酶亞硝酸鹽還原酶氧化氮還原酶氧化亞氮還原其基本原理是在厭氧－好氧或厭氧－缺氧交替進(jìn)行的系統(tǒng)中，利用聚磷微生物具有厭氧釋磷及好氧（或缺氧）超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的濃度大量降低，最終通過排放含有大量富磷污泥而達(dá)到從污水去磷的目的。生物除磷的機(jī)理還不完全清楚。生物除磷2021/8/576其基本原理是在厭氧－好氧或厭氧－缺氧交替進(jìn)行的系統(tǒng)生物除磷2第三節(jié)微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境2021/8/577第三節(jié)微生物的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)環(huán)境2021/8/525微生物的組成微生物組成水80％干物質(zhì)20％無機(jī)質(zhì)10％有機(jī)物90％C53.1%,O28.3%,N12.4%,H6.2%P50%,S15%,Na11%,Ca9%,Mg8%,K6%,Fe1%等細(xì)胞分子式：C5H7O2N(有機(jī)部分)細(xì)胞分子式：C60H87O23N12P(考慮磷)一般估算營(yíng)養(yǎng)比例：BOD∶N∶P＝100∶5∶12021/8/578微生物的組成微生物組成水干物質(zhì)無機(jī)質(zhì)有機(jī)物C53.1%,O微生物的生長(zhǎng)規(guī)律微生物的生長(zhǎng)規(guī)律一般是以生長(zhǎng)曲線來反映。按微生物生長(zhǎng)速率，其生長(zhǎng)可分為四個(gè)生長(zhǎng)期停滯期（調(diào)整期）對(duì)數(shù)期（生長(zhǎng)旺盛期）靜止期（平衡期）衰老期（衰亡期）2021/8/579微生物的生長(zhǎng)規(guī)律微生物的生長(zhǎng)規(guī)律一般是以生長(zhǎng)曲停滯期如果活性污泥被接種到與原來生長(zhǎng)條件不同的廢水中（營(yíng)養(yǎng)類型發(fā)生變化，污泥培養(yǎng)馴化階段），或污水處理廠因故中斷運(yùn)行后再運(yùn)行，則可能出現(xiàn)停滯期。這種情況下，污泥需經(jīng)過若干時(shí)間的停滯后才能適應(yīng)新的廢水，或從衰老狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)。停滯期是否存在或停滯期的長(zhǎng)短，與接種活性污泥的數(shù)量、廢水性質(zhì)、生長(zhǎng)條件等因素有關(guān)。對(duì)數(shù)期當(dāng)廢水中有機(jī)物濃度高，且培養(yǎng)條件適宜，則活性污泥可能處在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的污泥絮凝性較差，呈分散狀態(tài)，鏡檢能看到較多的游離細(xì)菌，混合液沉淀后其上層液混濁，含有機(jī)物濃度較高，活性強(qiáng)沉淀不易，用濾紙過濾時(shí)，濾速很慢。2021/8/580停滯期2021/8/528靜止期當(dāng)污水中有機(jī)物濃度較低，污泥濃度較高時(shí)，污泥則有可能處于靜止期，處于靜止期的活性污泥絮凝性好，混合液沉淀后上層液清澈，以濾紙過濾時(shí)濾速快。處理效果好的活性污泥法構(gòu)筑物中，污泥處于靜止期。衰老期當(dāng)污水中有機(jī)物濃度較低，營(yíng)養(yǎng)物明顯不足時(shí)，則可能出現(xiàn)衰老期。處于衰老期的污泥松散，沉降性能好，混合液沉淀后上清液清澈，但有細(xì)小泥花，以濾紙過濾時(shí)，濾速快。

注意合成產(chǎn)率系數(shù)和觀測(cè)產(chǎn)率系數(shù)。2021/8/581靜止期2021/8/529在污水生物處理過程中，如果條件適宜，活性污泥的增長(zhǎng)過程與純種單細(xì)胞微生物的增殖過程大體相仿。但由于活性污泥是多種微生物的混合群體,其生長(zhǎng)受廢水性質(zhì)、濃度、水溫、pH、溶解氧等多種環(huán)境因素的影響，因此，在處理構(gòu)筑物中通常僅出現(xiàn)生長(zhǎng)曲線中的某一兩個(gè)階段。處于不同階段時(shí)的污泥，其特性又很大的區(qū)別。

在廢水生物處理中，微生物是一個(gè)混合群體，它們也有一定的生長(zhǎng)規(guī)律。有機(jī)物多時(shí),以有機(jī)物為食料的細(xì)菌占優(yōu)勢(shì),數(shù)量最多；當(dāng)細(xì)菌很多時(shí)，出現(xiàn)以細(xì)菌為食料的原生動(dòng)物;而后出現(xiàn)以細(xì)菌及原生動(dòng)物為食料的后生動(dòng)物，如右圖所示。2021/8/582在污水生物處理過程中，如果條件適宜，活性污泥微生物的生長(zhǎng)環(huán)境影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素微生物的營(yíng)養(yǎng)溫度pH溶解氧有毒物質(zhì)2021/8/583微生物的生長(zhǎng)環(huán)境微生物的營(yíng)養(yǎng)溫必須包括組成細(xì)胞的各種原料和產(chǎn)生能量的物質(zhì)水：組成部分，代謝過程的溶劑。細(xì)菌約80%的成分為水分。水：組成部分，代謝過程的溶劑。細(xì)菌約80%的成分為水分。碳源：碳素含量占細(xì)胞干物質(zhì)的50％左右，碳源主要構(gòu)成微生物細(xì)胞的含碳物質(zhì)和供給微生物生長(zhǎng)、繁殖和運(yùn)動(dòng)所需要的能量，一般污水中含有足夠碳源。氮源：提供微生物合成細(xì)胞蛋白質(zhì)的物質(zhì)。無機(jī)元素：主要有磷、硫、鉀、鈣、鎂等及微量元素。作用：構(gòu)成細(xì)胞成分，酶的組成成分,維持酶的活性，調(diào)節(jié)滲透壓，提供自養(yǎng)型微生物的能源。磷：核酸、磷脂、ATP轉(zhuǎn)化。硫：蛋白質(zhì)組成部分，好氧硫細(xì)菌能源。鉀：激活酶。鈣：穩(wěn)定細(xì)胞壁，激活酶。鎂：激活酶，葉綠素的重要組成部分生長(zhǎng)因素：氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素等。微生物的營(yíng)養(yǎng)2021/8/584必須包括組成細(xì)胞的各種原料和產(chǎn)生能量的物質(zhì)微生物的營(yíng)養(yǎng)202各類微生物所生長(zhǎng)的溫度范圍不同，約為5℃-80℃。此溫度范圍，可分為最低生長(zhǎng)溫度、最高生長(zhǎng)溫度和最適生長(zhǎng)溫度（是指微生物生長(zhǎng)速度最快時(shí)溫度）。依微生物適應(yīng)的溫度范圍，微生物可以分為中溫性（20～45℃）、好熱性（高溫性）（45℃以上）和好冷性（低溫性）（20℃以下）三類。當(dāng)溫度超過最高生長(zhǎng)溫度時(shí)，會(huì)使微生物的蛋白質(zhì)迅速變性及酶系統(tǒng)遭到破壞而失活，嚴(yán)重者可使微生物死亡。低溫會(huì)使微生物代謝活力降低，進(jìn)而處于生長(zhǎng)繁殖停止?fàn)顟B(tài)，但仍保存其生命力。溫度2021/8/585各類微生物所生長(zhǎng)的溫度范圍不同，約為溫度2021/8不同的微生物有不同的pH適應(yīng)范圍。細(xì)菌、放線菌、藻類和原生動(dòng)物的pH適應(yīng)范圍是在4～10之間。大多數(shù)細(xì)菌適宜中性和偏堿性（pH＝6.5～7.5）的環(huán)境。廢水生物處理過程中應(yīng)保持最適pH范圍。當(dāng)廢水的pH變化較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池，使進(jìn)入反應(yīng)器（如曝氣池）的廢水，保持在合適的pH范圍。pH2021/8/586不同的微生物有不同的pH適應(yīng)范圍。pH2021/8/5溶解氧是影響生物處理效果的重要因素。好氧微生物處理的溶解氧一般以2～4mg/L為宜。溶解氧2021/8/587溶解氧是影響生物處理效果溶解氧2021/8/535在工業(yè)廢水中，有時(shí)存在著對(duì)微生物具有抑制和殺害作用的化學(xué)物質(zhì)，這類物質(zhì)我們稱之為有毒物質(zhì)。其毒害作用主要表現(xiàn)在細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞以及菌體內(nèi)的酶變質(zhì)，并失去活性。在廢水生物處理時(shí)，對(duì)這些有毒物質(zhì)應(yīng)嚴(yán)加控制，但毒物濃度的允許范圍，需要具體分析。有毒物質(zhì)2021/8/588在工業(yè)廢水中，有時(shí)存在著對(duì)有毒物質(zhì)2021/8/536第四節(jié)反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)2021/8/589第四節(jié)反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)2021/8/537生物化學(xué)反應(yīng)是一種以生物酶為催化劑的化學(xué)反應(yīng)。污水生物處理中，人們總是創(chuàng)造合適的環(huán)境條件去得到希望的反應(yīng)速度。生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)目前的研究?jī)?nèi)容：底物降解速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面的關(guān)系；微生物增長(zhǎng)速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面的關(guān)系；反應(yīng)機(jī)理研究，從反應(yīng)物過渡到產(chǎn)物所經(jīng)歷的途徑。生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2021/8/590生物化學(xué)反應(yīng)是一種以生物酶為催化劑的化學(xué)反應(yīng)。生化反應(yīng)動(dòng)在生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時(shí)間里底物的減少量、最終產(chǎn)物的增加量或細(xì)胞的增加量。在廢水生物處理中，是以單位時(shí)間里底物的減少或細(xì)胞的增加來表示生化反應(yīng)速度。圖中的生化反應(yīng)可以用下式表示：

即式中：反應(yīng)系數(shù)又稱產(chǎn)率系數(shù)，mg（生物量）/mg（降解的底物）。該式反映了底物減少速率和細(xì)胞增長(zhǎng)速率之間的關(guān)系，是廢水生物處理中研究生化反應(yīng)過程的一個(gè)重要規(guī)律。反應(yīng)速度及2021/8/591在生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時(shí)間里底物的減少量、最反實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物A的濃度ρA成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)對(duì)這種反應(yīng)物是一級(jí)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與二種反應(yīng)物A、B的濃度ρA、ρB成正比時(shí)，或與一種反應(yīng)物A的濃度ρA的平方ρA2成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與ρA·ρB2成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為三級(jí)反應(yīng)；也可稱這種反應(yīng)是A的一級(jí)反應(yīng)或B的二級(jí)反應(yīng)。在生化反應(yīng)過程中，底物的降解速度和反應(yīng)器中的底物濃度有關(guān)。

一般地：aA+bB→gG+hH如果測(cè)得反應(yīng)速度：v＝dcA/dt=kcAa

·cBba+b=n,n為反應(yīng)級(jí)數(shù)。反應(yīng)級(jí)數(shù)2021/8/592實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物A的濃度ρA成正比時(shí)，稱反設(shè)生化反應(yīng)方程式為：現(xiàn)底物濃度ρS以[S]表示，則生化反應(yīng)速度：