废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础

第十一章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础第一节废水的好氧生物处理和厌氧生物处理第二节微生物的生长规律和生长环境第三节反应速度和反应级数第四节米歇里-门坦方程式第五节莫诺特方程式第六节废水生物处理工程的基本数学模式第一节废水的好氧生物处理和厌氧生物处理微生物的呼吸类型：好氧呼吸、厌氧呼吸1.好氧呼吸是在有分子氧（O2）参与的生物氧化，反应的最终受氢体是分子氧。好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。好氧呼吸有下述两种：异养型微生物、自养型微生物2.厌氧呼吸是在无分子氧（O2）的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵发酵和无氧呼吸。a.发酵指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体无须外加，就是供氢体的分界产物（有机物）。b.无氧呼吸是指以无机氧化物，如NO3、NO2、SO4等代替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。三种呼吸方式的放能反应呼吸方式受氢体化学反应式好氧呼吸分子氧无氧呼吸无机物发酵有机物C6H12O6+6O26CO2+6H2O+2817.3KJC6H12O6+4NO3-16CO2+6H2O+2N2+1755.6KJC6H12O62CO2+2CH3CH2OH+92.0KJ废水的好氧生物处理：是在有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。有机物+氧+微生物（C、O、H、N、S、P）分解合成原生质（微生物）的增长CO2、H2O、NH3SO4、PO4+能-----热随水排出2/31/3废水厌氧生物处理：在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。有机物+微生物（C、O、H、N、S、P）原生质（微生物）的增长有机酸、醇、CO2、NH3、H2S等+能-合成分解合成分解原生质（微生物）的增长产酸阶段产气阶段CH4、CO2、NH3、H2S等+能-第二节微生物的生长规律和生长环境微生物的生长规律：活菌生长速度细菌数的对数培养时间微生物的生长曲线培养时间活菌数总菌数死菌数停滞期对数期静止期衰老期微生物的生长环境影响微生物生长的主要环境有：1.微生物的营养最佳营养比为BOD5：N：P=100：5：12.温度中温细菌为主，它的最适合温度200c~370c3.PH值4.溶解氧好氧2~4mg/l5.有毒物质生化反应动力学基础基本概念：生物化学反应:一种以生物酶为催化挤的化学反应(由微生物参加以生物好氧生物化学反应,三大要素:底物；微生物；氧气。底物:一切在生物体内可通过酶的催化作用而进行的生化变化的物质微生物:通过显微镜能看到的生物氧：在一个大气压下200c下，氧溶解度10mg/g.底物降解:废水中有的营养物质,被微生物从利用和转化,使得厚有复杂的高分子氧化分解为低分子的过程..研究发应速度的三大方程：米歇里斯——门坦方程（M—-M方程），也称作米氏方程：底物降解速率与底物浓度的关系。莫诺特方程：微生物增长速率与底物浓度关系。H氏方程（霍克来金提出）：底物降解速率与微生物增长速率关系。应用领域：好氧：活行污泥法生物膜法土壤处理法厌氧:厌氧水处理法厌氧污泥处理第三节反应速度和反应级数化学反应速度：单位时间内，反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示。生化反应速度：在生化反应中，单位时间里，底物的减少量、最终产物的增加量。底物细胞最终产物合成分解2.反应级数nsyx+zpv=d[s]/dt=k[s]n式中k为反应常数，随温度而异；n为反应级数；[s]为底物浓度当n为零时，零级反应；n为1时，一级反应；n为2时，二级反应。Lg[s]lgv2级1级0级3.反应速率常数范特霍夫规则：1.化学反应每升高100c,r增高2~4倍2.生化反应每升高100c,r增加1倍。Arrhenius定律：描述反应速度常数与T的关系。K=B•e-Ea/RTK2=K1•Q(T2-T1)其中Q为温度系数当T1=200cT=4~200cQ=1.135T=20~300cQ=1.056第四节米歇里斯——门坦方程（M—-M方程）方程式米歇里斯——门坦方程（M—-M方程），也称作米氏方程：底物降解速率与底物浓度的关系。一.底物降解与酶促速度影响酶促反应速度的因素有：酶浓度、底物浓度、温度、PH、产物浓度。中间产物学说：S+EESP+Ek1k2k3混合级反应区零级反应区一级反应区底物浓度酶反应速度½vmaxM—-M方程S+EESP+E串连反应V=Vmax[s]/Km+[s]M—-M方程(1)当[s]很大，[s]》Km，Km+[s]≈[s]，V=Vmax=KSC0(2)当[s]很小，[s]《Km，Km+[s]≈Km，V=Vmax[s]/Km(3)增加[s]，V在增大，呈上升趋势，0n1过度区k1k2k3米式常数的意义及测定米式常数Km是酶反应动力学研究中的一个重要系数，亦称动力学系数。它是酶反应处于动态平衡，即稳态时的平衡常数。它的物理意义：（1）Km值是酶的特征常数之一，只与酶的性质有关，而与酶浓度无关。（2）如果一个酶有几种底物，则对每一种底物，各有一个特定的Km值。（3）同一种酶有几种底物就有几个Km值。其中Km值最小的底物，一般称为该酶的最适底物或天然底物。寞诺特（Monod)方程式莫诺特方程：微生物增长速率与底物浓度关系。U=Umax[s]/[Ks+s]——[s]底物浓度——Ks为饱和常数q=qmax[s]/[Ks+s]——q底物比降解速度H式方程推导废水生物处理工程数学模式的几点假定：（1）整个处理系统处于稳定状态dx/dt=0-ds/dt=0（2）反应器中的物质按完全混合及均布的情况考虑dx/dt=0-ds/dt=0(3)整个反应过程中，氧的供应是充分的。d[s]dtg=Ydtd[s]gkd[s]H式方程THANKS！