【環(huán)境課件】第十一章 廢水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)

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1、第十一章十一章 廢水生物處理的基本概念和生廢水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)化反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 廢水的好氧生物處理和厭氧生物處理廢水的好氧生物處理和厭氧生物處理第二節(jié)第二節(jié) 微生物的生長規(guī)律和生長環(huán)境微生物的生長規(guī)律和生長環(huán)境第三節(jié)第三節(jié) 反應(yīng)速度和反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速度和反應(yīng)級數(shù)第四節(jié)第四節(jié) 米歇里米歇里-門坦方程式門坦方程式第五節(jié)第五節(jié)莫諾特方程式莫諾特方程式第六第六 節(jié)廢水生物處理工程的基本數(shù)學(xué)模式節(jié)廢水生物處理工程的基本數(shù)學(xué)模式第一節(jié) 廢水的好氧生物處理和厭氧生物處理微生物的呼吸類型： 好氧呼吸 、厭氧呼吸 1.好氧呼吸是在有分子氧（O2）參與的生物氧化，反應(yīng)的最終受氫體是

2、分子氧。好氧呼吸是營養(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。 好氧呼吸有下述兩種：異養(yǎng)型微生物、自養(yǎng)型微生物 2.厭氧呼吸是在無分子氧（O2）的情況下進(jìn)行的生物氧化。厭氧微生物只有脫氫酶系統(tǒng)，沒有氧化酶系統(tǒng)。厭氧呼吸按反應(yīng)過程中的最終受氫體的不同，可分為發(fā)酵發(fā)酵和無氧呼吸。 a.發(fā)酵 指供氫體和受氫體都是有機(jī)化合物的生物氧化作用，最終受氫體無須外加，就是供氫體的分界產(chǎn)物（有機(jī)物）。 b. 無氧呼吸 是指以無機(jī)氧化物，如NO3、NO2、SO4 等代替分子氧，作為最終受氫體的生物氧化作用。 三 種 呼 吸 方 式 的 放 能 反 應(yīng) 呼 吸 方 式 受 氫 體 化 學(xué) 反

3、 應(yīng) 式 好 氧 呼 吸 分子氧 無 氧 呼 吸 無機(jī)物 發(fā) 酵 有機(jī)物C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6H2O + 2817.3KJC6H12O6 +4NO3-1 6CO2+ 6H2O+2N2 +1755.6KJC6H12O6 2CO2+2CH3CH2OH +92.0KJ廢水的好氧生物處理：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。有機(jī)物+氧+微生物（C、O、H、N、S、P）分解合成原生質(zhì)（微生物）的增長CO2、H2O、NH3 SO4、PO4+能- 熱隨水排出2/31/3廢水厭氧生物處理：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)

4、定有機(jī)物的生物處理方法。有機(jī)物 + 微生物（C、O、H、N、S、P）原生質(zhì)（微生物）的增長有機(jī)酸、醇、CO2、NH3、H2S等+ 能-合成分解合成分解原生質(zhì)（微生物）的增長產(chǎn)酸階段產(chǎn)氣階段CH4、CO2、NH3、H2S等+ 能-第二節(jié) 微生物的生長規(guī)律和生長環(huán)境微生物的生長規(guī)律：活菌生長速度細(xì)菌數(shù)的對數(shù)培養(yǎng)時間微生物的生長曲線培養(yǎng)時間活菌數(shù)總菌數(shù)死菌數(shù)停滯期 對數(shù)期靜止期衰老期微生物的生長環(huán)境微生物的生長環(huán)境 影響微生物生長的主要環(huán)境有： 1. 微生物的營養(yǎng) 最佳營養(yǎng)比為BOD5 ：N：P=100：5：1 2. 溫度 中溫細(xì)菌為主，它的最適合溫度200 c370 c 3.PH值 4.溶解氧 好

5、氧24mg/l 5.有毒物質(zhì) 生化反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)生化反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ) 基本概念： 生物化學(xué)反應(yīng):一種以生物酶為催化擠的化學(xué)反應(yīng)(由微生物參加以生物好氧生物化學(xué)反應(yīng),三大要素:底物 ；微生物；氧氣。 底物:一切在生物體內(nèi)可通過酶的催化作用而進(jìn)行的生化變化的物質(zhì) 微生物:通過顯微鏡能看到的生物 氧：在一個大氣壓下200 c下，氧溶解度10mg/g. 底物降解:廢水中有的營養(yǎng)物質(zhì),被微生物從利用和轉(zhuǎn)化,使得厚有復(fù)雜的高分子氧化分解為低分子的過程.研研 究究 發(fā)發(fā) 應(yīng)應(yīng) 速速 度度 的的 三三 大大 方方 程程： 米歇里斯門坦方程（M-M方程），也稱作米氏方程：底物降解速率與底物濃度的關(guān)系。 莫諾特方程

6、：微生物增長速率與底物濃度關(guān)系。 H氏方程（霍克來金提出）：底物降解速率與微生物增長速率關(guān)系。 應(yīng)用領(lǐng)域： 好氧：活行污泥法 生物膜法 土壤處理法 厭氧: 厭氧水處理法 厭氧污泥處理第三節(jié) 反應(yīng)速度和反應(yīng)級數(shù)化學(xué)反應(yīng)速度：單位時間內(nèi)，反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加表示。生化反應(yīng)速度：在生化反應(yīng)中，單位時間里，底物的減少量、最終產(chǎn)物的增 加量。底 物細(xì)胞最終產(chǎn)物合成分解 2. 反應(yīng)級數(shù) ns yx + zp v=ds/dt =ksn 式中k為反應(yīng)常數(shù)，隨溫度而異； n為反應(yīng)級數(shù)； s為底物濃度當(dāng)n為零時，零級反應(yīng)； n為1時，一級反應(yīng)； n為2時，二級反應(yīng)。Lgslgv2級1級0 級3. 反

7、應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù)范特霍夫規(guī)則： 1. 化學(xué)反應(yīng) 每升高10 0 c , r 增高24倍 2. 生化反應(yīng) 每升高10 0 c , r增加1倍。Arrhenius定律：描述反應(yīng)速度常數(shù)與T的關(guān)系。 K=Be-Ea/RT K2 = K1 Q(T2-T1) 其中Q 為溫度系數(shù) 當(dāng)當(dāng)T1 = 20 0 c T= 420 0 c Q=1.135 T= 2030 0 c Q=1.056第四節(jié)第四節(jié) 米歇里斯米歇里斯門坦方程（門坦方程（M-M方程）方程式方程）方程式 米歇里斯門坦方程（M-M方程），也稱作米氏方程：底物降解速率與底物濃度的關(guān)系。一.底物降解與酶促速度 影響酶促反應(yīng)速度的因素有：酶濃度、底

8、物濃度、溫度、PH、產(chǎn)物濃度。 中間產(chǎn)物學(xué)說： S + E ES P+ E k1 k2 k3混合級反應(yīng)區(qū)零級反應(yīng)區(qū)一級反應(yīng)區(qū)底物濃度酶反應(yīng)速度 vmaxM-M方程方程S + E ES P+ E 串連反應(yīng)V=Vmaxs/Km+s M-M方程 (1) 當(dāng)s很大， s Km ， Km+s s ，V=Vmax =KSC0(2) 當(dāng)s很小， s Km ， Km+s Km ，V=Vmax s / Km(3) 增加s，V在增大，呈上升趨勢，0n1 過度區(qū)k1 k2 k3米米 式式 常常 數(shù)數(shù) 的的 意意 義義 及及 測測 定定米式常數(shù)Km是酶反應(yīng)動力學(xué)研究中的一個重要系數(shù)，亦稱動力學(xué)系數(shù)。它是酶反應(yīng)處于動態(tài)

9、平衡，即穩(wěn)態(tài)時的平衡常數(shù)。 它的物理意義： （1） Km值是酶的特征常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無關(guān)。 （2）如果一個酶有幾種底物，則對每一種底物，各有一個特定的Km值。 （3）同一種酶有幾種底物就有幾個Km值。其中Km值最小的底物，一般稱為該酶的最適底物或天然底物。寞寞 諾諾 特特 （Monod) 方方 程程 式式莫諾特方程：微生物增長速率與底物濃度關(guān)系。 U=Umaxs/ Ks+ s s底物濃度 Ks為飽和常數(shù) q=qmax s/ Ks+ s q底物比降解速度H 式式 方方 程程推導(dǎo)廢水生物處理工程數(shù)學(xué)模式的幾點(diǎn)假定：（1） 整個處理系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài) dx/dt=0 -ds/dt=0（2） 反應(yīng)器中的物質(zhì)按完全混合及均布的情況考慮 dx/dt=0 -ds/dt=0 (3) 整個反應(yīng)過程中，氧的供應(yīng)是充分的。dsdtg=Ydtdsgkd s H 式 方 程 THANKS！