水质工程Ⅱ第3章生物处理概论

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1、（Ⅱ）第三章水质工程学Ⅱ第三章生物处理概论第三章生物处理概论§3－1微生物新陈代谢§3－2生物处理工艺§3－3生化反应动力学基础§3－1微生物新陈代谢一、微生物营养类型二、微生物的呼吸作用三、微生物生长环境因素四、微生物生长规律一、微生物营养类型四种营养类型光能自养光能异养化能自养化能异养重点：营养类型与电子供体与电子受体关系光能型营养3-化能型营养生物处理中主要是化能型营养二、微生物的呼吸作用微生物呼吸作用方式有三种类型生物处理中与呼吸类型有关的三种运行方式：好氧——有氧气的环境条件；缺氧——无氧气，但有硝态

2、氮的环境条件；厌氧——无氧气，无硝态氮的环境条件。三、微生物生长环境因素1、营养物2、溶解氧：3、酸碱度好氧系统，pH＝6.5~8.54、水温：t＝15～35℃5、毒物含量1、营养物主要元素：C、H、O、N、S、PBOD5:N:P＝100:5:1其它无机营养元素2、溶解氧溶解氧好氧系统：DO＝2~4mg/L(DO≮1mg/L)厌氧系统：DO＜0.2mg/L缺氧系统：DO＜0.5mg/L电极电位好氧系统：Eh＝300~400mv厌氧系统：Eh＜100mv4、水温：好氧生物处理最适的温度：20~37℃厌氧生物处理温

3、度：中温——30~40℃高温——50~60℃四、微生物生长规律1、微生物生长曲线2、微生物增长与产率系数产率系数Y：观测产率系数Yobs：Yobs＜Y3、生物处理中生态系统微生物的递变现象好氧生物处理中：细菌——游泳型鞭毛虫——游泳型纤毛虫——固着型纤毛虫——轮虫§3－2生物处理工艺1、微生物在水处理工程中应用2、生物处理工艺分类好氧生物处理厌氧生物处理§3－3生化反应动力学基础一、研究内容：有机物降解速度～有机物浓度S、生物量X的关系微生物增殖速度～有机物浓度S、生物量X的关系二、反应速度与反应级数三、Mic

4、haelis-menten方程四、monod方程五、生物处理的基本数学模式重点：莫诺基本方程两个极限关系式的推导1、反应速度化学反应动力学研究内容——反应速率和反应历程（反应机理）。当底物减少速率为，细胞增长速率为生化反应速率表示为——Y——产率系数，即降解1kg有机物产生细胞的kg数Y定义为2、反应级数化学反应式：化学反应速率K——反应速度常数，与温度有关，与反应物浓度无关。反应级数n：反应级数反应化学反应进行的剧烈程度，n大，反应物随浓度变化程度大。底物降解速度与反应器中底物浓度有关。生化反应速度与反应级数

5、生化反应方程生化反应速度取对数：反应物A的反应级数表达零级反应一级反应二级反应三、Michaelis-menten方程1、酶反应的底物饱和现象2、中间产物假说3、米-门方程当v=1/2vmax时，[S]=Km动力学系数——米氏常数KmKm小，酶与底物亲和力强。Km物理意义：1、km值与酶性质有关，与酶浓度无关；2、km值与底物种类、pH、温度有关；3、一种酶若有n种底物，则有n个km值，其中最小的km值对应的底物称该酶的最适底物，又称天然底物。Km的求解米-门方程取对数3、莫诺基本方程式（monod）1942年

6、，monod发现细菌生长曲线与酶促反应曲线相似，之后该关系式引入水的生物处理中。莫诺特方程式——微生物比增殖速度（μ）与底物浓度（S）关系莫诺特方程式两个极限关系式monod两个极限关系式推论1）S↑,S＞＞KS,2）S↓,S＜＜KS，动力学参数的求解——K2、Vmax、Ks的求解动力学参数的求解——K2、Vmax、Ks的求解底物降解速度——微生物增殖速度——微生物比增殖速度（μ）底物比降解速度（q）微生物产率系数Y式（3-18）和是（3-24）是水处理工程中常用的两个基本动力学方程五、生物处理的基本数学模

7、式基本数学模型推导假设——污水生物处理动力学内容1、底物降解动力学——底物降解与底物浓度、生物量关系2、微生物增长动力学微生物增长与底物浓度、生物量、增长常数之间关系。3、底物降解与需氧、营养关系。污水处理模型的假设1、系统处于稳定状态2、底物是溶解性的，系统是完全混合状态3、好氧系统反应过程中供氧充足1、底物降解动力学——底物降解与底物浓度、生物量关系底物降解速率底物比降解速率2、微生物增长动力学1951年，Heukelekian提出——微生物净增长速度vg：微生物比净增长速度：微生物增长与底物浓度、生物量、

8、增长常数之间关系。式（3-27）和式（3-30）是生物处理工程中常用的微生物增长动力学公式