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
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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
酶促反应
微生物的酶是微生物体内合成的对生物化学反应具 有高度专一催化功能的特殊蛋白质。
酶促反应速度受酶浓度、底物浓度、pH、温度、 反应产物、活化剂和抑制剂等因素的影响。
3.5.1米 氏 方 程 式
1913年前后，米歇里斯和门坦提出了表示整个反应 中底物浓度与酶促反应速度之间关系的式子，称为米 歇里斯－门坦方程式，简称米氏方程式，即：
C6H12O6 6H 2O 6CO 2 24[H]
24[H] 4NO3 2N2 12H2O
总反应式： C6H12O6 4NO3 6CO2 6H2O 2N2 1755.6kJ
好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式， 获得的能量水平不同， 如下表所示。
呼吸方式 受氢体
化学反应式
好氧呼吸
能量利用率42％
分子氧
C6H12O6+6O2→ 6CO2+6H2O+2817.3kJ
无氧呼吸
发酵
能量利用率26％
无机物 有机物
C6H12C6+4NO3 - → 6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ
C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
3.2.1 废水的好氧生物处理
v k，dA k
dt
A A0 kt
式中：v——反应速度； t——反应时间； k——反应速度常数
反应速度与反应物浓度的一次方成正比关系，称 这种反应为一级反应。对反应物A而言，一级反应：
v
k
，dA
A dt
kA
lg
A
lg
A0
kt 2.3
废水生物处理基本概念和生化反应动力学基础
停滞期（调整期） 对数期（生长旺盛期） 静止期（平衡期） 衰老期（衰亡期）
混合微生物群体的生长：
第三节 反应速度和反应级数
一、反 应 速 度
在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最 终产物的增加量或细胞的增加量。
图中的生化反应可以用下式表示：
S y X z P 及 dX y dS
dt
dt
即
dS 1 dX
dt y dt
式中：反应系数 底物）。
y
dX dS
又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解的
二、反 应 级 数
v d[S] k[S]n dt
（11－2）
n
=
0
零级反应，v
=
d[S] =k→[S]
dt
=
[S0]-kt
n
=
1
一级反应，v
=d[S] dt
＝k[S]→lg[S]=
zl!2FY5N84x7)iVJtzp3bUABsWlKp)Pj LxNz#hLN!Y7TE6J1FgXlAjJIeseUPFKWQv)#U8ppJ&8&YE%0h(+40i0hY6og#s67M7KYEyDj w2q*QhEiuyXU9fwyAAoGwKTQpJ p3ueEMV!PETq)rM#4Gwgfa+NXk&uHiS&d3z x!$SUTHIy35FH Dp8vR#cdTOC 4FnYBWic w#lX#iq#ZTdqNDJPEOh2hr mPQUKk*i*4R8f(He)lU!K2eK54(hpYm+2xKnrgh)P6r mRPj H1M19LmCPmOf&H u6tSeD xeLFZ 093LTg6!ymGM34jEj r m-H) NK+K1%rt%bD W54r F&V4m4l70#dhLofzomK-!ladsPsEvS71O15O$sQbv WkO0CEGp0z&mksUSqp-O&Hbbdc#3#%0KLW!B(gAne-
混合微生物群体的生长：
第三节 反应速度和反应级数
一、反 应 速 度
在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最 终产物的增加量或细胞的增加量。
图中的生化反应可以用下式表示：
S y X z P 及 dX y dS
dt
dt
即
dS 1 dX
dt y dt
式中：反应系数 底物）。
y
dX dS
又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解的
二、反 应 级 数
v d[S] k[S]n dt
（11－2）
n
=
0
零级反应，v
=
d[S] =k→[S]
dt
=
[S0]-kt
n
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一级反应，v
=d[S] dt
＝k[S]→lg[S]=
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高廷耀《水污染控制工程》(第4版)(下册)考研真题精选-第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动
第十一章污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础一、选择题活性污泥法中，为了既获得好的处理效果，又使污泥有良好的沉降性能，一般将活性污泥控制在（）。
[中国地质大学（武汉）2011年研]A．延迟期末期B．对数增长期末期C．稳定期末期D．衰亡期末期【答案】C【解析】A项，延迟期末期微生物细胞进入新环境开始吸收营养物质合成新的酶系，一般不繁殖，活细胞数目不会增加甚至减少。
B项，对数增长期末期微生物维持在活力很强的状态，因为若要维持较高的生物活性，就需要有充足的营养物质，含有高浓度有机物的进水容易造成出水有机物超标，使出水达不到排放要求；另外，对数增长期的微生物活力强，使活性污泥不易凝聚和沉降，给泥水分离造成一定困难。
D项，衰亡期末期，此时处理过的污水中含有的有机物浓度固然很低，但由于微生物氧化分解有机物能力很差，所需反应时间较长，因此，在实际工作中是不可行的。
所以，为了获得既具有较强氧化和吸附有机物能力，又具有良好的沉降性能的活性污泥，在实际中常将活性污泥控制在稳定期末期和衰亡期初期。
二、填空题1．反硝化脱氮中，当碳源不足时，可以补充______或______。
[宁波大学2017年研]【答案】糖类；有机酸类【解析】反硝化细菌在反硝化过程中利用各种有机底质（包括糖类、有机酸类、醇类、烷烃类、苯酸盐类和其他苯衍生物）作为电子供体，NO3－作为电子受体，逐步还原NO3－至N2。
2．EBPR的英文全称是______，主要包括______和______两个过程。
[中国科学技术大学2015年研]【答案】Enhanced biological phosphorus removal；厌氧释磷；好氧吸磷【解析】EBPR是指强化生物除磷系统，即Enhanced biological phosphorus removal。
生物除磷最基本的原理是在厌氧—好氧或厌氧—缺氧交替运行的系统中，利用聚磷微生物具有厌氧释磷及好氧（或缺氧）超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终通过排放含有大量富磷污泥而达到从污水中除磷的目的。
污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
求得：
1 Xa Y S S V 1 b Q
0
V Q
为水力停留时间
在恒化器处于静态的时候， x
x 为固体停留时间（SRT），也称为平均细胞停留时间
（MCRT）或者污泥龄
系统中的活性生物量 x 1 活性生物量的产率
即泥龄是净比生长速率的倒数
第 1章
污水生物处理的基本概念 和生化反应动力学基础
1.1 基本速率表达式 Basic Rate Expressions
细菌生长动力学，最常用的是莫诺特方程
1 dX a S μ syn μ X dt K S a syn
syn 为合成的比生长速率，T-1
x min
S 随着 x 增加而单调下降
S min ， S min 是维持稳态 接近极小值 S
b Y q b
菌体需要的最小基质浓度
S min K
如果 S S min ，细胞的净生长速率就是负数，菌体不会累积 而将逐渐消失，只有 S S min ，才能维持稳态菌体。 4）当
无穷大，可以将 S 从 S 0 降低到 S min
不能去除基质，没有活性菌体累积
刚刚产生污泥流失时的 x 值称为 x min
0 K S x min 0 S Y q b bK
min 增大，逐渐达到其极限值： 随着 S 0 增大， x
min x
lim
1 Y q b
2）对于所有的 x 3）对于很大的 x
X a为活性菌体的浓度，MxL-3
S 为限制生长速率的基质浓度，MsL-3
第十一章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
代谢产物
反应速率
好养处理要求充分供氧，对其他环境条件要求不太严格；而 环境条件要求 厌氧生物处理要绝对在厌氧的环境下，对其他条件（如温 度、pH值等）要求也较严格 主要处理对象 好养处理对象为中、低浓度的废水；而厌氧处理主要为高浓 度的废水及有机污泥等
第三节 微生物的生长规律和生长环境
一、微生物的生长规律 按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：
分解代谢
有机物+氧 1/3 （有氧呼吸） M 2/3 合成代谢
H2O、CO2、NH3、SO42-、PO43- +能量
放 热
内源呼吸原生质来自M、O2H2O、CO2、 + 能量 NH3 净增细胞物质
图11-1 好氧生物处理过程中有机物转化示意图
合成代谢方程式：
CXHYOZ+NH3+O2 →C5H7NO2+CO2+H2O-能量
好氧生物处理是利用微生物的新陈代谢功能，把1/3有机 物分解为无机物，把2/3有机物合成为微生物自身，当活性污 泥进入二沉池时，作为剩余污泥排放，达到了有机物的稳定化 和无害化。
三、废水的厌氧生物处理
在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌 的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生 物处理法或厌氧消化法。 处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植 物残体及粪便等。 适用范围：有机污泥和高浓度有机废水（一般 BOD5≥2000mg/l） 特点：不需加氧，故运行费用低，剩余污泥少，可回收能量。 缺点反应速度慢，反应时间长，处理构筑物容积大。
（3）缺氧呼吸：指以无机氧化物，如NO3-、 NO2-、 SO42-等代替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。 如反硝化作用：C6H12O6+6H2O → 6CO2+24[H] 24[H]+4NO3- →2N2↑+12H20 总反应式： C6H12O6+4NO3- → 6CO2+6H2O+ 2N2↑+1755.6KJ 同一种底物：通过呼吸释放的能量：好氧呼吸>缺氧呼吸> 发酵(p84,表11-1）
高廷耀《水污染控制工程》第4版下册名校考研真题(污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础)【圣才出
高廷耀《水污染控制工程》第4版下册名校考研真题第十一章污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础一、选择题活性污泥法中，为了既获得好的处理效果，又使污泥有良好的沉降性能，一般将活性污泥控制在（）。
[中国地质大学（武汉）2011年研]A．延迟期末期B．对数增长期末期C．稳定期末期D．衰亡期末期【答案】C【解析】A项，延迟期末期微生物细胞进入新环境开始吸收营养物质合成新的酶系，一般不繁殖，活细胞数目不会增加甚至减少。
B项，对数增长期末期微生物维持在活力很强的状态，因为若要维持较高的生物活性，就需要有充足的营养物质，含有高浓度有机物的进水容易造成出水有机物超标，使出水达不到排放要求；另外，对数增长期的微生物活力强，使活性污泥不易凝聚和沉降，给泥水分离造成一定困难。
D项，衰亡期末期，此时处理过的污水中含有的有机物浓度固然很低，但由于微生物氧化分解有机物能力很差，所需反应时间较长，因此，在实际工作中是不可行的。
所以，为了获得既具有较强氧化和吸附有机物能力，又具有良好的沉降性能的活性污泥，在实际中常将活性污泥控制在稳定期末期和衰亡期初期。
二、填空题1．EBPR的英文全称是______，主要包括______和______两个过程。
[中国科学技术大学2015年研]【答案】Enhanced biological phosphorus removal；厌氧释磷；好氧吸磷【解析】EBPR是指强化生物除磷系统，即Enhanced biological phosphorus removal。
生物除磷最基本的原理是在厌氧—好氧或厌氧—缺氧交替运行的系统中，利用聚磷微生物具有厌氧释磷及好氧（或缺氧）超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终通过排放含有大量富磷污泥而达到从污水中除磷的目的。
2．acidogenesis的中文翻译为：______；“反硝化”的英文为：______。
[中国科学技术大学2013年研]【答案】发酵产酸；denitrification【解析】acidogenesis的中文翻译是发酵产酸，在厌氧生物处理中主要存在两种发酵类型：丙酸型发酵和丁酸型发酵。
环境教学课件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
K=B•e-Ea/RT
K2 = K1 • Q(T2-T1) 其中Q 为温度系数
当T1 = 20 0 c T= 4~20 0 c Q=1.135 T= 20~30 0 c Q=1.056
第12页，共18页。
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
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200 c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..
（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]
d[s]
dt
=Y
g
dt g
kd [s]
H 式 方程
第17页，共18页。
THANKS！
第18页，共18页。
的最适底物或天然底物。
第15页，共18页。
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
第16页，共18页。
H 式 方程
K2 = K1 • Q(T2-T1) 其中Q 为温度系数
当T1 = 20 0 c T= 4~20 0 c Q=1.135 T= 20~30 0 c Q=1.056
第12页，共18页。
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
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200 c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..
（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]
d[s]
dt
=Y
g
dt g
kd [s]
H 式 方程
第17页，共18页。
THANKS！
第18页，共18页。
的最适底物或天然底物。
第15页，共18页。
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
第16页，共18页。
H 式 方程
污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础-2
废水可生化性的评价方法
1、BOD5／COD值法
用BOD5／COD值评价废水的可生化性是广泛采用的 COD值评价废水的可生化性是广泛采用的 一种最为简易的方法。在一般情况下，BOD COD值愈 一种最为简易的方法。在一般情况下，BOD5／COD值愈 大，说明废水可生物处理性愈好。表1 大，说明废水可生物处理性愈好。表1中所列数据评价 废水的可生化性。
生化处理方法分类
生化处理方法主要可分为好氧处理和厌氧处理两种类型。
好氧处理与厌氧处理的主要区别
①起作用的微生物不同。好氧处理是由好氧微生物和 兼性微生物起作用；而厌氧处理是厌氧菌和兼性菌 起作用。 ②产物不同。好氧处理中有机物被转化为CO2、H2O、 ②产物不同。好氧处理中有机物被转化为CO NH3或NO2-、SO42-等。厌氧处理中有机物被转化为CH4、 等。厌氧处理中有机物被转化为CH NH3等。 ③反应速率不同。好氧处理有机物转化速率快，处理 设备内停留时间短、设备体积小。厌氧处理有机物 转化速率慢，需要时间长，设备体积庞大。 ④对环境要求条件不同。好氧处理要求充分供氧。厌 氧处理要求绝对厌氧的环境，对环境条件要求甚严。
4、摇床试验与模型试验 (1)摇床试验 (1)摇床试验 在培养瓶中加入驯化活性污泥、待测物质及无机 营养盐溶液，在摇床上振摇，培养瓶中的混合液在摇 床振荡过程中不断更新液面，使大气中的氧不断溶解 于混合液中，以供微生物代谢有机物之用，经过一定 时间后，对混合液进行过滤或离心分离，然后测定清 液的COD或BOD，以考察待测物质去除效果。 液的COD或BOD，以考察待测物质去除效果。 (2)模型试验 (2)模型试验 指采用生化处理的模型装置考察废水的可生化性。 模型装置通常可分为间歇流和连续流反应器两种。
表2 废水可ห้องสมุดไป่ตู้化性评价参考数据
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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 米歇里斯-门坦
（Michaelis-Menten）方程式 第五节 莫诺特（Monod）方程式 第六节 废水生物处理工程的
基本数学模式
溶解氧
围。
境
因
素
有毒物质
一、微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
影
响
微
温度
生
物
生
pH
长
的
溶解氧是影响生物处理效果的
环
溶解氧
重要因素。
境
微生物分类：好氧微生物、厌
因
氧微生物、兼性微生物
素
有毒物质
好氧微生物处理的溶解氧一般
以2～4mg/L为宜。
一、微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
影
响
y
? ?
dt
? ?
式中：反应系数 底物）。
y?
d ?X ? d ?S ? 又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解的
二、反 应 级 数
v ? d[S] ? k[S]n
dt
（11 －2）
n
=
0
零级反应，v
=
[d S]
dt
=k→[S]
=
[S0]-kt
n
=
1
一级反应，v
=d[S] ＝k[S]→lg[S]= dt
第一节 废水的好氧生物处理和 厌氧生物处理
一、微 生 物 的 新 陈 代 谢
新陈代谢： 微生物不断从外界环境中摄取营养物 质，通过生物酶催化的复杂生化反应，在体内不断进 行物质转化和交换的过程。
分解代谢： 分解复杂营养物质，降解高能化合物， 获得能量。
合成代谢： 通过一系列的生化反应，将营养物质 转化为复杂的细胞成分，机体制造自身。
混合微生物群体的生长：
第三节 反应速度和反应级数
一、反 应 速 度
在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最 终产物的增加量或细胞的增加量。
图中的生化反应可以用下式表示：
S ? y ?X ? z ?P
及
d ?X ?
?
?
y ?? d ?S ???
dt
? dt ?
即
?
d ?S ??
dt
1 ? d ?X ??
步，酶（E）与底物（S）作用形成中间产物（ES）， 此中间产物被看作稳定的络合物；第二步，络合物被进 一步分解为产物（P）和游离态的酶（E）。
S+E
K1
K3
ES
K2
P+E
浓度对酶反应速度的影响
酶
反 应
v max
速
度
v
n =0
1/2 vmax
0<n<1
n =1 KS
底物浓度[S]
二、米 氏 方 程 式(★★)
生
pH
长
的
环
溶解氧
境
因
素
有毒物质
一、 微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
影
响
微
温度
生 物
不同的微生物有不同的pH适应范围。 细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH 适应范围是在4～10之间。
生
pH
大多数细菌适宜中性和偏碱性（pH＝
长
6.5～7.5）的环境。
的
废水生物处理过程中应保持最适pH范
环
底物降解：污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物 化学变化的物质称为底物或基质。
可生物降解有机物量：可通过生物的降解转化的量。 可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物利用物质。
分解代谢 (Biblioteka 化作用)新陈代谢合成代谢 (同化作用)
复杂物质分解为简单物质
释放能量 吸收能量
能量代谢
物质代谢
简单物质合成为复杂物质
lg[S 0]
-
t
n
=2
二级反应，v
=
[d S]
dt
=
k[S]2
→ 1/[S] = 1/[S0] +kt
第四节 米歇里斯-门坦 （Michaelis-Menten ）方程式
一、中间产物学说(★) 酶促反应速度和底物浓度的关系见（ P68图11－10）。 中间产物学说：根据此学说，酶促反应分两步进行。第一
2）无氧呼吸： 最终受氢体是一些无机氧化物
好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，获得的 能量水平不同， 如下表所示。
呼吸方式
好氧呼吸
能量利用率 42％
受氢体
分子氧
无氧呼吸 无机物
发酵
能量利用率 26％
有机物
化学反应式
C6H12O6+6O2→ 6CO2+6H2O+2817.3kJ C6H12C6+4NO3 - →
微
温度
生
物
生
pH 值
长
的
环 境
溶解氧
例，氰化物强烈抑制细 胞色素呼吸酶
因
素
有毒物质
破坏细菌细胞的正常结构，使菌
体内的酶变质，并失去活性。
二、微生物的生长规律
微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映。 按微生物生长速率，其生长可分为四个生长期(★)
停滞期（调整期） 对数期（生长旺盛期） 静止期（平衡期） 衰老期（衰亡期）
低浓度有机物废水: <500mg/L
四、废水的厌氧生物处理(★)
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。
第二节 微生物的生长规律和 生长环境
一、微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
微生物要求的营养物质必须
影
包括组成细胞的各种原料和产生
响
能量的物质，主要有：水、碳素
微
温度
营养源、氮素营养源、无机盐及
生
生长因素。
物
生
pH
长
的
环
溶解氧
境
因
素
有毒物质
一、微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
影 响 微
温度
各类微生物所生长的温度范围不同， 约为5℃ ～80℃ 。
微生物分类：中温性（20℃-45℃）、
生
好热性（高温性）（>45℃）
物
好冷性（低温性）（<20℃）。
BOD碳化阶段
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 能量
自养型微生物：
H2S + 2O2 → H2SO4 + 能量
BOD硝化阶段
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O +能量
2、厌氧呼吸 ---无分子氧（O2）的情况下进行的生物氧化。
1）发酵： 最终受氢体是有机物分解的中间产物
6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
活性污泥法和生物膜 法
三、废水的好氧生物处理(★)
好氧生物处理：在有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。
有机物分解的最终产物: CO2、H2O
注意: 保持溶解氧、营养物和微生物三者的平衡。
二、微 生 物 的 呼 吸 类 型
微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能
根据受氢体的不同分为★
好氧呼吸
厌氧呼吸
根据氧化的底物、氧化产物的不同
按反应过程中的最终受氢体的不同
异养型微生物 自养型微生物
发 酵 无氧呼吸
1、好氧呼吸
---有分子氧参与的情况下进行的生物氧化，反应 的最终受氢体是分子氧。
异养型微生物：
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 米歇里斯-门坦
（Michaelis-Menten）方程式 第五节 莫诺特（Monod）方程式 第六节 废水生物处理工程的
基本数学模式
溶解氧
围。
境
因
素
有毒物质
一、微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
影
响
微
温度
生
物
生
pH
长
的
溶解氧是影响生物处理效果的
环
溶解氧
重要因素。
境
微生物分类：好氧微生物、厌
因
氧微生物、兼性微生物
素
有毒物质
好氧微生物处理的溶解氧一般
以2～4mg/L为宜。
一、微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
影
响
y
? ?
dt
? ?
式中：反应系数 底物）。
y?
d ?X ? d ?S ? 又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解的
二、反 应 级 数
v ? d[S] ? k[S]n
dt
（11 －2）
n
=
0
零级反应，v
=
[d S]
dt
=k→[S]
=
[S0]-kt
n
=
1
一级反应，v
=d[S] ＝k[S]→lg[S]= dt
第一节 废水的好氧生物处理和 厌氧生物处理
一、微 生 物 的 新 陈 代 谢
新陈代谢： 微生物不断从外界环境中摄取营养物 质，通过生物酶催化的复杂生化反应，在体内不断进 行物质转化和交换的过程。
分解代谢： 分解复杂营养物质，降解高能化合物， 获得能量。
合成代谢： 通过一系列的生化反应，将营养物质 转化为复杂的细胞成分，机体制造自身。
混合微生物群体的生长：
第三节 反应速度和反应级数
一、反 应 速 度
在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最 终产物的增加量或细胞的增加量。
图中的生化反应可以用下式表示：
S ? y ?X ? z ?P
及
d ?X ?
?
?
y ?? d ?S ???
dt
? dt ?
即
?
d ?S ??
dt
1 ? d ?X ??
步，酶（E）与底物（S）作用形成中间产物（ES）， 此中间产物被看作稳定的络合物；第二步，络合物被进 一步分解为产物（P）和游离态的酶（E）。
S+E
K1
K3
ES
K2
P+E
浓度对酶反应速度的影响
酶
反 应
v max
速
度
v
n =0
1/2 vmax
0<n<1
n =1 KS
底物浓度[S]
二、米 氏 方 程 式(★★)
生
pH
长
的
环
溶解氧
境
因
素
有毒物质
一、 微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
影
响
微
温度
生 物
不同的微生物有不同的pH适应范围。 细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH 适应范围是在4～10之间。
生
pH
大多数细菌适宜中性和偏碱性（pH＝
长
6.5～7.5）的环境。
的
废水生物处理过程中应保持最适pH范
环
底物降解：污水中可被微生物通过酶的催化作用而进行生物 化学变化的物质称为底物或基质。
可生物降解有机物量：可通过生物的降解转化的量。 可生物降解底物量：包括有机的和无机的可生物利用物质。
分解代谢 (Biblioteka 化作用)新陈代谢合成代谢 (同化作用)
复杂物质分解为简单物质
释放能量 吸收能量
能量代谢
物质代谢
简单物质合成为复杂物质
lg[S 0]
-
t
n
=2
二级反应，v
=
[d S]
dt
=
k[S]2
→ 1/[S] = 1/[S0] +kt
第四节 米歇里斯-门坦 （Michaelis-Menten ）方程式
一、中间产物学说(★) 酶促反应速度和底物浓度的关系见（ P68图11－10）。 中间产物学说：根据此学说，酶促反应分两步进行。第一
2）无氧呼吸： 最终受氢体是一些无机氧化物
好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，获得的 能量水平不同， 如下表所示。
呼吸方式
好氧呼吸
能量利用率 42％
受氢体
分子氧
无氧呼吸 无机物
发酵
能量利用率 26％
有机物
化学反应式
C6H12O6+6O2→ 6CO2+6H2O+2817.3kJ C6H12C6+4NO3 - →
微
温度
生
物
生
pH 值
长
的
环 境
溶解氧
例，氰化物强烈抑制细 胞色素呼吸酶
因
素
有毒物质
破坏细菌细胞的正常结构，使菌
体内的酶变质，并失去活性。
二、微生物的生长规律
微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映。 按微生物生长速率，其生长可分为四个生长期(★)
停滞期（调整期） 对数期（生长旺盛期） 静止期（平衡期） 衰老期（衰亡期）
低浓度有机物废水: <500mg/L
四、废水的厌氧生物处理(★)
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。
第二节 微生物的生长规律和 生长环境
一、微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
微生物要求的营养物质必须
影
包括组成细胞的各种原料和产生
响
能量的物质，主要有：水、碳素
微
温度
营养源、氮素营养源、无机盐及
生
生长因素。
物
生
pH
长
的
环
溶解氧
境
因
素
有毒物质
一、微 生 物 的 生 长 环 境
微生物的营养
影 响 微
温度
各类微生物所生长的温度范围不同， 约为5℃ ～80℃ 。
微生物分类：中温性（20℃-45℃）、
生
好热性（高温性）（>45℃）
物
好冷性（低温性）（<20℃）。
BOD碳化阶段
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 能量
自养型微生物：
H2S + 2O2 → H2SO4 + 能量
BOD硝化阶段
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O +能量
2、厌氧呼吸 ---无分子氧（O2）的情况下进行的生物氧化。
1）发酵： 最终受氢体是有机物分解的中间产物
6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
活性污泥法和生物膜 法
三、废水的好氧生物处理(★)
好氧生物处理：在有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。
有机物分解的最终产物: CO2、H2O
注意: 保持溶解氧、营养物和微生物三者的平衡。
二、微 生 物 的 呼 吸 类 型
微生物的呼吸指微生物获取能量的生理功能
根据受氢体的不同分为★
好氧呼吸
厌氧呼吸
根据氧化的底物、氧化产物的不同
按反应过程中的最终受氢体的不同
异养型微生物 自养型微生物
发 酵 无氧呼吸
1、好氧呼吸
---有分子氧参与的情况下进行的生物氧化，反应 的最终受氢体是分子氧。
异养型微生物：