废水生物处理理论基础

y
d [S ] dt
1 d X y dt
……（3）
(3)式反映了底物减少 速率和细胞增长速率之间 的关系。 它是废水生物处理中研 究生化反应过程的一个重 要规律。 了解这个规律，可以更 合理地设计和管理生物处 理过程。
二、反应级数

uP vQ 对于一般化学方程式： xA yB
如葡萄糖（ C6H12O6 ）的代谢情况：
有氧代谢： C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 +6H2O + 2817.3kJ 厌氧代谢： 无氧呼吸：C6H12O6+6H2O → 6CO2+24[H] 24[H]+4 NO3- → 2N2+12H2O 总反应式：C6H12O6+ 4NO3- → 6H2O + 6CO2+2N2 ↑+ 1755.6kJ 发酵： C6H12O6 → 2CH3COCOOH + 4[H] 2CH3COCOOH → 2CO2 + 2CH3CHO
3)
废水处理系统中微生物的营养需求
1) 2)
好氧生物处理：BOD：N：P=100：5：1 厌氧消化处理：C/N比值在（10～20）：1范围
4)

营养源的投加
对于含碳量低的工业废水，可投加生活污水、米泔水或者 投加淀粉等补充碳源不足； 对于含氮、磷低的工业废水，可投加尿素、硫酸铵等补充 氮源；投加磷酸钠、磷酸钾作为磷源。 生活污水所含营养比较齐全无需投加营养源，并且可作为 其他工业废水处理时的最佳营养源。
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2、混合微生物群的生长规律

在废水生物处理中，微生物是一个群体，它们也有一 定的生长规律。个体生长曲线的形状和位置，与环境 中的有机物变化以及微生物之间的相互依存情况有关。

当有机物多时，则以有机物为食料的细菌占 优势，数量最多； 细菌多时，必然出现以细菌为食料的原生动 物，而后才出现以细菌和原生动物为食料的 后生动物。
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厌氧分解代谢：是厌氧微生物和兼性微生物参与， 在无溶解氧的条件下，将复杂有机物分解成简单 的有机物和无机物（如有机酸、CO2、H2O等),再 被甲烷菌进一步转化为甲烷和CO2等，并释放能 量的过程。
按照代谢过程中受氢体的不同，又分为发酵和无氧呼吸。

发酵：指供氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终 受氢体是供氢体的分解中间产物（有机物）。发酵是一 种厌氧状态。 无氧呼吸：指以无机含氧化合物，如NO3-、NO2- 、SO42- 、 S2O32- 、CO2等代替分子氧作为最终受氢体的生物氧化作 用。无氧呼吸是一种缺氧状态。 7 2012-5-28
高温性微生物 中温性微生物 常温性微生物 低温性微生物
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结论：

1、微生物的生长过程取决于生物化学反应， 而化学反应速率受温度的影响。通常在低 温度和最适温度范围内，反应温度 反应 速率 微生物增长速率
温度过高，超过最高生长温度，使微生物的蛋白质变
性而破坏酶系统，失去活性。 低温不会造成微生物致死，但是将使微生物的代谢活 力下降，处于生长繁殖的停止状态。
从狭义角度讲，主要是指菌类生物及病毒。 从广义角度讲，除了菌类和病毒外，还包括藻类、原生动 物、后生动物。
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2) 3)
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主要内容:

微生物的新陈代谢 微生物的生长规律 微生物的生长环境
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二、微生物的新陈代谢
概念：微生物在生命活动过程中，不断从外界环境中 摄取营养物质，并通过复杂的酶催化反应，将其加以 利用，提供能量并合成新的生物体，同时又不断向外 界环境排泄废物。这种为了维持生命活动过程与繁殖 下代而进行的各种化学变化称为新陈代谢。 分类：根据能量的释放和吸收，新陈代谢分为合成代 谢和分解代谢。
第3篇

污水的生物处理法
第1章 第2章


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污水生物处理理论基础 污水好氧生物处理（一） ——活性污泥法 第3章 污水好氧生物处理（二） ——生物膜法 第4章 污水厌氧生物处理 第5章 污水的自然生物处理
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第1章

废水生化处理理论基础
废水生化处理微生物基础 反应速度和酶促反应速度 L 微生物的生长动力学 L
K
如果通过试验数据的处理，得出产物P的反应速率表示为：
vp d[P] dt dC dt
p
k C A CB
a b
产物P的反应称为反应物A的a级反应；反应物B的b级反应， 总称为（a+b）级反应。K为反应的速率常数。 （1）当a=0，b=0时，反应速率不受反应物A 、B浓度的影响， 是一个常数——零级反应 （2）当a=0，b=1时，反应速率对反应物A是零级反应，对B是 一级反应，即反应速度只受反应物B浓度的影响； 当a=1，b=0时，反应速率不受反应物B浓度的影响，对反应 物A是一级反应，即反应速度只受反应物A浓度的影响。 （3）当a=1，b=1时，反应速率受反应物A 、B浓度的影响， 是A、B的二级反应。
（2）在该 过程中，微 生物体合成 所需的能量 和物质由分 解代谢提供。
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三、微生物的生长规律
1、微生物的生长曲线
微 生 物 生 长 速 率
微 生 物 量 的 对 数
微 生 物 生 长 曲 线
培养时间
总菌数
死细 菌数
活细 菌数 衰老期
适应期 对数期 平衡期
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培养时间 11

1）适应期（停滞期）
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5、有毒物质
在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制 和杀害作用的化学物质，这类物质我们称之为 有毒物质。

重金属类：铅、镉、铬、砷、铜、铁、锌等；
有机物类：酚、甲醛、甲醇、苯、氯苯等 无机非金属类：硫化物、氰化物、氯化物、硫酸 根、硝酸根等
其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破 坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。
在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控 制，但毒物浓度的允许范围，需要具体分析。
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1.2
反应速度和酶促反应速度
一、反应速度 1、定义：在生化反应中，反应速度是指单位时间内底 物的减少量、最终产物的增加量或细胞的增加量。 2、反应速率的表示
• 在容积为V的液体中的组分A，反应在dt时间内所产生的物质 的量的变化为dnA，则A的反应速率可表示为：

4[H]+2CH3CHO → 2CH3CH2OH
总反应式： C6H12O6 → 2CH3CH2OH +2CO2+92.0kJ
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小结：

好氧分解代谢过程中，有机物分解较为彻底，最终产
物是含能量较低的CO2、H2O，因此释放能量多，代 谢速度快。

厌氧分解代谢过程中，有机物分解不彻底，释放能量 少，因此，微生物为了获得同样多的能量，厌氧分解 有机物的量要比好氧分解有机物的量多。

2）对数期


3）平衡期（静止期）


4）衰老期（内源呼吸期）

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小结：

在废水生物处理中，通过控制底物量(F)与微生物量 (M)的比值F/M，使微生物处于不同的生长状况，从 而控制微生物的活性和处理效果。 在微生物的对数期，微生物具有繁殖快、活性大、对 底物降解速度快的特点。在废水处理过程中，若控制 微生物处于对数增长期，虽然反应速度快，但污泥絮 凝性和沉降性较差，出水中有机物浓度高。显然，想 要取得稳定的出水和较高的处理效果是很难的。 通常控制F/M在较低范围内，利用平衡期和内源呼吸 期的微生物处理废水，能够获得理想的出水水质，并 且污泥沉降性能好。
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4、溶解氧



溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。 在废水好氧生物处理中，如果DO不足， 好氧微生物由于得不到足够的氧，其生 物活性受抑制，影响系统运行。 好氧生物处理的溶解氧一般以 2.0~4.0mg/L 为宜。 在厌氧生物处理中，由于厌氧微生物对 氧气很敏感。当有溶解氧存在时，它们 就无法生长，因此厌氧反应设备中，要 严格密封隔绝空气。

微生物培养的初期阶段，微生物刚刚接入新鲜培养液时， 对新的环境有一个适应过程，所以在此时期微生物的数量 基本不增加，生长速度接近于零。 经过适应期的调整，微生物适应了新环境，在营养丰富的 条件下，微生物的生长繁殖不受底物限制，微生物的生长 速度达到最大，细菌数量以几何级数的速度增加。 微生物经过对数期大量繁殖后，使培养液中的底物逐渐被 消耗，再加上代谢产物的增加积累，从而造成不利于微生 物生长繁殖的食物条件和环境条件，增长速率下降死亡速 率上升，微生物数量趋于稳定。 培养液中的底物几乎被消耗殆尽，营养物明显不足，微生 物只能利用细菌体内的物质或者以死细菌作为养料，进行 内源呼吸。微生物数量急剧减少。

从废水处理的角度，希望较短时间内，将废水有机物 无机化、无害化，多采用好氧处理。只有当有机物浓 度较高时（如处理高浓度有机废水、有机污泥时）， 用厌氧方式处理并回收甲烷。
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2、合成代谢
（1）概念：微生物从外界环境中获得能量，将 低能化合物合成生物体的过程，又称同化作 用。也就是微生物机体自身物质制造的过程。
vA 1 dn A V dt
dC dt
…………..（1）
………（2）
A为 产物
•
式中的nA可和V组合成A的浓度[A]，得： CA
vA d [ A] dt
A
• 若A代表反应物时，由于其浓度是随时 间下降的，反应速度为负值；若A代表产 物时，则反应速度为正值。