第十一章-污水生物处理的基本概念与生化反应动力学基础
水污染控制工程: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

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
(1)生化转化:
C、溶解性无机物的转化(氮和磷的转化)
生活废水中氮的形态:氨和有机氮(包括氨基 酸、蛋白质、核苷)的形式存在。
Ⅱ 生物处理基本原理
2、微生物主要种类和作用
• 微生物主要种群:古细菌、细菌和真核生 物。生物处理中起作用的微生物属于古细 菌和细菌类群,但原生动物和其他微型真 核生物也有一定作用。
(1)细菌:细菌的分类方式很多,从水处理 工程角度,最重要的是从操作方式上分类。
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
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
•依据功能分类:
• 硝化菌
• 硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐氮的过程。 在一群自养型好氧微生物的作用下,首先由 亚硝酸菌将氨氮转化为NO2-,称为亚硝酸反 应,第二阶段由硝酸菌将NO2-进一步氧化为 硝酸盐,称为硝化反应。
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
(3)真核生物:真菌和原生动物常常在 生物处理中出现。
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
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
(b)无氧呼吸 是指以含氧无机物,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。
C6H12O6 + 6H2O —— 6 CO2 + 24 H 24 H + 4 NO3- —— 2N2 + 12 H2O 总反应式:
11 污水处理生化反应动力学

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。
复杂物质分解为简单物质
分解代谢 (异化作用) 新陈代谢
释放能量 能量代谢 吸收能量 物质代谢
合成代谢 (同化作用)
高能化合物
+
ADP
微生物的呼吸
一切生物时刻都在进行着呼吸,没有呼吸就没 有生命。 呼吸作用的生物现象: 呼吸作用中发生能量转换:供细胞合成、其他 生命活动,多余的能量以热量形式释放。 通过呼吸作用,复杂有机物逐步转化为简单物 质。呼吸作用过程中吸收和同化各种营养物质。
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
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 无机物 有机物
化学反应式
C6H12O6+6O2→ 6CO2+6H2O+2817.3kJ C6H12C6+4NO3 - → 6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
图示表明,有机物被微生物 摄取后,通过代谢活动,约有1/3 被分解、稳定,并提供其生理活 动所需的能量;约有2/3被转化, 合成为新的原生质(细胞质), 即进行微生物自身生长繁殖。
废水的好氧生物处理
好氧生物处理的反应速度较快,所需的反应时间 较短,故处理构筑物容积较小。且处理过程中散 发的臭气较少。所以,目前对中、低浓度的有机 废水,或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废 水,基本上采用好氧生物处理法。 在废水处理工程中,好氧生物处理法有活性污泥 法和生物膜法两大类。
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
污水生物处理概念及动力学基础图文学习教案

第25页范/共4围9页,需要具体分析。
第二十六页,共48页。
反应(fǎnyìng)速度和反应(fǎny
第26页/共49页
第二十七页,共48页。
生化(shēnɡ huà)反应动力学
生物化学反应是一种以生物酶为催化剂的化学反应 。 污水生物处理(chǔlǐ)中,人们总是创造合适的环境条件 去得到希望的 反应速度。 生化反应动力学目前的研究内容: (1)底物降解速率与底物浓度、生物量、环境因素等 方面的关系; (2)微生物增长速率与底物浓度、生物量、环境因素 等方面的关系; (3)反应机理研究,从反应物过渡到产物所经历的途 径。
适用范围:中、低浓度有机(yǒujī)废水,或 BOD5小于500mg/l的有机(yǒujī)废水。
特点:反应速度较快,所需反应时间较短,故 处理构筑物容积小第,11页处/共理49页过程散发臭气较少
第十二页,共48页。
有机物+氧
1/3 M
分解代 (有谢氧呼吸)
H2O、CO2、NH3、SO42-、PO43- +能量
Pseudomonas cepacia:能降解90种以上有机物 甲基汞、有毒氰、酚类化合物等都能被微生物 作为营养物质分解利用。
第4页/共49页
第五页,共48页。
繁殖(fánzhí)快、易变 异、适应性强
大肠杆菌在条件适宜时17min就分裂一次;有一种 假单胞细菌在不到10min就分裂一次;
低温、高温、高压、酸、碱、盐、辐射等条件下 可以快速适应;
第6页/共49页
第七页,共48页。
从可持续发展的战略观点来衡量: 废水生物处理还有消耗大量有机碳、剩余污泥量大、
释放较多二氧化碳等缺点。
利用微生物的无穷(wúqióng)潜力和反应设备的发展及 相关学科技术的进步,与其他工艺相交叉,利用协同作 用。废水生物处理工艺必将取得更大的发展,发挥更大 的作用。
第十一章-污水生物处理的基本概念生化反应动力学基础

由于硝化菌是自养菌,若水中BOD5值过高,将有助 于异养菌的迅速增殖,微生物中的硝化菌的比例下降。
硝化细菌生长影响因子:
硝化菌的生长世代周期较长,为了保证硝化作用 的进行,泥龄应取大于硝化菌最小世代时间(3~ 10d)两倍以上。
对好氧生物处理 BOD5:N:P=100:5:1, 对厌氧生物处理 C / N = (10-20):1
P277
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
碳源--异养菌利用有机碳源。
氮源--无机氮(NH3及NH4+)和有机氮(尿素,氨基酸,蛋白质 等)。
补充氮、磷 :1) 与生活污水混合;2) 添加药剂:硫酸铵,硝酸 铵,尿素(补充氮源); 磷酸钠、磷酸钾等 (补充磷源)
NH4+ +2O2——NO3- +2H+ +H2O + 能量
一、微生物的新陈代谢
(三)缺氧呼吸 是指在无分子氧但有化合态氧的情况下,以无机氧化物,
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。
C6H12O6 + 6H2O —— 6 CO2 + 24 H 24 H + 4 NO3- —— 2N2 + 12 H2O 总反应式: C6H12O6 + 4 NO3-——6 CO2 + 6H2O + 2N2 + 1755.6 kJ
氨化
硝化
反硝化
1.氨化反应
在氨化微生物的作用下,有机N化合物可以 在好氧或厌氧条件下分解转化为氨态氮。
以氨基酸为例:
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

厌氧微生物包括专性厌氧在0.005×101KPa生长和 耐氧厌氧微生物。
兼性厌氧即可在有氧条件下又可在无氧条件下生长
繁殖。 2019/10/15
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活性污泥絮凝体的大小不同,所需要的最小溶解氧 浓度也就不一样。絮凝体越小,与污水的接触面积 越大,也越利于对氧的摄取,所需要的溶解氧浓度 就小。反之絮凝体大,则所需的溶解氧浓度就大。
11.2 微生物的生长规律及生长环境
1. 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 映的,污水处理中混合生长的活性污泥也有类 似的生长曲线。
细菌生长的阶段可分为停滞期,对数期, 静止期,衰亡期。
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ATP
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1.微生物的呼吸
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按照被氧化底物的不同分为自养和异养型
自养型
化能自养 光能自养
异养型
化能异养 光能异养
污水好氧生物处理系统
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1.微生物的呼吸
厌氧呼吸——在无O2的情况下进行的生物氧化, 以有机物为底物,经呼吸链传递氢,最终由氧气以
3) pH
大多数细菌,藻类和原生动物最适pH为6.5~7.5, 它们的pH适应范围在4~10。
pH <2 3~6 7.5~8.0 >10
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嗜
霉
细
酸
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。
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1.微生物的呼吸
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按照被氧化底物的不同分为自养和异养型
自养型
化能自养 光能自养
异养型
化能异养 光能异养
污水好氧生物处理系统
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1.微生物的呼吸
厌氧呼吸——在无O2的情况下进行的生物氧化, 以有机物为底物,经呼吸链传递氢,最终由氧气以
在有氧的条件下,好氧微生物降解有机物。如
活性污泥法和生物膜法,微生物利用废水中的有机 物为营养源进行好氧代谢。有机物经过一系列的生 化反应,逐级释放能量,最终以低能位的无机物质 稳定下来,达到无害化的要求。
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2. 废水的好氧处理
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好氧生物处理中,有机物被微生物摄取后,通过
NO2- , NO3-
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N2
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除磷
厌氧放磷
有机基质 产酸菌
厌氧区
有机酸等 聚P
聚磷菌
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PO43-
PHB 聚磷菌
好氧吸磷
好氧区
大量吸收 水中P
大部分 (P)去除
聚聚P聚P聚PP
PHB
聚P
O2 聚磷菌
聚磷菌
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以单位时间里底物的减少或细胞的增加来表示。
合成 细胞X
底物S
分解 最终产物P
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反应系数,又称产率系数, mg(生物量)/mg(降解的底物)
Y = dX dS
S Y X +ZP
dX =Y ( dS )
dt
dt
dS = 1 ( dX ) dt Y dt
+ 能量
热
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3. 废水的厌氧生物处理
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厌氧生物处理是在无氧的条件下,利用兼性和
厌氧微生物分解有机物的一种生物处理法。在厌氧 生物处理中,有机物被降解为简单的化合物,同时 释放能量。
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在这个过程中,有机物的转化分为三部分,一部 分H物2被转S等转化无化为机、甲物合烷,成,并为还为新有细的一胞原部合生分质成转的提化组供为成能C部量O分,2,。少H量2O的, N有H机3,
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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
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本章内容
11.1 污水生物处理基本原理 污水生物处理方法;脱氮除磷基础理论
11.2 微生物的生长规律及生长环境 11.3 生化反应的反应速度和反应级数
反应速度;反应级数 11.4 微生物生长动力学
莫诺特方程式;劳-麦方程式;微生物增 长与底物降解的基本关系式
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11.1 污水生物处理基本原理
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微生物对溶解氧需求 不同
好氧生物处理
微生物生长方式 不同
悬浮生长法
缺氧生物处理
附着生长法
06.06.厌201氧9 生物处理
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11.1 污水生物处理基本原理
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2) 温度
温度是影响微生物生长的重要因素。在适宜的温 度内微生物能大量繁殖生长。
污水生物处理的水温在20~37℃时效果最好。
水温上升还有利于混合、搅拌、沉降等物理过程, 但不利于氧的转移。
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好氧生物处理浓度以2~3mg/L左右为宜。 反硝化反应溶解氧0.5mg/L 厌氧放磷溶解氧低于0.3mg/L
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5) 不利因素,毒物
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废水处理中,存在对微生物有毒害作用的化学物质, 这类物质如重金属、H2S、铬酸盐、砷酸盐、氰、 氨苯、硝酸根、苯、酚、甲醛、丙酮等。
代谢,约有三分之一分解、稳定、并提供其生理活 动所需的能量;三分之二被转化,合成为新的原生 质,微生物进行自身的细胞生长。
2/3 合成
有机物+氧+微生物 (C, O, H, N, S, P)
80%,CO2、H2O、NH3
新的细胞质
内源代谢
20%,细胞残留物
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分解
CO2, H2O, NH3, SO42-, PO43-
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时间t
细
菌
数
目
的
对
数
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值0
d.衰亡期
个体死亡的速度超过新生的速度,细菌利用贮存
物质进行内源呼吸,一部分细胞物质被氧化分解;细
胞06.0形6.20态19 多样,会发生不规则的退化形态或畸形;有的19 微生物在这时产生抗生素等次代谢产物。
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1.微生物的呼吸
微生物的呼吸是获取能量的生理功 能。呼吸作用的本质是氧化还原的统一 过程。
发酵
呼吸
好氧呼吸 无氧呼吸
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1.微生物的呼吸
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发酵:微生物将有机物氧化释放的电子直接交给 底物本身未完全氧化的某种中间产物,同时释放 能量,产生代谢物。
污水和污泥的厌氧生物处理
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lgV 与lgS的关系
lgS
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11.4 生物处理的反应动力学
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研究生物处理反应动力学的目的是什么?
对生化反应动力学更深层的研究,是对反应机 理进行研究、探讨活性污泥对有机底物的代谢、降 解过程,揭示这一反应过程的本质,使人们能够更 自觉的对反应速度加以控制和调节。
VkA 2,ddtAkA 2,1A1A0kt
反应过程中,反应物A的量增加时,k为正值。
反之,k为负值。
在废水处理中,有机污染物的浓度逐渐减少,
06.06反.201应9 常数为负值。
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生化反应中,底物的降解速度和反应器中底物 的浓度有关,生化反应的方程式为:
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细 菌 数 目 的
对 0数6.06.2019 值0
时间t
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细
菌
数
目 的
对
数
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值0
c.静止期
生长速率常数R等于零,生长的与死亡的数量相等。 细菌总数达到最大值,并恒定一段时间。这一时期,细 06.06胞.201开9 始贮存糖原,异染粒,脂肪等贮藏物,多数芽孢杆 18 菌开始形成芽孢。
合成
有机物+微生物 (C, O, H, N, S, P)
新的细胞质
合成 新的细胞质
有机酸,醇 分解 H2S,CO2,
NH3,
+ 能量 分解 CH4, CO2, NH3, H2S
+ 能量
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4. 脱氮除磷原理
脱氮
有机物 氨 化
NH3-N 好 氧 硝 化
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这些物质对细菌的毒害作用,或是破坏细菌细胞某 些必要的生理结构,或是抑制细菌的代谢进程。
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11.3 生化反应的反应速度和反应级数 11.3.1 反应速度
生化反应中,反应速度是指单位时间底物的 减少、最终产物的增加量或细胞的增加量。
废水生物处理中生化反应的速度如何表达?
时间t
细 菌 数 目 的
对 数
a值.停滞0期
时间t
有的细菌产生适应的酶,细胞物质增加,有的细菌不适
应新环境而死亡,细菌数有所减少。适应的细菌生长到某个 0程6.06度.201便9 开始分裂,进入停滞期的第二阶段,加速期。细菌的16 生长繁殖速度逐渐加快,细菌总数有所增加。
b.对数生长期
生长速率常数最大,细胞分裂的代时G最短;细菌 总数的增加率和活菌数的增加率一致;对外界不良环境 因素的抵抗力强;代谢活力强,群体中的细胞化学成份 及形态和生理特性都很一致。
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2.微生物的生长环境(污水生物处理的影响因素)
营养 温度 pH 溶解氧 毒物
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1) 营养
微生物的营养物质有六种营养要素,水、 碳源、氮源、能源、无机盐,生长因子。
生活污水处理系统中的微生物,营养物需 要一定的比例,一般为BOD5:N:P=100:5:1。
成正比,或与一种反应物的浓度的平方ρA2成正 比; 三级反应,反应速度与ρAρB2成正比,也可称为 反应物A的一级反应和反应物B的二级反应。
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对反应物A而言,零级反应: