水质工程Ⅱ第3章生物处理概论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,（,）第三章,水质工程学,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,6.58.5,4,、水温：,t,15,35,5,、毒物含量,1,、营养物,主要元素：,C,、,H,、,O,、,N,、,S,、,P,BOD,5,: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,24mg/L (DO1mg/L),厌氧系统：,DO,0.2 mg/L,缺氧系统：,DO,0.5 mg/L,电极电位,好氧系统：,Eh,300400mv,厌氧系统：,Eh,100mv,4,、水温：,好氧生物处理最适的温度：,2037,厌氧生物处理温度：,中温,3040,高温,5060,四、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,Y,obs,：,Y,obs,Y,3,、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、,Michaelis-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,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,Km,Km,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，,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（,）,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,K,S,2,）,S,S,K,S,，,动力学参数的求解,K,2,、,V,max,、,K,s,的,求解,动力学参数的求解,K,2,、,V,max,、,K,s,的求解,底物降解速度,微生物增殖速度,微生物比增殖速度（,）,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,v,g,：,微生物比净增长速度 ：,微生物增长与底物浓度、生物量、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,