反应速度和反应级数.ppt

第四节反应速度和反应级数,一、生化反应的反应速度单位时间的底物减少量单位时间的最终产物增加量单位时间的微生物细胞增加量S=yX+zP(式中：P-Product难以计量，所以一般用S-Substrate、X-Mass来表示反应速度),二、反应级数,若反应pA+qBmC+nD的反应速度为：v=kApBq这个反应称为（p+q）级反应；（p+q）称为反应的级数。也可称这个反应是A的p级反应，或B的q级反应。零级反应p+q=0；一级反应p+q=1；二级反应p+q=2；,对于生化反应：S=yX+zP生化反应速度：v=dS/dt=kSn或：lgv=nlgS+lgkn称为生化反应的级数,三、米-门（Michaelis-Menten）方程式,（一）生物酶的特点1、催化效率高，是一般催化剂的106-1013倍；2、高度专一性3、对环境敏感，化学组成类似蛋白质4、在常温、常压、中性环境下进行催化反应,（二）酶促反应,S+E=ESP+ESSubstrate，基质或底物；EEnzyme，酶；ES中间产物，酶与基质的复合物；PProduct，产物。,（三）米氏方程式,v=vmaxS/Km+Sv酶反应速度vmax最大酶反应速度S底物浓度Km米氏常数，半速率常数,（四）米氏常数的意义及测定,1、Km是酶的特征常数，不同酶的Km值不同；2、一种酶如果能催化几种底物，就有几个特定的Km；3、Km值最小的底物，称为该酶的最适底物；4、由于vmax难以达到，所以Km值常用双倒数图解法测定。,第五节微生物生长动力学-莫诺特（Monod）方程式（一）基本方程式,Ks饱和常数，也称之为半速度常数；S有机底物浓度。比增长速率,=(dx/dt)/x;dx/dt-微生物群体增长速率。,=Yqmax=YqmaxY-dx/ds,产率系数，g(生物量)/g(降解的底物)q-(ds/dt)/x,比底物降解速率ds/dt-底物利用速率,（二）莫诺方程式的推论,1、在高浓度有机底物的条件下，SKs，上式简化为：q=qmax二式说明，在高浓度有机底物的条件下，有机底物以最大的速度进行降解，而与有机底物的浓度无关，呈零级反应关系。dS/dt表示有机底物的降解速度。,q,即图上所表示的SS，区段。有机底物的浓度再行提高，降解速率也不会提高，因为在这一条件下，微生物处于对数增殖期，其酶系统的活性位置都为有机底物所饱和。有机底物的降解速度与污泥浓度(生物量)有关，并呈一级反应关系,2、在低底物浓度的条件下，SKs，与Ks值相较，S值可忽略不计，这样，上式可分别简化为：,可见，有机底物降解遵循一级反应，有机底物的含量已成为有机底物降解的控制因素，因为在这种条件下，混合液中有机底物浓度已经不高，微生物增殖处于减速增殖期或内源呼吸期，微生物酶系统多未被饱和，在图中即为横坐标S=0到S=S”这样的一个区段。这个区段的曲线在表现形式上为通过原点的直线，其斜率即为K2。,思考题:1.什么是活性污泥膨胀?污泥膨胀可分为几种?2.污泥膨胀的危害有哪些?如何识别?3.丝状菌污泥膨胀的原因有哪些?非丝状菌污泥膨胀的原因有哪些?4.曝气池活性污泥膨胀的原因有哪些?解决的对策有哪些?,污泥膨胀是活性污泥法系统常见的一种异常现象,是指由于某种因素的改变,活性污泥质量变轻、膨大、沉降性能恶化，SVI值不断升高，不能在二沉池内进行正常的泥水分离，二沉池的污泥面不断上升，最终导致污泥流失，使曝气池的MLSS浓度过度降低，从而破坏正常工艺运行的污泥，这种现象称污泥膨胀。污泥膨胀时，SVI值异常高，有时可达400以上。,污泥膨胀分为丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀。前者是活性污泥絮体中的丝状菌度繁殖而导致的；后者是菌胶团细菌本身生理活动异常、粘性物质大量产生导致的。2.发生污泥膨胀后,二沉池出水的SS将会大幅度增加,直至超过国家标准,同时导致出水的COD和BOD也超标。如果不采取控制措施，污泥持续流失会使曝气池内的微生物数量锐减，不能满足分解有机,污染物的正常需要，从而导致整个系统性能的下降，甚至崩溃。如果恢复，需要从培养、驯化活性污泥重新开始。污泥膨胀可以通过检测曝气池混合液的SVI（超过100）、沉降速度（低于0.6米/小时)和生物相镜检(丝状菌增大到+级)来判断和预测，而通过观察二沉池出水悬浮物和泥面的上升变化是最直观的方法。,3.活性污泥中,丝状菌过度繁殖,会形成丝状菌污泥膨胀。在正常环境中，菌胶团的生长速率大于丝状菌,不会出现丝状菌过度繁殖的现象,但如果活性污泥环境条件发生不利变化,丝状菌因其表面积较大,抵抗环境变化的能力比菌胶团细菌强,丝状菌的数量就有可能超过菌胶团细菌,从而导致丝状菌.引起活性污泥环境条件发生不利变化的因素主要有:,(1)进水中有机物质太少,曝气池内F/M太低,导致微生物食料不足;(2)进水中N和P等营养物质不足;(3)PH值太低,不利于菌胶团生长;(4)曝气池溶解内氧太低;(5)进水水质和水量波动太大,对微生物造成冲击;(6)进入曝齐池的污水“腐化”而含有较多的硫化氢(大于12毫克/升),导致丝硫菌过量繁殖;(7)进入曝气池的污水水温偏高(超过摄氏30度),3.非丝状菌污泥膨胀是由于菌胶团本身生理活动异常,导致活性污泥沉降性能恶化的现象,可分为两种:(1)非丝状菌污泥膨胀是由于进水口含有大量的溶解性糖类有机物,使污泥负荷F/M太高,而进水中又缺乏足够的N和P等营养物质或混合液内溶解氧含量太低.高F/M时,细菌会很快把大量有机物质吸入体内,而由于缺乏足够的N和P或溶解氧,就不能在体内进行正常的分解代谢,此时细菌会向体外分泌出过量的多聚糖类物质.,这些多聚糖类物质由于分子中含有很多的羟基而具有较强的亲水性,使活性污泥的结合水高达400%以上,远远高于100%的左右的正常水平.结果使活性污泥呈粘性的凝胶状,在二沉池内无法进行有效的泥水分离及浓缩,因此这种膨胀又称为粘性膨胀.(2)是由于进水含有大量的有毒物质,导致活性污泥中毒,使细菌不能分泌出足够的粘性物质,形不成絮体,因此无法在二沉池内进行有效的泥水分离及浓缩,因此这种膨胀又称为非粘性膨胀或离散性膨胀.,