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：