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
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
1/3
分解
CO2, H2O, NH3, SO42-, PO43-
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长+
速0 率_
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时间t
细
菌
数
目
的
对
数
时间t
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
1级
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0级
0
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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：
生
长+
速0
率_
时间t
细 菌 数 目 的
对 0数6.06.2019 值0
时间t
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生
长+
速0 率_
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时间t
细
菌
数
目 的
对
数
时间t
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：