废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、第十一章 废水生物处理基本概念和生化反应动力学基础第一节第一节第一节第一节 废水好氧生物处理和厌氧生物处理废水好氧生物处理和厌氧生物处理废水好氧生物处理和厌氧生物处理废水好氧生物处理和厌氧生物处理第二节第二节第二节第二节 微生物生长规律和生长环境微生物生长规律和生长环境微生物生长规律和生长环境微生物生长规律和生长环境第三节第三节第三节第三节 反应速度和反应级数反应速度和反应级数反应速度和反应级数反应速度和反应级数第四节第四节第四节第四节 米歇里斯米歇里斯米歇里斯米歇里斯-门坦门坦门坦门坦 (Michaelis-MentenMichaelis-MentenMichaelis-MentenMich
2、aelis-Menten)方程式)方程式)方程式)方程式 第五节第五节第五节第五节 莫诺特(莫诺特(莫诺特(莫诺特(MonodMonodMonodMonod)方程式)方程式)方程式)方程式 第六节第六节第六节第六节 废水生物处理工程废水生物处理工程废水生物处理工程废水生物处理工程 基本数学模式基本数学模式基本数学模式基本数学模式第1页第一节 废水好氧生物处理和厌氧生物处理第2页一、微一、微 生生 物物 新新 陈陈 代代 谢谢 新陈代谢:新陈代谢:微生物不停从外界环境中摄取营养物微生物不停从外界环境中摄取营养物质,经过生物酶催化复杂生化反应,在体内不停进行质,经过生物酶催化复杂生化反应,在体内不
3、停进行物质转化和交换过程。物质转化和交换过程。分解代谢:分解代谢:分解复杂营养物质,降解高能化合物,分解复杂营养物质,降解高能化合物,取得能量。取得能量。合成代谢:合成代谢:经过一系列生化反应,将营养物质转经过一系列生化反应,将营养物质转化为复杂细胞成份,机体制造本身。化为复杂细胞成份,机体制造本身。第3页 底物降解:底物降解:污水中可被微生物经过酶催化作用而进行生物化污水中可被微生物经过酶催化作用而进行生物化学改变物质称为底物或基质。学改变物质称为底物或基质。可生物降解有机物量:可生物降解有机物量:可经过生物降解转化量。可经过生物降解转化量。可生物降解底物量:可生物降解底物量:包含有机和无机
4、可生物利用物质。包含有机和无机可生物利用物质。新陈代谢新陈代谢合成代谢合成代谢(同化作用同化作用)分解代谢分解代谢(异化作用异化作用)复杂物质分解为简单物质复杂物质分解为简单物质简单物质合成为复杂物质简单物质合成为复杂物质吸收能量吸收能量释放能量释放能量能量代谢能量代谢物质代谢物质代谢第4页二、微二、微 生生 物物 呼呼 吸吸 类类 型型微生物呼吸指微生物获取能量生理功效微生物呼吸指微生物获取能量生理功效好氧呼吸好氧呼吸厌氧呼吸厌氧呼吸依据氧化底物、氧化产物不一样依据氧化底物、氧化产物不一样 按反应过程中最终受氢体不一样按反应过程中最终受氢体不一样 自养型微生物自养型微生物 无氧呼吸无氧呼吸异
5、养型微生物异养型微生物发发 酵酵依据依据受氢体受氢体不一样分为不一样分为第5页1 1、好氧呼吸、好氧呼吸 -有有分分子子氧氧参参加加情情况况下下进进行行生生物物氧氧化化,反反应应最最终终受氢体受氢体是分子氧。是分子氧。异养型微生物:异养型微生物:自养型微生物:自养型微生物:C C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2 6CO 6CO2 2+6H+6H2 2O+O+能量能量 H H2 2S+2OS+2O2 2 H H2 2SOSO4 4+能量能量 NHNH4 4+2O+2O2 2 NO NO3 3-+2H+2H+H+H2 2O O+能量能量BODBOD碳化阶段碳化阶段BODBOD硝化
6、阶段硝化阶段第6页 2 2、厌氧呼吸、厌氧呼吸 -无分子氧(无分子氧(O O2 2)情况下进行生物氧化。)情况下进行生物氧化。1 1)发酵:)发酵:2 2)无氧呼吸:)无氧呼吸:最终受氢体是最终受氢体是有机物分解中间产物有机物分解中间产物最终受氢体是一些最终受氢体是一些无机氧化物无机氧化物第7页 好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式,取得能量水平不一样,以下表所表示。呼吸方式受氢体化学反应式好氧呼吸能量利用率42分子氧C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+2817.3kJ无氧呼吸无机物C6H12C6+4NO3-6CO2+6H2O+2N2+1755.6kJ发酵能量利用率26有机物C6H12
7、C6 2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ第8页三、废水好氧生物处理()好氧生物处理:在有分子氧存在条件下,好氧微生物降解有机物,使其稳好氧生物处理:在有分子氧存在条件下,好氧微生物降解有机物,使其稳 定、无害化处理方法。定、无害化处理方法。有机物分解最终产物有机物分解最终产物:CO2、H2O 注意注意:低浓度有机物废水低浓度有机物废水:45)好冷性(低温性)(20)。一、微 生 物 生 长 环 境 影响微生物生长环境因素微生物营养 温 度 pH 溶 解 氧 有 毒 物 质 第13页不一样微生物有不一样pH适应范围。细菌、放线菌、藻类和原生动物pH适应范围是在410之间。大多数细菌适宜中
8、性和偏碱性(pH6.57.5)环境。废水生物处理过程中应保持最适pH范围。一、微 生 物 生 长 环 境 影响微生物生长环境因素微生物营养 温 度 pH 溶 解 氧 有 毒 物 质 第14页 一、微 生 物 生 长 环 境 影响微生物生长环境因素溶解氧是影响生物处理效果主要原因。微生物分类:好氧微生物、厌氧微生物、兼性微生物好氧微生物处理溶解氧普通以24mg/L为宜。微生物营养 温 度 pH 溶 解 氧 有 毒 物 质 第15页 一、微 生 物 生 长 环 境 影响微生物生长环境因素破坏细菌细胞正常结构,使菌体内酶变质,并失去活性。微生物营养 温 度 pH 值 溶 解 氧 有 毒 物 质 例,
9、氰化物强烈抑制细例,氰化物强烈抑制细胞色素呼吸酶胞色素呼吸酶第16页二、微生物生长规律二、微生物生长规律 微生物生长规律普通是以微生物生长规律普通是以生长曲线生长曲线来反应。来反应。按微生物生长速率,其生长可分为四个生长久按微生物生长速率,其生长可分为四个生长久()停滞期(调整期)停滞期(调整期)对数期(生长旺盛期)对数期(生长旺盛期)静止期(平衡期)静止期(平衡期)衰老期(衰亡期)衰老期(衰亡期)第17页 混合微生物群体生长:混合微生物群体生长:第18页第三节 反应速度和反应级数第19页 在生化反应中,反应速度是指单位时间里底物降低许、最终在生化反应中,反应速度是指单位时间里底物降低许、最终
10、产物增加量或细胞增加量。产物增加量或细胞增加量。图中生化反应能够用下式表示:即 一、反 应 速 度 及式中:反应系数 又称产率系数,mg(生物量)/mg(降解底物)。第20页n=0 零级反应,零级反应,v=kS=S0-ktn=1 一级反应,一级反应,v=kSlgS=lgS0-t n=2 二级反应,二级反应,v=kS2 1/S=1/S0+kt(112)二、反 应 级 数 第21页第四节 米歇里斯-门坦(Michaelis-Menten)方程式 第22页一、中间产物学说一、中间产物学说()酶促反应速度和底物浓度关系酶促反应速度和底物浓度关系见见(P68图图1110)。中间产物学说:中间产物学说:依
11、据此学说,酶促反应分两步进行。第一依据此学说,酶促反应分两步进行。第一步,酶(步,酶(E)与底物()与底物(S)作用形成中间产物()作用形成中间产物(ES),),此中间产物被看作稳定络合物;第二步,络合物被深入此中间产物被看作稳定络合物;第二步,络合物被深入分解为产物(分解为产物(P)和游离态酶()和游离态酶(E)。)。S+EESP+EK1K2K3第23页vmaxn=00n K Km m时,时,K Km m S S S S ,v=vv=vmaxmax,呈零级反,呈零级反应,酶促反应速度到达最大值。应,酶促反应速度到达最大值。(2 2)当)当S S K Km m时,时,K Km m S S K
12、Km m,呈一级反应,酶促反应,呈一级反应,酶促反应速度和底物浓度呈正比关系速度和底物浓度呈正比关系第25页1、物理意义、物理意义(1)Km值只与酶性质相关,而与酶浓度无关。值只与酶性质相关,而与酶浓度无关。(2)假如一个酶有几个底物,则对每一个底物,各有)假如一个酶有几个底物,则对每一个底物,各有一个特定一个特定Km(表(表113)。)。(3)同一个酶有几个底物,就有几个)同一个酶有几个底物,就有几个Km值,值,Km值最值最小底物,称为该酶最适合底物。小底物,称为该酶最适合底物。三、米 氏 常 数 意 义 及测定(P70)第26页第27页2 2、测定、测定图解法(双倒数作图法)图解法(双倒数
13、作图法)(11115 5)在指定试验条件下:在指定试验条件下:(1 1)选择不一样)选择不一样S S v v;(2 2)求倒数)求倒数 (3 3)作曲线)作曲线第28页第五节 莫诺特(Monod)方程式 第29页 反应了微生物增加速率和微生物本身浓度反应了微生物增加速率和微生物本身浓度,底底物浓度之间关系物浓度之间关系:vmaxn=00n1n=1KS底物浓度底物浓度S1/2 vmax微微生生物物增增加加速速度度v第30页第六节 废水生物处理工程基本数学模式第31页 反应反应:有机质、微生物、有机质、微生物、DODO之间数量关系之间数量关系一、推导废水生物处理工程数学模式几点假设一、推导废水生物
14、处理工程数学模式几点假设 二、微生物增加与底物降解基本关系式二、微生物增加与底物降解基本关系式 (1)(1)整个处理系统处于稳定状态整个处理系统处于稳定状态 (2)(2)反应器中物质按完全混合及均匀分布情况考虑反应器中物质按完全混合及均匀分布情况考虑 (3)(3)整个反应过程中整个反应过程中,氧供给充分氧供给充分第32页74fPU8*lg+*a&gy&6N3suVAjMV%1p$GnumiqKzj(zb3ND0A%C(ECn&(R5O4zYLdHx5DFj%8rL*QFIzTckVoowH89U7G!4-FH!ZHL8nolsgSNY%)6y(CFMZu&X+&*EZbLloAzSJiKGEN
15、um0rnaAzvjar+Wssx$ZiGyhlHdznBKd*YSEkcRVI8i+OIfQWKVWcAS+roB(P4pLTzb8R1#M2dTSo0son+eMUOA6k)+VtJl#z!vX51d5x9#8ZZE*biyF+Ez#2uB7BrVg2h5wb3ZSY5rk-ZDVQMaea8Tz61Xf3XCUFfI23bdVmrm1W36*EJSjwi(tQ7al$EHRjAr)y1TeVN-S-w0T#RQH+V0%-8c3XfbpfY$WlfdbiAE&FGJjhIC)Xd248$YKq7E*VU6aX2S-CkYlu1f*L)XNbnotW27nZXD5mcEQiD-Wf#7dx
16、n*oJe6m9xexA+1Y%p*OrcPqlw2cscHT5QOp25ec0PVheMyrI8cVCo+*xHs7zeWEUOB4$zf-b)Y7Z)M5CDlSOIiok3MYpL5B1+1g)152HD6tdtd)OYG8j*7PDBltJB5ml(%GTX9WInRV!$&ASX4151ktKWH2paW9UFjtV7R5XFVQ5S5eSHD*oqksgF7q-#9!zwzJ57*IW+JCCNPB)*QCL(xO&%AoLn$Llv8%&ZnMo0)Bl$L9q!MTFZ5&ap$YSYkgMiG4Xhzltn2pQOBjKJRIf#uex$H!)T#S4#u%LovaFpujA
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