水污染控制工程第3章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础

目录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摸式

第一节废水的好氧生物处理和厌氧生物处理一、微生物的呼吸类型二、废水的好氧生物处理三、废水的厌氧生物处理

一、微生物的呼吸类型微生物的呼吸指微生物利用营养物质获取能量的生理功能。微生物的呼吸按呼吸过程与氧的关系分为好氧呼吸和厌氧呼吸。

1.好氧呼吸（1）异养微生物的好氧呼吸：以有机物为底物，最终产物为二氧化碳、氨和水等无机物，同时释放能量。C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2817.3KJC11H29O7N+14O2+H+→11CO2+13H20+NH4++能量（2）自养微生物好氧呼吸：以无机物为底物，其最终产物也是无机物，同时释放能量。H2S+2O2→H2SO4+能量NH4++2O2→NO3-+2H++H2O+能量

2.厌氧呼吸（1）发酵：指供氢体和受氢体都是有机物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物。（大分子→小分子）C6H12O6→2CH3COCOOH+4[H]2CH3COCOOH→2CO2+2CH3CHO4[H]+2CH3CHO→2CH3CH2OH总反应式：C6H12O6→2CH3CH2OH+2CO2+92.0KJ

（2）无氧呼吸：指以无机氧化物，如NO3-、NO2-、SO42-等代替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。如反硝化作用：C6H12O6+6H2O→6CO2+24[H]24[H]+4NO3-→2N2↑+12H20总反应式：C6H12O6+4NO3-→6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6KJ同一种底物：通过呼吸释放的能量：好氧呼吸无氧呼吸发酵(p60,表11-1）

二、废水的好氧处理好氧生物处理指有分子氧存在的条件下，好氧微生物降解有机物为无机物，使其稳定、无害化的处理方法。处理对象：以胶体或溶解态存在的有机物。适用范围：中、低浓度有机废水，或BOD5小于500mg/l的有机废水。特点：反应速度较快，所需反应时间较短，故处理构筑物容积小，处理过程散发臭气较少

图11-1好氧生物处理过程中有机物转化示意图好氧生物处理是利用微生物的新陈代谢功能，把1/3有机物分解为无机物，把2/3有机物合成为微生物自身，当活性污泥进入二沉池时，作为剩余污泥排放，达到了有机物的稳定化和无害化。有机物+氧M分解代谢合成代谢原生质H2O、CO2、NH3+能量内源呼吸净增细胞物质M、O2H2O、CO2、NH3、SO42-、PO43-+能量（有氧呼吸）1/32/3放热合成代谢方程式：CXHYOZ+NH3+O2→C5H7NO2+CO2+H2O-能量

三、废水的厌氧生物处理在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。适用范围：有机污泥和高浓度有机废水（一般BOD5≥2000mg/l）特点：不需加氧，故运行费用低，剩余污泥少，可回收能量。缺点反应速度慢，反应时间长，处理构筑物容积大。

I类产物甲酸甲醇甲胺乙酸等通过不同途径转化为CH4、CO2等废水或污泥中不溶态大分子有机物蛋白质多糖脂类氨基酸C6H12O6甘油脂肪酸II类产物丙酸丁酸乳酸乙醇等水解酸化产氢产乙酸产甲烷发酵菌甲烷菌产氢产乙酸菌CO2[H]乙酸发酵菌图3-2厌氧生物处理过程中有机物转化示意图废水的厌氧生物处理可分为三个阶段，大分子有机物（不溶性）→小分子有机物（溶解性）、无机物→有机酸、无机物→CH4、CO2、NH3、H2S，使有机物得以降解和稳定。

第二节微生物的生长规律和生长环境一、微生物的生长规律按微生物的生长速度，其生长可分为四个期：停滞