第十二章廢水生化處理理論基礎第十二章廢水生化處理理論基礎1廢水處理工藝城市污水處理系統簡介格柵沉砂一沉池消毒低效處理穩定塘曝氣塘高效處理活性污泥生物濾池生物轉盤二沉池消毒三級處理二級處理一級處理預處理溶解性固體反滲透電解蒸餾有機物活性炭吸附懸浮物化學絮凝過濾除磷化學沉淀脫氮硝化-反硝化離子交換折點氯化吹脫污泥處理生物處理濃縮、消化脫水、過濾離心、干化非生物處理濃縮、調理脫水、過濾離心、焚燒進水出水出水出水污泥處置消毒廢水處理工藝城市污水處理系統簡介格柵一沉池消毒低效處理高2生物處理系統三個基本要素:作用者：微生物作用對象：可被微生物利用的污染物，如有機物環境條件：DO、pH、T、ORP、營養物質等生物處理系統三個基本要素:3污水生物處理類型

（微生物對溶解氧的需求不同）好氧生物處理：水中存在溶解氧缺氧生物處理：水中無分子氧但有化合態氧厭氧生物處理：水中既無分子氧又無化合態氧污水生物處理類型

（微生物對溶解氧的需求不同）好氧生物處理：4污水生物處理類型

（微生物生長方式不同）懸浮生長法

典型代表：活性污泥法附著生長法

典型代表：生物膜法污水生物處理類型

（微生物生長方式不同）懸浮生長法5主要參考書1、高廷耀、顧國維、周琪主編：水污染控制工程（第三版）高等教育出版社2、梅特卡夫和埃迪公司：廢水工程處理及回用化學工業出版社3、張自杰排水工程（下冊）（第四版）中國建筑工業出版社4、張自杰主編：廢水處理理論與設計中國建筑工業出版社5、張忠祥、錢易：廢水生物處理新技術清華大學出版社6、R.E.斯皮斯著工業廢水的厭氧生物技術中國建筑工業出版社7、相關設計規范《室外排水設計規范》（GB50014-2006)(2011年修訂版）環境保護技術規范(環保部網站）（/hjbhbz/bzwb/other/hjbhgc/）等主要參考書1、高廷耀、顧國維、周琪主編：水污染控制工程（第三6環境生物技術

EnvironmentalBiotechnologyEnvironmentalBioengineering現代生物技術與環境工程相結合的新興交叉學科在解決環境污染問題中具有非常重要的作用。環境生物技術的核心是微生物工程環境生物技術EnvironmentalBiot7微生物對污染物降解的巨大潛力_____個體微小、比表面積大、代謝速率快較大的酵母菌，一般為橢圓形，寬1-5um,長5-30um。_____比表面積大：大腸桿菌與人相比，其比表面積約為人的30萬倍，為營養物的吸收與代謝產物的排泄奠定了基礎；______代謝速度快：發酵乳糖的細菌在1hr內可分解其自重的1000~10000倍；假絲酵母（Candidautilis）合成蛋白質的能力比大豆強100倍，比食用公牛強10萬倍。微生物對污染物降解的巨大潛力_____個體微小、比表面積大、8種類繁多、分布廣泛、代謝類型多樣W.B.Whitman(U.OfGeorgia)細菌普查，地球上存在51030個細菌,非?；钴S的群體在海、陸、空等一般環境和極端環境中的極端環境微生物；Pseudomonascepacia：能降解90種以上有機物;甲基汞、有毒氰、酚類化合物等都能被微生物作為營養物質分解利用。種類繁多、分布廣泛、代謝類型多樣W.B.Whitman9繁殖快、易變異、適應性強大腸桿菌在條件適宜時17min就分裂一次；有一種假單胞細菌在不到10min就分裂一次；低溫、高溫、高壓、酸、堿、鹽、輻射等條件下可以快速適應；對于進入環境中的“陌生”污染物，微生物可通過突變而改變原來的代謝類型而降解之繁殖快、易變異、適應性強大腸桿菌在條件適宜時17min就分裂10廢水生物處理技術經歷了百余年的發展和應用，發揮了巨大的作用，取得了很大的進步。然而，由于工業和城市的飛速發展，在世界范圍內，特別是發展中國家，水污染至今還沒有得到有效的控制。污水處理技術離盡善盡美還相差很遠。污水生物處理的歷程及前景展望廢水生物處理技術經歷了百余年的發展和應用，發揮了巨大的作用，11主要缺點：生化環境不夠理想、微生物數量不夠多、反應速率尚低、處理設施的基建投資和運行費用很高、運行不夠穩定、難降解有機物處理效果差等。從可持續發展的戰略觀點來衡量：廢水生物處理有消耗大量有機碳、剩余污泥量大、釋放較多二氧化碳等缺點。利用微生物的無窮潛力和反應設備的發展及相關學科技術的進步，與其他工藝相交叉，利用協同作用。廢水生物處理工藝必將取得更大的發展，發揮更大的作用。主要缺點：生化環境不夠理想、微生物數量不夠多、反應12細菌的呼吸與生物氧化病毒（噬菌體）細菌的生理微生物代謝與合成真核細胞微生物分批培養物的生長規律需氧代謝厭氧代謝原核細胞微生物細菌的生物催化劑——酶細菌成分、營養與生長環境水處理中的微生物第十二章廢水生化處理理論基礎細菌的呼吸與生物氧化病毒（噬菌體）細菌的微生物代真核細胞微生13第一節水處理中的微生物細菌：給水和廢水處理中最重要的一類微生物菌膠團：有些細菌的粘液層能粘結起來，使許多細菌成團塊狀生長，稱為菌膠團。菌膠團細菌：并非所有的細菌都能形成菌膠團，能夠形成菌膠團的細菌稱為菌膠團細菌。1、原核細胞生物僅有原始的核物質，無核膜與核仁的分化，也無細胞器第一節水處理中的微生物細菌：給水和廢水處理中最重要的一14菌膠團：活性污泥和生物膜的重要組成部分較強的吸附和氧化能力活性污泥性能的好壞主要可根據所含菌膠團多少、大小及結構緊密程度來判斷。新生菌膠團顏色較淺旺盛的生命力氧化分解有機物能力強老化菌膠團顏色較深生命力較差氧化分解有機物能力弱為了使廢水處理達到較好的效果，要求菌膠團結構緊密，吸附、沉降性能良好。菌膠團：活性污泥和生物膜的重要組成部分新生菌膠團老化菌膠團為15細菌種類產堿桿菌屬動膠菌屬黃桿菌屬假單胞菌屬葡萄球菌屬微球菌屬埃希氏菌屬芽孢桿菌屬甲烷八疊球菌屬甲烷桿菌屬甲烷球菌屬需氧性細菌。細菌中較大的菌屬，在土壤和水體中極常見。有的能夠利用硝酸鹽通過厭氧呼吸進行反硝化。兼性厭氧化能異養型細菌。可分解蛋白質。細菌種類產堿動膠黃桿假單胞葡萄球微球埃希氏芽孢甲烷八疊甲烷甲16絲狀菌（FilamentousBacteria）維持廢水處理系統穩定性，提高系統抗沖擊負荷能力。在正常運行的廢水生物處理系統中，絲狀菌往往是生物絮體或生物膜的骨架，其上附著菌膠團，絲狀細菌和菌膠團細菌形成互惠關系。污泥膨脹：絲狀菌過度繁殖，特別是游離于菌膠團之外的非結構性絲狀菌的大量繁殖絲狀菌（FilamentousBacteria）污泥膨脹：17絲狀菌種類貝日阿托氏菌鐵細菌發硫細菌球衣菌專性需氧菌。構成生物膜的重要菌種。易于游離，發生污泥膨脹。（加設生物選擇器控制）一般生活在含氧少、溶有較多鐵質和二氧化碳的水中。易造成鐵質水管腐蝕和堵塞絲狀菌種類貝日阿鐵細菌發硫球衣菌專性需氧菌。構成生物膜的重要18放線菌單細胞微生物。具有分枝的絲狀菌，介于真菌和細菌之間。不少抗生素是由放線菌產生放線菌中的諾卡氏菌屬有分解無機氰化物和烴類化合物的能力，在處理含烴類和無機氰化物的廢水中起重要作用。藍細菌

有時列入藻類，也稱為藍藻。細胞結構為原核。海洋中的“赤潮”有時也是藍細菌大量繁殖所致。放線菌藍細菌19原生動物：單細胞動物常被用作系統的指示生物（主要用于城市污水）。其作用主要在于吞噬細菌——控制細菌的增殖速度，保持微生物群體的生態平衡。還可直接吞食廢水中的固體有機物，吸收溶解性有機物——直接發揮凈化作用。2、真核細胞生物

細胞核化程度較高，有核膜和核仁。原生動物：單細胞動物2、真核細胞生物20真菌類似植物的低等生物，結構比細菌、放線菌復雜。真菌形態有單細胞和多細胞兩種。與水的生物處理相關的是單細胞的酵母菌和多細胞的霉菌。藻類含有能進行光合作用的葉綠素的低等植物。自然生物處理技術（氧化塘）常利用藻類的光合作用。真菌藻類213、病毒沒有細胞結構的唯一的微生物，大多數為核酸與蛋白質組成的大分子，只含有DNA或RNA一種類型的核酸。3、病毒22第二節微生物組成與生長環境因子1、微生物組成元素——細菌生長所必需的營養物質(必須包含該細胞物質中所含的元素），以及酶的活力及運輸系統所必須的元素。細菌所含的主要生物元素：C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca、Cl、Fe等；根據主要元素占細菌干重的比例，判斷水質中含有的主要元素含量是否滿足細菌生長需要量。細菌所含的次要生物元素：Zn、Mn、Cu、Co等次要元素在細菌代謝中必不可少，起專一的催化或結構上的作用。第二節微生物組成與生長環境因子1、微生物組成元素23微生物組成水80％干物質20％無機質10％有機物90％C53.1%,O28.3%,N12.4%,H6.2%P50%,S15%,Na11%,Ca9%,Mg8%,K6%,Fe1%等微生物組成水干物質無機質有機物C53.1%,O28.3%24細菌的有機組成成分Hoover實驗式：C5H7NO2

或C60H87O23N12PHelmer實驗式：C7H10NO3

或C118H170O51N17P為了便于寫出反應大致的化學計量關系，對反應過程所需的物質量進行估算，采用下式代表細菌的成分：

C5H7NO2

一般估算好氧微生物營養比例：BOD∶N∶P＝100∶5∶1厭氧微生物營養比例：BOD∶N∶P＝400∶5∶1細菌的有機組成成分Hoover實驗式：一般估算好氧微生物營養25各類微生物所生長的溫度范圍不同，約為5℃～80℃?？煞譃樽畹蜕L溫度、最高生長溫度和最適生長溫度（是指微生物生長速度最快時溫度）。2、影響微生物生長的環境因素溫度溫度超過最高生長溫度時，蛋白質迅速變性及酶系統遭到破壞而失活，嚴重者可使微生物死亡。低溫會使微生物代謝活力降低，生長繁殖停止狀態，但可能仍保存其生命力。類別生長溫度（℃）備注最低最適最高低溫性微生物-5～010～2025～30水生微生物中溫性微生物5～1020～4045～50大多數腐生性微生物以及所有寄生性微生物高溫性微生物25～4550～6070～80土壤、堆肥、溫泉中的微生物各類微生物所生長的溫度范圍不同，約為5℃～80℃。26

不同的微生物有不同的pH適應范圍。需要指出的是pH值是指混合液而言。對于堿性廢水，生化反應可以起緩沖作用。對于以有機酸為主的酸性廢水，生化反應也可以起緩沖作用。

pH值對細菌生長的影響，主要是可以改變底物和菌體酶蛋白的帶電狀態。

細菌、放線菌、藻類和原生動物的pH適應范圍是在4～10之間。大多數細菌適宜中性和偏堿性（pH＝6.5～7.5）的環境。廢水生物處理過程中應保持最適pH范圍。當廢水的pH變化較大時，應設置調節池，使進入反應器（如曝氣池）的廢水，保持在合適的pH范圍。影響微生物生長的環境因素pH值不同的微生物有不同的pH適應范圍。需要指出的是pH值27氧化還原電勢：各種細菌生活時要求的氧化還原條件不同。氧化還原條件的高低可用氧化還原電勢E來表示。一般需氧細菌要求E在0.3～0.4V左右，但E在0.1V以上均可生長；厭氧菌則需要E在0.1V以下才能生活；對于兼性細菌來說，E在0.1V以上，進行需氧呼吸，E在0.1V以下，則進行厭氧呼吸。在廢水生物處理的一般運轉情況下，需氧的活性污泥法系統，E常在200～600mV之間。生物濾池（高負荷）法濾池出水的E隨著濾池處理效率的降低，自311mV降至-39mV，二次沉淀池出水E可降至-89mV，這是由于氧的消耗和還原性物質如氫的硫化氫的產生造成的。厭氧生物處理中污泥消化池中E值常保持在-100～-200mV的范圍內。影響微生物生長的環境因素ORP氧化還原電勢：各種細菌生活時要求的氧化還原條件不同。氧化28影響微生物生長的環境因素

溶解氧是影響生物處理效果的重要因素。好氧微生物處理的溶解氧一般以2～4mg/L為宜；厭氧生物處理溶解氧在0.5mg/L以下。活性污泥絮凝體的大小不同，所需要的最小溶解氧濃度也就不一樣。絮凝體越小，與污水的接觸面積越大，也越利于對氧的攝取，所需要的溶解氧濃度就小。反之絮凝體大，則所需的溶解氧濃度就大。為了使沉降分離性能良好，較大的絮凝體是所期望的，因此溶解氧濃度以2-3mg/L左右為宜。溶解氧溶解氧是影響生物處理效果的重要因素。溶解氧29在工業廢水中，有時存在著對微生物具有抑制和殺害作用的化學物質，這類物質我們稱之為有毒物質，主要包括人工合成有機物和重金屬等。在廢水生物處理時，對這些有毒物質應嚴加控制，但毒物濃度的允許范圍，需要具體分析。有毒物質影響微生物生長的環境因素

馴化：廢水生物處理中，有計劃、有目的地控制細菌生長條件，件使細菌遺傳性有利于處理廢水的定向誘導過程。其目的是使微生物適應環境。在工業廢水中，有時存在著對微生物具有抑制和殺害作用的30吸收能量，進行合成反應將吸收的營養物轉化為細胞物質的過程提供基質同化作用第三節微生物新陳代謝分解反應，放出能量，將自身細胞物質和細胞內的營養物質分解的過程。異化作用提供物質基礎和能量來源1、對有機物的去除，二者都有重要貢獻；2、合成量的大小，對后續污泥的處理有直接影響（污泥的處理費用一般可以占整個城市污水處理廠的40~50%）。吸收能量，進行提供基質同化第三節微生物新陳代謝分解反應，放31磷酸根+代謝過程中的能量循環能量循環：三磷酸腺苷ATP(adenosinetriphosphate)AMP+～P→ADP+～P→ATPADP磷酸化生成ATP；ATP水解產生能量。低能化合物高能化合物ATP能量生理需要細胞合成熱能釋放ADP磷酸根+代謝過程中的能量循環低能化合物高能化合物ATP能量生32微生物的呼吸類型微生物的呼吸指微生物獲取能量的生理功能好氧呼吸厭氧呼吸根據氧化的底物、氧化產物的不同按反應過程中的最終受氫體的不同自養型微生物無氧呼吸異養型微生物發酵根據受氫體的不同分為微生物的呼吸類型微生物的呼吸指微生物獲取能量的33好氧呼吸、無氧呼吸、發酵三種呼吸方式，獲得的能量水平不同，如下表所示。呼吸方式受氫體化學反應式好氧呼吸能量利用率42％分子氧C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2817.3kJ無氧呼吸無機物C6H12C6+4NO3-

→

6CO2+6H2O+2N2↑+1755.6kJ發酵能量利用率26％有機物C6H12C6→2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ好氧呼吸、無氧呼吸、發酵三種呼吸方式，獲得的能量水平不同，34光能營養菌：利用光和作用機構，將光能轉化為ATP的高能磷酸鍵，分為光能自養型、光能異養型。類型電子供體電子受體代表細菌光能自養型H2OCO2藍細菌（含葉綠素）H2S，S，H2CO2著色細菌綠細菌光能異養型各種有機物有機物紅螺菌科（Rhodospirillum）光能營養細菌類型

光能營養菌：利用光和作用機構，將光能轉化為ATP的高能磷酸鍵35化能有機營養菌：能利用有機物作為電子供體的稱為化能有機營養菌，或者化能異養菌，它們包括各種需氧菌和厭氧菌。類型電子供體電子受體碳源代表細菌化能有機營養有機物O2有機物各種細菌有機物NO3-有機物地衣芽孢桿菌有機物SO42-有機物硫酸鹽還原菌有機物有機物有機物梭菌、乳酸菌化能無機營養H2O2CO2氫-氧化細菌H2SO2CO2硫桿菌H2SNO3-CO2脫氮硫桿菌Fe2+O2CO2氧化亞鐵硫桿菌NH3O2CO2亞硝酸單胞菌NO2-O2CO2硝化桿菌H2CO2CO2產甲烷細菌H2CO2CO2醋桿菌化能營養細菌類型化能有機營養菌：能利用有機物作為電子供體的稱為化能有機營養菌36營養物CO2＋H2O新生細胞有機化合物合成細菌能量O2a好氧、異養菌營養物NO2－或NO3－新生細胞CO2合成細菌能量O2b好氧、自養菌NH4＋營養物CO2＋CH4新生細胞有機化合物合成細菌能量c厭氧、異養菌細菌代謝類型示意圖營養物CO2＋H2O新生細胞有機化合物合成細菌能量O2a好37好氧活性污泥中微生物的代謝產物模式圖：有機污染物CxHyOz代謝產物CO2,H2O合成細胞物質C5H7NO2+O2微生物+能量+O2（內源呼吸）內源呼吸產物CO2、H2O內源呼吸殘留物合成代謝分解代謝+能量好氧活性污泥中微生物的代謝產物模式圖：有機污染物代謝產物合成38有機污染物1/32/3無機物+能細胞物質20%80%無機物+能殘留物質有機污染物的降解主要是通過靜止期、衰亡期微生物的內源呼吸進行，并非直接的生物氧化(僅33％)。有機1/32/3無機物+能細胞物質20%80%無機物+能殘留39酶（enzyme）：由活細菌細胞產生的一類具有高度催化專一性的特殊蛋白質。第四節細菌的生物催化劑——酶酶的名稱催化反應氧化還原酶轉移酶水解酶異構酶裂解酶合成酶酶（enzyme）：由活細菌細胞產生的一類具有高度催化專一性40影響酶催化活性的因素pH值：當底物為兩性電解質時，隨pH變化表現出不同的解離狀態。溫度：在酶的最適宜溫度范圍內，每升高10oC，反應速率增加1～2倍。激活劑：加強催化效力。常用Fe2+抑制劑：減弱、抑制甚至破壞酶的作用。如重金屬離子失活酶活性酶NH3+COOH失活酶NH2COO-COO-NH3+H+H+OH-OH-影響酶催化活性的因素pH值：當底物為兩性電解質時，隨pH變化41一切生化反應都是在酶的催化下進行的，為酶促反應。反應速率受酶濃度、底物濃度、pH、溫度、反應產物、活化劑和抑制劑等因素的影響。在底物足夠又不受其他因素影響時，酶促反應速度與酶濃度成正比。當底物濃度在較低范圍內，而其他因素恒定時，這個反應速度與底物濃度成正比，是一級反應。當底物濃度增加到一定限度時，酶反應速度達到最大值，再增加底物的濃度對速度就無影響，是零級反應，但各自達到飽和時所需的底物濃度并不相同，甚至差異有時很大。二、酶促反應速度——底物濃度對酶反應速率的影響一切生化反應都是在酶的催化下進行的，為酶促反應。反應速二、酶42目前較公認的是1913年由Michuelis和Menten首先提出的中間產物學說。基本論點是，首先由酶（E）和底物（S）結合生成中間產物（ES），然后中間產物再形成產物（P），同時使酶（E）重新游離出來，表示為下列反應式中，S代表產物，E代表酶，ES代表酶－產物中間產物（絡合物），P代表產物。中間產物假說目前較公認的是1913年由Michuelis和Mente43米氏方程式表示整個反應中底物濃度與酶促反應速度之間關系，即：式中:V——酶促反應速度；Vmax——最大酶反應速度；

S——底物濃度；Km——米氏常數。由上式得：該式表明，當Vmax/V=2或V=1/2Vmax時，Km=S，即Km是V=1/2Vmax時的底物濃度，故又稱半速度常數。米氏方程式米氏方程式表示整個反應中底物濃度與酶促反應速度之間關系44

⑴當底物濃度S很大時，S?Km，Km+S≈S，酶反應速度達到最大值，即V=Vmax,呈零級反應，在這種情況下，只有增大底物濃度，才有可能提高反應速度。

⑵當底物濃度S較小時，S?Km，Km+S=Km，酶反應速度和底物濃度成正比例關系，即呈一級反應。此時，增加底物濃度可以提高酶反應的速度。但隨著底物濃度的增加，酶反應速度不再按正比例關系上升，呈混合級反應。

實際應用時，我們采用了微生物濃度cx代替酶濃度cE。通過試驗，得出底物降解速度和底物濃度之間的關系式，類同米氏方程式，如下：式中：Ks為飽和常數，即當時的底物的濃度，故又稱半速度常數。⑴當底物濃度S很大時，S?Km，Km+S≈S，酶反應速45vmaxn=00<n<1n=1KS底物濃度[S]1/2vmax酶反應速度vvmaxn=00<n<1n=1KS底物濃度[S]1/2vm461．米氏常數的意義①Km值是酶的特征常數之一，只與酶的性質有關②如果一種酶有幾種底物，則對每一種底物各有一個Km值.③同一種酶有幾種底物相應有幾個Km值，其中Km值最小的底物稱為該酶的最適底物或天然底物。

2.Km與Vmax的測定一般常用的圖解法為Lineweaver-Burk作圖法，也稱雙倒數作圖法。此法先將米氏方程式改寫為如下形式：關于米氏方程的幾點說明1．米氏常數的意義關于米氏方程的幾點說明47第十二章--廢水生化處理理論基礎ppt課件48第五節微生物的生長生物個體物質有規律地、不可逆增加，導致個體體積擴大的生物學過程。生長：生物個體生長到一定階段，通過特定方式產生新的生命個體，即引起生命個體數量增加的生物學過程。繁殖：生長是一個逐步發生的量變過程，繁殖是一個產生新的生命個體的質變過程。增殖曲線、影響因子、生化動力學第五節微生物的生長生物個體物質有規律地、不可逆增加，導致49注意：1）間歇靜態培養；2）底物是一次投加微生物量時間氧利用速率曲線微生物增殖曲線(M)BOD變化曲線(F)一、微生物的增殖曲線注意：1）間歇靜態培養；2）底物是一次投加微生物量時間氧利用50活性污泥的增殖曲線的分區可將增殖曲線分為四個時期1)適應期2)對數增殖期3)減速增殖期4)內源呼吸期適應期對數期減速期內源期活性污泥的增殖曲線的分區可將增殖曲線分為四個時期適對減內51適應期

1）定義：微生物對于新的環境條件、污水中不同種類的有機物污染物等的短暫的適應過程；有些教材中也叫做停滯期2）活性污泥微生物的變化：數量基本沒有變化；菌體體積增大；酶系統相應調整；新的變異；等。3）水質指標基本無變化。適應期1）定義：微生物對于新的環境條件、污水中不同種類52如果活性污泥被接種到與原來生長條件不同的廢水中（營養類型發生變化、污泥培養馴化），或污水處理廠因故中斷運行后再運行，則可能出現適應期。這種情況下，污泥需經過若干時間的停滯后才能適應新的廢水，或從衰老狀態恢復到正常狀態。適應期是否存在或適應期的長短，與接種活性污泥的數量、廢水性質、生長條件等因素有關。如果活性污泥被接種到與原來生長條件不同的廢水中（53對數增殖期微生物的增值速率與基質濃度無關，呈零級反應，僅由微生物本身特有的最小世代時間所控制，即只受微生物自身生理機能的限制；微生物以最高速率對有機物進行攝取，以最高速率增殖，合成新細胞；活性污泥具有高的能量水平，微生物的活動能力很強，污泥質地松散，不易形成較好的絮凝體，沉淀性能不佳；F/M值高(2.2kgBOD/kgVSS.d)，有機物豐富，營養物質不是微生物增殖的控制因素；活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；對數增殖期微生物的增值速率與基質濃度無關，呈零級反應，僅由微54當廢水中有機物濃度高，且培養條件適宜，則活性污泥可能處在對數增殖期。處于對數增殖期的污泥絮凝性較差，呈分散狀態，鏡檢能看到較多的游離細菌，混合液沉淀后其上層液混濁，含有機物濃度較高，活性強沉淀不易，用濾紙過濾時，濾速很慢。一般不采用此階段作為運行工況。（但也有這樣的工藝，如高負荷活性污泥法）當廢水中有機物濃度高，且培養條件適宜，則活性污泥可55減速增殖期（靜止期）F/M值下降到一定水平后，有機物的濃度成為微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率與殘存的有機物呈正比，為一級反應；有機底物的降解速率也開始下降；微生物的增殖速率在逐漸下降，直至最終下降為零，但活性污泥的量仍持續增長并最終達到最高；絮凝體開始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；出水水質有較大改善，且整個系統運行穩定；處于減速增殖期的活性污泥絮凝性好，混合液沉淀后上層液清澈，以濾紙過濾時濾速快。大多數運行效果好污水廠曝氣池的運行工況。減速增殖期（靜止期）F/M值下降到一定水平后，有機物的濃度成56內源呼吸期內源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說，活性污泥的量在減少，最終所有的活細胞將消亡，而僅殘留下內源呼吸的殘留物，而這些物質多是難于降解的細胞壁等；污泥的無機化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機物基本消耗殆盡，處理水質良好；處于衰老期的污泥松散，沉降性能好，混合液沉淀后上清液清澈，但有細小泥花，以濾紙過濾時，濾速快。注意合成產率系數和觀測產率系數。一般不采用這一階段作為運行工況，但也有采用，如延時曝氣法。內源呼吸期內源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從57二、微生物生長的影響因子微生物要求的營養物質必須包括組成細胞的各種原料和產生能量的物質，主要有：水、碳素營養源、氮素營養源、無機鹽及生長因素。影響微生物生長的影響因子微生物的營養溫度pH溶解氧有毒物質二、微生物生長的影響因子微生物要求的營養物質必須包括組成細胞58各類微生物所生長的溫度范圍不同，約為5℃～80℃?？煞譃樽畹汀⒆罡吆妥钸m生長溫度（是指微生物生長速度最快時溫度）。微生物可以分為中溫性（20～45℃）、好熱性（高溫性）（45℃以上）和好冷性（低溫性）（20℃以下）三類。當溫度超過最高生長溫度時，會使微生物的蛋白質迅速變性及酶系統遭到破壞而失活，嚴重者可使微生物死亡。低溫會使微生物代謝活力降低，進而處于生長繁殖停止狀態，但仍保存其生命力。影響微生物生長的影響因子微生物的營養溫度pH溶解氧有毒物質各類微生物所生長的溫度范圍不同，約為5℃～80℃。微生物59不同的微生物有不同的pH適應范圍。細菌、放線菌、藻類和原生動物的pH適應范圍是在4～10之間。大多數細菌適宜中性和偏堿性（pH＝6.5～7.5）的環境。廢水生物處理過程中應保持最適pH范圍。當廢水的pH變化較大時，應設置調節池，使進入反應器（如曝氣池）的廢水，保持在合適的pH范圍。影響微生物生長的影響因子微生物的營養溫度pH溶解氧有毒物質不同的微生物有不同的pH適應范圍。微生物的營養溫60影響微生物生長的影響因子溶解氧是影響生物處理效果的重要因素。好氧微生物處理的溶解氧一般以2～4mg/L為宜。微生物的營養溫度pH溶解氧有毒物質溶解氧是影響生物處理效果的重要因素。微生物的營養溫61影響微生物生長的影響因子在工業廢水中，有時存在著對微生物具有抑制和殺害作用的化學物質。其毒害作用主要表現在細胞的正常結構遭到破壞以及菌體內的酶變質，并失去活性。在廢水生物處理時，對這些有毒物質應嚴加控制，但毒物濃度的允許范圍，需要具體分析。微生物的營養溫度pH值溶解氧有毒物質馴化：廢水生物處理中，有計劃、有目的地控制細菌生長條件，件使細菌遺傳性有利于處理廢水的定向誘導過程。其目的是使微生物適應環境。在工業廢水中，有時存在著對微生物具有抑制和殺害作用的化學物質62三、微生物生長動力學——Monod方程基質濃度（S）比增殖速率（μ）一級反應區（n=1）混合級反應區（0＜n＜1）零級反應區（n=0）Ks莫諾于1942年和1950年曾兩次進行了單一基質的純菌種培養試驗，關聯出微生物比增殖速率和基質濃度之間的關系。莫諾發現微生物比增殖速率和基質濃度之間的關系與酶促反應速度與基質濃度之間的關系相同，從而提出了與米—門方程式相似的莫諾模式三、微生物生長動力學——Monod方程基質濃度（S）比增殖速63

莫諾特方程：微生物增長速度和微生物本身的濃度、底物濃度之間的關系。

式中：S——底物濃度，mg/L；

μ——微生物比增長速度，即單位生物量的增長速度。式中：x——微生物濃度，mg/L；

μmax——μ的最大值，底物濃度很大，不再影響微生物的增長速度時的μ值；

KS——飽和常數，即當μ=μm/2時的底物濃度，故又稱半速度常數。

莫諾特方程：微生物增長速度和微生物本身的濃度、底物濃度64米—門公式（1913）Michaelis—MentenV—酶反應速度；Vmax—最大酶反應速度；S—基質濃度；Km—米氏常數?；|濃度（S）酶反應速度（V）一級反應區（n=1）混合級反應區（0＜n＜1）零級反應區（n=0）Km純酶單一基質培養米—門公式（1913）V—酶反應速度；基質濃度（S）酶反應65莫諾模式是通過單一基質的純菌種培養試驗得出的，但活性污泥處理系統的微生物是多種屬的微生物群體，污水中的有機基質也是多種類的，莫諾方程能否應用？莫諾模式是通過單一基質的純菌種培養試驗得出的，但活性污泥處理66注：速率與比速率的比較

絕對速率是單位時間單位反應體積某一組分的變化量。比速率是以單位濃度細胞為基準而表示的各個組分的變化速率。Cx、Cs、CO——分別為細胞、底物和氧的濃度細胞生長速率基質消耗速率細胞生長比速率氧消耗速率基質消耗比速率氧消耗比速率注：速率與比速率的比較絕對速率67生物化學反應是一種以生物酶為催化劑的化學反應。污水生物處理中，人們總是創造合適的環境條件去得到希望的反應速度。

生化反應動力學目前的研究內容：(1)底物降解速率與底物濃度、生物量、環境因素等方面的關系；(2)微生物增長速率與底物濃度、生物量、環境因素等方面的關系；(3)反應機理研究，從反應物過渡到產物所經歷的途徑。四．生化反應動力學生物化學反應是一種以生物酶為催化劑的化學反應。四68在生化反應中，反應速度可以用單位時間里底物的減少量、最終產物的增加量或細胞的增加量來表示。在廢水生物處理中，是以單位時間里底物的減少或細胞的增加來表示生化反應速度。圖中的生化反應可以用下式表示：

即：

該式反映了底物減少速率和細胞增長速率之間的關系，是廢水生物處理中研究生化反應過程的一個重要規律。式中：反應系數又稱產率系數，mg（生物量）/mg（降解的底物），也可以叫做生物體產量。在生化反應中，反應速度可以用單位時間里底物的減少量、69生物體產量：生物體的生產量與基質消耗量的比值定義為生物體產量，與所利用的電子供體有關。在廢水好氧處理過程中，一般用葡萄糖代表廢水中的有機物（基質），

有機物的好氧生物降解過程中，好氧微生物的合成：3(180)8(32)2(17)2(113)根據葡萄糖的消耗，計算微生物的產量：生物體產量：生物體的生產量與基質消耗量的比值定義為生物體產量70微生物細胞組織氧化分解的COD：同理，葡萄糖的COD通過其氧化反應計算，有：用COD表示細菌的產量，有：Y＝0.39g細胞COD/g利用的COD在處理工藝中，實際觀測的產量將低于上述數值。微生物細胞組織氧化分解的COD：同理，葡萄糖的COD通過其氧71在一切生化反應中，微生物的增長是底物降解的結果，彼