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1、第四節(jié) 反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù) 一 、 生化反應(yīng)的反應(yīng)速度 單位時(shí)間的底物減少量 單位時(shí)間的最終產(chǎn)物增加量 單位時(shí)間的微生物細(xì)胞增加量 S=yX+zP (式中： P-Product難以計(jì)量，所以一般用 S- Substrate、 X-Mass來(lái)表示反應(yīng)速度 ) 二、反應(yīng)級(jí)數(shù) 若反應(yīng) pA+qBmC+nD 的反應(yīng)速度為： v=kApBq 這個(gè)反應(yīng)稱為（ p+q） 級(jí)反應(yīng)； （ p+q） 稱為反應(yīng)的級(jí)數(shù)。 也可稱這個(gè)反應(yīng)是 A的 p級(jí)反應(yīng)，或 B的 q級(jí) 反應(yīng)。 零級(jí)反應(yīng) p+q=0； 一級(jí)反應(yīng) p+q=1； 二級(jí)反應(yīng) p+q=2； 對(duì)于生化反應(yīng)： S=yX+zP 生化反應(yīng)速度： v=dS/dt=kS
2、n 或： lgv=nlgS+lgk n稱為生化反應(yīng)的級(jí)數(shù) 三、米 -門（ Michaelis-Menten）方程式 （一） 生物酶的特點(diǎn) 1、催化效率高，是一般催化劑的 106-1013 倍； 2、高度專一性 3、對(duì)環(huán)境敏感，化學(xué)組成類似蛋白質(zhì) 4、在常溫、常壓、中性環(huán)境下進(jìn)行催化反 應(yīng) （二） 酶促反應(yīng) S+E=ESP+E S Substrate， 基質(zhì)或底物； E Enzyme， 酶； ES 中間產(chǎn)物，酶與基質(zhì)的復(fù)合物； P Product， 產(chǎn)物。 （三） 米氏方程式 v=vmaxS/Km+S v 酶反應(yīng)速度 vmax 最大酶反應(yīng)速度 S 底物濃度 Km 米氏常數(shù)，半速率常數(shù) （四） 米
3、氏常數(shù)的意義及測(cè)定 1、 Km是酶的特征常數(shù)，不同酶的 Km值不 同； 2、一種酶如果能催化幾種底物，就有幾個(gè) 特定的 Km； 3、 Km值最小的底物，稱為該酶的最適底 物； 4、由于 vmax難以達(dá)到，所以 Km值常用雙倒 數(shù)圖解法測(cè)定。 第五節(jié) 微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué) -莫諾特 （ Monod） 方程式 （一）基本方程式 Ks 飽和常數(shù) ， 也稱之為半速度常數(shù)； S 有機(jī)底物濃度 。 比增長(zhǎng)速率 ,=(dx/dt)/x ; dx/dt-微生物群體增長(zhǎng)速率 。 =Yq max=Yqmax Y-dx/ds,產(chǎn)率系數(shù)， g(生物量 )/g(降解的底物 ) q-(ds/dt)/x,比底物降解速率 ds/
4、dt-底物利用速率 q q （二） 莫諾方程式的推論 1、 在高濃度有機(jī)底物的條件下 ， S Ks， 上式簡(jiǎn)化為： q=qmax 二式說(shuō)明 ， 在高濃度有機(jī)底物的條件 下 ， 有機(jī)底物以最大的速度進(jìn)行降解 ， 而與有機(jī)底物的濃度無(wú)關(guān) ， 呈零級(jí)反 應(yīng)關(guān)系 。 dS/dt表示有機(jī)底物的降解速度 。 q 即圖上所表示的 S S， 區(qū)段 。 有機(jī)底物的 濃度再行提高 ， 降解速率也不會(huì)提高 ， 因 為在這一條件下 ， 微生物處于對(duì)數(shù)增殖期 ， 其酶系統(tǒng)的活性位置都為有機(jī)底物所飽和 。 有機(jī)底物的降解速度與污泥濃度 (生物量 )有 關(guān) ， 并呈一級(jí)反應(yīng)關(guān)系 2、 在低底物濃度的條件下 ， SKs， 與
5、 Ks值相較 ， S值可忽略不計(jì) ， 這樣 ， 上式可分別簡(jiǎn)化為： q q 可見(jiàn) ， 有機(jī)底物降解遵循一級(jí)反應(yīng) ， 有機(jī)底物的含量已成為有機(jī)底物降解的控 制因素 ， 因?yàn)樵谶@種條件下 ， 混合液中有 機(jī)底物濃度已經(jīng)不高 ， 微生物增殖處于減 速增殖期或內(nèi)源呼吸期 ， 微生物酶系統(tǒng)多 未被飽和 ， 在圖中即為橫坐標(biāo) S=0到 S=S” 這樣的一個(gè)區(qū)段 。 這個(gè)區(qū)段的曲線在表現(xiàn)形式上為通過(guò) 原點(diǎn)的直線 ， 其斜率即為 K2。 思考題 : 1.什么是活性污泥膨脹 ?污泥膨脹可分為幾種 ? 2.污泥膨脹的危害有哪些 ?如何識(shí)別 ? 3.絲狀菌污泥膨脹的原因有哪些 ?非絲狀菌污 泥膨脹的原因有哪些 ?
6、4.曝氣池活性污泥膨脹的原因有哪些 ?解決的 對(duì)策有哪些 ? 1. 污泥膨脹是活性污泥法系統(tǒng)常見(jiàn)的 一種異?，F(xiàn)象 ,是指由于某種因素的 改變 ,活性污泥質(zhì)量變輕、膨大、沉 降性能惡化， SVI值不斷升高，不能 在二沉池內(nèi)進(jìn)行正常的泥水分離， 二沉池的污泥面不斷上升，最終導(dǎo) 致污泥流失，使曝氣池的 MLSS濃度 過(guò)度降低，從而破壞正常工藝運(yùn)行 的污泥，這種現(xiàn)象稱污泥膨脹。 污 泥膨脹時(shí)， SVI值異常高，有時(shí)可達(dá) 400以上。 污泥膨脹分為 絲狀菌膨脹和非絲狀 菌膨脹。前者是活性污泥絮體中的絲狀 菌度繁殖而導(dǎo)致的；后者是菌膠團(tuán)細(xì)菌 本身生理活動(dòng)異常、粘性物質(zhì)大量產(chǎn)生 導(dǎo)致的。 2.發(fā)生污泥膨脹后
7、 ,二沉池出水的 SS將會(huì) 大幅度增加 ,直至超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ,同時(shí)導(dǎo)致 出水的 COD和 BOD也超標(biāo)。如果不采取 控制措施，污泥持續(xù)流失會(huì)使曝氣池內(nèi) 的微生物數(shù)量銳減，不能滿足分解有機(jī) 污染物的正常需要，從而導(dǎo)致整個(gè)系 統(tǒng)性能的下降，甚至崩潰。如果恢復(fù)， 需要從培養(yǎng)、馴化活性污泥重新開(kāi)始。 污泥膨脹可以通過(guò)檢測(cè)曝氣池混合 液的 SVI（ 超過(guò) 100）、沉降速度（低于 0.6米 /小時(shí) )和生物相鏡檢 (絲狀菌增大到 + +級(jí) )來(lái)判斷和預(yù)測(cè)，而通過(guò)觀察二沉 池出水懸浮物和泥面的上升變化是最直 觀的方法。 3.活性污泥中 ,絲狀菌過(guò)度繁殖 ,會(huì)形成絲 狀菌污泥膨脹。在正常環(huán)境中，菌膠團(tuán) 的生
8、長(zhǎng)速率大于絲狀菌 ,不會(huì)出現(xiàn)絲狀菌 過(guò)度繁殖的現(xiàn)象 ,但如果活性污泥環(huán)境條 件發(fā)生不利變化 ,絲狀菌因其表面積較大 , 抵抗環(huán)境變化的能力比菌膠團(tuán)細(xì)菌強(qiáng) ,絲 狀菌的數(shù)量就有可能超過(guò)菌膠團(tuán)細(xì)菌 ,從 而導(dǎo)致絲狀菌 . 引起活性污泥環(huán)境條件發(fā)生不利變 化的因素主要有 : (1)進(jìn)水中 有機(jī)物質(zhì)太少 ,曝氣池內(nèi) F/M太低 , 導(dǎo)致微生物食料不足 ; (2)進(jìn)水中 N和 P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足 ; (3)PH值太低 ,不利于菌膠團(tuán)生長(zhǎng) ; (4)曝氣池溶解內(nèi)氧太低 ; (5)進(jìn)水水質(zhì)和水量波動(dòng)太大 ,對(duì)微生物造成沖擊 ; (6)進(jìn)入曝齊池的污水“腐化”而含有較多的硫化 氫 (大于 12毫克 /升 ),導(dǎo)
9、致絲硫菌過(guò)量繁殖 ; (7)進(jìn)入曝氣池的污水水溫偏高 (超過(guò)攝氏 30度 ) 3. 非絲狀菌污泥膨脹是由于菌膠團(tuán)本身生理 活動(dòng)異常 ,導(dǎo)致活性污泥沉降性能惡化的現(xiàn)象 , 可分為兩種 : (1)非絲狀菌污泥膨脹是由于進(jìn)水口含有大量 的溶解性糖類有機(jī)物 ,使污泥負(fù)荷 F/M太高 ,而 進(jìn)水中又缺乏足夠的 N和 P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或混合 液內(nèi)溶解氧含量太低 .高 F/M時(shí) ,細(xì)菌會(huì)很快把 大量有機(jī)物質(zhì)吸入體內(nèi) ,而由于缺乏足夠的 N 和 P或溶解氧 ,就不能在體內(nèi)進(jìn)行正常的分解 代謝 ,此時(shí)細(xì)菌會(huì)向體外分泌出過(guò)量的多聚糖 類物質(zhì) . 這些多聚糖類物質(zhì)由于分子中含有很多的 羥基而具有較強(qiáng)的親水性 ,使活性污泥的結(jié) 合水高達(dá) 400%以上 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 100%的左右 的正常水平 .結(jié)果使活性污泥呈粘性的凝膠 狀 ,在二沉池內(nèi)無(wú)法進(jìn)行有效的泥水分離及 濃縮 ,因此這種膨脹又稱為粘性膨脹 . (2)是由于進(jìn)水含有大量的有毒物質(zhì) ,導(dǎo)致活 性污泥中毒 ,使細(xì)菌不能分泌出足夠的粘性 物質(zhì) ,形不成絮體 ,因此無(wú)法在二沉池內(nèi)進(jìn)行 有效的泥水分離及濃縮 ,因此這種膨脹又稱 為非粘性膨脹或離散性膨脹 .
反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)
