水污染控制工程课件第十一章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础.ppt

生物化学反应是一种以生物酶为催化剂的化学反应。 污水生物处理中，人们总是创造合适的环境条件去得到希望的反应速度。 生化反应动力学目前的研究内容： (1)底物降解速率与底物浓度、生物量、环境因素等方面的关系； (2)微生物增长速率与底物浓度、生物量、环境因素等方面的关系； (3)反应机理研究，从反应物过渡到产物所经历的途径。 生化反应动力学 在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最终产物的增加量或细胞的增加量。在废水生物处理中，是以单位时间里底物的减少或细胞的增加来表示生化反应速度。 图中的生化反应可以用下式表示： 即 该式反映了底物减少速率和细胞增长速率之间的关系，是废水生物处理中研究生化反应过程的一个重要规律。 反 应 速 度 及 式中：反应系数 又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解的底物）。 实验表明反应速度与一种反应物A的浓度ρA成正比时，称这种反应对这种反应物是一级反应。 实验表明反应速度与二种反应物A、B的浓度ρA、ρB成正比时，或与一种反应物A的浓度ρA的平方ρA2成正比时，称这种反应为二级反应。 实验表明反应速度与ρA·ρB2成正比时，称这种反应为三级反应；也可称这种反应是A的一级反应或B的二级反应。 在生化反应过程中，底物的降解速度和反应器中的底物浓度有关。 一般地： aA+bB → gG+hH 如果测得反应速度：v＝dcA/dt=kcAa · cBb a+b=n, n为反应级数。 反 应 级 数 设生化反应方程式为： 现底物浓度ρS以[S]表示，则生化反应速度： 式中：k——反应速度常数，随温度而异； n——反应级数。 上式亦可改写为： 该式可用图表示，图中直 线的斜率即为反应级数n。 或 lgv lg[S] 反应速度不受反应物浓度的影响时，称这种反应为零级反应。在温度不变的情况下，零级反应的反应速度是常数。 对反应物A而言，零级反应： 式中：v——反应速度； t——反应时间； k——反应速度常数, 受温度影响。 在反应过程中，反应物A的量增加时，k为正值；在废水生物处理中，有机污染物逐渐减少，反应常数为负值。 反应速度与反应物浓度的一次方成正比关系，称这种反应为一级反应。对反应物A而言，一级反应： 式中：v ——反应速度； t——反应时间； k——反应速度常数, 受温度影响。 在反应过程中，反应物A的量增加时，k为正值；在废水生物处理中，有机污染物逐渐减少，反应常数为负值。 反应速度与反应物浓度的二次方成正比，称这种反应为二级反应。 对反应物A而言，二级反应： 式中：v——反应速度； t——反应时间； k——反应速度常数, 受温度影响。 在反应过程中，反应物A的量增加时，k为正值；在废水生物处理中，有机污染物逐渐减少，反应常数为负值。 P91第四节 米歇里斯-门坦 （Michaelis-Menten）方程式 一切生化反应都是在酶的催化下进行的。这种反应亦可以说是一种酶促反应或酶反应。酶促反应速度受酶浓度、底物浓度、pH、温度、反应产物、活化剂和抑制剂等因素的影响。 在有足够底物又不受其他因素影响时，则酶促反应速度与酶浓度成正比。 当底物浓度在较低范围内，而其他因素恒定时，这个反应速度与底物浓度成正比，是一级反应。 当底物浓度增加到一定限度时，所有的酶全部与底物结合后，酶反应速度达到最大值，此时再增加底物的浓度对速度就无影响，是零级反应，但各自达到饱和时所需的底物浓度并不相同，甚至差异有时很大。 浓度对酶反应速度的影响 vmax n=0 0n1 n=1 K