第十一章廢水生物處理的基

1、第十一章第十一章 廢水生物處理的基廢水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動力學基礎(chǔ)本概念和生化反應(yīng)動力學基礎(chǔ)河北工業(yè)大學河北工業(yè)大學 郭振華郭振華第一節(jié)廢水的好氧生物處理和厭氧生物處理第一節(jié)廢水的好氧生物處理和厭氧生物處理一、微生物的呼吸類型一、微生物的呼吸類型概述：概述：1 1）微生物微生物的呼吸指微生物獲取能量的生理功能。的呼吸指微生物獲取能量的生理功能。2 2）分類：分類：好氧呼吸和厭氧呼吸。好氧呼吸和厭氧呼吸。3 3）呼吸作用呼吸作用是生物氧化和還原的過程，存在著電子、原子轉(zhuǎn)移，是生物氧化和還原的過程，存在著電子、原子轉(zhuǎn)移，而在有機物的分解和合成過程中，都有氫原子的轉(zhuǎn)移，因此，呼而在有機物的

2、分解和合成過程中，都有氫原子的轉(zhuǎn)移，因此，呼吸作用可按吸作用可按受氫體受氫體的不同來劃分。的不同來劃分。1.1.好氧呼吸好氧呼吸（1 1）定義：定義：好氧呼吸是在有分子氧好氧呼吸是在有分子氧(O(O2 2) )參與的生物氧化，反應(yīng)參與的生物氧化，反應(yīng)的最終受氫體是分子氧。的最終受氫體是分子氧。（2 2）過程：過程：好氧呼吸是營養(yǎng)物質(zhì)進人好氧微生物細胞后，通過好氧呼吸是營養(yǎng)物質(zhì)進人好氧微生物細胞后，通過一系列一系列氧化還原反應(yīng)獲得能量的過程氧化還原反應(yīng)獲得能量的過程?！臼紫鹊孜镏械臍浔幻摎涫紫鹊孜镏械臍浔幻摎涿富罨牡孜镏忻摮鼋唤o輔酶酶活化，并從底物中脫出交給輔酶( (遞氫體遞氫體) )，同

3、時放出電子，氧，同時放出電子，氧化酶利用底物放出的電子激活游離氧，活化氧和從底物中脫出的化酶利用底物放出的電子激活游離氧，活化氧和從底物中脫出的氫結(jié)合成水。因此，好氧呼吸過程實質(zhì)上是脫氫和氧活化相結(jié)合氫結(jié)合成水。因此，好氧呼吸過程實質(zhì)上是脫氫和氧活化相結(jié)合的過程。在這過程中，同時放出能量。的過程。在這過程中，同時放出能量。】 （3 3）分類：分類：依好氧微生物的類型不同，被其氧化的底物不同，依好氧微生物的類型不同，被其氧化的底物不同，氧化產(chǎn)物也不同。好氧呼吸分為：氧化產(chǎn)物也不同。好氧呼吸分為：異氧型和自養(yǎng)型微生物異氧型和自養(yǎng)型微生物。異養(yǎng)型微生物異養(yǎng)型微生物 異氧型微生物以有機物為底物異氧型微

4、生物以有機物為底物( (電子供體電子供體) )，其終點產(chǎn)物為二，其終點產(chǎn)物為二氧化碳、氨和水等無機物，同時放出能量。氧化碳、氨和水等無機物，同時放出能量。有機廢水的好氧生物有機廢水的好氧生物處理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等都屬于這種處理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等都屬于這種類型的呼吸。類型的呼吸。自養(yǎng)型微生物自養(yǎng)型微生物 自養(yǎng)型微生物以無機物為底物自養(yǎng)型微生物以無機物為底物( (電子供體電子供體) )，其終點產(chǎn)物也是，其終點產(chǎn)物也是無機物，同時放出能量。無機物，同時放出能量。 【大型合流污水溝道和污水溝道存在第一式所示的生化反應(yīng)，大型合流污水溝道和污水溝道存在第一式

5、所示的生化反應(yīng)，是引起溝道頂部腐蝕的原因；第二式為生物脫氮工藝中的生物硝是引起溝道頂部腐蝕的原因；第二式為生物脫氮工藝中的生物硝化過程?；^程?！刻攸c特點：底物被底物被氧化得比較徹底，獲得的能量也較多氧化得比較徹底，獲得的能量也較多。2 2厭氧呼吸厭氧呼吸（1 1）定義定義：厭氧呼吸是在無分子氧：厭氧呼吸是在無分子氧(O(O2 2) )的情況下進行的生物氧的情況下進行的生物氧化。厭氧微生物只有脫氫酶系統(tǒng)，沒有氧化酶系統(tǒng)?；?。厭氧微生物只有脫氫酶系統(tǒng)，沒有氧化酶系統(tǒng)。（2 2）過程過程：在呼吸過程中，底物中的氫被脫氫酶活化，從底物在呼吸過程中，底物中的氫被脫氫酶活化，從底物中脫下來的氫經(jīng)輔酶傳遞

6、給除氧以外的有機物或無機物，使其還中脫下來的氫經(jīng)輔酶傳遞給除氧以外的有機物或無機物，使其還原。原。因此，因此，厭氧呼吸的受氫體不是分子氧厭氧呼吸的受氫體不是分子氧。在厭氧呼吸過程中，。在厭氧呼吸過程中，底物氧化不徹底，最終產(chǎn)物不是二氧化碳和水，而是一些較原來底物氧化不徹底，最終產(chǎn)物不是二氧化碳和水，而是一些較原來底物簡單的化合物。這種化合物還含有相當?shù)哪芰?，故底物簡單的化合物。這種化合物還含有相當?shù)哪芰?，故釋放能量釋放能量較少較少。如有機污泥的厭氧消化過程中產(chǎn)生的甲烷，是含有相當能。如有機污泥的厭氧消化過程中產(chǎn)生的甲烷，是含有相當能量的可燃氣體。量的可燃氣體。（3 3）分類分類：厭氧呼吸按反應(yīng)

7、過程中的最終受氫體的不同，可分厭氧呼吸按反應(yīng)過程中的最終受氫體的不同，可分為為發(fā)酵和無氧呼吸發(fā)酵和無氧呼吸。發(fā)酵發(fā)酵 指供氫體和受氫體都是有機化合物的生物氧化作用，最終受指供氫體和受氫體都是有機化合物的生物氧化作用，最終受氫體無需外加，就是供氫體的分解產(chǎn)物（有機物氫體無需外加，就是供氫體的分解產(chǎn)物（有機物) )。 這種生物氧化作用不徹底，最終形成的還原性產(chǎn)物，是比原這種生物氧化作用不徹底，最終形成的還原性產(chǎn)物，是比原來底物簡單的有機物，在反應(yīng)過程中，來底物簡單的有機物，在反應(yīng)過程中，釋放的自由能較少釋放的自由能較少。 厭氧微生物在進行生命活動過程中，為了滿足能量的需要，厭氧微生物在進行生命活動

8、過程中，為了滿足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多消耗的底物要比好氧微生物的多。(2)(2)無氧呼吸無氧呼吸 是指以無機氧化物，如是指以無機氧化物，如N0N03 3- -， N0N02 2- -，SOSO4 42-2-， S S2 2O O3 32-2-，COCO2 2等等替分子氧，作為最終受氫體的生物氧化作用。替分子氧，作為最終受氫體的生物氧化作用。如在反硝化作用中如在反硝化作用中N0N03 3可用下式所示：可用下式所示： 在無氧呼吸過程中，供氫體和受氫體之間也需要細胞色素等在無氧呼吸過程中，供氫體和受氫體之間也需要細胞色素等中間電子傳遞體，并伴隨有磷酸化作用，底物可被徹底氧化，能中間

9、電子傳遞體，并伴隨有磷酸化作用，底物可被徹底氧化，能量得以分級釋放，故量得以分級釋放，故無氧呼吸也產(chǎn)生較多的能量用于生命活動無氧呼吸也產(chǎn)生較多的能量用于生命活動。但由于有些能量隨著電子轉(zhuǎn)移至最終受氫體中，故但由于有些能量隨著電子轉(zhuǎn)移至最終受氫體中，故釋放的能量不釋放的能量不如好氧呼吸的多如好氧呼吸的多。 總結(jié)：獲得的能量水平不同總結(jié)：獲得的能量水平不同 ( (以葡韻糖為例以葡韻糖為例) )：二、廢水的好氧生物處理二、廢水的好氧生物處理（1 1）定義定義：好氧生物處理是在有游離氧好氧生物處理是在有游離氧( (分子氧分子氧) )存在的條件下，存在的條件下，好氧微生物降解有機物，使其租定、無害化的處

10、理方法。好氧微生物降解有機物，使其租定、無害化的處理方法。（2 2）過程過程：微生物利用廢水中存在的有機污染物：微生物利用廢水中存在的有機污染物( (以溶解狀與膠以溶解狀與膠體狀的為主體狀的為主) )，作為營養(yǎng)源進行好氧代謝。這些高能位的有機物，作為營養(yǎng)源進行好氧代謝。這些高能位的有機物質(zhì)經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，逐續(xù)釋放能量，最終以低能位的無機質(zhì)經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，逐續(xù)釋放能量，最終以低能位的無機物質(zhì)穩(wěn)定下來，達到無害化的要求，以便返回自然環(huán)境或進一步物質(zhì)穩(wěn)定下來，達到無害化的要求，以便返回自然環(huán)境或進一步處置。處置。 廢水好氧生物處理的量終過程可用圖廢水好氧生物處理的量終過程可用圖11111

11、1表示。表示。 由圖可看出：有機物被微生物攝取后，通過代謝活動，約有三由圖可看出：有機物被微生物攝取后，通過代謝活動，約有三分之一被分解、穩(wěn)定，并提供其生理活動所需的能量；約有三分分之一被分解、穩(wěn)定，并提供其生理活動所需的能量；約有三分之二被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生質(zhì)之二被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生質(zhì)( (細胞質(zhì)細胞質(zhì)) )，即進行微生物自身生，即進行微生物自身生長繁殖。長繁殖。應(yīng)用應(yīng)用：合成為新的原生質(zhì)：合成為新的原生質(zhì)( (細胞質(zhì)細胞質(zhì)) ) 就是廢水生物處理中的活性就是廢水生物處理中的活性污泥或生物膜的增長部分，通常稱其剩余活性污泥或生物膜，又污泥或生物膜的增長部分，通常稱其剩余活性污泥或生物膜，

12、又稱生物污泥。稱生物污泥。特點特點：好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時間較短，故：好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時間較短，故處理構(gòu)筑物容積較小。且處理過程中散發(fā)的臭氣較少。處理構(gòu)筑物容積較小。且處理過程中散發(fā)的臭氣較少。范圍范圍：對中、低濃度的有機廢水，或者說：對中、低濃度的有機廢水，或者說BOD5BOD5濃度小于濃度小于500mg500mgL L的有機廢水，基本上采用好氧生物處理法。的有機廢水，基本上采用好氧生物處理法。分類分類：好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法。：好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法。 三、廢水的厭氧生物處理三、廢水的厭氧生物處理（1 1）定義定義：厭氧生

13、物處理是在沒有游離氧存在的條件下，兼性：厭氧生物處理是在沒有游離氧存在的條件下，兼性細菌與厭氧細菌降解和穩(wěn)定有機物的生物處理方法。細菌與厭氧細菌降解和穩(wěn)定有機物的生物處理方法。（2 2）過程過程：在厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機化合物被降解、：在厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機化合物被降解、轉(zhuǎn)化為筒單的化合物，同時釋放能量。有機物的轉(zhuǎn)化分為三部分：轉(zhuǎn)化為筒單的化合物，同時釋放能量。有機物的轉(zhuǎn)化分為三部分：部分轉(zhuǎn)化為部分轉(zhuǎn)化為CHCH4 4可燃氣體，可回收利用；還有部分被分解可燃氣體，可回收利用；還有部分被分解為為COCO2 2、H H2 2O O、NHNH3 3、H H2 2S S等無機物，并為

14、細胞合成提供能量；等無機物，并為細胞合成提供能量；少量少量有機物被轉(zhuǎn)化、合成為新的原生質(zhì)的組成部分有機物被轉(zhuǎn)化、合成為新的原生質(zhì)的組成部分。特點特點：優(yōu)點優(yōu)點：廢水厭氧生物處理過程不需另加氧源，故運行費用低。：廢水厭氧生物處理過程不需另加氧源，故運行費用低。此外，它還具有剩余污泥量少，可回收能量此外，它還具有剩余污泥量少，可回收能量(CH(CH4 4) )等。等。缺點缺點：是反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時間較長，處理構(gòu)筑物容積大等。：是反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時間較長，處理構(gòu)筑物容積大等。但通過對新型構(gòu)筑物的研究開發(fā)，其容積可縮小。此外，為維持但通過對新型構(gòu)筑物的研究開發(fā)，其容積可縮小。此外，為維持較高的反應(yīng)

15、速度，需維持較高的反應(yīng)溫度，就要消耗能源。較高的反應(yīng)速度，需維持較高的反應(yīng)溫度，就要消耗能源。范圍范圍：對于有機污泥和高濃度有機廢水：對于有機污泥和高濃度有機廢水( (一般一般BODBOD5 52000mg2000mgL)L)可采用厭氧生物處理法。可采用厭氧生物處理法。第二節(jié)第二節(jié) 微生物的生長規(guī)律和生長環(huán)境微生物的生長規(guī)律和生長環(huán)境 一、一、微生物的生長規(guī)律微生物的生長規(guī)律按微生物生長速度，其生長可分為四個生長期按微生物生長速度，其生長可分為四個生長期: :停滯期停滯期( (調(diào)整期調(diào)整期) )、對數(shù)期、對數(shù)期( (生長旺盛期生長旺盛期) )、靜止期、靜止期( (平衡期平衡期) )和衰老和衰老

16、期期( (衰亡期衰亡期).).如圖如圖113113所示。所示。 在廢水生物處理中，微生物是一個混合群體，它們也有一定在廢水生物處理中，微生物是一個混合群體，它們也有一定的生長規(guī)律。有機物多時，以有機物為食料的細菌占優(yōu)勢，數(shù)量的生長規(guī)律。有機物多時，以有機物為食料的細菌占優(yōu)勢，數(shù)量最多；當細菌很多時，出現(xiàn)以細菌為食料的原生動物；而后出現(xiàn)最多；當細菌很多時，出現(xiàn)以細菌為食料的原生動物；而后出現(xiàn)以細菌及原生動物為食料的后生動物，如圖以細菌及原生動物為食料的后生動物，如圖114114所示食物鏈。所示食物鏈。污水生物處理，活性污泥的增長過程與微生物相同（分四期）。污水生物處理，活性污泥的增長過程與微生物

17、相同（分四期）。1 1停滯期停滯期 如果活性污泥被接種到與原來生長條件不同的廢水中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(yǎng)營養(yǎng)類型發(fā)生變化，污泥培養(yǎng)馴化階段類型發(fā)生變化，污泥培養(yǎng)馴化階段) )，或污水處理廠因故中斷運，或污水處理廠因故中斷運行后再運行，則可能出現(xiàn)停滯期。這種情況下，污泥需經(jīng)過若干行后再運行，則可能出現(xiàn)停滯期。這種情況下，污泥需經(jīng)過若干時間的停滯后，才能適應(yīng)新的廢水，或從衰老狀態(tài)恢復(fù)到正常狀時間的停滯后，才能適應(yīng)新的廢水，或從衰老狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)。停滯期是否存在或停滯期的長短，與接種活性污泥的數(shù)量、態(tài)。停滯期是否存在或停滯期的長短，與接種活性污泥的數(shù)量、廢水性質(zhì)

18、、生長條件等因素有關(guān)。廢水性質(zhì)、生長條件等因素有關(guān)。2 2對數(shù)期對數(shù)期 當廢水中有機物濃度高，且培養(yǎng)條件適宜，則活性污泥可能當廢水中有機物濃度高，且培養(yǎng)條件適宜，則活性污泥可能處在對數(shù)生長期。處于對數(shù)期的污泥絮凝性較差，呈分散狀態(tài)，處在對數(shù)生長期。處于對數(shù)期的污泥絮凝性較差，呈分散狀態(tài)，鏡檢能看到較多的游離細菌，混合液沉淀后其上層液混濁，用濾鏡檢能看到較多的游離細菌，混合液沉淀后其上層液混濁，用濾紙過濾時，濾速很慢。紙過濾時，濾速很慢。3 3靜止期靜止期 當廢水中有機物濃度較低，污泥濃度較高時，污泥則有可能當廢水中有機物濃度較低，污泥濃度較高時，污泥則有可能處于靜止期，處于靜止期的活性污泥絮凝

19、性好，混合液沉淀后上處于靜止期，處于靜止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。處理效果好的活性污泥法構(gòu)筑層液清澈，以濾紙過濾時濾速快。處理效果好的活性污泥法構(gòu)筑物中，污泥處于靜止期。物中，污泥處于靜止期。 4 4衰老期衰老期 當有機物濃度低，營養(yǎng)物明顯不足時，則可出現(xiàn)衰老期。處當有機物濃度低，營養(yǎng)物明顯不足時，則可出現(xiàn)衰老期。處于衰老期的污泥較松散，沉降性能好，混合液沉淀后上清液清澈，于衰老期的污泥較松散，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。但有細小泥花，以濾紙過濾時，濾速快。二、二、微生物的生長環(huán)境微生物的生長環(huán)境 微生物的生長

20、與微生物的生長與環(huán)境條件環(huán)境條件關(guān)系極大。在廢水生物處理過程中，關(guān)系極大。在廢水生物處理過程中，應(yīng)設(shè)法創(chuàng)造良好的環(huán)境，讓微生物很好地生長、繁殖，以達到令應(yīng)設(shè)法創(chuàng)造良好的環(huán)境，讓微生物很好地生長、繁殖，以達到令人滿意的處理效果以及經(jīng)濟效益。人滿意的處理效果以及經(jīng)濟效益。 影響因素：影響因素：營養(yǎng)、溫度、營養(yǎng)、溫度、pHpH值、溶解氧以及有毒物質(zhì)值、溶解氧以及有毒物質(zhì)。1 1微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng) 廢水中大多含有微生物能利用的廢水中大多含有微生物能利用的碳源碳源。而有些含碳量低的工。而有些含碳量低的工業(yè)廢水，另加碳源，如生活污水、米泔水、淀粉漿料等。業(yè)廢水，另加碳源，如生活污水、米泔水、淀粉漿料

21、等。 微生物除了需要碳營養(yǎng)外，還需要氮、磷營養(yǎng)，它們之間的微生物除了需要碳營養(yǎng)外，還需要氮、磷營養(yǎng)，它們之間的比例，一般為比例，一般為BODBOD5 5NPNP1005110051。生活污水的磷、氮含量生活污水的磷、氮含量較高，采用生物法處理時不需另外投加。較高，采用生物法處理時不需另外投加。但有些工業(yè)廢水含磷、但有些工業(yè)廢水含磷、氮低，不能滿足微生物需要，應(yīng)考慮投加尿素、硫氮低，不能滿足微生物需要，應(yīng)考慮投加尿素、硫酸銨等含氮化酸銨等含氮化合物或磷酸鉀、磷酸鈉等含磷化合物。合物或磷酸鉀、磷酸鈉等含磷化合物。2 2溫度溫度 各類微生物所生長的溫度范圍不同，約為各類微生物所生長的溫度范圍不同，約

22、為55一一8080。 廢水廢水好氧生物處理好氧生物處理，以中溫細菌為主，其生長繁殖的最適溫，以中溫細菌為主，其生長繁殖的最適溫度為度為2020一一3737。當溫度超過最高生長溫度時，會使微生物的蛋當溫度超過最高生長溫度時，會使微生物的蛋白質(zhì)迅速變性及酶系統(tǒng)遭到破壞而失去活性，嚴重者可使微生物白質(zhì)迅速變性及酶系統(tǒng)遭到破壞而失去活性，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(tài)，但仍保存其生命力。態(tài)，但仍保存其生命力。 厭氧生物處理厭氧生物處理常采用溫度：常采用溫度：中溫中溫3333一一3838和高溫和高溫525

23、2一一5757。3 3pHpH值值 不同的微生物有不同的不同的微生物有不同的pHpH值適應(yīng)范圍。大多數(shù)細菌適宜中性和值適應(yīng)范圍。大多數(shù)細菌適宜中性和偏堿性偏堿性( (pHpH6.56.57.57.5) )環(huán)境。環(huán)境?；钚晕勰喾ㄌ幚韽U水，氣池混合液的活性污泥法處理廢水，氣池混合液的pHpH值宜為值宜為6.5-8.56.5-8.5，如果曝，如果曝氣池混合液氣池混合液pHpH值達到值達到9.09.0時，原生動物將由活躍轉(zhuǎn)為呆滯，菌膠時，原生動物將由活躍轉(zhuǎn)為呆滯，菌膠團粘性物質(zhì)解體，活性污泥結(jié)構(gòu)遭到破壞，處理效果顯著下降。團粘性物質(zhì)解體，活性污泥結(jié)構(gòu)遭到破壞，處理效果顯著下降。如果進水如果進水pHpH

24、值突然降低，曝氣池混合液呈酸性，活性污泥結(jié)構(gòu)亦值突然降低，曝氣池混合液呈酸性，活性污泥結(jié)構(gòu)亦會變化，二次沉淀池中將出現(xiàn)大量浮泥現(xiàn)象。當廢水的會變化，二次沉淀池中將出現(xiàn)大量浮泥現(xiàn)象。當廢水的pHpH值變化值變化較大時，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池，使進入反應(yīng)器較大時，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池，使進入反應(yīng)器( (如曝氣池如曝氣池) )的廢水，保持的廢水，保持在合適的在合適的pHpH值范圍。值范圍。4 4溶解氧溶解氧 溶解氧是影響生物處理效果的重要因素。廢水的好氧生物處溶解氧是影響生物處理效果的重要因素。廢水的好氧生物處理中，如果溶解氧不足，好氧微生物由于得不到足夠的氧，其活理中，如果溶解氧不足，好氧微生物由于得不到足夠的氧，

25、其活性受到影響，新陳代謝能力降低，同時對溶解氧要求較低的微生性受到影響，新陳代謝能力降低，同時對溶解氧要求較低的微生物將應(yīng)運而生，影響正常的生化反應(yīng)過程，造成處理效果下降。物將應(yīng)運而生，影響正常的生化反應(yīng)過程，造成處理效果下降。 好氧生物處理的溶解氧一般以好氧生物處理的溶解氧一般以2-4mg2-4mgL L為宜。在這種情況下，為宜。在這種情況下，活性污泥或生物膜的結(jié)構(gòu)正常，沉降、絮凝性能好?；钚晕勰嗷蛏锬さ慕Y(jié)構(gòu)正常，沉降、絮凝性能好。5 5有毒物質(zhì)有毒物質(zhì) 在工業(yè)廢水中，有時存在著對微生物具有抑制和殺害作用的在工業(yè)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(zhì)，這類物質(zhì)我們稱之為化學

26、物質(zhì)，這類物質(zhì)我們稱之為有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)。其毒害作用主要表現(xiàn)。其毒害作用主要表現(xiàn)細胞的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞以及菌體內(nèi)的酶變質(zhì)，井失去活性。如細胞的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞以及菌體內(nèi)的酶變質(zhì)，井失去活性。如重金屬高子（砷、鉛、鎘、鉻、鐵、銅、鋅等重金屬高子（砷、鉛、鎘、鉻、鐵、銅、鋅等) )能與細胞內(nèi)的蛋能與細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)合，使它變質(zhì)，致使酶失去活性。白質(zhì)結(jié)合，使它變質(zhì)，致使酶失去活性。 第三節(jié)第三節(jié) 反應(yīng)速度和反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速度和反應(yīng)級數(shù)生物化學反應(yīng)是一種以生物酶為催化劑的化學反應(yīng)。生物化學反應(yīng)是一種以生物酶為催化劑的化學反應(yīng)。 一、一、反應(yīng)速度反應(yīng)速度 在生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時間里底物的減少量、

27、最在生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時間里底物的減少量、最終產(chǎn)物的增加量或細胞的增加量。終產(chǎn)物的增加量或細胞的增加量。 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(yīng)速度。加來表示生化反應(yīng)速度。二、二、反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)級數(shù) 實驗表明反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物實驗表明反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物A A的濃度的濃度P PA A成正比時，稱這成正比時，稱這種反應(yīng)對這種反應(yīng)物是種反應(yīng)對這種反應(yīng)物是一級反應(yīng)一級反應(yīng)。實驗表明反應(yīng)速度與二種反應(yīng)。實驗表明反應(yīng)速度與二種反應(yīng)物物A A、B B的濃度的濃度 P PA A、P PB B 成正比時，或與一種反應(yīng)物

28、成正比時，或與一種反應(yīng)物A A的濃度的濃度P PA A的平的平方方P PA A2 2成正比時，稱這種反應(yīng)為成正比時，稱這種反應(yīng)為二級反應(yīng)二級反應(yīng)。實驗表明反應(yīng)速度與。實驗表明反應(yīng)速度與P PA A P PB B2 2成正比時，稱這種反應(yīng)為三級反應(yīng)；也可稱這種反應(yīng)是成正比時，稱這種反應(yīng)為三級反應(yīng)；也可稱這種反應(yīng)是A A的一級反應(yīng)或的一級反應(yīng)或B B的二級反應(yīng)。的二級反應(yīng)。 實驗表明，在生化反應(yīng)過程中，實驗表明，在生化反應(yīng)過程中，底物的降解速度和反應(yīng)器中底物的降解速度和反應(yīng)器中的底物濃度有關(guān)的底物濃度有關(guān)。 討論反應(yīng)級數(shù)：討論反應(yīng)級數(shù)： 反應(yīng)速度不受反應(yīng)物濃度影響時，稱這種反應(yīng)為零級反應(yīng)。反應(yīng)速度

29、不受反應(yīng)物濃度影響時，稱這種反應(yīng)為零級反應(yīng)。在溫度不變的情況下，零級反應(yīng)的反應(yīng)速度是常數(shù)。在溫度不變的情況下，零級反應(yīng)的反應(yīng)速度是常數(shù)。式中：式中： ww反應(yīng)速度反應(yīng)速度 t-t-反應(yīng)時間反應(yīng)時間 k-k-反應(yīng)速度常數(shù)，受溫度影響。反應(yīng)速度常數(shù)，受溫度影響。 在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物A A的量增加時，的量增加時，A A為正值；反之，為正值；反之，A A為為負值。在廢水生物處理中，有機污染物逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負負值。在廢水生物處理中，有機污染物逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負值。值。t-Pt-PA A的圖形如圖的圖形如圖117117、11-811-8、11-911-9。第四節(jié)第四節(jié) 米歇

30、里斯米歇里斯- -門坦門坦(MichaelisMenten)(MichaelisMenten)方程式方程式一、一、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響 一切生化反應(yīng)都是在酶催化下進行的。這種反應(yīng)亦可以說是一切生化反應(yīng)都是在酶催化下進行的。這種反應(yīng)亦可以說是一種酶促反應(yīng)或酶反應(yīng)。酶促反應(yīng)速度受酶濃度、底物濃度、一種酶促反應(yīng)或酶反應(yīng)。酶促反應(yīng)速度受酶濃度、底物濃度、pHpH值、溫度、反應(yīng)產(chǎn)物、活化劑和抑制劑等因素的影響。值、溫度、反應(yīng)產(chǎn)物、活化劑和抑制劑等因素的影響。 二、二、米氏方程式米氏方程式 19131913年前后，米歇里斯和門坦年前后，米歇里斯和門坦(Michaelis a

31、nd Mentvn)(Michaelis and Mentvn)在前人工作的基礎(chǔ)上，用純酶做了大量的動力學實驗研究，在前人工作的基礎(chǔ)上，用純酶做了大量的動力學實驗研究，并根據(jù)中間產(chǎn)物學說，提出整個反應(yīng)過程中，底物與酶反并根據(jù)中間產(chǎn)物學說，提出整個反應(yīng)過程中，底物與酶反應(yīng)關(guān)系式，簡稱米氏方程式，即：應(yīng)關(guān)系式，簡稱米氏方程式，即：（1)1)當?shù)孜餄舛犬數(shù)孜餄舛萈sPs很大時，很大時， Ps KmPs Km，KmKm十十Ps Ps Ps Ps ，酶反應(yīng)速度達最大值，酶反應(yīng)速度達最大值，V=VmaxV=Vmax，呈零級反應(yīng)，此時，再，呈零級反應(yīng)，此時，再增加底物濃度，對酶反應(yīng)濃度無任何影響，因為酶已被

32、增加底物濃度，對酶反應(yīng)濃度無任何影響，因為酶已被底物所飽和，增加底物孟甚效用，在這種情況下；只有底物所飽和，增加底物孟甚效用，在這種情況下；只有增加酶濃度，才有可能提高反應(yīng)速度。增加酶濃度，才有可能提高反應(yīng)速度。(2)(2)當?shù)孜餄舛犬數(shù)孜餄舛萮 h較小時，較小時， Ps KmPs Km，KmKm十十Ps =Km Ps =Km ，酶，酶反應(yīng)速度和底物濃成正比例關(guān)系，呈一級反應(yīng)。此時，反應(yīng)速度和底物濃成正比例關(guān)系，呈一級反應(yīng)。此時，由于酶未被底物所飽和，故增加底物濃度，可提高酶反由于酶未被底物所飽和，故增加底物濃度，可提高酶反應(yīng)速度。但隨著底物濃度的增加，酶反應(yīng)速度不再按正應(yīng)速度。但隨著底物濃度

33、的增加，酶反應(yīng)速度不再按正比關(guān)系上升，呈混合級反應(yīng)，即反應(yīng)級數(shù)介于比關(guān)系上升，呈混合級反應(yīng)，即反應(yīng)級數(shù)介于0 01 1之間，之間，是一級反應(yīng)到零紐反應(yīng)的過渡段。是一級反應(yīng)到零紐反應(yīng)的過渡段。 在廢水生物處理工程中，米氏方程式是我們常用的在廢水生物處理工程中，米氏方程式是我們常用的一個反應(yīng)動力學方程。一個反應(yīng)動力學方程。三、米氏常數(shù)的意義及測定三、米氏常數(shù)的意義及測定 米氏常數(shù)米氏常數(shù)Km(Km(動力學系數(shù)、穩(wěn)態(tài)平衡常數(shù)）動力學系數(shù)、穩(wěn)態(tài)平衡常數(shù)）1.1.物理意義：物理意義：(1)Km(1)Km值是酶的特征常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度值是酶的特征常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶濃度無

34、關(guān)。不同的酶，無關(guān)。不同的酶，KmKm值不同。值不同。(2)(2)如果一個酶有幾種底物，則對每一種底物，各有一個特定的如果一個酶有幾種底物，則對每一種底物，各有一個特定的KmKm，KmKm值不受值不受pHpH及溫度的影響。及溫度的影響。(3) (3) 同一種酶有幾種底物就有幾個同一種酶有幾種底物就有幾個KmKm值。其值。其KmKm值最小的底物，一值最小的底物，一般稱為該酶的最適底物或天然底物。般稱為該酶的最適底物或天然底物。(4)1/Km(4)1/Km反映酶對底物親和力的大小，反映酶對底物親和力的大小，1/Km1/Km愈大，表明親和力愈愈大，表明親和力愈大。最適底物與酶的親和力最大，不需很高的底物濃度，就可較大。最適底物與酶的親和力最大，不需很高的底物濃度，就可較易地達到易地達到VmaxVmax。2.2.米氏常數(shù)米氏常數(shù)KmKm測定測定: : 求解求解KmKm值法為蘭維福值法為蘭維福布克布克(Lineweaver-Burk)(Lineweaver-Burk)作圖法或稱雙作圖法或稱雙倒數(shù)作圖法。此法先將米氏方程式改寫成如下的形式，即：倒數(shù)作圖法。此法先將米氏方程式改寫成如下的形式，即：111maxmaxKmVPsVV實驗時，選擇不同實驗時，選擇不同Ps,Ps,測定對應(yīng)的測定對應(yīng)的V.V.求出兩者的倒數(shù)，以求出兩者的倒數(shù)，以1/V1/V對對1/ 1/ PsPs