【文章內(nèi)容簡介】 度與 B的濃度平方之積成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為三級反應(yīng)。 第四節(jié) 米歇里斯－門坦方程式 一、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(jìn)行的 ,叫做酶促反應(yīng)。酶促反應(yīng)速度受酶濃度、底物濃度、 pH值、溫度、反應(yīng)產(chǎn)物、活化劑和抑制劑等因素的影響。 ? 當(dāng)?shù)孜镒銐蚯也皇芷渌蛩赜绊憰r(shí)，酶促反應(yīng)速度與酶濃度成正比。 ? 當(dāng)?shù)孜餄舛茸兓瘯r(shí)： ? 當(dāng)?shù)孜餄舛容^低而其他因素恒定時(shí)，反應(yīng)速度與底物濃度成正比，一級反應(yīng)。 ? 當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾拥揭?定限度時(shí)，反應(yīng)速度達(dá)到最大值，再增加底物濃度對反應(yīng)速度無影響，零級反應(yīng)。 二、米式方程式 公式見教材 （ 1）當(dāng)?shù)孜餄舛?ρ s 很大時(shí)， ρ sKm, Km+ ρ s≈ ρ s，酶反應(yīng)速度達(dá)最大值，即 V=Vmax，呈零級反應(yīng)。此時(shí)，增大底物濃度對反應(yīng)速度無影響，只有增大酶濃度可提高反應(yīng)速度。 （ 2）當(dāng)?shù)孜餄舛?ρ s 較小時(shí)， ρ s Km, Km+ ρ s ≈ Km ，酶反應(yīng)速度和底物濃度成正比例關(guān)系，即呈一級反應(yīng)。此時(shí)，由于酶未被底物所飽和，故增加底物濃度，可以提高酶反應(yīng)速度。 第五節(jié)莫諾特（ Monod）方程式 公式 推倒見教材 第六節(jié)廢水生物處理工程的基本數(shù)學(xué)模式 一、推導(dǎo)廢水生物處理工程數(shù)學(xué)模式的幾點(diǎn)假定 （ 1）整個(gè)處理系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)（微生物濃度、底物濃度不變）； （ 2）反應(yīng)器中的物質(zhì)按完全混合，均云分布。（微生物和底物濃度不隨位 置變化）； （ 3）整個(gè)反應(yīng)過程中，氧的供應(yīng)是充分的。 本章思考題 ? 微生物呼吸作用的本質(zhì)是什么？ ? 好氧呼吸和厭氧呼吸的基本概念是什么？ ? 按照微生物生長速度不同，其生長過程可分幾個(gè)時(shí)期？簡述各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)。 ? 微生物的環(huán)境因素有哪些？ ? 寫出米式方程式，并闡述米式常數(shù)的物理意義。 12. 穩(wěn)定塘 和污水的土地處理 第一節(jié) 穩(wěn)定塘 一、概述 ? 穩(wěn)定塘又名氧化塘或生物塘，其對污水的凈化過程與自然水體的自凈過程相似，是一種利用天然凈化能力處理污水的生物處理設(shè)施。 ? 穩(wěn)定塘的研究和應(yīng)用始于上個(gè)紀(jì)初， 50年代后發(fā)展迅速，目前已有 50多個(gè)國家用穩(wěn)定塘處理城市污水和有機(jī)工業(yè)廢水。 ? 我國在 50 年代開展了穩(wěn)定塘的研究，到 80 年代進(jìn)展較快。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1990 年我國有穩(wěn)定塘 118座，處理水量為 104 m3/d。 ? 穩(wěn)定塘的分類常按塘內(nèi)的微生物類型、供氧方式和功能等進(jìn)行劃分，可分為好氧塘、兼性塘、厭氧塘、曝氣塘和深度處 理塘。 （一）穩(wěn)定塘的分類 深度較淺，陽光能透至塘底，全部塘水都含有 DO，好氧微生物凈化污水。 深度較大，上層為好氧區(qū)，好氧微生物起凈化污水作用，中層為兼性區(qū)， DO 逐漸減少，兼性微生物起凈化作用，下層為厭氧區(qū)無 DO，厭氧菌起作用分解沉淀污泥。 深度在 2m以上，有機(jī)負(fù)荷高，全部塘水均無 DO ，呈厭氧狀態(tài)，厭氧微生物起凈化作用，凈化速度慢，停留時(shí)間長。 4. 曝氣塘 采用人工曝氣供氧，塘深在 2m以上，全部塘水有溶解氧，好氧微生物起作用，停留時(shí)間較短。 5. 深度處理 塘 又稱三級處理塘或熟化塘，屬于好氧塘，有機(jī)負(fù)荷較低。 水生植物塘 (塘內(nèi)種植水葫盧、水花生等水生植物 ) 生態(tài)塘 (塘內(nèi)養(yǎng)魚、鴨、鵝等 ) 完全儲存塘 (完全蒸發(fā)塘 ) （二）穩(wěn)定塘的優(yōu)點(diǎn) （ 1）基建投資低利用舊河道、沼澤地、谷地等； （ 2）運(yùn)行管理簡單經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理簡單，動力消耗較低； （ 3）可進(jìn)行綜合利用實(shí)現(xiàn)污水資源化利用，如農(nóng)業(yè)灌溉和養(yǎng)殖水生動物和植物。 （三）穩(wěn)定塘的缺點(diǎn) （ 1）占地面積大； （ 2）處理效果受氣候影響，如季節(jié)、溫度、陽光、降雨等； （ 3）設(shè)計(jì)運(yùn)行不當(dāng)時(shí)可造成二次 污染，污染地下水，產(chǎn)生臭氣和滋生蚊蠅。 二、好氧塘 （ 1）高負(fù)荷好氧塘：設(shè)置在系統(tǒng)前部，處理污水和產(chǎn)生藻類。水深較淺，停留時(shí)間短，有機(jī)負(fù)荷高。 （ 2）普通好氧塘：二級處理作用，有機(jī)負(fù)荷較高，水深較深，停留時(shí)間較長。 （ 3）深度處理好氧塘：設(shè)置在系統(tǒng)后部，有機(jī)負(fù)荷較低，水深較深。 二、好氧塘 見教材 好氧塘中 pH 值與水中 CO2 濃度有關(guān)，受塘水中碳酸鹽系統(tǒng)的 CO2平衡關(guān)系影響。白天，光合作用使 CO2降低， pH值上升；夜間，藻類停止光合作用，呼吸作用使 CO2升高， pH值下降。 尚未有較嚴(yán)密的理論計(jì)算方法和設(shè)計(jì)方法，多采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （ 1）好氧塘多采用矩形，長寬比為 3:1— 4:1。以 1/2塘深處的面積作為計(jì)算塘面積。 （ 2）超高為 — ，單塘面積不大于 4ha。 （ 3）塘堤內(nèi)坡坡度為 1:2— 1:3，外坡坡度為 1:2— 1:5。 （ 4）座數(shù)一般不少于 3座，規(guī)模很小時(shí)候不少于 2座。 三、兼性塘 有效水深為 12m，通常有三層組成，上層好氧區(qū)、中層兼性區(qū)和底部厭氧區(qū)。 好氧區(qū)對有機(jī)污染物的凈化機(jī)理同好氧塘基 本情況。 兼性塘 DO較低，且時(shí)有時(shí)無，異養(yǎng)型兼性細(xì)菌起降解作用，既能分解有機(jī)物也能進(jìn)行無氧代謝。 厭氧區(qū)無 DO，厭氧微生物進(jìn)行厭氧分解，有產(chǎn)酸發(fā)酵和甲烷發(fā)酵階段兩個(gè)過程。 兼性塘凈化機(jī)理復(fù)雜，去除污染物的范圍比好氧處理系統(tǒng)廣泛。不僅可以去除一般的有機(jī)物，還可有效去除磷、氮等營養(yǎng)物質(zhì)和某些難降解的有機(jī)物（木質(zhì)素、有機(jī)氯農(nóng)藥、合成洗滌劑等）。 四、厭氧塘 厭氧塘對有機(jī)物的降解是由兩類厭氧菌通過產(chǎn)酸發(fā)酵和甲烷發(fā)酵兩個(gè)階段來完成的。 厭氧塘的條件控制：甲烷菌世代時(shí)間長，對 DO和 pH值敏感，因此厭氧塘設(shè)計(jì)運(yùn)行必須以甲烷菌發(fā)酵階段的要求作為控制條件，控制有機(jī)污染物投配率，保持產(chǎn)酸菌與甲烷菌之間的動態(tài)平衡。 （ 1）有機(jī)負(fù)荷：城市污水建議負(fù)荷值為 200600kg/。 （ 2）一般為矩形，長寬比為 2:1— :1。單塘面積不大于 4 ha，有效水深 — ，儲泥深度為 ，超高 — 。 （ 3）進(jìn)水口離塘底 — ，出水口離水面深度應(yīng)大于 。 厭氧塘適宜處理高濃度有機(jī)廢水，如造紙廢水，釀酒廢水，農(nóng)產(chǎn)品加工和農(nóng)藥廢水。也 可用于處理中、小城鎮(zhèn)污水。 五、曝氣塘 完全混合曝氣塘和部分混合曝氣塘。 （ 1）完全混合曝氣塘中全部固體呈懸浮狀態(tài)，塘水中有足夠的溶解氧。 （ 2）部分混合曝氣塘不要求全部固體呈懸浮狀態(tài)，部分固體沉淀并進(jìn)行厭氧消化。 六、穩(wěn)定塘的工藝流程 穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)由預(yù)處理設(shè)施、穩(wěn)定塘和后處理設(shè)施等三部分組成。 。 去處懸浮物質(zhì)，格柵、沉淀池、沉砂池 圖形見教材 （ 1）塘的位置 居民區(qū)下風(fēng)向 200m，遠(yuǎn)離飛機(jī)場 （ 2）防止塘體損害 防止雨水和塘中波浪的沖刷 （ 3）塘體防滲 防止污染地下水，防止水源損失 （ 4）塘的進(jìn)出口 配水和集水均勻 第二節(jié) 污水土地處理 一、概述 污水土地處理是人工調(diào)控下利用土壤 — 微生物 — 植物組成的生態(tài)系統(tǒng)使污水中污染物凈化的處理方法，它是在污水農(nóng)田灌溉基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是使污水資源化、無害化和穩(wěn)定化的處理利用系統(tǒng)。 土地處理技術(shù)有五種類型：慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、濕地和地下滲濾系統(tǒng)。 二、土地處理系統(tǒng)的 凈化機(jī)理 污水土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理十分復(fù)雜，它包含了物理過濾、吸附、沉積，物理化學(xué)吸附，化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)沉淀，微生物對有機(jī)物的降解等過程。因此，污水在土地處理系統(tǒng)中的凈化是一個(gè)綜合凈化過程。 大部分 BOD在土壤表層土中去除，利用土壤中異養(yǎng)型微生物降解有機(jī)物。 2. 磷和氮的去處 磷通過植物吸收，化學(xué)反應(yīng)和沉淀，物理吸附和沉積、物理化學(xué)吸附等方式除去。氮通過植物吸收、微生物脫氮、揮發(fā)和滲出等方式被去除。 依靠作物和土壤顆粒間的空隙截流、過濾去 除。 物理化學(xué)吸附、化學(xué)反應(yīng)與沉淀等途徑去處。 三、土地處理基本工藝 特點(diǎn)：投配負(fù)荷一般較低，滲濾速度慢，污水凈化效率高，出水水質(zhì)優(yōu)良。 土層必須有良好的滲透性，適于無法接入城市排水管網(wǎng)的小水量污水處理。 本章思考題 ? 穩(wěn)定塘有哪幾種類型？各適用于什么場合？ ? 試述好氧塘、厭氧塘、兼性塘凈化污水的基本原理。 ? 好氧塘中溶解氧和 pH值為什么會發(fā)生變化？ ? 簡述土地處理的基本工藝 。 —— 生物膜法 生物膜法：依靠固著于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化污水中溶解的有機(jī)物，亦稱為生物過濾法。 特點(diǎn)： ? 對水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性； ? 與活性污泥法相比，管理更方便； ? 即使增殖速度較慢的微生物也能生息，從而構(gòu)成了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)； ? 剩余活性污泥量比活性污泥法少。 生物膜法的分類 ： ? 潤壁型生物膜法 廢水和空氣沿固定的或轉(zhuǎn)動的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過，如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤等； ? 浸沒型生物膜法 接觸濾料固定在曝氣池內(nèi)，完全浸沒在水中，采用鼓風(fēng)曝氣，如接觸氧化法； ? 流動床 型生物膜法 使附著有生物膜的活性炭、砂等小粒徑接觸介質(zhì)懸浮流動于曝氣池中。 第一節(jié) 生物濾池 生物濾池于 1889 年在勞倫斯實(shí)驗(yàn)廠首先開始研究， 1910 年后開始了大規(guī)模的應(yīng)用， 20 世紀(jì) 70 年代逐步被好氧法代替，隨著新型濾料的不斷誕生，生物濾池有再度復(fù)活的趨勢。 一、 生物濾池的構(gòu)造 構(gòu)造主要包括： ? 濾床 ? 布水設(shè)備 ? 排水系統(tǒng) 塔式生物濾池 濾料特性： 1）比表面積大； 2）物理化學(xué)及生物穩(wěn)定性好； 3）孔隙率高； 4）材質(zhì)輕而強(qiáng)度高； 5）價(jià)廉，取材方便 粒徑主要考慮可附著生物膜的面積，同時(shí)防止濾池堵塞。 粒經(jīng)在 38cm，空隙率為 45％－ 50％，比表面積 65100m2/m3之間。 濾床高度與濾料密度的關(guān)系 ： ? 若濾料孔隙率低，濾床過高會影響通風(fēng)條件。 ? 若濾料太重，濾床過高將影響排水系統(tǒng)和濾池基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)。 石質(zhì)拳狀濾料組成的濾床高度一般在 。塑料濾料每立方米僅重 100 kg左右，孔隙率則高達(dá)93％ 95％，濾床高度不但可以提高，而且可以采用雙層或多層構(gòu)造。國外一般采用雙層濾床，高 7m左右。 布水設(shè)備 ? 布水設(shè)備分類：固定式噴嘴布水系統(tǒng)圖片和移動式噴嘴布水系統(tǒng)（常用回轉(zhuǎn)式）圖片 ? 固定式布水裝置特點(diǎn) ：間斷布水，所以布水不均勻，配水的水頭要高，配水池也較高（配水面高－ ），但不受形狀限制。 ? 旋轉(zhuǎn)布水器的特點(diǎn)：布水比較均勻，淋水周期短，水力沖刷作用強(qiáng)；缺點(diǎn)是噴水孔易堵，低溫時(shí)要采用防凍措施，僅適用于圓形池或八角形。 旋轉(zhuǎn)式布水器 設(shè)計(jì)參數(shù)： ? 由水豎管和可旋轉(zhuǎn)的布水橫管組成，橫管可以是多根； ? 布水小孔的直徑 10～ 15mm； ? 布水橫管距濾料表面的高度 ～ ，噴水旋轉(zhuǎn)所需的水頭 ～ 10kPa。 排水系統(tǒng)的作用： ? 收集濾床流出的污水與脫落的生物膜； ? 保證通風(fēng)； ? 支撐濾料。 排水系 統(tǒng)組成：池子底面、排水假底、集水溝 池子底面：支撐濾料，排泄濾床上來水。 排水假底：支撐濾料，早期為混凝土柵板，現(xiàn)在國外都用 金屬柵板。 排水溝：要有充分的高度，并在任何時(shí)候不會滿流，確保空氣能在水 面上暢通。 BOD負(fù)荷對濾池工作條件的影響 (1)BOD負(fù)荷高的濾池，生物膜增長快，對水力沖刷的要求也就迫切。增大水力沖刷的主要途徑是加大表面負(fù)荷。 (2)BOD負(fù)荷高的濾池，要求通風(fēng)條件好，在采用自然通風(fēng)的條件下，就要求濾料的孔隙率大、阻力小。所以，低負(fù)荷濾池的濾料粒徑較小 (25～ 70mm)，高負(fù)荷濾池的濾料粒徑較大 (40～ 100mm)，對于塔式生物濾池，最好采用塑料濾料。 (3)BOD負(fù)荷低的生物濾池，氧化分解程度高，污泥量少且穩(wěn)定，出水中有較高的溶解氧，有硝酸鹽， BOD5濃度低于 20mg/L；高負(fù)荷生物濾池的氧化分解程度低，污泥量多而不穩(wěn)定，出水溶解氧低，沒有或很少有硝酸鹽， BOD5濃度高于 30mg／ L，塔式生物濾池的情況可能更差些。 二、生物濾池的流程 生物濾池系統(tǒng)基本上由初沉池、生物濾池、二次沉淀池組合而成，其組合型式有單級運(yùn)行系統(tǒng)和多級運(yùn)行系統(tǒng)。 單級、直流二級、交互式、多級見 教材 理論依據(jù)： ? 據(jù)實(shí)驗(yàn)和分析多級運(yùn)行系統(tǒng)，第一級生物濾池處理效率可達(dá) 70%，第二級處理效率可達(dá) 20%，第三、四級的處理效率很低，在 5%左右。 ? 應(yīng)用：一般取兩級。分為二級直流或二級回流系統(tǒng)。 ? 二級串聯(lián)工作的生物濾池的優(yōu)點(diǎn)是：濾層深度可適當(dāng)減小，通風(fēng)條件好，兩次灑水充氧，出水水質(zhì)較好些。 ? 缺點(diǎn)是增加了提升泵，加大了占地面積。一般第一級生物濾池采用粒徑較大的濾料，后一級采用粒徑較小的濾料。 經(jīng)驗(yàn)表明：在處理城市污水時(shí)，回流式生物濾池處理效果大致如下： ? 單級濾池法 當(dāng)負(fù)荷為 （ BOD5)/（濾 料）以下時(shí)，出水 BOD5約為進(jìn)水的 1/3。 ? 二級濾池法 二沉池出水的 BOD5約為二級濾池進(jìn)水的 1/2。