第三章廢水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)

Nofreelunchforthebugs,Nofreelunchforuseither.Letusservethebugsbeforebugsserveusbetter.第十一章

廢水生物處置的根本概念和生化反響動力學(xué)根底第一節(jié)

廢水的好氧生物處置和厭氧生物處置微生物的新陳代謝新陳代謝：微生物不斷從外界環(huán)境中攝取營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過生物酶催化的復(fù)雜生化反響，在體內(nèi)不斷進展物質(zhì)轉(zhuǎn)化和交換的過程。分解代謝：分解復(fù)雜營養(yǎng)物質(zhì)，降解高能化合物，獲得能量；合成代謝：經(jīng)過一系列的生化反響，將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的細胞成分，機體制造本身。底物降解：污水中可被微生物經(jīng)過酶的催化作用而進展生物化學(xué)變化的物質(zhì)稱為底物或基質(zhì)?？缮锝到庥袡C物量：有機物的降解轉(zhuǎn)化可生物降解底物量：包括有機的和無機的可生物利用物質(zhì)新陳代謝合成代謝(同化作用)分解代謝(異化作用)復(fù)雜物質(zhì)分解為簡單物質(zhì)簡單物質(zhì)合成為復(fù)雜物質(zhì)吸收能量釋放能量能量代謝物質(zhì)代謝能量循環(huán)：三磷酸腺苷ATP(AdenosineTriphosphate)AMP+~P→ADP+~P→ATPADP磷酸化生成ATP：ATP水解產(chǎn)生能量低能化合物高能化合物ATPADP磷酸根能量生理需求細胞合成熱能釋放ADP磷酸化光合磷酸化底物程度磷酸化電子傳送磷酸化氧化磷酸化微生物的呼吸一切生物時辰都在進展著呼吸，沒有呼吸就沒有生命呼吸作用的生物景象：呼吸作用中發(fā)生能量轉(zhuǎn)換：供細胞合成、其它生命活動、多余以熱量方式釋放；經(jīng)過呼吸作用，復(fù)雜有機物逐漸轉(zhuǎn)化為簡單物質(zhì)；呼吸作用過程中吸收和同化各種營養(yǎng)物質(zhì)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(jù)氧化的底物、氧化產(chǎn)物的不同按反響過程中的最終受氫體的不同自養(yǎng)型微生物無氧呼吸異養(yǎng)型微生物發(fā)酵根據(jù)受氫體的不同分為好氧呼吸好氧呼吸是營養(yǎng)物質(zhì)進入好氧微生物細胞后，經(jīng)過一系列氧化復(fù)原反響獲得能量的過程。有分子氧參與的生物氧化，反響的最終受氫體是分子氧。底物中的氫被脫氫酶活化，并從底物中脫出交給輔酶〔遞氫體〕，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氫結(jié)合成水。NAD(P)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸〔磷酸〕好氧呼吸過程本質(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。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。好氧呼吸有異養(yǎng)型微生物和自養(yǎng)型微生物兩種。異養(yǎng)型微生物異養(yǎng)型微生物以有機物為底物〔電子供體〕，其終點產(chǎn)物為二氧化碳、氨和水等無機物，同時放出能量。如下式所示：異氧微生物又可分為化能異氧微生物和光能異氧微生物：化能異氧微生物：氧化有機物產(chǎn)生化學(xué)能而獲得能量的微生物。光能異氧微生物：以光為能源，以有機物為供氫體復(fù)原CO2，合成有機物的一類厭氧微生物。有機廢水的好氧生物處置，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等屬于這種類型的呼吸。2.自養(yǎng)型微生物自養(yǎng)型微生物以無機物為底物〔電子供體〕，其終點產(chǎn)物也是無機物，同時放出能量。大型合流污水溝道和污水溝道存在該式所示的生化反響生物脫氮工藝中的生物硝化過程光能自養(yǎng)微生物需求陽光或燈光作能源，依托體內(nèi)的光協(xié)作用色素合成有機物。CO2+H2O[CH2O]＋O2化能自養(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物不具備色素，不能進展光協(xié)作用，合成有機物所需的能量來自氧化NH3、H2S等無機物。光葉綠素厭氧呼吸是在無分子氧〔O2〕的情況下進展的生物氧化。厭氧微生物只需脫氫酶系統(tǒng)，沒有氧化酶系統(tǒng)。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)輔酶傳送給除氧以外的有機物或無機物，使其復(fù)原。厭氧呼吸的受氫體不是分子氧。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簡單的化合物。這種化合物還含有相當(dāng)?shù)哪芰浚梳尫拍芰枯^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(dāng)能量的可燃氣體。厭氧呼吸按反響過程中的最終受氫體的不同，可分為發(fā)酵和無氧呼吸。厭氧呼吸1.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，最終構(gòu)成的復(fù)原性產(chǎn)物，是比原來底物簡單的有機物，在反響過程中，釋放的自在能較少，故厭氧微生物在進展生命活動過程中，為了滿足能量的需求，耗費的底物要比好氧微生物的多。例如葡萄糖發(fā)酵的過程：總反響式：2.無氧呼吸是指以無機氧化物，如NO3-，NO2-，SO42-，S2O32-，CO2等替代分子氧，作為最終受氫體的生物氧化作用。在反硝化作用中，受氫體為NO3-可用下式所示：總反響式：在無氧呼吸過程中，供氫體和受氫體之間也需求細胞色素等中間電子傳送體，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，故釋放的能量不如好氧呼吸的多。好氧呼吸、無氧呼吸、發(fā)酵三種呼吸方式，獲得的能量程度不同，如下表所示。呼吸方式受氫體化學(xué)反應(yīng)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(fā)酵能量利用率26％有機物C6H12C6→2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ好氧生物處置是在有游離氧〔分子氧〕存在的條件下，好氧微生物降解有機物，使其穩(wěn)定、無害化的處置方法。微生物利用廢水中存在的有機污染物〔以溶解狀與膠體狀的為主〕，作為營養(yǎng)源進展好氧代謝。這些高能位的有機物質(zhì)經(jīng)過一系列的生化反響，逐級釋放能量，最終以低能位的無機物質(zhì)穩(wěn)定下來，到達無害化的要求，以便前往自然環(huán)境或進一步處置。廢水好氧生物處置的最終過程可用圖示廢水的好氧生物處置圖示闡明，有機物被微生物攝取后，經(jīng)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；約有三分之二被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生質(zhì)〔細胞質(zhì)〕，即進展微生物本身生長繁衍。好氧生物處置的反響速度較快，所需的反響時間較短，故處置構(gòu)筑物容積較小。且處置過程中分發(fā)的臭氣較少。所以，目前對中、低濃度的有機廢水，或者說BOD5濃度小于500mg/L的有機廢水，根本上采用好氧生物處置法。在廢水處置工程中，好氧生物處置法有活性污泥法和生物膜法兩大類。廢水的好氧生物處置廢水的厭氧生物處置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)定有機物的生物處置方法。在厭氧生物處置過程中，復(fù)雜的有機化合物被降解、轉(zhuǎn)化為簡單的化合物，同時釋放能量。在這個過程中，有機物的轉(zhuǎn)化分為三部分進展：部分轉(zhuǎn)化為CH4，這是一種可燃氣體，可回收利用；還有部分被分解為CO2、H2O、NH3、H2S等無機物，并為細胞合成提供能量；少量有機物被轉(zhuǎn)化、合成為新的原生質(zhì)的組成部分。由于僅少量有機物用于合成，故相對于好氧生物處置法，其污泥增長率小得多。由于廢水厭氧生物處置過程不需另加氧源，故運轉(zhuǎn)費用低。此外，它還具有剩余污泥量少，可回收能量〔CH4〕等優(yōu)點。其主要缺陷是反響速度較慢，反響時間較長，處置構(gòu)筑物容積大等。為維持較高的反響速度，需維持較高的溫度，就要耗費能源。對于有機污泥和高濃度有機廢水〔普通BOD5≥2000mg/L〕可采用厭氧生物處置法。廢水的厭氧生物處置第二節(jié)微生物的生長規(guī)律和生長環(huán)境微生物的生長規(guī)律微生物的生長規(guī)律普通是以生長曲線來反映按微生物生長速率，其生長可分為四個生長期停滯期〔調(diào)整期〕對數(shù)期〔生長旺盛期〕靜止期〔平衡期〕衰老期〔衰亡期〕假設(shè)活性污泥被接種到與原來生長條件不同的廢水中〔營養(yǎng)類型發(fā)生變化，污泥培育馴化階段〕，或污水處置廠因故中斷運轉(zhuǎn)后再運轉(zhuǎn)，那么能夠出現(xiàn)停滯期。這種情況下，污泥需經(jīng)過假設(shè)干時間的停滯后才干順應(yīng)新的廢水，或從衰老形狀恢復(fù)到正常形狀。停滯期能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)、生長條件等要素有關(guān)。當(dāng)廢水中有機物濃度高，且培育條件適宜，那么活性污泥能夠處在對數(shù)生長期。處于對數(shù)生長期的污泥絮凝性較差，呈分散形狀，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。當(dāng)污水中有機物濃度較低，污泥濃度較高時，污泥那么有能夠處于靜止期，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。處置效果好的活性污泥法構(gòu)筑物中，污泥處于靜止期。

當(dāng)污水中有機物濃度較低，營養(yǎng)物明顯缺乏時，那么能夠出現(xiàn)衰老期。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。留意合成產(chǎn)率系數(shù)和觀測產(chǎn)率系數(shù)。停滯期對數(shù)期靜止期衰老期在污水生物處置過程中，假設(shè)條件適宜，活性污泥的增長過程與純種單細胞微生物的增殖過程大體相仿。但由于活性污泥是多種微生物的混合群體，其生長受廢水性質(zhì)、濃度、水溫、pH、溶解氧等多種環(huán)境要素的影響，因此，在處置構(gòu)筑物中通常僅出現(xiàn)生長曲線中的某一、二個階段。處于不同階段時的污泥，其特性又很大的區(qū)別。在廢水生物處置中，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)量最多；當(dāng)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11－4所示。微生物要求的營養(yǎng)物質(zhì)必需包括組成細胞的各種原料和產(chǎn)生能量的物質(zhì)，主要有：水、碳素營養(yǎng)源、氮素營養(yǎng)源、無機鹽及生長要素。微生物的生長環(huán)境影響微生物生長的環(huán)境因素微生物的營養(yǎng)溫度pH值溶解氧有毒物質(zhì)微生物的組成微生物組成水80％干物質(zhì)20％無機質(zhì)10％有機物90％C:53.1%,O:28.3%,N12.4%,H:6.2%P:50%,S:15%,Na:11%,Ca:9%,Mg:8%K:6%,Fe:1%等細胞分子式：C5H7O2N(有機部分)細胞分子式：C60H87O23N12P(思索磷)普通估算營養(yǎng)比例：BOD∶N∶P＝100∶5∶11.水：組成部分，代謝過程的溶劑.細菌約80%的成分為水分。2.碳源：碳素含量占細胞干物質(zhì)的50±3％左右，碳源主要構(gòu)成微生物細胞的含碳物質(zhì)和供應(yīng)微生物生長、繁衍和運動所需求的能量，普通污水中含有足夠碳源。C〔耗費量〕＝C〔細胞量〕＋C〔二氧化碳〕＋C〔產(chǎn)物〕底物抑制：一切營養(yǎng)成分都有最高濃度限制，超越這個3.氮源：提供微生物合成細胞蛋白質(zhì)的物質(zhì)。4.無機元素：主要有磷、硫、鉀、鈣、鎂等及微量元素，作用：構(gòu)成細胞成分、酶的組成成分維持酶的活性、調(diào)理浸透壓、提供自養(yǎng)型微生物的能源。磷：核酸、磷脂、ATP轉(zhuǎn)化；硫：蛋白質(zhì)組成部分，好氧硫細菌能源；鉀：激活酶；鈣：穩(wěn)定細胞壁，激活酶；鎂：激活酶，葉綠素的重要組成部分5.生長要素：氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素等微生物的營養(yǎng)各類微生物所生長的溫度范圍不同，約為5℃～80℃。此溫度范圍，可分為最低生長溫度、最高生長溫度、和最適生長溫度〔是指微生物生長速度最高時溫度〕。依微生物順應(yīng)的溫度范圍，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(dāng)溫度超越最高生長溫度時，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，進而處于生長繁衍停頓形狀，但仍保管其生命力。微生物的生長環(huán)境影響微生物生長的環(huán)境因素微生物的營養(yǎng)溫度pH值溶解氧有毒物質(zhì)不同的微生物有不同的pH值順應(yīng)范圍。細菌、放線菌、藻類和原生動物的pH值順應(yīng)范圍是在4～10之間。大多數(shù)細菌適宜中性和偏堿性〔pH＝6.5～7.5〕的環(huán)境。廢水生物處置過程中應(yīng)堅持最適pH范圍。當(dāng)廢水的pH值變化較大時，應(yīng)設(shè)置調(diào)理池，使進入反響器〔如曝氣池〕的廢水，堅持在適宜的pH值范圍。微生物的生長環(huán)境影響微生物生長的環(huán)境因素微生物的營養(yǎng)溫度pH值溶解氧有毒物質(zhì)微生物的生長環(huán)境影響微生物生長的環(huán)境因素溶解氧是影響生物處置效果的重要要素。好氧微生物處置的溶解氧普通以2～4mg/L為宜。微生物的營養(yǎng)溫度pH值溶解氧有毒物質(zhì)微生物的生長環(huán)境影響微生物生長的環(huán)境因素在工業(yè)廢水中，有時存在著對微生物具有抑制和殺害的化學(xué)物質(zhì)，這類物質(zhì)我們稱之有毒物質(zhì)。其毒害作用主要表如今細胞的正常構(gòu)造遭到破壞以及菌體內(nèi)的酶蛻變，并失去活性。在廢水生物處置時，對這些有毒物質(zhì)應(yīng)嚴加控制，但毒物濃度的允許范圍，需求詳細分析。微生物的營養(yǎng)溫度pH值溶解氧有毒物質(zhì)第三節(jié)反響速度和反響級數(shù)反應(yīng)器類型反應(yīng)器類型生物化學(xué)反響是一種以生物酶為催化劑的化學(xué)反響。污水生物處置中人們總是發(fā)明適宜的環(huán)境條件去得到希望的反響速度。生化反響動力學(xué)目前的研討內(nèi)容：底物降解速率與底物濃度、生物量、環(huán)境要素等方面的關(guān)系微生物增長速率與底物濃度、生物量、環(huán)境要素等方面的關(guān)系反響機理研討，從反響物過度到產(chǎn)物所閱歷的途徑生化反響動力學(xué)生化反響動力學(xué)模型舉例摘自IAWQASM2模型在生化反響中，反響速度是指單位時間里底物的減少量、最終產(chǎn)物的添加量或細胞的添加量。在廢水生物處置中，是以單位時間里底物的減少或細胞的添加來表示生化反響速度。

圖中的生化反響可以用下式表示：

即該式反映了底物減少速率和細胞增長速率之間的關(guān)系，是廢水生物處置中研討生化反響過程的一個重要規(guī)律。反應(yīng)速度及式中：反響系數(shù)又稱產(chǎn)率系數(shù)，mg〔生物量〕/mg〔降解的底物〕。實驗闡明反響速度與一種反響物A的濃度ρA成正比時，稱這種反響對這種反響物是一級反響。實驗闡明反響速度與二種反響物A、B的濃度ρA、ρB成正比時，或與一種反響物A的濃度ρA的平方ρA2成正比時，稱這種反響為二級反響。實驗闡明反響速度與ρA·ρB2成正比時，稱這種反響為三級反響；也可稱這種反響是A的一級反響或B的二級反響。在生化反響過程中，底物的降解速度和反響器中的底物濃度有關(guān)。普通地：aA+bB→gG+hH假設(shè)測得反響速度：v＝dCA/dt=kCAa·CBba+b=n,n為反響級數(shù)反應(yīng)級數(shù)設(shè)生化反響方程式為現(xiàn)底物濃度ρS以[S]表示，那么生化反響速度：

式中，k為反響速度常數(shù)，隨溫度而異，n為反響級數(shù)。上式亦可改寫為該式可用圖表示，圖中直線的斜率即為反響級數(shù)n值?；蚍错懰俣炔皇芊错懳餄舛鹊挠绊憰r，稱這種反響為零級反響。在溫度不變的情況下，零級反響的反響速度是常數(shù)。對反響物A而言零級反響：式中：v―反響速度；t－反響時間；k－反響速度常數(shù)，受溫度影響。在反響過程中，反響物A的量添加時，k為正值；在廢水生物處置中，有機污染物逐漸減少，反響常數(shù)為負值。反響速度與反響物濃度的一次方成正比關(guān)系，稱這種反響為一級反響。對反響物A而言一級反響：式中：v―反響速度；t－反響時間；k－反響速度常數(shù)，受溫度影響。在反響過程中，反響物A的量添加時，k為正值；在廢水生物處置中，有機污染物逐漸減少，反響常數(shù)為負值。反響速度與反響物濃度的二次方成正比，稱這種反響為二級反響。對反響物A而言二級反響：式中：v―反響速度；t－反響時間；k－反響速度常數(shù)，受溫度影響。在反響過程中，反響物A的量添加時，k為正值；在廢水生物處置中，有機污染物逐漸減少，反響常數(shù)為負值。第四節(jié)米歇里斯－門坦〔Michaelis－Menten〕方程式一切生化反響都是在酶的催化下進展的。這種反響亦可以說是一種酶促反響或酶反響。酶促反響速度受酶濃度、底物濃度、pH值、溫度、反響產(chǎn)物、活化劑和抑制劑等要素的影響。在有足夠底物又不受其他要素影響時，那么酶促反響速度與酶濃度成正比。當(dāng)?shù)孜餄舛仍谳^低范圍內(nèi)，而其他要素恒定時，這個反響速度與底物濃度成正比，是一級反響。當(dāng)?shù)孜餄舛忍砑拥揭欢ㄏ拗茣r，一切的酶全部與底物結(jié)合后，酶反響速度到達最大值，此時再添加底物的濃度對速度就無影響是零級反響，并闡明酶已被底物所飽和。一切的酶都有此飽和景象。但各自到達飽和時所需的底物濃度并不一樣，甚至差別有時很大。濃度對酶反響速度的影響對于這種的景象，較合理的假說是中間產(chǎn)物假說。根據(jù)這個假說，酶促反響分兩步進展，即酶與底物先絡(luò)和成一個絡(luò)和物〔中間產(chǎn)物〕，這個絡(luò)和物再進一步分解成產(chǎn)物和游離態(tài)酶，現(xiàn)以下式表示之：式中，S代表產(chǎn)物，E代表酶，ES代表酶－產(chǎn)物中間產(chǎn)物〔絡(luò)和物〕以及P代表產(chǎn)物。從上式可以看出，當(dāng)?shù)孜颯濃度較低時，只需一部分酶E和底物S構(gòu)成酶-底物中間產(chǎn)物ES。此時，假設(shè)添加底物濃度，那么將有更多的中間產(chǎn)物構(gòu)成，因此反響速度亦隨之添加。當(dāng)?shù)孜餄舛群艽髸r，反響體系中的酶分子已根本全部和底物結(jié)合成ES絡(luò)合物。此時，底物濃度雖再添加，但無剩余的酶與之結(jié)合，故無更多的ES絡(luò)合物生成，因此反響速度維持不變。1913年前后，米歇里斯和門坦提出了表示整個反響中，底物濃度與酶促反響速度之間的關(guān)系式，稱為米歇里斯－門坦方程式，簡稱米氏方程式，即：式中：v－酶促反響速度；vmax－最大酶反響速度；ρS－底物濃度；Km－米氏常數(shù)。此式闡明，當(dāng)Km和vmax知時，酶反響速度與酶底物濃度之間的定量關(guān)系。由上式得：該式闡明，當(dāng)vmax/v=2或v=1/2vmax時，Km=ρS，即Km是v=1/2vmax時的底物濃度，故又稱半速度常數(shù)。米氏方程式⑴當(dāng)?shù)孜餄舛圈裇很大時，ρS?Km，Km+ρS≈ρS，酶反響速度到達最大值，即v=vmax,呈零級反響，在這種情況下，只需增大底物濃度，才有能夠提高反響速度。實踐運用時，我們采用了微生物濃度Cx替代酶濃度CE。經(jīng)過實驗，得出底物降解速度和底物濃度之間的關(guān)系式，類同米氏方程式，如下：式中：Ks為飽和常數(shù)，即當(dāng)時的底物的濃度，故又稱半速度常數(shù)。⑵當(dāng)?shù)孜餄舛圈裇較小時，ρS?Km，Km+ρS=Km，酶反響速度和底物濃度成正比例關(guān)系，即呈一級反響。此時，添加底物濃度可以提高酶反響的速度。但隨著底物濃度的添加，酶反響速度不再按正比例關(guān)系上升，呈混合級反響。米氏常數(shù)的意義米氏常數(shù)Km是酶反響處于動態(tài)平衡即穩(wěn)態(tài)時的平衡常數(shù)。具有重要物理意義：Km值是酶的特征常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的濃度無關(guān)。不同的酶，Km值不同，如表11－3所示。假設(shè)一個酶有幾種底物，那么對每一種底物，各有一個特定的Km。并且，Km值不受pH及溫度的影響。因此，Km值作為常數(shù)，只是對一定的底物、pH及溫度條件而言。測定酶的Km值，可以作為鑒別酶的一種手段，但必需在指定的實驗條件下進展。同一種酶有幾種底物就有幾個Km值。其Km值最小的底物，普通稱為該酶的最適底物或天然底物。如蔗糖是蔗糖酶的天然底物。1/Km可以近似地反映酶對底物親和力的大小，1/Km愈大，闡明親和力越大，最適底物與酶的親和力最大，不需很高的底物濃度，就可較易地到達vmax。米氏常數(shù)的測定對于一個酶促反響的Km值確實定方法很多。實驗中即使用很高的底物濃度，也只能得到近似的vmax值，而達不到真正的vmax值因此也測不到準確的Km值，為了得到準確的Km值，可以把米氏方程的方式加以改動，使它成為直線方程式的方式，然后用圖解法定出Km值。目前，普通用的圖解求Km值法為蘭微福－布克作圖法或稱雙倒數(shù)作圖法。此法先將米氏方程改寫成如下的方式，即：實驗時，選擇不同的ρS，測定對應(yīng)的v。求出兩者的倒數(shù)作圖即可得出如圖中的直線。量取直線在兩坐標軸上的截距1/vmax和-1/Km，就可以求出Km的值及vmax值。米氏常數(shù)的測定第五節(jié)莫諾特〔Monod〕方程式微生物增長速度和微生物本身的濃度、底物濃度之間的關(guān)系是廢水生物處置中的一個重要課題。有多種方式反響這一關(guān)系。當(dāng)前公認的是莫諾特方程式：式中：ρS－限制微生物增長的底物濃度，mg/L；μ－微生物比增長速度，即單位生物量的增長速度。ρX－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(shù)。在一切生化反響中，微生物的增長是底物降解的結(jié)果，彼此之間存在著一個定量關(guān)系?，F(xiàn)如以dρS〔微反響時段dt內(nèi)的底物耗費量〕和dρX〔dt內(nèi)的微生物增長量〕之間的比例關(guān)系值，經(jīng)過下式表示之：

式中：Y－產(chǎn)率系數(shù)；ρX－微生物濃度。－微生物增長速度；

－微生物比增長速度；或或－底物降解速度；－底物比降解速度；以及代入式得：式中q及qmax為底物的比降解速度及其最大值；ρS為底物濃度；KS為飽和常數(shù)。廢水生物處置工程中目前常用的兩個根本反響動力學(xué)方程式?；蚧蛴墒嚼涸O(shè)在完全混合反響器內(nèi)進展了延續(xù)流微生物生長實驗，反映溫度為20℃，實驗結(jié)果如下：試根據(jù)右示實驗結(jié)果定出KS和μmax值，以及μ－ρS關(guān)系式。解：根據(jù)莫諾特方程式μ－ρS的關(guān)系式為：圖中直線方程為：或

據(jù)以上整理的實驗結(jié)果，作關(guān)系圖，如圖11－13所示，得第六節(jié)廢水生物處置工程的根本數(shù)學(xué)方式在廢水生物處置中，廢水中的有機污染物質(zhì)〔即底物、基質(zhì)〕正是需求去除的對象；生物處置的主體是微生物；而溶解氧那么是保證好氧微生物正?；顒铀匦璧?。因此，我們可以把有機質(zhì)、微生物、溶解氧之間的數(shù)量關(guān)系用數(shù)學(xué)公式表達出來，為進一步開展生物處置系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計和運轉(zhuǎn)的研討，提供新的能夠性。如今，廢水生物處置工程實際中，人們曾經(jīng)把前述的米－門方程式和莫諾特方程式援用進來，結(jié)合處置系統(tǒng)的物料衡算，提出了所需的生物處置的數(shù)學(xué)方式，供廢水生物處置系統(tǒng)的設(shè)計和運轉(zhuǎn)之用。及⑴整個處置系統(tǒng)處于穩(wěn)定形狀反響器中的微生物濃度和底物濃度不隨時間變化，維持一個常數(shù)。即：式中：ρX―反響器中微生物的平均濃度；ρS―反響器中底物的平均濃度。推導(dǎo)廢水生物處置工程數(shù)學(xué)方式的幾點假定和⑵反響器中的物質(zhì)按完全混合及均布的情況思索整個反響器中的微生物濃度和底物濃度不隨位置變化維持一個常數(shù)。而且，底物是溶解性的。即⑶整個反響過程中，氧的供應(yīng)是充分的〔對于好氧處置〕。1951年由霍克來金(Heukelekian)等人經(jīng)過廢水生物處置的大量實驗研討任務(wù),發(fā)如今廢水生物處置中，微生物增長和底物降解之間存在著一定量的關(guān)系,于是提出了如下的方程式：

微生物增長與底物降解的根本關(guān)系式式中：-微生物凈增長速度；-底物利用〔或降解〕速度；Y-產(chǎn)率系數(shù)；Kd-內(nèi)源