《微生物反应动力学》PPT课件.ppt

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1、微生物反应动力学华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering 1.污染物生物降解的动力学n评价微生物系统降解能力要用到动力学。n动力学：是指标靶化合物的微生物降解速率。是一个总的指标，各个微生物共同作用的结果。n微生物的去除污染物速率取决于活菌浓度n活菌利用产生的电子供体和受体进行生命活动n2类经验模式：幂指数定律（power rate law）：不考虑微生物生长的基质降解模式。双曲线定律（hyperbolic rate law）：考虑微生物生长的基质降解模式。华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environ

2、mental Bioengineering n幂指数定律幂指数定律 不考虑微生物生长因素，则：降解速率与基质浓度n次幂成正比：（1-1）k为生物降解常数；n为反应级数。反应可以是零级反应，对公式积分，可得到：（1-2）在单一的反应物转变为单一的生成物或者基质浓度很高的情况下，可考虑零级反应。华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering n多种基质的混合废水中，每种基质的去除以恒速进行，但基质降解总量为每一个基质去除量之和，可以认为是一级反应。n反应也可以是二级反应。（1-3）积分得到：（1-4）如：2A（反应物）P（产物）不同环

3、境中的反应级数可以根据特定的一组浓度S和时间t的实验数据，根据公式（1-2）、（1-3）、（1-4）来判断反应级数。华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering n双曲线定律双曲线定律 描述基质浓度和微生物生长速率的关系。该定律是由Monad于1949年提出 又称为Monad方程。华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering n为微生物的比增长速率，即单位生物量的增长速率，单位为时间的倒数。max为微生物的最大比增长速率，Ks为饱和常数，当max/2时所对应的基质

4、浓度。nKs值代表微生物对基质的亲和力，越小则表明基质亲和力越大。nKs值的跨度大。同一种细菌在不同基质上表现不同；同一种基质，不同菌株不同，即使同一菌株在不同浓度下Ks各异。华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering 2 活性污泥反应动力学n以Monad方程为基础，通过数学式定量or半定量揭示活性污泥系统的各项参数。n动力学模式建立的主要假设主要假设：曝气池呈完全混合状态；活性污泥系统运行条件绝对稳定；二次沉淀池内不产生微生物代谢活动；系统无抑制物质和有毒物质。n劳伦斯麦卡蒂模式（Lawrence&McCarty)基础概念：

5、n a、劳麦建议的排泥方式：传统排泥方式，完全混合式排泥方式华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering 完全混合式活性污泥排放方式nQ进水流量；nS水BOD浓度；nV曝气池有效容积；nX混合液污泥浓度；华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering nb 微生物比增殖率和比基质降解率：u=(dX/dt)/XdX/dt微生物增殖率，g/(Lh);x曝气池中微生物浓度比基质降解率：q=(dS/dt)/XdS/dt基质降解速率，g/(Lh)。n污泥平均停留时间（习惯称污

6、泥龄）指反应系统内微生物从其生成开始到排出系统的平均停留时间。相当于反应系统内微生物全部更新一次所需要的时间。用c或ts表示。单位为d（天）：cvx/xx每日增殖的污泥量，g华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering 根据上图，c c可用下列公式：c cVXa/QwXr+(Q-Qw)XeVXa/QwXr+(Q-Qw)Xe 按照劳麦建议的排泥方式，公式写为：按照劳麦建议的排泥方式，公式写为：c cVXa/QwXa+(Q-Qw)XeVXa/QwXa+(Q-Qw)Xe 一般一般XeXe很低，可忽略不计，则上面两个公式写为：很低，可忽

7、略不计，则上面两个公式写为：c cVXa/QwXrVXa/QwXr c cVXa/QwXaVXa/QwXa因此，污泥的比增殖速率u与污泥平均停留时间c互为倒数关系。u1/c,c=1/u华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering n2 劳麦基本方程式劳麦基本方程式 第一基本方程式 在反应器内，微生物量因增殖而增加，又因内源代谢而减少，如下公式：dX/dt=Y(dS/dt)-KdXa Y微生物产率（活性污泥产率），以污泥量/降解的有 机质基质表示，mg/mg;Kd微生物内源代谢作用的自身氧化率，又称衰减系数，d1；dX/dt微生物

8、净增殖速率，mg/(Ld);Xa反应器内微生物浓度，mg/L;dS/dt基质利用速率（降解速率），mg/(Ld)华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering n上述公式整理得到如下公式n该方程式为劳伦斯麦卡的第一基本方程式，表示污泥平均停留时间（c）、基质比利用速率（q）以及衰减系数之间的关系。华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering n第二基本方程式 该方程式表示的是基质降解速率与曝气池内微生物浓度和基质浓度之间的关系。n有机质降解速率等于被微生物利用的速率

9、，即：vq 则根据monad方程式，用qmax代替vmax，得：Qmax单位污泥最大基质利用速率；Ks半速率系数。华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering 劳伦斯麦卡帝基本方程式的应用n确立处理水基质浓度（Se）与污泥平均停留时间（c）之间的关系 华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering n确立微生物浓度（X）与活性污泥平均停留时间（c）之间的关系华中农业大学生命科学技术学院环境生物工程课件2009 Environmental Bioengineering n确立活性污泥回流比（R）与活性污泥平均停留时间之间的关系