第4.3节 活性污泥反应动力学基础.pptVIP

* 三、活性污泥反应动力学基础 1、概述： 从前面介绍可以看出，微生物的增殖、代谢与有机底物浓度、 θc以及生化反应速度等密切相关。反应动力学则是从生化角度来研究彼此的关系，以提高我们理论认识水平，并指导我们优化工艺与设备。 2、莫诺特(Monod)方程式 法国学者Monod于1942年采用纯菌种在培养基稀溶 液中进行了微生物生长的实验研究，并提出了微生物生度和底物浓度间的关系式： μ = μmaxS/（Ks+S） 式中： μ ——微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度. μmax——微生物最大比增长速度； Ks ——饱和常数，μ =（1/2） μmax时底物浓度， 故又称半速度常数。 S ——底物浓度。 （1）当底物过量存在时，微生物生长不受底物限制。 处于对数增长期，速度达到最大值,为一常数。 ∵SKs、Ks+S≈S ∴μ=umax。 此时反应速度和底物浓度无关，呈零级反应，即n=0。 （2）当底物浓度较小时，微生物生长受到限制。 处于静止增长期，微生物增长速度与底物浓度成正比。 ∵S＜＜Ks、Ks+S≈Ks ∴μ=μmaxS/Ks=K.S 此时，μ∝S，与底物浓度或正，呈一级反应。 （3）随着底物浓度逐步增加，微生物增长速度和底物浓度 呈μ=μmaxS/（Ks+S），即不成正比关系。 此时0＜n＜1呈混合反应区的生化反应。 米-门方程式如下: V＝VmaxS/（Ks+S）； monod方程的结论使米-门方程式引入了废水工程的 理论中。具体推导如下： ∵ Y＝dx/ds=(dx/dt)/(ds/dt)=r/q=(r/x)/(q/x)= μ/V。 式中： dx—微生物增长量；dx/dt—微生物增长速率（即r）； ds—底物消耗量； r/x＝ μ，即微生物比增长速度； q＝ds/dt（底物降解速度）;v＝q/x（底物比降解速度）。 ∴ μ＝Y.V；μmax＝Y. Vmax； 代入μ=μmaxS/（Ks+S） 得： V＝VmaxS/(Ks+S)，即米-门方程式。 V＝(ds/dt)/X， ∴ -ds/dt= VmaxSX/(Ks+S)，即p115（4－32）式。 将monod方程倒装得： 1/μ＝1/μmax .( ks/s+1)= ks/μmax.(1/s)+1/μmax。 根据monod方程与米-门方程的相关性， 前面已推导μ＝Y.V；μmax＝Y. Vmax。 代入得：1/V= ks/Vmax.(1/s)+1/Vmax。 由于 V=(ds/dt)/X，1/V=Xdt/ds=Xt/(Sa-Se) 即Xt/(Sa-Se)= ks/Vmax.(1/s)+1/Vmax 即p118 (4-48)式 当我们以1/V为纵坐标，以1/Se为 横坐标；对一组实验结果进行统 计(p118图4-15)则可求出 1/Vmax和 ks/Vmax。 3、劳伦斯——麦卡蒂(Lawrence——Mc Carty)方程式 （1）基础概念 a、微生物比增殖速率 μ=(dx/dt)/X b、单位基质利用率 q=(ds/dt)μ/X c、生物固体平均停留时间 θc=VX/⊿X; （2）基本方程 第1方程：dx/dt=Y(ds/dt)u-KdXa； 1/θc=Yq－Kd； 第2方程: V＝VmaxS/(Ks+S) ∵有机质降解速率等于其被微生物利用速率， 即V=q, Vmax=qmax ∴(ds/dt)u = VmaxSXa/(Ks+S) （3）方程的应用 1）确立处理水有机底物浓度（Se）与生物固体平均停留时间（ θc ）之间的关系: 对完全混合式： Se＝Ks(1/θc+Kd)/[Y(Sa-Se)-(1/θc+Kd)] 对推流式： 1/θc= YVmax(Sa-Se)/[(Sa-Se)+ Ks㏑Sa/Se]－Kd 上式表示Se为f(θc)，欲提高处理效果，降低Se值， 就必须适当提高θc 。 *