当代给水与废水处理原理（第二版）第7章a.pptVIP

第七章 废水生物化学处理基础 生物化学的发展： 自发利用 理论支持 应用中发展理论 酿酒、制醋、面粉发酵等许多过程都是不自觉地利用微生物。 法国学者巴斯德的微生物学说对 生物化学的发展作出了 杰出贡献！ 第一节 单个细菌的模型 底物进入细胞内部一般是通过细胞的粘液层、细胞壁、细胞膜最后在细胞质区发生代谢作用。发生代谢作用后，底物消失。 综合上述分析，我们可以自然地将底物通过细胞的不同部位如粘液层、细胞壁、细胞膜等假想为底物传递过程的传递边界，进而可以引入化工传递过程中的相关理论做为单个细菌模型的理论支撑。 通量Np只与透酶区外的底物浓度ρ′有关，而与代谢区中的底物浓度ρ′′无关（透酶区不考虑代谢区内是否“吃饱”现象，透酶以运输为天职！！）。 当ρ′ρ′′时，底物能通过透酶区，这与扩散运输的条件相似，因为存在一个向中心方向的浓度梯度，产生了扩散通量，所以称为被动运输（过程不耗能！）。 但是，当ρ′ρ′′时，底物也能通过透酶区，这时透酶起了“泵”的作用，把底物从浓度低的区域输送到浓度高的区域，所以称为主动运输（耗能），指透酶起主动作用。 当底物不需透酶区的运输时，式（7－4）简化为 现在分析Vmam与αpap间的大小关系。如果包含透酶区的运输，同时Vmamαpap时，由于透酶区与代谢区的M-M方程特点 则 应永远小于 才能保持稳定状态。 反之，如果Vmamαpap，则情况相反，只有这样才能保持稳定状态。这两种情况都排斥了透酶区能同时具有主动运输和被动运输两种能力，根据酶的专一性这是不大可能存在的。 所以，在Vmam与αpap间的大小关系中，最可能的是Vmam=αpap一种情况。在Vmam＝αpap的情况下，主动运输及被动运输可以同时存在，其条件可表示如图7－2。主动运输时，KmKp；被动运输时，KpKm。 可以看出，表达不需要透酶运输的式（7－5）和需要透酶运输的式（7－6）可以共用下列公式来表示： 第二节 细菌的连续增殖 简单的恒化器见图7－3。进入恒化器的灭菌培养液的流量为f ml/h，恒化器的溢流流量也是f ml/h。恒化器内液体容积为V，并不断供给灭菌空气，以保证细菌的需氧过程。培养液处在不断搅拌过程中，以保证培养液的成分均匀。新鲜培养液中，除保持一种限制生长营养物在恒化器进口处的浓度ρi恒定外，其余成分浓度都是过剩的。当在恒化器内接种后，细菌开始增殖，细菌密度不断增大，限制营养物的浓度ρi就不断降低，这使比增殖率μ值不断下降。（即细菌增殖后其增殖速度是逐渐降低的） 另外，恒化器内的细菌密度还得溢流中排掉的细菌数有密切关系。就整个体系而言，当达到每秒钟增加的细菌个数与每秒钟排掉的细菌个数相等时，恒化器即处于稳定状态。 也就是说，在一定的f值及ρi值的条件下，相应地有一个一定的μ值，所以细菌增殖率也就恒定了，而这个增殖率也就是从溢流口的细菌排除率。这样，恒化器内由于保持了一个恒定的细菌量x g，就处于稳定状态。如果短时间内出现增殖率小于排除率的情况，那末，由于限制营养物的浓度相对上升，反过来就会使细菌率增殖率上升，直至回到稳定状态为止。所以恒化器的过程是自调节的。 （平衡为动态平衡） 大量试验证明，μ值乃是恒化器中限制营养物ρ的函数，其数学关系式一直是人们广泛讨论的课题。鉴于微生物生长的机理迄今尚未被真正的了解，所以至今还没有确切表示细菌生长特性的数学模型。目前一般的做法是对影响细菌生长的各种因素进行实验研究，将所得结果拟合成经验关系式（言外之意就是没有理论支撑）。 Monod方程中μmax和Ks值对μ和ρ的关系曲线有十分明显的影响。图7－4和图7－5分别表示了Ks值不变（Ks=100mg/L）μmax值改变和μmax值不变（μmax＝0.4h-1）Ks值改变时μ－ρ曲线的变动情况。从图7－4可以看出，μmax值增大时，比增殖率μ随底物浓度的增高而上升越快。图7－5说明，当Ks值很小时（如图中曲线A），μ－ρ曲线急剧上升，然后迅速平缓而趋向于μmax值；当Ks值较大时（如图中曲线E），μ－ρ曲线曲率变大，较缓慢地接近μmax，即当ρ值在较大范围内变动时，不致引起μ值很大的变化，这在废水生物处理中具有十分重要的意义，因为这意味着当生物处理设备的进水有机物浓度在一定范围内波动时不会引起微生物特性很大的变化，因而系统的运行能处于稳定状态。