反应动力学与脱氮除磷(同济水控讲座)

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1、第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应器类SequencingBatchReactor型1TongjiUniversity第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应器类连续流完全混合反应器型2TongjiUniversity第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应器类型推流式反应器3TongjiUniversity第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应器类型串联完全混合反应器4TongjiUniversit

2、y第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应器类型填料床反应器5TongjiUniversity第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应器类型填料床上向流反应器6TongjiUniversity曝气生物滤池剖面TongjiUniversity曝气生物滤池运行7第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应器类型膨胀床或流化床反应器三相生物流化床TongjiUniversity8第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应器类型封闭环流式处理系统流程简图封闭环流式反应池结合了推流和完全混合两种流态的特

3、点，污水进入反应池后，在曝气设备的作用下被快速、均匀地与反应器中混合液进行混合，混合后的水在封闭的沟渠中循环流动。循环流动流速一般为0.25～0.35m/s，完成一个循环所需时间为5～15min。由于污水在反应器内停留时间为10～24h，因此，污水在这个停留时间内会完成30～200次循环。封闭环流式反应池在短时间内呈现推流式，而在长时间内则呈现完全混合特征，两种流态的结合，可减小短流，使进水被数十倍甚至数百倍的循环混合液所稀释，从而提高了反应器的缓冲能力。TongjiUniversity封闭环流式反应池（ClosedloopreacterCLR）9第四节反应速度和反

4、应级数TongjiUniversity生化反应动力学生物化学反应是一种以生物酶为催化剂的化学反应。污水生物处理过程总是创造合适的环境条件去得到希望的反应速度。生化反应动力学目前的研究内容：1.底物降解速率与底物浓度、生物量、环境因素等方面的关系2.微生物增长速率与底物浓度、生物量、环境因素等方面的关系3.反应机理研究，从反应物过度到产物所经历的途径第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应速度在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最终产物的增加量或细胞的增加量。在废水生物处理中，是以单位时间里底物的减少或微生物的增加量来表示生化反应速度

5、。右图的生化反应可以用下式表示：dX[]⎛⎞dS[]SYXZ→⋅+⋅P=−Y⎜⎟dt⎝⎠dtdS[]1⎛⎞dX[]即−=⎜⎟dtY⎝⎠dtdX[]式中：反应系数Y=又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解dS[]的底物）。该式反映了底物减少速率和细胞增长速率之间的关系，是废水生物处理中研究生化反应过程的一个重要参数。10第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应级数反应速度与一种反应物A的浓度SA成正比时，称这种反应对这种反应物是一级反应种反应物是级反应。反应速度与二种反应物A、B的浓度SA、SB成正比时，或与一种反应物A的浓度S的平方S2成正比时

6、，称这种反应为二级反AA应。反应速度与SA·SB2成正比时，称这种反应为三级反应；也可称这种反应是A的一级反应或B的二级反应。一般地：aA+bB→gG+hH如果测得反应速度：v＝dS/dt=kSa·SbAABa+b=n,n为反应级数第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity设生化反应方程式为SYXZP→⋅+⋅现底物浓度以[S]表示，则生化反应速度：d[S]nd[S]nv=∝[S]或v==k[S]dtdt式中，k为反应速度常数，随温度而异，n为反应级数。上式亦可改写为lgv=nlg[S]+lgk该式可用图表示，图中直线的斜率即为反应级数n值。11第四节反

7、应速度和反应级数TongjiUniversity反应速度不受反应物浓度的影响时，称这种反应为零级反应。在温度不变的情况下，零级反应的反应速度是常数。对反应物A而言零级反应（Zero-orderReaction）：0dSAvk==S=k，kAdtSSk=−tAA0式中：v―反应速度；t－反应时间；k－反应速度常数，受温度影响。在反应过程中，反应物A的量增加时，k为正值；在废水生物处理中，有机污染物逐渐减少，反应常数为负值。第四节反应速度和反应级数TongjiUniversity反应速度与反应物浓度的一次方成正比关系，称这种反应为一级反应。对反应物A而言一级反应（F