活性污泥反应动力学基础

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1、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。

2、（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。∵S>>Ks、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

3、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

4、＝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——McCarty)方程式（

5、1）基础概念a、微生物比增殖速率μ=(dx/dt)/Xb、单位基质利用率q=(ds/dt)μ/Xc、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/

6、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。2）确立微生物浓度（X）与θc间的关系:对完全混合式：X＝θcY(Sa-Se)/t(1+Kd·θc)对推流式：X＝θcY(Sa-Se)/t(1+Kd·θc)说明反应器内微生物浓度(X)是θc的函数。3）确立了污泥回流比(R)与θc的关系:1/θc=Q[1+R-R(Xr/Xa)]/V式中：Xr为回流污泥浓度，(Xr)max=106/SVI。4）总产率系数（Y）与表观产率系数（Yobs）间的关系.Yobs＝Y/(1+Kd·

7、θc)即实测污泥产率系数较理论总降低。5)确立了污泥回流比(R)与θc的关系。1/θc=Q[1+R-R(Xr/Xa)]/V。式中：Xr为回流污泥浓度，(Xr)max=106/SVI。e、在污水处理系统中（低基质浓度）中，对V＝VmaxS/(Ks+S)的推论：∵V＝VmaxS/(Ks+S)，V＝q；∴q＝VmaxS/(Ks+S)由于Ks》S（低基质浓度），∴q＝VmaxS/Ks＝K·S＝ν。∵V＝(ds/dt)u/Xa=Ks,(ds/dt)u=(Ks)max而(ds/dt)u＝(Sa-Se)/t＝Q(Sa-Se)/V，∴KSe＝Q(Sa-Se)/XaV，由此可以求定

8、曝所池体积