活性污泥反应动力学基础.ppt
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、c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：=maxS/（Ks+S）式中：微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度.max微生物最大比增长速度；Ks 饱和常数，=（1/2）max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+SS=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。SKs、Ks+SKs=maxS/Ks=K.S 此时，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=maxS/（Ks+S），即不成正比关系。此时0n1呈混合反应区的生化反应。,米-门方程式如下:VVmaxS/（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：Ydx/ds=(dx/dt)/(ds/dt)=r/q=(r/x)/(q/x)=/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，即微生物比增长速度；qds/dt（底物降解速度）;vq/x（底物比降解速度）。Y.V；maxY.Vmax；代入=maxS/（Ks+S）得：VVmaxS/(Ks+S)，即米-门方程式。V(ds/dt)/X，-ds/dt=VmaxSX/(Ks+S)，即p115（432）式。,将monod方程倒装得：1/1/max.(ks/s+1)=ks/max.(1/s)+1/max。根据monod方程与米-门方程的相关性，前面已推导Y.V；maxY.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(LawrenceMc Carty)方程式（1）基础概念 a、微生物比增殖速率=(dx/dt)/X b、单位基质利用率 q=(ds/dt)/X c、生物固体平均停留时间 c=VX/X;（2）基本方程 第1方程：dx/dt=Y(ds/dt)u-KdXa；1/c=YqKd；第2方程:VVmaxS/(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（c）之间的关系:对完全混合式：SeKs(1/c+Kd)/Y(Sa-Se)-(1/c+Kd)对推流式：1/c=YVmax(Sa-Se)/(Sa-Se)+KsSa/SeKd 上式表示Se为f(c)，欲提高处理效果，降低Se值，就必须适当提高c。,2）确立微生物浓度（X）与c间的关系:对完全混合式：X c Y(Sa-Se)/t(1+Kd c)对推流式：X c Y(Sa-Se)/t(1+Kd c)说明反应器内微生物浓度(X)是c的函数。3）确立了污泥回流比(R)与c的关系:1/c=Q1+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.YobsY/(1+Kdc)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c的关系。1/c=Q1+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VVmaxS/(Ks+S)的推论：VVmaxS/(Ks+S)，Vq；q VmaxS/(Ks+S)由于KsS（低基质浓度），q VmaxS/KsKS。V(ds/dt)u/Xa=Ks,(ds/dt)u=(Ks)max 而(ds/dt)u(Sa-Se)/tQ(Sa-Se)/V，KSeQ(Sa-Se)/XaV，由此可以求定曝所池体积。例题 p121 例4-1,
