活性污泥反应动力学基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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：,=,max,S/,（,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 ,=u,max,。,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+SKs ,=,max,S/K,s,=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,=,max,S/,（,K,s,+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,V,max,S/,（,K,s,+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)=,/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；,q,ds/dt,（底物降解速度）,;v,q/x,（底物比降解速度）。,Y.V,；,max,Y.V,max,；,代入,=,max,S/,（,K,s,+S,）,得：,V,V,max,S/(K,s,+S),，即米,-,门方程式。,V,(ds/dt)/X,，,-ds/dt=,V,max,SX/(K,s,+S),，即,p115,（,4,32,）式。,将,monod,方程倒装得：,1/,1/,max,.(k,s,/s+1)=k,s,/,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,；,max,Y.V,max,。,代入得：,1/V=k,s,/V,max,.(1/s)+1/V,max,。,由于,V=(ds/dt)/X,，,1/V=Xdt/ds=Xt/(S,a,-S,e,),即,Xt/(S,a,-S,e,)=k,s,/V,max,.(1/s)+1/V,max,即,p118(4-48),式,当我们以,1/V,为纵坐标，以,1/S,e,为,横坐标；对一组实验结果进行统,计,(p118,图,4-15),则可求出,1/V,max,和,k,s,/V,max,。,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,=,(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,-K,d,X,a,；,1/,c,=Yq,K,d,；,第,2,方程,:V,V,max,S/(K,s,+S),有机质降解速率等于其被微生物利用速率，,即,V=q,V,max,=q,max,(ds/dt),u,=V,max,SX,a,/(K,s,+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：,Se,Ks(1/,c+Kd)/Y(Sa-Se)-(1/,c+Kd),对推流式：,1/,c=YVmax(Sa-Se)/(Sa-Se)+KsSa/Se,Kd,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(S,a,-S,e,)/t(1+K,d,c,),对推流式：,X,c,Y(S,a,-S,e,)/t(1+K,d,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(X,r,/X,a,)/V,式中：,Xr,为回流污泥浓度，,(Xr),max,=10,6,/SVI,。,4,）总产率系数（,Y,）与表观产率系数（,Yobs,）间的关系,.,Yobs,Y/(1+K,d,c,),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=10,6,/SVI,。,e,、在污水处理系统中（低基质浓度）中，对,V,V,max,S/(K,s,+S),的推论：,V,V,max,S/(K,s,+S),，,V,q,；,q,V,max,S/(K,s,+S),由于,K,s,S,（低基质浓度），,q,V,max,S/K,s,K,S,。,V,(ds/dt),u,/X,a,=K,s,(ds/dt),u,=(K,s,),max,而,(ds/dt),u,(S,a,-S,e,)/t,Q(S,a,-S,e,)/V,，,KS,e,Q(S,a,-S,e,)/X,a,V,，,由此可以求定曝所池体积。,例题,p121,例,4-1,