《反应动力学基础》PPT课件.ppt

废水处理反应动力学基础,反应速度和反应级数米氏方程式莫诺特方程式废水生物处理的基本模式,反应速度和反应级数,反应速度,反应系数,SyX+zP,反应系数y(产率系数),单位：mg(生物量)/mg(降解的底物)反映了底物减少速率和细胞增长速率之间的关系,反应级数,一级反应：二级反应：三级反应：,设生化反应式：SyX+zP,零级反应：v=-k,一级反应：v=-kA,二级反应：v=-kA2,米氏方程式,底物浓度对酶反应速度的影响,中间产物学说,SE,ES,P+E,米氏方程式,1913年米歇里斯和门坦纯酶中间产物学说提出了表示整个反应过程中，底物浓度与酶促反应之间的关系式,v酶反应速度vmax最大酶反应速度s底物浓度Km米氏常数,米氏常数Km,当vmax/v2或v=1/2vmax时，Km=s，即Km是v=1/2vmax时的底物浓度，又称半速度常数,底物浓度s很大sKmv=vmax零级反应随着底物浓度的增加，酶反应速度不再按正比关系上升，呈混合级反应，即反应级数介于0-1之间，是一级反应到零级反应的过渡段。底物浓度s较小sKm一级反应,在具体应用中，微生物浓度cx酶浓度cE得出底物降解速度和底物浓度之间的关系式，,Ks饱和常数，当v=vmax/2时的底物浓度，又称半速度常数。Ks和vmax：动力学系数，当Ks和vmax值通过动力学实验定出后，上式可应用于废水生物处理工程实践中。,米氏常数Km的意义及测定,重要物理意义,Km值是酶的特征常数之一，只与酶的性质有关而与酶浓度无关，不同的酶Km值不同。不同底物对应不同的Km，并且Km值不受pH及温度的影响。因此，Km值作为常数，只是对一定的底物、pH及温度而言。测定酶的Km值，可以作为鉴别酶的一种手段，但必须在指定的实验条件下进行。,表11-3中数据指出，同一种酶有几种底物就有几个Km值。其Km值最小的底物，一般称为该酶的最适底物或天然底物。,Km、Vrnax的确定:,双倒数作图法,纵轴截距：1/vmax横轴上截距：-1/Km斜率：Km/vmax量取直线在两坐标轴上的截距，就可求出Km值及vmax值。,莫诺特（Monod）方程式,20世纪40年代初J.Monod单纯基质纯菌种反映微生物比增长速度和微生物本身浓度、底物浓度之间的关系,微生物比增长速度，,莫诺特方程式:,当1/2max时，Ks的值等于当时的s值，称为半速度常数。,max的最大值，底物浓度很大，不再影响微生物增长速度时的值,注意,Monod方程利用单纯基质培养纯菌种实验总结出来，也适合于混合基质和混合微生物群体米氏方程是利用中间产物学说理论推导出来的。Monod方程中，s是限制微生物增长的底物浓度。在废水处理过程中，一般认为碳源和能源是限制微生物增长的营养物。以生化需氧量，化学需氧量或总有机碳（TOC）计，但必须注意，其它物质如氮、磷也能控制微生物的增长。,在一切生化反应中，微生物增长与底物降解存在着一个定量关系,Y产率系数x微生物浓度,微生物增长速度,微生物比增长速度,底物降解速度,底物比降解速度,Y.q以及maxY.qmax代入Monod方程得,q及qmax为底物的比降解速度及其最大值，Ks为饱和常数，即q=1/2qmax时的底物浓度，又称半速度常数。,对于某种特定的废水，qmax及Ks是不变的，通过实验，采用双倒数作图可求得。,如果存在不可生物降解物质，浓度为n，则,不可生物降解与可生物降解物质总浓度，mg/l,有毒有害物质存在时Monod方程修正式,微生物比增长速度与有毒基质浓度的关系,Ki是抑制系数,基质比去除速度与有毒基质浓度的关系：,微生物的生长受到抑制原因：,处理系统中生化反应所产生的某些中间代谢产物浓度高时，则会抑制微生物的生长。某些工业废水中存在。如在好氧处理中，低浓度的酚可被利用作细菌的食料，但浓度高了，则将起抑制作用。,受抑制后的Monod关系，除最高点外，每一个值相应有两个s值，其中较大的一个s值表示不稳定的处理，稍微增加将使大大减弱。,废水生物处理工程的基本数学模式,推导废水生物处理工程数学模式几点假定,整个处理系统处于稳定状态,x反应器中微生物的平均浓度s反应器中底物的平均浓度,反应器中的物质按完全混合及均布的情况考虑,整个反应过程中，氧的供应是充分的（对于好氧处理）。,微生物增长与底物降解的基本关系式,1951年，霍克莱金等提出了如下的方程式,微生物净增长速度,底物利用（或降解）速度,Y产率系数Kd内源呼吸（或衰减）系数x反应器中微生物浓度,（1124）,在实际工作中，Y常以Yobs替代。则（1124）可改写为：,从式（1124）可得：,微生物比净增长速度,同理从（1125）可得：,(11-27),(11-26),上述公式表达了生物反应器内，微生物的净增长和底物降解（以速度或以比速度计）之间的基本关系。是废水生物处理工程的基本数学模式，在建立废水生物处理工程数学模式中具有很重要的意义。,