第六章生化反应动力学.doc

第六章生化反应动力学 第六章 生物反应动力学基础（张婷婷） 请对发现的文字错误及格式等进行修订，同时对我蓝色标出的要求进行补充完善。。注意此章节中公式编辑器所编辑的公式均可正常显示并编辑，所以不用更改为word格式。辛苦了，谢谢！孔秀琴 一、底物降解速率 底物降解速率即每天每公斤活性污泥能降解多少公斤的BOD5,其单位为：kgBOD5/kgVSS?d，是反映生物反应器处理能力的重要参数。生物反应系统中，反应器容积等重要参数是根据系统的底物降解速率（污泥负荷）来确定的。底物降解速率的函数关系式如下： dSS （6-1） ?vmaxXdtks?S 式中： dS-1—比降解速率，单位 d Xdtvma—最大比底物降解速率，即单位微生物量利用底物的最大速率x KS—饱和常数 X—微生物浓度 S—底物浓度 环境工程中，一般S较小，当S??KS时，分母略去S，并令?max ks?k2，,即可得下式： dS?k2S （6-2） Xdt 上式积分可得：错误！未找到引用源。 St?S0e?k2?X?t （6-3） 那么已降解的底物含量为： ?k2?X?tS??S0?St?S（） （6-4） 01-e 式中：S?—降解的有机底物浓度 S0—初始的有机底物浓度 St—t时刻剩余的有机底物浓度 上式中，因一般生物系统活性污泥浓度x为定值，所以可令k2X?k1，同时把已降解的底物浓度用BODt浓度代替，初始底物浓度用BODU代替,，即得下式： BODt?BODu(1?ek1?t) （6-5） 即得5日生化需氧量和总需氧量之间的换算关系式： o因20C时，k1（6-6） ?0.23，则可得到： BOD5?0.68BODu 环境工程中，用污泥负荷来表示有机物（底物）的降解速率，是特定工艺处理能力的度量参数。在工程设计中，在确定生物反应器的容积及排泥量等关键数据时，污泥负荷是重要的设计参数，其值的选取直接关系到整个工程的造价。根据工程参数所确定的污泥负荷定义式如下： N?Q(S0?Se)(S0?Se)? （6-7） XVXt 式中：N—污泥负荷，单位kg/kgVSS﹒d V—反应器的有效容积，单位m 污泥负荷即底物比降解速率，其函数关系式也可写作 3 N??max 二、微生物增殖 S?k2S （6-8） ks?S 有机底物经过微生物降解作用后，其中一部分经氧化产能代谢为H20和CO2、小分子的有机物等，一部分则通过微生物合成作用转变为新的细胞物质，表现为微生物的增殖，同时微生物还通过内源呼吸作用而不断衰亡，表现为污泥的衰减。所以底物降解和微生物增殖之间存在着必然联系。生物反应系统需要根据微生物的增殖速率来确定泥龄、进而确定剩余污泥排放量等重要数据，所以其相互之间的关系可用下式表示： dXdS?Y?Kd （6-9） XdtXdt dX-1—微生物比增殖速度，单位 d Xdt dS-1 —底物比降解速度,单位 d Xdt 其中： Y—产率系数，单位 kgVSS/kgBOD5 Kd —污泥衰减系数，单位 d -1 环境工程中微生物的比增殖速率一般用通过泥龄来确定，泥龄的倒数即为微生物比增殖速率： dX1? （6-10） Xdt?c 其中：?c—泥龄，即污泥停留时间，d 泥龄可通过负荷确定，泥龄和负荷之间的关系可推导如下： 在体积为V的反应器内，1d的污泥增量(即剩余污泥量)为： ?X?YQ(S0?Se)?KdVX （6-11）错误！未找到引用源。 两边同除VX，则得： Q(S0?Se)?X?Y?Kd VXVX 因 ：?c?VX ?X N?Q(S0?Se) （6-12） VX 则得：1 ?c?YN?Kd （6-13） 上式将工程上的负荷和泥龄联系起来，其实质类同与式（6-9），即底物比降解速率和微生物比增殖速率之间的关系。在工程设计时