第二篇 反应动力学基础.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 S → y?X + z?P 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 ：S → y?X + z?P 零级反应：v=-k 一级反应：v=-kρA 二级反应：v=-kρA2 米氏方程式 底物浓度对酶反应速度的影响 中间产物学说 S ＋ E 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 ρs－底物浓度 Km－米氏常数 米氏常数Km 当vmax/v＝2或v=1/2vmax时，Km=ρs， 即Km是v=1/2vmax时的底物浓度，又称半速度常数 底物浓度ρs很大 ρs》Km v=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ρs较小 ρs《Km 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 μ－微生物比增长速度， 莫诺特方程式: 当μ＝1/2μmax时，Ks的值等于当时的ρs值，称为半速度常数。 μmax－μ的最大值，底物浓度很大，不再影响微生物增长速度时的μ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，ρs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 ρx－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 μ＝Y.q 以及μmax＝Y.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ρn， 则 ρ－不可生物降解与可生物降解物质总浓度，mg/l *