《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,S yX + 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 ：S yX + 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,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 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 sKm 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：,