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文档简介
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:,
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