废水生物处理第五章生物处理化学计量学和动力学精编

1、废水生物处理废水生物处理东南大学研究生课程东南大学研究生课程 主讲：李先宁主讲：李先宁5.1 化学计量学和广义反应速率化学计量学和广义反应速率5.2 细胞生长与基质利用细胞生长与基质利用5.3 维持、内源代谢、衰减、溶胞和死亡维持、内源代谢、衰减、溶胞和死亡5.5 颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解5.7 磷的吸收和释放磷的吸收和释放第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学5.8 化学计量式简化及其应用化学计量式简化及其应用5.4 溶解性微生物产物的生成溶解性微生物产物的生成 5.6 氨化和氨的利用氨化和氨的利用5.1 化学计量学和广

2、义反应速率化学计量学和广义反应速率 1 化学计量学：化学计量学：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学组分a氧化态变化cod当量b微生物c5h7o2n c至+1.42gcod/g c5h7o2n1.42gcod/g vss； 1.20gcod/g tss；氧（作为电子受体） o（0）至o（-）-1.00gc

3、od/g o2c硝酸根（作为电子受体）n（+）至n（0）-0.646gcod/g no3-；-2.86gcod/g n亚硝酸根（作为氮源）n（+）至n（-）-1.03gcod/g no3-；-4.57gcod/g n硫酸根（作为电子受体）s（+ ）至s（- ）-0.667gcod/g so42-；-2.00gcod/g s二氧化碳（作为电子受体） c（ + ）至c（- ）-1.45gcod/g co2；-5.33gcod/g c第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学组分a氧化态变化cod当量bco2、hco3-、h2co3没有变化0.00生活污水有机物c10h19o

4、3nc至+ 1.99gcod/g有机物蛋白质c16h24o5n4c至+ 1.50gcod/g蛋白质碳水化合物ch2oc至+ 1.07gcod/g碳水化合物油脂c8h16oc至+ 2.88gcod/g油脂乙酸ch3coo-c至+ 1.08gcod/g乙酸丙酸c2h5coo-c至+ 1.53gcod/g丙酸苯甲酸c6h5coo-c至+ 1.98gcod/g苯甲酸乙醇c2h5ohc至+ 2.09gcod/g乙醇乳酸c2h4ohcoo-c至+ 1.08gcod/g乳酸第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学组分a氧化态变化cod当量b丙酮酸ch3cocoo-c至+ 0.92g

5、cod/g丙酮酸甲醇ch3ohc至+ 1.50gcod/g甲醇nh4+no3-n（- ）至n（+）3.55gcod/g nh4+，4.57 g cod/g nnh4+no2-n（- ）至n（+ ）2.67gcod/g nh4+，3.43 g cod/g nno2- no3-n（+ ）至n（+）0.36gcod/g no2- ，1.14 g cod/g ns so42-s（0）至s（ + ）1.50gcod/g sh2s so42-s（-）至s（ + ）1.88gcod/g h2s，2.00gcod/g s第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化

6、学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学 2 广义反应速率：广义反应速率：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学11221( 1)()()()()kkmkkmrrrrrr+=- y- yyy第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化

7、学计量学和动力学 3 多重反应多重反应矩阵法：矩阵法：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学11 ,11 , 11 ,10)()()() 1(raaaammkkkk 22,12, 112, 10)()() 1()(raaaammkkk nmknkknknraaaa0) 1()()()(1, 1,1, 1 ij第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学jnjjiirr1,5.2 细胞生长与基质利用细胞生长与基质利用 1 细胞生长的一般方程：细胞生长的一般方程：第五章第五章 生物处

8、理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学反应序号细菌细胞的合成反应（rc）以氨为氮源1. （1/20）c5h7o2n+（9/20）h2o以硝酸根作为氮源2. （1/28 ）c5h7o2n+（11/28 ）h2o电子受体的反应（ra）o23. （1/2）h2o硝酸根4. 1/10n2+3/5h2o硫酸根5. 1/16h2s + 1/16hs-+1/2h2o半反应=（1/5）co2+（1/20）hco3-+1/20nh4+h+e-=1/28no3-+5/28co

9、2+29/28 h+e-=1/4o2+ h+e-=1/5no3-+ 6/5 h+e-=1/8so42-+19/16 h+e-第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学反应序号co2（产甲烷）6. 1/8ch4+1/4h2o电子供体的反应（rd）有机电子供体（异养反应）：生活污水7. 1/50c10h19o3n+9/25h2o蛋白质（氨基酸、蛋白质、含氮有机物）8. 1/66c16h24o5n4+27/66h2o碳水化合物（纤维素、淀粉、糖类）9. 1/4ch2o+1/4h2o油脂（脂肪和油类）10. 1/46c8h16o + 15/46h2o半反应=1/8co2+h+e

10、-=9/50co2+1/50nh4+1/50hco3- +h+e-=8/33co2+2/33nh4+ 31/33h+e-=1/4co2+ h+e-=4/23co2+ h+e-第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学反应序号乙酸11. 1/8 ch3coo-+3/8h2o丙酸12. 1/14 ch3ch2coo-+5/14h2o苯甲酸13. 1/30 c6h5coo-+13/30h2o乙醇14. 1/12 ch3ch2oh+1/4h2o乳酸15. 1/12ch3ch2ohcoo-+1/3h2o丙酮酸16. 1/10ch3cocoo-+ 2/5h2o半反应=1/8co2+

11、1/8hco3-+h+e-=1/7co2+1/14hco3- +h+e-=1/5co2+1/30hco3- +h+e-=1/6co2+h+e-=1/6co2+1/12hco3-+ h+e-=1/5co2+1/10hco3-+ h+e-第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学反应序号甲醇17. 1/6 ch3oh+1/6h2o无机电子供体（自养反应）18. fe 2+19. 1/8 nh4+ +3/8h2o20. 1/6 nh4+ +1/3h2o21. 1/2 no2-+1/2h2o22.1/6s+ 2/3h2o23. 1/16 h2s+1/16hs-+1/2h2o24

12、. 1/8 s2o32-+5/8h2o25. 1/8so32-+1/2h2o26. 1/2h2半反应=1/6co2+h+e-=fe 3+ +e-=1/8no3-+5/4h+e-=1/6no2-+4/3h+e-=1/2no3-+h+e-=1/6so42-+ 4/3h+e-= 1/8so42-+ 19/16h+e-= 1/4so42-+ 5/4h+e-=1/2so42-+ h+e-=h+e-第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学csaedrfrfrr0 . 1seff第五章第五章 生物处理化学计量学和动力

13、学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学5.2 细胞生长与基质利用细胞生长与基质利用 2 以氨作为氮源的异养菌的好氧生长：以氨作为氮源的异养菌的好氧生

14、长：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学0.711.000.710.29deascsherrfrfrfyf0.290.71dacrrrr222221114441124darch oh ocoherh oohe第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学572223491202011152020crc h o nh ocohconhhe222222340.250.250.250.290.07250.290.290.1450.710.1420.03550.03550.710.71d

15、acrch oh ocoheroheh orcohconhhe57220.03550.3195c h o nh o 第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学 22430.250.07250.03550.0355rch oonhhco572220.03550.1080.2145c h o ncoh o 2243572220.290.1420.1420.1420.4320.858ch oonhhcoc h o ncoh o257220.290.71oc h o ncodch ocod 第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学5.2 细胞生长与基质

16、利用细胞生长与基质利用 3 细胞生长动力学：细胞生长动力学：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学ncodohcoocodch2752271. 0)29. 0(hbhohsxysys,)1 () 1 (第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学0)1 ()1() 1(,hbhohsxysys0)1()1()1(,hbohhshxsyysyrryyryrxbhhsohss1)1()1()1(第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学bxbxrbxbxr5.2 细胞生长与基质利用细胞生长与基质利用 4 基质浓度对基质浓度对

17、的影响：的影响：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学图图5-1 比生长速率系数与非抑制性基质浓度间的典型关系比生长速率系数与非抑制性基质浓度间的典型关系第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学ssssks第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学 sk第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学图图

18、5-2 比生长速率系数与抑制性基质浓度之间的典型关系比生长速率系数与抑制性基质浓度之间的典型关系第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学21/ssssskssk第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学*0.51*0.512(/)1()ssskkskk第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学*11/nismissiisssskss5.2 细胞生长与基质利用细胞生长与基质利用 5 比基质去除

19、速率：比基质去除速率：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学bssxyr)/(rryyryrxbhhsohss1)1()1()1(bxbxr第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学y/qyq/sekqk/q5.2 细胞生长与基质利用细胞生长与基质利用 6 多重限制性营养物：多重限制性营养物：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量

20、学和动力学121122ssssssssksks第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学121122min,ssssssssksks第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理

21、化学计量学和动力学snoiossnonoioiosssksksks第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学图图5-3 氨氮和溶解氧浓度对自养硝化细菌比生长速率的影响氨氮和溶解氧浓度对自养硝化细菌比生长速率的影响第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和

22、动力学生物处理化学计量学和动力学5.3 维持、内源代谢、衰减、溶胞和死亡维持、内源代谢、衰减、溶胞和死亡 1 传统模式：传统模式：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学图图5-5 细胞衰减和细胞活性损失的传统模式示意图细胞衰减和细胞活性损失的传统模式示意图第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学

23、计量学和动力学bxbxbrxddbrb fx21()1()sodbdbrfb xcodfb xo 单位是单位是第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学/snhnxbnxddbriifb x第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学5.3 维持、内源代谢、衰减、溶胞和死亡维持、内源代谢、衰减、溶胞和死亡 2 溶解再生长模式：溶解再生长模式：第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章

24、 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学codfcod)f-1coddd细胞残留物颗粒态基质（细胞（5.60）df第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学)fi -idn/xdn/xb（第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学blxbxbrbdlxdxfbrbldxsx)bf1 (rbldxd/nxb/nxnsx)bfii (r第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学dfdfdfdf第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量

25、学和动力学dfdfbfbfdldddd)ffy1y1(f)f-y(1-1bbdldfdf第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学5.4 溶解性微生物产物的生成溶解性微生物产物的生成第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学mpmphbhomphssyxysyys,)1 () 1 (5.4 溶解性微生物产物的生成溶解性微生物产物的生成第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学0)1()1()1(,mphmphbohmphshsyyxsyyysyxbhmpsmpryyr)/(hbhmpsmpxyyr,)/(与5.4 溶解性微

26、生物产物的生成溶解性微生物产物的生成第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学当量电子受体的（细胞2mpdo)ff-1codcodfcodfmpd溶解性产物细胞残留物hbmpsmpxfbr,mpfdf5.4 溶解性微生物产物的生成溶解性微生物产物的生成第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学5.5 颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学5.5 颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学

27、生物处理化学计量学和动力学hbhbsxhbshxsxxxkxxkr,)/(/5.5 颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解 第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学5.5 颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解颗粒态有机物和高分子量有机物的溶解第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学xssnsxnssnsrxxrr)/(5.6 氨化和氨的利用氨化和氨的利用第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处理化学计量学和动力学第五章第五章 生物处理化学计量学和动力学生物处