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【技术资料】活性污泥反应动力学原理的基础


来源:  作者:  日期:2009-05-19 16:48:29

第三节 活性污泥法的反应动力学原理及其应用

活性污泥法反应动力学可以定量或半定量地揭示系统内有机物降解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行参数以及环境因素之间的关系。

它主要包括:① 基质降解的动力学,涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系;② 微生物增长动力学,涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系;③ 还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。

在建立活性污泥法反应动力学模型时,有以下假设:① 除特别 说明外,都认为反应器内物料是完全混合的,对于推流式曝气池系统,则是在此基础上加以修正;② 活性污泥系统的运行条件绝对稳定;③ 二次沉淀池内无微生 物活动,也无污泥累积并且水与固体分离良好;④ 进水基质均为溶解性的,并且浓度不变,也不含微生物;⑤ 系统中不含有毒物质和抑制物质。

一、活性污泥反应动力学的基础——米—门公式与莫诺德模式

1、米—门公式

    Michaelis—Menton提出酶的“中间产物”学说,通过理论推导和实验验证,提出了含单一基质单一反应的酶促反应动力学公式,即米—门公式:

 

式中: ——酶促反应中产物生成的反应速率;

      ——产物生成的最高速率;

       ——米氏常数(又称饱和常数,半速常数);

       ——基质浓度。

中间产物学说:

米门公式的图示:

2、莫诺德模式

① 莫诺德模式的基本形式:

Monod于1942年和1950年曾两次进行了单一基质的纯菌种培养实验,也发现了与上述酶促反应类似的规律,进而提出了与米门公式想类似的表达微生物比增殖速率与基质浓度之间的动力学公式,即莫诺德模式:

 

式中:  ——微生物的比增殖速率, ;

        ——基质达到饱和浓度时,微生物的最大比增殖速率,

        ——反应器内的基质浓度,mg/l;

        ——饱和常数,也是半速常数。

随后发现,用由混合微生物群体组成的活性污泥对多种基质进行微生物增殖实验,也取得了符合这种关系的结果。

可以假定:在微生物比增殖速率与底物的比降解速率之间存在下列比例关系:

 

则与比增殖速率相对应的比底物降解速率也可以用类似公式表示,即: 

式中:  ——比底物降解速率( );

       ——底物的最大比降解速率;

       ——限制增殖的底物浓度;

       ——饱和常数。

对于废水处理来说,有机物的降解是其基本目的,因此上式的实际意义更大。

② 莫诺德模式的图示:

③ 莫诺德方程式的推论:

1) 在高底物浓度的条件下,即 >> ,呈零级反应,则有:          

2) 在低底物浓度的条件下,即 << ,则:

 

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