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1、1Tongji University第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数Tongji University反 应第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数器 类 型Sequencing Batch Reactor2Tongji UniversityTongji University反 应第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数器 类 型连续流完全混合反应器连续流完全混合反应器3Tongji UniversityTongji University反 应第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数器 类 型推流式反应器推
2、流式反应器4Tongji UniversityTongji University反 应第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数器 类 型串联完全混合反应器串联完全混合反应器5Tongji UniversityTongji University第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数反 应 器 类 型填料床反应器填料床反应器6Tongji UniversityTongji University第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数反 应 器 类 型填料床上向流反应器填料床上向流反应器7Tongji University曝气生物滤池剖面曝气生物滤池剖面Tongji Uni
3、versity曝气生物滤池运行曝气生物滤池运行8Tongji University第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数反 应 器 类 型膨胀床或流化床反应器膨胀床或流化床反应器Tongji University三相生物流化床三相生物流化床9Tongji University反 应 器 类 型第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数封闭环流式处理系统流程简图封闭环流式处理系统流程简图封闭环流式反应池结合了推流和完全混合两种流态的特点，污水进入反 应池后，在曝气设备的作用下被快速、均匀地与反应器中混合液进行混合， 混合后的水在封闭的沟渠中循环流动。循环流动流速一般为0.250.
4、35m/s， 完成一个循环所需时间为515min。由于污水在反应器内停留时间为10 24h，因此，污水在这个停留时间内会完成30200次循环。封闭环流式反 应池在短时间内呈现推流式，而在长时间内则呈现完全混合特征，两种流 态的结合，可减小短流，使进水被数十倍甚至数百倍的循环混合液所稀释， 从而提高了反应器的缓冲能力。Tongji University封闭环流式反应池 （封闭环流式反应池 （Closed loop reacter CLR ）10Tongji University生化反应动力学第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数生物化学反应是一种以生物酶为催化剂的化学反应。 污水生物处
5、理过程总是创造合适的环境条件去得到希 望的反应速度。 生化反应动力学目前的研究内容： 1. 底物降解速率与底物浓度、生物量、环境因素等方 面的关系面的关系 2.微生物增长速率与底物浓度、生物量、环境因素等 方面的关系 3.反应机理研究，从反应物过度到产物所经历的途径Tongji University在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最终产物的增加 量或细胞的增加量。在废水生物处理中，是以单位时间里底物的减少或微生 物的增加量来表示生化反应速度。在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最终产物的增加 量或细胞的增加量。在废水生物处理中，是以单位时间里底物的减少或微生 物
6、的增加量来表示生化反应速度。反 应 速 度第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数右图的生化反应可以用下式表示：右图的生化反应可以用下式表示：即即 1dSdXSYXZP+ dXdSYdtdt= 即即该式反映了底物减少速率和细胞增长速率之间的关系，是废水生物处理中研 究生化反应过程的一个重要参数。该式反映了底物减少速率和细胞增长速率之间的关系，是废水生物处理中研 究生化反应过程的一个重要参数。 dtYdt= dXYdS=式中：反应系数又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解 的底物）。式中：反应系数又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解 的底物）。11Tongji University
7、反应速度与一种反应物A的浓度SA成正比时，称这种反应对这 种反应物是级反应反 应 级 数第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数种反应物是一级反应。 反应速度与二种反应物A、B的浓度SA、SB成正比时，或与一 种反应物A的浓度SA的平方SA2成正比时，称这种反应为二级反 应。 反应速度与SASB2成正比时，称这种反应为三级反应；也可称 这种反应是A的一级反应或B的二级反应。这种反应是A的级反应或B的二级反应。一般地：aA+bB gG+hH 如果测得反应速度：vdSA/dt=kSAa SBb a+b=n, n为反应级数Tongji University设生化反应方程式为 SY XZ P+
8、第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数现底物浓度以S表示，则生化反应速度：式中，k为反应速度常数，随温度而异，nSdtSdv=nSkdtSdv=或n为反应级数。上式亦可改写为该式可用图表示，图中直 线的斜率即为反应级数n值。kSnvlglglg+=12Tongji University反应速度不受反应物浓度的影响时，称这种反应为零级反应。 在温度不变的情况下，零级反应的反应速度是常数。 对反应物A而言第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数零级反应（Zero-order Reaction）：0A AdSvkSkdt=k， 0AASSkt=式中：v反应速度； t反应时间； k反
9、应速度常数，受温度影响。 在反应过程中，反应物A的量增加时，k为正值；在废水 生物处理中，有机污染物逐渐减少，反应常数为负值。Tongji University 反应速度与反应物浓度的一次方成正比关系，称这种反应为 一级反应。对反应物A而言 一级反应（First-order Reaction）：第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数,A AAdSvkSkSdt=0lglg2.3AAkSSt=式中：v反应速度； t反应时间； k反应速度常数，受温度影响。 在反应过程中，反应物A的量增加时，k为正值；在废水生物处理中， 有机污染物逐渐减少，反应常数为负值。13Tongji Univers
10、ity反应速度与反应物浓度的二次方成正比，称这种反应为二级 反应。 对反应物A而言第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数对应言 二级反应（Second-order reaction）：22A AAdSvkSkSdt=， 11kt=+式中：v反应速度； t反应时间； k反应速度常数，受温度影响。0AAktSS=+Tongji University温度对反应速度的影响：温度是影响化学反应速度的一个重要因素第四节反应速度和反应级数第四节反应速度和反应级数温度是影响化学反应速度的一个重要因素。一般情况：温度每升高10，化学反应速度增加24倍，生化反应速度增加1倍（适宜温度范围内）。温度对反应
11、速度的影响常用反应速度常数来表示：Arrhenius经验公式：Arrhenius经验公式：k=B e-Ea/RTk2=k1（t2-t1）：1.051.15 14Tongji University第五节 微生物生长动力学第五节 微生物生长动力学第五节微生物生长动力学第五节微生物生长动力学Tongji University1、几个基本概念：1、几个基本概念：在一切生化反应中，微生物的增长是底物降解的结果，彼此之间存在着在一切生化反应中，微生物的增长是底物降解的结果，彼此之间存在着个定量关系个定量关系如以如以dSdS（微反应时段微反应时段dtdt内的底物消耗量内的底物消耗量）和和dXdX（dtdt内
12、的微生内的微生第五节 微生物生长动力学第五节 微生物生长动力学一一个定量关系个定量关系。如以如以dSdS（微反应时段微反应时段dtdt内的底物消耗量内的底物消耗量）和和dXdX（dtdt内的微生内的微生 物增长量）之间的比例关系值，通过下式表示之：物增长量）之间的比例关系值，通过下式表示之：式中： Y 产率系数； X微生物浓度。式中： Y 产率系数； X微生物浓度。dXYdS=/ /XsrdXdtYdS dtr=/ /XsrXYrXq=或或或或XdXrdt=SdSrdt=Xr X=SrqX=底物降解速率底物比降解速率微生物增长速率微生物比增长速率底物降解速率底物比降解速率微生物增长速率微生物比
13、增长速率15Tongji University污泥泥龄（c c）： 污泥泥龄污泥泥龄（c c），），或称生物固体停留时间（Solids Retention 或称生物固体停留时间（Solids Retention Time SRTTime SRT）定义定义：第五节 微生物生长动力学第五节 微生物生长动力学TimeTime, , SRTSRT）定义定义：TT ctXX )/()( =系统总污泥量：系统总污泥量：XVXV，有时可分别计算总泥龄，好氧段泥龄等，有时可分别计算总泥龄，好氧段泥龄等 排泥量包括剩余污泥和排泥量包括剩余污泥和二二沉池溢流带出的悬浮固体沉池溢流带出的悬浮固体：排泥量包括剩余污泥
14、和沉池溢流带出的悬浮固体排泥量包括剩余污泥和沉池溢流带出的悬浮固体 故污泥龄可以表达为：故污泥龄可以表达为：rwewcXQXQQXV +=)(Tongji University1913年MichaelisMenten提出的表示酶促反应速度与底物浓度关系：1913年MichaelisMenten提出的表示酶促反应速度与底物浓度关系：2、Michaelis-Menten方程：2、Michaelis-Menten方程：S第五节 微生物生长动力学第五节 微生物生长动力学max mSvvKS=+3、Monod方程：3、Monod方程：S1942年Monod提出的表示微生物比增长速率与底物浓度关系：194
15、2年Monod提出的表示微生物比增长速率与底物浓度关系：max SS KS=+另外常用有：Eckenfelder(1955年)、Mckinny(1961年)和Lawrence-McCarty(1970年)活性污泥法方程。另外常用有：Eckenfelder(1955年)、Mckinny(1961年)和Lawrence-McCarty(1970年)活性污泥法方程。16Tongji Universitymax sS kS=+第五节 微生物生长动力学第五节 微生物生长动力学Tongji University 米氏常数或Monod常数的测 定对于一个酶促反应的Km值的确定方法很多。实验中即使用很高的底物
16、浓度也只能得到近似的v值而达不到真正的v值因而也测不到准确的第五节 微生物生长动力学第五节 微生物生长动力学度，也只能得到近似的vmax值，而达不到真正的vmax值因而也测不到准确的 Km值，为了得到准确的Km值，可以把米氏方程的形式加以改变，使它成为 直线方程式的形式，然后用图解法定出Km值。目前，一般用的图解求Km值法为Lineweaver-Burk作图法或称双倒数作图 法。此法先将米氏方程改写成如下的形式，即：111mK+实验时，选择不同的S，测定对应的v。求出两者的倒数作图即可得出如 图中的直线。量取直线在两坐标轴上的截距1/vmax和 -1/Km，就可以求出Km 的值及vmax值。maxmaxm vvSv=+17Tongji University第五节 微生物生长动力学第五节
