污水生化反应动力学原理浅析

1.生化反应动力学

有机物在微生物作用下逐步降解转化为无机物，或被比较高级的动植物利用，或生成甲烷、二氧化碳等气体逸出水体，使水中有机污染浓度降低。其降解转化速度的快慢，对污染预测及控制具有重要意义。研究生物降解反应速度与有关因素的关系，尤其是与污染浓度、微生物变化的关系，即生化反应动力学问题。

生化反应动力学主要涉及两个方面的问题：①水中微生物(主要是菌、藻等)的增长规律，它直接影响污染物的降解；②水中有机污染物的降解规律，这是与水质预测直接相关的问题。20世纪50年代以来，国内外一些学者在生化反应动力学方面做过不少工作。这些试验研究大多是在好氧条件下进行的，不过后期实践表明，好氧情况下得到的反应动力学成果也适用于厌氧情况。这些成果中具代表性的是埃肯菲尔德模式(W.W.Eckenfelder，Jr，1955)和劳伦斯—麦卡蒂模式(A.W.Lawrence—P.L.McCarty，1920)。

图7-6　微生物增长曲线

(a)生长率上升阶段；(b)生长率下降阶段；(c)内源代谢阶段

2.埃肯菲尔德模式

埃肯菲尔德模式以间歇性微生物增长试验曲线为依据，如图7-6所示，将微生物在基质 (微生物生存增长所利用的营养体，即有机废水)中的生长过程概括为三个阶段——生长率上升阶段、生长率下降阶段、内源呼吸阶段，并按经验提出各阶段的微生物增长模式。

生长率上升阶段是一个以对数规律增长的阶段，所以又称对数规律增长阶段 [图7-6中曲线的 (a)段]；之后，生化降解的速度开始减小，所以又称减速增长阶段[图7-6中曲线的 (b)段]；最后进入内源呼吸阶段，在这一阶段，组成微生物新的细胞质通过消耗氧也代谢出CO2、H2O、NH3等，还同时放出能量，故又称为内源代谢阶段[图7-6中曲线的(c)段]。(www.xing528.com)

3.劳伦斯—麦卡蒂模式

劳伦斯—麦卡蒂模式以微生物生理学为基础，将莫诺特(J.Monod)方程引入污水控制领域，更深入地说明了微生物生长与有机物降解间的关系。

20世纪40年代初莫诺特在根据单纯基质培养纯菌种的大量试验基础上，提出了莫诺特方程，它是观测微生物比增长速度μ与基质浓度S间的关系曲线，其数学表达式为：

式中 μ——微生物比增长速度，d-1，为微生物浓度增长速度与当时的微生物浓度之比，即 (d X/d t)/X，X为微生物浓度，mg/L；

μm——基质浓度较大时的最大比增长速度，d-1；

KS——半速常数，为μ=μm/2时的基质浓度，mg/L；

S——基质浓度，mg/L。