污水生化反应动力学探究

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）增长速率；②水中有机污染物的降解速率。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，不过后来的实践表明，好氧情况下得到的反应动力学成果也适用于厌氧情况。这些成果中比较有代表性的是劳伦斯—麦卡蒂模式（A.W.Lawrence—P.L.McCarty，1920）。他们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，以下着重介绍这种模式。

4.1.4.1　微生物增长速率方程——莫诺特方程

该方程是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的。如图4-6所示，是观测微生物比增长速率μ与基质浓度S间的关系曲线，类似于米氏酶促反应方程，其数学表达式为

图4-6　莫诺特关系曲线

4.1.4.2　基质降解速率方程

根据实验，微生物增长与其消耗基质之间存在下面的关系

式中：y0称产量常数，系消耗单位浓度的基质而增长的微生物浓度，于是有(www.xing528.com)

由此得如下的基质降解速率方程

当基质浓度很高时，KS相对于S甚小，可以不计，由上式可得

表明高基质浓度时，有机物的降解速度与基质浓度无关，近似与微生物浓度成比例。

当基质浓度较低时，S与KS相比甚小，可以忽略不计，由式（4-21）可得

这种情况下微生物浓度相对已经比较高，养料则较少，其增长速率很小，微生物量基本维持稳定，所以可以近似看作是一级反应动力学问题，即