环境工程原理课件微生物反应器.ppt

四、代谢产物的生成速率 代谢产物的生成速率（两种生成速率之和） 根据生成途径分类 细胞生长偶联产物(growth associated products):与细胞生长有关的产物，生成速率正比于细胞生长速率 非生长偶联产物(non－growth associated products): 与细胞生长无关的产物，其生成速率正比于细胞浓度 式中rp为产物的生成速率，α和β为常数。 rp＝αrx+βX (15.3.62) 第三节 微生物反应动力学 (1) 什么是微生物的比生长速率？ (2) Monod方程中的最大比生长速率和饱和系数各表达什么意义？ (3) 与富营养细胞相比，贫营养细胞的饱和系数有何特点？ (4) 影响以微生物膜表面积为基准的基质消耗速率的主要因素（主要指与微生物膜和基质本身特性有直接关系的主要因素，不包括温度、pH等环境条件）有哪些？ (5) 试比较固体催化剂的有效系数与微生物膜的有效系数的定义有何不同？ 本节思考题 第三节 微生物反应动力学 一、微生物的间歇培养 二、微生物的半连续培养 三、微生物的连续培养 第四节 微生物反应器的操作与设计 本节的主要内容 微生物反应器设计的关键： 确定细胞和基质浓度的随时间/操作条件/反应器体积等的变化方程。 利用的基本关系式 细胞生长速率方程，基质消耗速率方程，细胞物料衡算式，基质的物料衡算式。 第四节 微生物反应器的操作与设计 一、微生物的间歇培养 应用：实验室内的微生物生长特性、生理生化特性、污染物的生物降解研究以及污水的间歇生物处理、有机废弃物的堆肥（固相培养） BOD的测定：可视为微生物的间歇培养过程。 第四节 微生物反应器的操作与设计 （一）微生物的生长曲线(growth curve) 培养时间t lgX (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (i)延滞期 (ii)加速期 (iii)对数生长期 (iv)减速期 (v)稳定期 (vi)死亡期 最大收获量(maximum crop) 第四节 微生物反应器的操作与设计 假设微生物的生长符合Monod方程，且细胞产率系数Yx/s为一常数，上述物料衡算式可表示为： 间歇培养中细胞和基质的物料衡算式 (15.4.1) (15.4.2) 解联立方程即可求出X和S随时间的变化 但因间歇培养过程中，细胞和基质浓度均随时间变化而变化方程式的解析非常困难，一般需要利用数值解析法。 （一）间歇操作的设计方程 第四节 微生物反应器的操作与设计 设培养过程中μ保持不变，则 第三节 微生物反应动力学 微生物的Logistic增长曲线 时间t X dX/dt=a(Xm-X)X Xm 第三节 微生物反应动力学 （二）微生物生长速率与基质浓度的关系 S：生长限制性基质的浓度(mg/L) μmax ：最大比生长速率(1/h) Ks：饱和系数(mg/L)。Ks与μ＝μmax/2时的S值相等 Monod（莫诺特）方程 第三节 微生物反应动力学 ①随着细胞重量的增加，细胞内所有物质如蛋白质、RNA、DNA、水分等以同样的比例增加，即细胞内各组分含量保持不变。这种生长称为协调型生长(balanced growth)。 ②系统中各细胞具有相同的生理生化特性，或不考虑细胞间的差异，即用平均性质和量来描述。 ③培养系统中只存在一种生长限制性基质，其它成分过量存在且不影响微生物的生长。 ④在培养过程中，细胞产率不变，为一常数。 Monod方程成立的假设条件 第三节 微生物反应动力学 Monod方程与麦氏(Michaelis-Menten)方程的区别 Michaelis-Menten方程中的Ks有明确的物理意义（与基质和酶的亲和力有关），而Monod方程中的Ks仅是一个试验值。 Michaelis-Menten方程有理论推导基础，而Monod方程是纯经验公式，没有明确的理论依据。 第三节 微生物反应动力学 1 2 富营养细胞(Eutroph)与贫营养细胞(Oligotroph)的比较 富营养细胞：Ks值较大，在低基质浓度时的生长速率低。 贫营养细胞：Ks值较小，在低基质浓度时的亦能快速生长。 即能使基质消耗到很低的水平。 环境治理中哪种微生物比较理想？ 第三节 微生物反应动力学 由Monod方程可知，S0，则μ0 实际上, S Smin时， μ＝0 （观察不到微生物的生长） b：自我衰减系数(1/h) 考虑维持代谢时的微生物生长速率方程： 维持代谢(maintenance metabolism) 自呼吸/内源呼吸(endogenous metabolism)现象 该现象由维持代谢或自呼吸/内源呼吸引起 第三节 微生物反应动力学 两种生长限制性基质共存时的生长速率方程 当两种基质S1和S2均为限制性基质时，微生物的