活性污泥法原理模型应用莫诺方程米门方程.docxVIP

比较莫诺方程、米门方程的异同点。

答：莫诺方程和米门方程形式十分相似，但它们表达的意思完全不同。

①莫诺方程：

式中，μ——微生物的比增长速度，即单位生物量的增长速度；

μmax——微生物最大比增长速度；

Ks——半饱和常数，为当时的底物浓度，质量/容积；

S——单一\t/item/%E8%8E%AB%E8%AF%BA%E6%96%B9%E7%A8%8B/_blank限制性底物浓度。

莫诺方程描述的是微生物比生长速度与单一限制性底物存在的关系，适用于单一限制性基质，不存在抑制的情况。

②米门方程：

式中，v——反应速度；

Km——\t/item/%E7%B1%B3%E6%B0%8F%E6%96%B9%E7%A8%8B/_blank米氏常数；

Vmax——酶被底物饱和时的反应速度；

[S]——底物浓度。

米门方程描述的是一个酶促反应的起始速度与底物浓度关系的速度方程，适用于单一基质酶促反应，不存在抑制的情况。

（2）试推导米门方程表达式v=vmax?S/(S+Km)。

答：首先定义[Et]为酶的总浓度，即[Et]=[E]+[ES]；

则ES的生成速率为k1[E][S]=k1([Et]-[ES])[S]；

而ES的分解速率为k-1[ES]+k2[ES]；

根据稳态假说，当反应处于稳态时，ES的生成与分解速率相等，即

k1([Et]-[ES])[S]=k-1[ES]+k2[ES]

经过移项等操作后，可以得到一个关于[ES]的方程，即

[ES]=k1[Et][S]/(k1[S]+k-1+k2)

右边的分式分子分母同时除以k1，可得[ES]/k1=[Et][S]/([S]+(k-1+k2)/k1)

此时将(k-1+k2)/k1定义为米氏常数(Michaelisconstant，Km)，因此方程可写为[ES]=[Et][S]/(Km+[S])

产物的生成速率取决于[ES]，即v=k2[ES]

所以原方程又可以改写为v=k2[Et][S]/(Km+[S])

当酶分子达到饱和，所有酶分子都结合上底物，即[Et]=[ES]时，反应速率达到最大。此时最大反应速率Vmax=k2[Et]，所以原方程又可写为

v=vmax?S/(S+Km)，其中S即为[S].推导完成。

（3）活性污泥经典模型有哪些？分别有什么特点？

答：①ASM系列模型：这种矩阵表达方式，使得模型结构简单，速率表达清晰，化学计量关系准确。目前欧美各国广泛使用的活性污泥各种设计及模拟软件均以此模型作为基础。ASM系列模型的缺点是收集模型所有有效的校准数据的工作量巨大，软件数据包的智能应用需要有高水平的专家经验，开发获取这种专家经验往往比购买软件的使用权还要昂贵得多，只有部分大型专业公司才能定期获得这种专家经验。这些缺点使得ASM系列模型的应用受到了限制。

②二沉池模型：分为经验模型和动态模型。二沉池出水经验模型即是指采用实验研究的方法并运用统计学的思想对实测的出水悬浮固体浓度数据进行拟合，进而得到的出水悬浮固体与进水水质水量及二沉池尺寸之间联系的关系式。动态模型可以分为一维模型、二维模型和三维模型。

经验模型虽然可以在一定程度上对二沉池出水悬浮固体浓度进行预测，但其未考虑实际过程的机理，影响因子涉及得可能不全面，所以其并不能准确地解释出水悬浮固体所发生的变化。但是经验模型对于二沉池的设计具有一定的借鉴价值。二沉池一维动态模型能较好预测出水悬浮物浓度、回流污泥浓度以及污泥层高，主要应用于整个污水处理系统的控制与运行。虽然其在理论研究和工程应用方面都已相当成熟，但还不够完善。一维模型忽略了水力流态对沉淀效果的影响，模拟结果存在一定的局限性，而二维模型的发展在一定程度上弥补了一维模型的不足。

③活性污泥系统综合模型：活性污泥处理工艺有许多种形式（如氧化沟、A/O、SBR等），但根据反应器原理任何一个实际反应器内的流态都可以用N个串联的理想完全混合反应器来表示，从而使实际反应器内的复杂流态（短流、涡流等）简单化，N值可通过示踪方法（或根据经验）确定。

（4）活性污泥ASM1模型的生物学工艺过程有哪些？ASM1、ASM2和ASM3模型有哪些差异和改进？

答：ASM1采用了Dold等人1980年提出的死亡—再生(Death-regeneration)理论对单级活性污泥系统的碳氧化、硝化和反硝化三种主要生物学过程中的相关速率进行了定量描述。它采用了矩阵结构的表达方式，将污水中的组分依据生物反应特性划分为13项，并将微生物的增长、衰减及水解等过程从呼吸过程中电子受体的角度划分为8个过程，对每一个过程的速率描述采用双重Monod模式。1995年，课题组发表了ASM2模型，这是第一个包涵生物和化学除磷过程的计