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2.Monod方程式是一个用来表示使废水生物处理系统中微生物生长动力学的方程式,为什么说um和KS未必是一个常数?
1942年Monod提出了微生物增长动力学表达式:
u—微生物比增长速度,即单位时间内单位质量微生物的增长量;
S—基质浓度;
um—在饱和浓度种微生物的最大比增长速度;
KS—饱和常数,其值等于时u=
um的基质浓度;
表达式中um和KS未必是一个常数。
因为莫诺德方程式是从生长在单一有机物上的纯细菌培养的实验上推导出来的,但是当我们研究废水生化操作中的微生物生长时,应考虑两个复杂因素,第一个因素是废水并不是一种单一的有机化合物,相反废水是含有多种化合物的混合物。
第二个因素是生化操作包含着复杂的微生物群落,而不是单一的微生物,这些微生物群落长期处在微生物数量相对不变的不断流动状态中,这会给观察到的动力学带来很大的影响,所以生长常数很少是“恒定”
不变的。
培养条件对微生物群落也有一定的影响,从连续培养中所获得的培养动力学参数(um、KS)实际上是从许多占优势的微生物种类中得到的平均值。
所以认为um值和KS值有一个变化的幅度,而不是单一的量值。
3.酶促反应的可逆抑制作用分为竞争性的和非竞争性的,他们分别影响米—门公式中的那些常数?
米—门公式是根据酶和基质作用时形成的各种曲线特征拟和出来的反应速度和基质浓度关系的方程式,其表达式为:
v—微生物比增长速度,即单位时间内单位质量微生物的增长量;
vm—在饱和浓度种微生物的最大比增长速度;
Km—饱和常数,其值等于时v=
vm的基质浓度;
此关系式是酶促反应动力学的基本公式。
酶促反应的可逆抑制作用有竞争性抑制和非竞争性抑制,竞争性抑制剂的作用机理为:
当酶抑制剂形成时,基质就不能与酶反应,所以就没有产物形成,此时的米-门常数可表示为:
Km1=Km(1+CI/KI),由此公式可见米-门常数增大。
同时在酶促反应的可逆抑制作用中,竞争性抑制与基质浓度有关,竞争性抑制剂与酶作用形成酶抑制剂,占据了酶与反应物作用的活性中心,从而抑制了反应物与酶的结合,当基质浓度增加到某一限值时,竞争性抑制剂可借助于基质浓度而使其抑制作用逆转,此时,抑制剂已不再对反应具有抑制作用,它将让位于高浓度的反应物,它不会对反应速度造成什么影响。
由以上分析可见,竞争性抑制剂会影响米-门公式当中的参数Km,其值将会增大,而不会影响参数vm。
对于非竞争性抑制剂,其与酶的结合部位不是酶的竞争部位,这种抑制作用不能用增加基质浓度的方式使其逆转,这类抑制剂一旦产生作用。
会使酶的活性大大降低,从而使酶与反应物的反应速度大大降低,米-门公式中的参数vm会受到影响,其值会减小,而参数Km不会受到影响。
4.在一定范围内细胞生长率和基质的去除率是一级反应,基质的减少是否是造成细胞死亡的唯一原因?
在一定范围内细胞的生长率与基质的去除率是一级反应关系,但基质的减少并不是细胞死亡的唯一原因,因为这一结论的得出是以维持厌氧系统高效、稳定运行的一系列控制条件都得到满足为前提条件的,而这一系列的控制条件都是影响细胞生命活动的重要因素。
这一系列的控制条件包括各种物理、化学以及工艺条件,物理化学条件方面有氧化还原电位、温度及PH值,低的氧化还原电位是厌氧微生物赖以生存的前提条件,适宜的温度是厌氧消化高效进行的条件,而合适的PH值是厌氧消化稳定运行的条件。
在工艺条件方面主要有源水质,微生物浓度,有机物负荷率、污泥停留时间及水力停留时间,所有这一系列因素都是影响细胞生命活动的重要因素,任何一个条件控制不当都会造成细胞的死亡。
5.对于间歇式和连续式反应器,其工艺特征有什么区别?
对于连续式完全混合反应器,其工艺特征如下:
连续进水(流量Q,有机物浓度S0)连续搅拌混合,连续出水(流量Q1,有机物浓度Se);
①由于连续搅拌混合,反应器内的水质与出水水质相同,其有机物浓度均为S,微生物浓度均为X;
②如欲维持反应器内的微生物量不变,必要的条件是反应器内每天的微生物净增量应等于每天的排出量,否则微生物量将不断将小,难以维持稳态运行;
③若反应器的体积位V,其水力停留时间t与污泥停留时间tc相等。
由于连续式反应器处理效率不高,为了克服这一缺点,出现了一种比较适用的间歇式反应器,其工艺特性与连续式反应器的区别主要有一以下几点:
①间歇式进水和出水,进水和工作时连续搅拌混合,排水前停止搅拌,进行泥水分离,然后从上清液层排水,由此知反应物浓度Sm是一个变值,其值介于近水浓度S0和出水浓度Se之间;
②反应器内微生物浓度远大于出水中微生物的浓度,其污泥停留时间t远大于水力停留时间tc。
6.如何使一个完全厌氧消化系统尽可能在高效、稳态下运行?
厌氧过程是一个复杂的生物化学过程,要使这个过程高效而稳定的运行,必须要及时的计量和检测有关参数并根据结果对系统进行调试,使之处于最佳状态。
厌氧消化系统要测定的参数大致可分为两类:
一类为反应基质浓度和产物浓度的项目,另一类为反应环境条件的项目。
①有机物:
有机物含量的多少常以生化需氧量(BOD)或化学需氧量(COD
)表示;
②沼气:
有机物厌氧消化的最终产物是沼气,沼气测定的两项指标是产气量和甲烷含量;
③环境条件:
包括物理项目、化学项目,物理项目是指温度,化学项目有氧化还原电位,PH值、挥发性脂肪酸和碱度四项值;
④营养项目:
测定氮和磷的含量;
⑤抑制项目:
厌氧消化系统是否存在抑制物要根据原废水的化验报告及化学物质的浓度来测量。
只有通过对这一系列的项目进行准确、及时的监测,使其值都保持在最佳范围内,厌氧消化系统才能高效、稳定的运行。
7.试解释下列观测结果对厌氧反应器来说分别意味着什么?
①挥发性酸的浓度增加;
②挥发性酸的浓度迅速上升,同时甲烷产率有所上升;
③甲烷产率和挥发性酸的浓度同时下降。
①在一般厌氧反应器中同时生长着差别较大的产酸和产甲烷细菌,它们必须按顺序作用才能完成厌氧反应的整个过程,这样环境条件的改变很容易造成两者的不均衡,使反应器的性能遭到破坏,当反应器的负荷率增加时,使产酸细菌繁殖率增高,这样就造成了挥发性酸的积累,从而在反应器内造成恶性循环,使系统性能遭到破坏,会引起整个厌氧过程的中止。
②挥发性酸的浓度迅速上升,同时甲烷产率也有所上升,甲烷产率未下降,这一事实表明甲烷产率尚未受到抑制,从而意味着两种微生物群体的不平衡是产酸细菌的活性率的增加而引起的,这种不平衡可通过调整进料率予以调整。
1如果甲烷产率降低,同时挥发性酸的浓度也有所下降,这种情况通常意味着整个系统遭到某种物质的抑制,从而使产甲烷菌和产酸菌同时遭到破坏,从而使甲烷产率降低,挥发性酸的浓度也有所下降,这种抑制物可能是重金属或硫化物。
8.采用单纯的水解(酸化)系统处理某种生物难降解的工业废水,其出水的BOD5比进水的高还是低?
答:
出水BOD5比进水BOD5高。
因为废水属于生物难降解的水,它经过水解、酸化后,一些在五天内难以全部测出BOD值的物质,被转变为易于生物降解的物质,致使工作状态良好的水解反应器其出水溶解态BOD将明显高于进水。
9.举两到三个污水生物处理工艺,论述其动力学应用。
AB法污水生物处理工艺:
AB法工艺的应用:
AB法污水处理工艺开始是为生活污水的处理而开发的,但实际上它也适合于含有大量工业废水的城市污水处理,对于多种工业废水也适用,国内外的许多研究已表明了这一点。
国内近几年开展AB法研究的单位日趋增多,但公开报道研究成果的却较少,对AB法的研究主要在运行效果,工艺机理和对不同废水的处理效果的研究。
SBR法污水生物处理工艺如下图:
SBR工艺应用:
SBR法工艺操作简单,造价低,有良好的处理效果,有良好的脱氮、除磷功能,以及良好的污泥沉降性能,对进水的水质水量有较好的适应性,SBR法适合于有较多工业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理,目前已在欧美等国家应用,国内已开始对此进行研究,并逐步在制药、啤酒印染等工业行业废水处理的世纪工程中到应用。
10.论述废水生物处理脱氮、除磷技术中集中新工艺的原理及特征。
法脱氮除磷工艺:
工艺原理:
废水首先进入厌氧区,兼性厌氧发酵菌在厌氧环境下将可降解的有机物转化为VFA这类分子量较低的中间产物,聚磷菌将其体内储存的的聚磷盐分解,同时释放出氧能量供好氧聚磷微生物在厌氧“压抑”环境中维持生存,剩余部分可供聚磷菌从环境中吸收VFA一类易降解的有机物之需,并以PHB的形式在体内加以贮存,随后废水进入缺氧区,反硝化菌利用好氧区中回流液的硝酸盐以及废水中的有机质进行反硝化,达到同时除磷脱氮的效果。
工艺特征:
具有同时脱氮除磷功能,因而必须在保证良好的除磷效果的同时,还要保证良好的脱氮效果。
(Bardenpho)脱氮除磷工艺:
原水进入第一厌氧反应器进行脱氮,然后进入第一好氧反应器,其功能主要是去除(BOD),第二厌氧反应器进一步脱氮并释放出磷,第二好氧反应器吸收磷,并进一步去除(BOD),进一步消化,最后进入沉淀池进行泥水分离。
该工艺脱氮出磷效果好,但工艺复杂,反应单元多,运行繁琐,成本高。
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