胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第十四章 微生物反应器【圣才出品】
环境工程原理胡洪营教学大纲
环境工程原理胡洪营教学大纲环境工程专业核心课程教学基本内容之三环境工程原理教学基本内容一、绪论1.污染控制技术体系水污染控制技术体系大气污染控制技术体系固体废物处理处置技术体系2.污染控制技术原理的基本类型二、质量衡算与能量衡算1.常用物理量(1)常用物理量及单位换算计量单位（国际单位制）常用物理量的单位换算因次和无因次准数(2)常用物理量及其表示方法浓度流量流速通量的表示方法2.质量衡算(1)衡算系统的概念衡算系统衡算对象衡算基准(2)总质量衡算方程3.能量衡算(1)总能量衡算方程(2)热量衡算方程封闭系统的热量衡算开放系统的热量衡算三、 *流体流动1.管流系统的衡算方程(1)质量衡算方程管流系统的总衡算方程不可压缩流体管内流动的连续性方程(2)能量衡算方程总能量衡算方程机械能衡算方程不同基准的机械能衡算方程形式(3)机械能衡算方程的应用2.流体流动的内摩擦力牛顿粘性定律动力粘性系数牛顿流体流动状态对剪切应力的影响3.边界层理论(1)边界层理论边界层理论要点平板上和圆直管内边界层的形成过程边界层的厚度进口段长度(2)边界层分离边界层分离的概念分离的条件及影响分离点的影响因素4.流体流动的阻力损失(1)阻力损失的种类摩擦阻力形体阻力产生的原因和影响因素(2)圆直管内流动的沿程阻力损失范宁公式摩擦系数/范宁摩擦因子层流流动的速度分布和阻力损失湍流流动的速度分布和阻力损失(3)管道内的局部阻力损失局部阻力系数当量长度5.管路计算简单管路分支管路并联管路的特点和计算6.流体测量测速管孔板流量计文丘里流量计和转子流量计的原理及计算四、热量传递1.热量传递的方式热传导对流传热辐射传热(1)傅立叶定律傅立叶定律导热系数导温系数(2)通过壁面的稳定热传导通过平壁和圆管壁的热传导速率方程串联热阻叠加原则接触热阻3.对流传热(1)对流传热机理传热边界层边界层厚度影响对流传热的因素(2)对流传热速率牛顿冷却定律*对流传热系数（管内强制对流大空间自然对流蒸气冷凝）(3)保温层的临界直径(4)间壁传热过程总传热速率方程总传热系数对流传热控制平均温差计算*传热单元数法4.辐射传热(1)辐射传热的基本概念热辐射辐射传热物体的辐射能力单色辐射能力最大单色辐射能力的波长与温度的关系(2)黑体和灰体的辐射能力斯蒂芬－波尔茨曼定律黑度克希霍夫定律物体间的辐射传热速率(3)气体热辐射的特点5.换热器(1)换热器的分类与结构形式(2)间壁式换热器的类型与结构(3)强化传热的途径五、质量传递(1)传质机理分子扩散涡流扩散(2)分子扩散费克定律分子扩散系数及其影响因素2.分子传质(1)单向扩散费克定律的普通形式扩散通量浓度分布(2)等摩尔反向扩散扩散通量浓度分布(3)*界面上有化学反应的稳态传质3.对流传质(1)传质机理传质边界层边界层厚度流态对传质的影响(2)单相中对流传质对流传质速率方程等摩尔反向扩散时的传质系数单向扩散时的传质系数(3)*典型情况对流传质系数平板上的湍流传质平板上的层流传质圆管内的层流传质六、沉降1.沉降分离的基本概念(1)沉降分离的一般原理与类型(2)流体阻力与阻力系数单颗粒的几何特性参数流体阻力阻力系数2.重力沉降(1)重力场中颗粒的沉降过程(2)沉降速度的计算试差法摩擦数群法无因次判据(3)沉降分离设备的基本工作原理3.离心沉降(1)离心力场中颗粒的沉降分析(2)旋流器工作原理旋风分离器旋流分流器(3)离心沉降机工作原理4.*其他沉降电沉降惯性沉降七、过滤1.过滤操作的基本概念过滤过程过滤介质过滤分类2.表面过滤的基本理论(1)表面过滤的基本方程表面过滤的基本方程恒压过滤和恒速过滤计算过滤常数的测定(2)*滤饼洗涤洗涤速度洗涤时间(3)*过滤能力计算间歇式过滤机连续式过滤机3.深层过滤的基本理论(1)流体通过颗粒床层的流动混合颗粒的几何特性颗粒床层的几何特性流体在颗粒床层中的流动(2)深层过滤过程中颗粒的运动(3)深层过滤的水力学清洁滤料床层运行过程中滤料床层八、吸收1.吸收的定义及类型2.物理吸收(1)物理吸收的热力学基础气液平衡和亨利定律相平衡关系在吸收过程中的应用(2)物理吸收的动力学基础吸收过程机理双膜理论总传质速率方程传质阻力分析(3)吹脱和汽提过程3.化学吸收(1)化学吸收的特点(2)化学吸收的平衡关系(3)化学吸收的传质速率4.吸收设备的主要工艺计算(1)吸收设备工艺简述填料塔吸收过程的全塔物料衡算操作线方程式与操作线(2)吸收剂用量的计算填料层高度的计算式传质单元数的计算(3)吸收过程的计算类型九、吸附1.吸附分离操作的类型及应用2.吸附剂常用吸附剂的主要特性几种常用的工业吸附剂吸附剂的选择3.吸附平衡(1)吸附平衡与平衡吸附量(2)吸附等温线吸附等温线的类型（气相单组分吸附等温线液相单组分吸附等温线）吸附等温式（Freundlich方程Langmuir方程BET方程）(3)气体混合物吸附平衡4.吸附动力学(1)吸附剂颗粒外表面界膜传质速率(2)吸附剂颗粒内表面扩散速率(3)总传质速率方程(4)吸附扩散速率的计算5.吸附过程与吸附穿透曲线(1)吸附工艺(2)吸附过程(3)吸附穿透曲线十、其它分离过程1.萃取(1)萃取分离的特点(2)萃取过程的热力学基础三角形相图溶解度曲线和联结线杠杆规则分配曲线与分配系数(3)萃取剂的选择萃取剂的选择性系数萃取剂的选择(4)萃取工艺流程与计算单级萃取多级错流萃取多级逆流萃取连续逆流萃取2.膜分离(1)膜分离概述膜分离过程分类膜分离特点膜种类膜材料膜组件型式(2)膜分离中的传递过程膜分离的表征参数膜传递过程的推动力及一般表述膜传递过程模型(3)反渗透和纳滤溶液渗透压反渗透和纳滤过程机理反渗透和纳滤膜过程计算(4)微滤和超滤基本传质理论浓差极化与凝胶层(5)电渗析十一、反应动力学1.反应的计量关系反应式与计量方程反应的分类反应程度与转化率2.反应动力学计算(1)反应速率方程反应速率的表示方法反应速率与转化率的关系反应级数反应速率常数温度对反应速率常数的影响(2)均相反应动力学不可逆单一反应可逆单一反应平行反应串联反应3.*反应动力学解析方法十二、反应器1.反应器分类2.均相反应器(1)间歇反应器基本设计方程图解计算法(2)完全混合流反应器单级反应器多级串联反应器的基本设计方程及图解计算法(3)平推流反应器简单平推流反应器的设计方程和图解计算法循环反应器的操作方法恒容反应系统的基本设计方法3.非均相反应器(1)气(液)-固相催化反应器催化反应固体催化剂及其物理性状催化反应过程反应动力学等温反应器的设计计算(2)气-液相反应器气液相反应过程气液相反应动力学气液相反应的基本方程4.*微生物反应器(1)微生物反应特点特点分类产物影响因素微生物反应的计量关系(2)微生物反应动力学(3)微生物反应器的操作与设计。
胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第七章 过滤【圣才出品】
第七章 过滤7.1 复习笔记【知识框架】沉降分离的一般原理和类型沉降分离的基本概念 单颗粒的几何特性参数 流体阻力与阻力系数 流体阻力 阻力系数 重力场中颗粒的沉降过程 重力沉降 沉降速度的计算沉降分离设备离心力场中颗粒的沉降分析旋风分离器 离心沉降 旋流器工作原理旋流分流器 离心沉降机工作原理电除尘器的原理 电沉降电除尘器的优点其他沉降 惯性除尘器的工作原理 惯性沉降惯性除尘器特点沉降【重点难点归纳】一、过滤操作的基本概念1．过滤过程过滤是分离液体和气体非均相混合物的常用方法。
其基本过程是混合物中的流体在推动力（重力、压力、离心力等）的作用下通过过滤介质时，流体中的固体颗粒被截留，而流体通过过滤介质，从而实现流体与颗粒物的分离。
2．过滤介质①固体颗粒；②织物；③多孔固体；④多孔膜。
3．过滤分类（见表7-1）表7-1 过滤的种类分类标准种类表面过滤表面过滤的过滤机理如图7-1所示，表面过滤（滤饼过滤）通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢、滤饼层容易形成的情况下机理深层过滤深层过滤的现象通常发生在以固体颗粒为过滤介质的过滤操作中，如图7-2所示。
在过滤时，颗粒物随流体可以进入过滤介质层，在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下附着在介质表面上而与流体分开。
深层过滤一般适用于待过滤流体中颗粒物含量少的场合，如水的净化、烟气除尘等推动力①重力过滤；②真空过滤；③压力差过滤；④离心过滤图7-1 表面过滤示意图（a ）滤饼过滤；（b ）架桥现象图7-2 深层过滤示意图二、表面过滤的基本理论1．过滤基本方程（1）表面过滤的基本方程以液相非均相混合物的分离为例，表面过滤的基本方程如下（7-1）（7-2）式中，dt 为微分过滤时间，s ；dV 为dt 时间内通过过滤介质的滤液量，m 3；A 为过滤面积，m 2；K 为过滤常数，m 2/s 。
（2）表面过滤的基本方程含义表示某一时刻过滤速率与推动力、滤饼厚度、滤饼结构、过滤介质特性以及滤液物理性质的关系，是计算过滤过程的最基本的关系式。
胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第十章 其他分离过程【圣才出品】
主要用于水处理，通常用于萃取工业废水中有回收价值的溶解性物质，如
环境工程 从染料废水中提取有用染料、从洗毛废水中提取羊毛脂、从含酚废水中萃
取回收酚等
2．萃取过程的热力学基础
（1）三角形相图
在萃取操作中，三组分混合物的组成通常可以用等边三角形或直角三角形来表示，如
图 10-4 所示。三角形的 3 个顶点 A、B、S 各代表一种纯组分，习惯上分别表示纯溶质相、
子交换树脂对溶液中 B＋的亲和程度和离子交换反应的进行方向。
①一价离子之间的交换
一价离子对一价离子的交换反应通式可以写为
a．当离子交换达到平衡时，平衡常数为
式中，
为树脂相中的离子浓度，kmol/m3；
（10-1） 为溶液中
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的离子浓度，kmol/m3。
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第十章 其他分离过程
10.1 复习笔记
【知识框架】
其他分离过程
离子交换剂概述
离子交换 离子交换基本原理
离子交换速率
萃取分离的特点
三角形相图
萃取过程的热力学基础 溶解度曲线与连接线
萃取
杠杆规则
分配曲线与分配系数
萃取剂的选择
萃取过程的流程和计算
膜分离概述
膜分离过程中的传递过程
反渗透和纳滤
膜分离 微滤和超滤
电渗析
气体膜分离
其他膜分离
渗透汽化
【重点难点归纳】
一、离子交换
1．离子交换剂概述
（1）离子交换剂的分类
离子交换剂一般是指具有离子交换功能的物质，包括有机离子交换剂（天然的和合成
的）和无机离子交换剂（如沸石等）。水处理中常用人工合成的离子交换树脂，其分类见表
环境工程原理第二版胡洪营课后经典习题答案
4.2 某平壁材料的导热系数)1(0aT +=λλ W/(m·K)， T 的单位为℃。
若已知通过平壁的热通量为q W/m 2，平壁内表面的温度为1T 。
试求平壁内的温度分布。
解：由题意，根据傅立叶定律有q ＝－λ·dT/dy即q ＝－λ0（1＋αT ）dT/dy分离变量并积分 整理得此即温度分布方程4.3 某燃烧炉的炉壁由500mm 厚的耐火砖、380mm 厚的绝热砖及250mm 厚的普通砖砌成。
其λ值依次为1.40 W/(m·K)，0.10 W/(m·K)及0.92 W/(m·K)。
传热面积A 为1m 2。
已知耐火砖内壁温度为1000℃，普通砖外壁温度为50℃。
（1）单位面积热通量及层与层之间温度；（2）若耐火砖与绝热砖之间有一2cm 的空气层，其热传导系数为0.0459 W/(m·℃)。
内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？ 解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r 1、r 2、r 3。
（1）由题易得r 1＝b λ＝110.51.4mWm K--＝0.357 m 2·K/W r 2＝3.8 m 2·K/W r 3＝0.272·m 2 K /W所以有q ＝123Tr r r ∆++＝214.5W/m 2由题T 1＝1000℃ T 2＝T 1－QR 1 ＝923.4℃T 3＝T 1－Q （R 1＋R 2）＝108.3℃ T 4＝50℃（2）由题，增加的热阻为r’＝0.436 m 2·K/W q ＝ΔT/（r 1＋r 2＋r 3＋r’） ＝195.3W/m 24.4某一Φ60 mm×3mm 的铝复合管，其导热系数为45 W/(m·K)，外包一层厚30mm 的石棉后，又包一层厚为30mm 的软木。
石棉和软木的导热系数分别为0.15W/(m·K)和0.04 W/(m·K)。
胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第十一章 反应动力学基础【圣才出品】
（4）反应器的开发
包括根据反应动力学特性和其他条件选择合适的反应器形式；根据动力学和反应器的
特性确定操作方式和优化操作条件；根据要求对反应器进行设计计算，确定反应器的尺寸，
并进行评价等。
3．反应器的操作方式
（1）间歇操作与连续操作（见表 11-1）
表 11-1 间歇操作与连续操作对比
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图 11-1 间歇与连续（推流式）反应过程中的浓度变化示意图
（a）间歇反应器；（b）推流式反应器
（2）半间歇操作／半连续操作
原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或输出，而其他成分分批加入或取出的操
作称为半间歇操作或半连续操作。在生物反应器中采用的分批补料操作，是半间歇操作的
指反应物料进入反应器后，能瞬间达到完全混合，反应器内的浓度、温度 等处处相同。全混流可以认为返混为无限大
推流
指物料以相同的流速和一致的方向移动，即物料在反应器内齐头并进，在 径向充分混合，但不存在轴向混合，即返混为零
5．反应器的类型（见表 11-4）
表 11-4 反应器的分类
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第十一章 反应动力学基础
11.1 复习笔记
【知识框架】
反应动力学基础
反应操作
反应器
间歇操作
反应器的操作方式 连续操作
反应器和反应操作
半间歇操作
反应器内物料的流动与混合状态
反应器的类型
反应器的设计
反应器的放大
反应式与计量方程
2．反应器
（1）反应器的定义
反应器是进行化学或生物反应等的容器的总称，是反应工程的主要研究对象。小到实
胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第三章 流体流动【圣才出品】
（3-3） 式（3-3）称为不可压缩流体管内流动的连续性方程。 对于圆形管道，有
2．管流系统的能量衡算方程 （1）总能量衡算方程
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（3-4）
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在流体流动系统中，各种能量相互转换。稳态流动下的能量衡算方程为
输出系统的物料的总能量－输入系统的物料的总能量
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（3-9）
式（3-9）是以 1kg 流体为基准得到的关系式，式中各项的单位为 kJ/kg。
对于理想流体的流动，故∑hf＝0；若无外功加入，We＝0，则
（3-10） 式（3-10）即为伯努利（Bernoulli）方程，式（3-9）又称拓展的伯努利方程。 ③流体静力学基本方程式 式（3-10）表明，各种机械能之间可以相互转化，但总量不变。当体系无外功，且处 于静止状态时，um＝0。无流动则无阻力，即∑hf＝0。则有
A
m
式中，v 为单位质量流体的体积，称流体的比体积或质量体积，m3/kg
因此，单位质量流体的总能量为
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（3-5）
②与环境交换的能量
a．单位质量流体对输送机械所做的功以 We 表示，为正值；若 We 为负值，则表示输
管流系统的流动可以看成是沿管轴方向的一维流动。
（1）衡算系统
取一有限长度段，以该管段内壁面的流体边界及两端截面所包围的区域作为衡算系统，
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其体积为 V，两端的截面面积分别为 A1、A2，进出截面流体的流动方向与截面垂直，如图
胡洪营-环境工程原理答案
胡洪营-环境工程原理答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第I 篇 习题解答第一章 绪论简要概述环境学科的发展历史及其学科体系。
解：环境学科是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。
它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。
环境学科是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此目前有关环境学科的分支学科还没有形成统一的划分方法。
图1-1是环境学科的分科体系。
图1-1 环境学科体系简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。
解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。
图1-2是环境工程学的学科体系。
图1-2 环境工程学的学科体系环境工程学 环境净化与污染控制技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与环境系统工程环境工程监测与环境质量评价水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废弃物处理处置与管理物理性污染控制工程 土壤净化与污染控制技术 废物资源化技术环境学科体系环境科学环境工程学环境生态学环境规划与管理去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。
上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。
空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么解：去除空气中挥发性有机物（VOCs）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。
胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第八章 吸收【圣才出品】
件下，溶质在气液两相中的组成存在某种特定的对应关系，称为相平衡关系。
②亨利定律（见表 8-3）
表 8-3 亨利定律介绍
要点
具体内容
在特定的条件下，溶质在气、液两相中的相平衡关系函数可以表达成比较简单
的形式。比如，在稀溶液条件下，温度一定，总压不大时，气体溶质的平衡分
定义 压和溶解度成正比，其相平衡曲线是一条通过原点的直线，这一关系称为亨利
（2）双膜理论（见表 8-5）
表 8-5 双膜理论
要点
具体内容
①相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧分别有一层虚拟的
气膜和液膜。溶质分子以稳态的分子扩散连续通过这两层膜。
基本 ②在相界面处，气、液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界
论点 面上两相的组成存在平衡关系。
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第八章 吸收
8.1 复习笔记
【知识框架】
吸收的定义和应用
吸收的基本概念
吸收的类型
气—液平衡和亨利定律
物理吸收的热力学基础
相平衡关系在吸收过程中的应用
物理吸收
吸收过程机理
双膜理论
物理吸收的动力学基础 总传质速率方程
传质阻力分析
在一定条件下，一相的实际组成如果等于平衡组成，传质过程就不
定义
会发生，而如果与平衡组成有差距，就会产生传质过程。实际组成 与平衡组成之间的差距越大，传质过程的速率就会越快，通常把这
计算相际传 质过程的推
动力
个差距称为过程推动力
①如用气相和液相的浓度差表示，推动力可以写为 推动
力的
（8-6）
不同 表示 方法
胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第五章 质量传递【圣才出品】
强差等。
3．质量传递的形式
①热扩散，由温度差引起的质量传递；
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②压力扩散，由压力差引起的质量传递；
③强制扩散，由电场或磁场的场强差引起的质量扩散。
一、环境工程中的传质过程 1．吸收与吹脱（汽提） （1）概念 ①吸收 吸收是指根据气体混合物中各组分在同一溶剂中的溶解度不同，使气体与溶剂充分接 触，其中易溶的组分溶于溶剂进入液相，而与非溶解的气体组分分离。 ②吹脱（汽提） 化学工程中将被吸收的气体组分从吸收剂中脱出的过程中，利用空气作为解吸剂时， 称为吹脱；用蒸汽作为解吸剂时，称为汽提。 （2）用途 ①吸收是分离气体混合物的重要方法之一，在废气治理中有广泛的应用； ②解吸是从水中去除挥发性的污染物过程。 2．萃取 （1）概念 利用液体混合物中各组分在不同溶剂中溶解度的差异分离液体混合物的方法。 （2）萃取原理 向液体混合物中加入另一种不相溶的液体溶剂，即萃取剂，使之形成液—液两相，混 合液中的某一组分从混合液转移到萃取剂相。 （3）用途
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第五章 质量传递
5.1 复习笔记
质量传递
【知识框架】
吸收与吹脱
萃取
环境工程中的传质过程 吸附
离子交换
膜分离
费克定律
分子扩散
质量传递的基本原理
分子扩散系数
涡流扩散
单向扩散
分子传质 等分子反向扩散
界面上有化学反应的稳态传质
（2）用途
可以根据气体或液体混合物中各组分在固体上被吸附的程度不同，可使某些组分得到
分离，常用于气体和液体中污染物的去除。
胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第十五章 反应动力学的解析方法【圣才出品】
地认为是反应器进出口的平均浓度
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图 15-1 积分反应器与微分反应器示意图 （a）积分反应器；（b）微分反应器
二、间歇反应器实验及解析方法
1．间歇反应器的动力学实验方法
在保持温度和其他条件恒定的条件下，向反应器中加入一定体积的各组分浓度已知的
台
数与温度的关系，在此基础上求出（表观）活化能。
2．动力学实验数据的一般解析方法
（1）间歇反应动力学实验及其数据的解析方法（见表 15-1）
表 15-1 间歇反应动力学实验及其数据的解析方法
方法
内容
积分法
首先假设一个反应速率方程，求出浓度随时间变化的积分形式，然后把实验得 到的不同时间的浓度数据与之相比较
图 15-4 微分解析法确定 n 级反应速率方程 对于不可逆反应 A＋B→P，若其反应速率是 A 和 B 两个反应物的浓度的函数时，即rA＝kcAaCBb 时，可以利用过量法确定-rA 与各反应物浓度的关系。
三、连续反应器实验及解析方法 1．全混流槽式连续反应器动力学实验方法
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反应物料。在反应开始后的某一时刻开始测定不同反应时刻关键组分的浓度。根据需要改
变反应物料中关键组分的浓度，在不同初始浓度下测定不同反应时间时的关键组分浓度。
2．实验数据的积分解析法（见表 15-3）
表 15-3 实验数据的积分解析法
方法
内容
反应速率方程的一般形式（微分形式）为
（15-1）
（15-2）
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台
第十五章 反应动力学的解析方法
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二、微生物反应的计量关系 1．微生物反应综合方程 （1）微生物浓度的表达方式 一般用质量浓度，即单位体积培养液（反应介质）中所含细胞的干燥质量来表示，常 用的单位有 kg（细胞）/m3 等。 （2）微生物细胞的组成式 在工程上，常用微生物的无灰干燥细胞的元素组成如 CHxOyNz 来表示细胞的组成。 （3）微生物反应的综合计量式 把参与微生物反应的碳源、氮源以及其他营养物质统一表示为基质 S、微生物细胞表 示为 X、反应产物表示为 P，则微生物反应的综合方程可写为
以生成的 ATP 量为基准的细胞产率系数 YX/ATP[单位：kg（细胞）/kmol（ATP）]定
义为
（14-13） 式中，△nATP 为反应生成的 ATP 量，kmol；YATP/S 为全部作为能源时消耗 1kmol 的
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古细菌
如产甲烷细菌、极端嗜盐细菌和嗜酸嗜热细菌
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非细胞微生物
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如病毒等
（2）微生物特性
①单细胞微生物的悬浊液在微生物浓度较低的情况下可以视为流体；
②当微生物大量分泌多糖等高分子化合物时，培养液的黏度增加，将具有非牛顿流体
（2）微生物反应的影响因素
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微生物反应的影响因素包括微生物的种类、基质的种类和浓度、环境条件等。对某一
微生物种类和基质确定的反应系统，环境因素，特别是 pH 和温度往往是重要的影响因素。
（3）微生物反应在环境领域中的应用 在污染防治工程中，微生物反应主要用于污染物的降解和转化，它广泛地应用于城市 污水及工业废水的生物处理、有机废气、挥发性有机物（VOCs）及还原性无机气体的生 物处理、有机废弃物的堆肥处理等。
②微生物反应总反应式
碳源+氮源+其他营养物质+氧→细胞+代谢产物+CO2+H2O
（14-1）
③微生物三类反应产物（见表 14-2）
表 14-2 微生物三类反应产物
产物
反应
第一类产物
由基质水平磷酸化，如发酵过程产生的产物
第二类产物
以简单的代谢中间产物为原料，通过合成代谢生成的较复杂的物质
第三类产物
在碳源过量、氮源等受到限制的条件下产生的一类物质
的性质；
③丝状微生物的培养液具有非牛顿流体的性质。
2．微生物反应及其ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ污染控制中的利用
（1）微生物反应的特点
微生物反应一般可分为基质利用、细胞生长、细胞死亡／溶化和产物生成四类反应。
①生物利用基质作用
a．合成新的细胞物质（表现为细胞的生长、繁殖）；
b．生成反应产物，合成细胞外产物；
c．提供必要的能量。
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（14-9）
③总产率系数
对于微生物的间歇培养，整个过程的产率系数称总产率系数，可表示为
（14-10） 式中，S0，St 为反应开始和结束时的基质浓度，kg（基质）/m3；X0 为接种微生物浓 度，kg（细胞）/m3；Xt 为反应结束时的微生物浓度，kg（细胞）/m3。 （2）以碳元素为基准的细胞产率系数 以碳元素为基准的细胞产率系数（YX/C）[单位：kg（细胞中的 C）/kg（C）]定义为
（14-2） 式中，YX 为生长系数或细胞产率系数，kg/kg；YP 为产物产率系数，kg/kg。 对于好氧微生物反应，设碳源为 CHmOn，氮源为 NH3，反应产物是细胞（CHxOyNz）、 代谢产物（CHuOvNw）、CO2 和 H2O，则反应计量方程可表示为
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第十四章 微生物反应器
14.1 复习笔记
微生物反应器
【知识框架】
微生物及其特性 微生物与微生物反应
微生物反应及其在污染控制中的利用 微生物反应综合方程 微生物反应的计量关系 细胞产率系数 代谢产物的产率系数 微生物生长速率 基质消耗速率 微生物反应动力学 微生物生长速率与基质消耗速率之间的关系 代谢产物的生成速率
（14-11） 式中，γX 为细胞的含碳率，量纲为 1；γS 为碳源的含碳率，量纲为 1。 （3）以氧消耗量为基准的细胞产率系数 以氧消耗量为基准的细胞产率系数（YX/O）[单位：kg（细胞）/kg（O2）]定义为
（14-12）
式中，
为反应消耗的 O2 量，kg。
（4）以 ATP 为基准的细胞产率系数
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（14-3） 式中，YX/C 和 YP/C 为以碳元素为基准的细胞产率系数和产物的产率系数，kg/kg。 根据 H、O 和 N 的质量守恒关系，可得以下 3 个方程。
（14-4）
（14-5）
（14-6） 在一定的环境条件下，若向反应系统中加入某一基质，生长速率随之增加，则该基质 被称为生长速率限制性基质。 2．细胞产率系数 细胞产率系数是指所消耗的基质转化为细胞的比例。 （1）以基质质量为基准的细胞产率系数 ①细胞产率系数
（14-7）
或
（14-8）
式中，△X 为细胞的生长量，kg（细胞）；-△S 为反应消耗的基质量，kg；rX 为质量基
准的生长速率，kg（细胞）/（m3·h）；-rS 为基质消耗速率，kg（基质）/（m3·h）。
②微分产率系数
某一时刻 t 的瞬间细胞产率系数称微分产率系数，定义为
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微生物的间歇培养 微生物反应器的操作与设计 微生物的半连续培养
微生物的连续培养
【重点难点归纳】
一、微生物与微生物反应
1．微生物及其特性
（1）微生物
微生物是肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。微生物的分类见表 14-1。
表 14-1 微生物的分类
种类
举例
原核微生物
如细菌、放线菌
真核微生物
如酵母和霉菌等真菌、藻类、原生动物、后生动物
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基质时所能产生的 ATP 的物质的量，kmol（ATP）/kmol（基质）；YE 为消耗的基质中用
于能源的比例，量纲为 1；MS 为基质的相对分子质量，量纲为 1。
无论是厌氧微生物还是好氧微生物，当基质同时作为碳源和能源利用时，反应消耗的