第六章生化反应动力学剖析

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生物化学反应的动力学过程分析

生物化学反应的动力学过程分析

生物化学反应的动力学过程分析生物化学反应动力学过程分析生物化学反应是指生物体内基本化学反应的过程,包括代谢、合成和分解等,这些反应受到许多因素的影响,如温度、pH值、物质浓度等。

了解生物化学反应的动力学过程,可以更好地理解这些反应的本质,并掌握如何控制这些反应的速率,以实现更好的生物体功能或者工业应用。

动力学过程分析动力学是研究化学反应速率和机理的学科。

生物化学反应的动力学过程分析通常包括以下三个方面:1. 反应速率速率是指化学反应单位时间内变化的量,通常以物质消耗或生成速率表示。

生物化学反应的速率受到多种因素的影响,如温度、催化剂、反应物浓度、pH值等。

当所有其他因素不变时,生物化学反应速率与温度呈正相关;催化剂能够增加反应速率,降低反应活化能;反应物浓度增加有助于提高反应速率,当反应物浓度充足时,会达到一个最大速率并保持不变;pH值对某些反应具有重要的影响,一些催化酶的催化效率受到pH值的影响。

2. 反应机理反应机理是指反应过程中各反应物分子和粒子之间的相互作用以及中间状态,通常通过反应速率和物质浓度的变化来确定反应机理。

例如,当酶催化反应时,酶与底物结合形成酶-底物复合物,通过亲和力增强底物与酶之间的相互作用,从而使底物发生反应。

在反应机理中,可能存在多个中间物和转化产物,需要通过各种化学分析手段来鉴定。

3. 反应控制反应控制是通过控制反应条件和反应物浓度,来影响反应速率的过程,以实现特定目的。

例如,通过控制厌氧消化反应中反应物浓度和温度,可以最大程度地提高甲烷产率;通过调节酶的pH值和温度,可以提高酶的活性,从而影响反应速率。

总之,了解生物化学反应的动力学过程,可以更好地理解生物化学反应的本质,并掌握如何控制其反应速率和实现特定的生物应用。

在今后的研究和应用中,需要继续在动力学方面做出更多的努力,以探究其更深层次的本质。

生化反应的动力学研究

生化反应的动力学研究

生化反应的动力学研究生物化学中,生化反应是描述分子之间相互作用的过程。

生化反应的动力学研究是一个关注分子运动的领域。

在这个领域,研究者们用理论模型、计算和实验,来理解分子之间的相互作用、反应速度和动态行为。

生化反应的动力学研究有着广泛的应用。

从基础研究到应用研究,从药物设计到工业生产,生化反应的动力学研究无处不在。

特别是在制药领域,了解药物分子运动的动力学行为,能够帮助科学家们设计出更有效的药物,同时降低不良反应的风险。

在生化反应的动力学研究中,最基本的问题就是了解反应的速率的变化。

物理学上,反应速率可以用Arrhenius方程来描述。

Arrhenius方程是一个经典的公式,它可以描述反应速率与温度的关系。

在生化系统中,反应速率不仅取决于温度,还取决于反应物浓度和反应物属性等因素。

例如,在一个酶催化的反应中,酶-底物结合的速率是反应速率的限制因素之一。

研究者们通常使用Michaelis-Menten(MM)方程来描述酶催化反应的动力学行为。

与Arrhenius方程不同,MM方程可以描述多个关键过程对反应速率的影响,从而更准确地预测反应速率变化。

除了理论模型,实验技术也是生化反应动力学研究必不可少的手段之一。

化学动力学技术,例如快速混合技术,可以揭示反应速率的关键细节,从而帮助我们更好地了解生化反应的动力学行为。

快速混合技术是一种将两种反应物混合的方法,通常使用微流控技术控制混合速度,然后使用光谱学等技术,直接观察反应过程的动态变化。

另一种实验方法是单分子动态观察法。

单分子动态观察法是一种通过观察单个分子运动来了解反应动力学的方法。

通过跟踪单个分子在空间和时间上的运动,研究者可以了解其移动特性和反应动力学的行为,并推理反应速率和反应的机制。

最近,随着新的技术的发展,如电荷转移方程(CTE),生化反应动力学研究在纳米尺度上的应用也越来越成为研究的热点。

CTE技术可以用来测量纳米尺度下物体之间的化学反应和相互作用。

生化反应动力学的研究

生化反应动力学的研究

生化反应动力学的研究生化反应动力学是指生物体内生化反应的速率规律和机理的研究。

生化反应是指生物体内的化学反应,包括合成反应和分解反应。

这些反应是体内生命活动的基础,也是实现生物体内代谢的关键步骤之一。

生化反应动力学的研究不仅有助于我们理解生物体内化学反应的速率和机理,还可以为新药物的设计和生产提供基础理论。

一、生物体内的生化反应生体内发生的生化反应非常多,它们的速率和机理都各不相同。

其中最常见的反应包括酶促反应、代谢途径、氧化还原反应和酸碱反应。

这些反应中酶促反应是最为重要的种类之一,它发挥着生命活动中最基本的作用。

二、酶反应动力学酶反应是指酶催化下的化学反应。

酶是一种生物体内催化剂,它可以加速化学反应的速率,但并不影响反应的热力学性质。

酶介导的化学反应是具有高度特异性的,所以酶在新药物研制方面有着重要的作用。

酶反应动力学是指揭示酶反应速率规律和机理的科学研究。

它研究酶催化下的反应速率与底物浓度、酶浓度和温度等因素之间的关系。

酶反应动力学的研究对于探究新型药物的作用机理、优化酶工程和产业界生产酶剂具有重大的价值。

三、代谢途径动力学代谢途径是指生物体内的代谢过程,包括碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢等。

其中最重要的代谢途径是三磷酸腺苷 (ATP) 的产生和利用。

ATP是生命活动的能量源,它可以通过氧化磷酸化反应,将化学反应的自由能转化为能量。

ATP的产生和利用是各种代谢途径中最为基础和关键的反应。

代谢途径动力学是指探究代谢途径速率规律和机理的科学研究。

它研究代谢途径速率与各种底物浓度、酶浓度和代谢物质浓度等因素之间的关系。

代谢途径动力学的研究有助于理解生命活动中的能量转化和代谢途径网络的调控,为新药物设计和产业生产提供理论基础。

四、生化反应动力学的重要应用生化反应动力学的研究具有广泛的应用价值,主要体现在以下方面:1. 新型药物研究:对于要求具有特异性、高效性和耐受性的新型药物来说,了解生化反应动力学是非常重要的。

第六章生化反应动力学

第六章生化反应动力学

第六章 生物反应动力学基础(张婷婷)请对发现的文字错误及格式等进行修订,同时对我蓝色标出的要求进行补充完善。

注意此章节中公式编辑器所编辑的公式均可正常显示并编辑,所以不用更改为word 格式。

辛苦了,谢谢!孔秀琴一、底物降解速率底物降解速率即每天每公斤活性污泥能降解多少公斤的BOD 5,其单位为:d kgVSS kgBOD ⋅/5,是反映生物反应器处理能力的重要参数。

生物反应系统中,反应器容积等重要参数是根据系统的底物降解速率(污泥负荷)来确定的。

底物降解速率的函数关系式如下:Sk Sv Xdt dS s +=max(6-1) 式中: XdtdS —比降解速率,单位 d -1m a x v —最大比底物降解速率,即单位微生物量利用底物的最大速率K S —饱和常数 X —微生物浓度 S —底物浓度环境工程中,一般S 较小,当S K S ≤≤时,分母略去S ,并令2maxk k s=υ,,即可得下式:S k XdtdS2= (6-2) 上式积分可得:错误!未找到引用源。

t X t S S ⋅⋅-=2k 0e (6-3)那么已降解的底物含量为:)(tX k t S S S S ⋅⋅-∆=-=2e-100 (6-4) 式中:∆S —降解的有机底物浓度0S —初始的有机底物浓度t S —t 时刻剩余的有机底物浓度上式中,因一般生物系统活性污泥浓度x 为定值,所以可令12k X k =,同时把已降解的底物浓度用BOD t 浓度代替,初始底物浓度用BOD U 代替,,即得下式:)1(1t k u t e BOD BOD ⋅-= (6-5)即得5日生化需氧量和总需氧量之间的换算关系式:(6-6)因C o20时,23.01=k ,则可得到:u BOD BOD 68.05=环境工程中,用污泥负荷来表示有机物(底物)的降解速率,是特定工艺处理能力的度量参数。

在工程设计中,在确定生物反应器的容积及排泥量等关键数据时,污泥负荷是重要的设计参数,其值的选取直接关系到整个工程的造价。

化学反应动力学解析

化学反应动力学解析

化学反应动力学解析化学反应动力学是研究化学反应速率及其规律的学科,通过实验和理论分析来揭示化学反应发生的速率及因素。

本文将对化学反应动力学的基本概念、反应速率的定义、反应级数、速率常数以及影响反应速率的因素进行解析。

一、化学反应动力学的基本概念化学反应动力学是对化学反应中反应物浓度变化与时间的关系进行研究的学科。

它关注的主要问题是研究在给定的反应条件下,反应体系中各种物质的摩尔浓度是如何随时间而变化的,以及其变化的速率和规律。

二、反应速率的定义反应速率是指单位时间内反应物浓度的变化量。

一般反应速率可表示为:速率 = △[反应物浓度] / △t其中,△[反应物浓度]表示反应物浓度的变化量,△t表示时间间隔。

三、反应级数反应级数是指反应速率与反应物浓度之间的关系。

根据实验观察到的速率与浓度的关系,反应级数可以分为一级反应、二级反应和零级反应。

1. 一级反应:速率与反应物浓度成正比,即速率 = k[A](k为速率常数,[A]为反应物浓度)。

2. 二级反应:速率正比于反应物浓度的平方,即速率 = k[A]²。

3. 零级反应:速率与反应物的浓度无关。

四、速率常数速率常数是描述反应速率的数值。

在反应速率与反应物浓度之间的关系中,速率常数表示了单位浓度变化引起的单位时间内的速率变化。

速率常数与反应温度有关,一般情况下随着温度的升高而增大。

五、影响反应速率的因素1. 温度:温度升高会导致分子动能增加,反应物分子碰撞的频率增加,从而提高反应速率。

2. 浓度:反应物浓度增加会增大分子间的碰撞机会,从而提高反应速率。

3. 催化剂:催化剂能够提供反应物分子之间的新反应路径,降低反应活化能,促进反应速率的增加。

4. 反应物质的物理状态:固体和液体反应物的分子近距离接触机会大,反应速率较快,而气体反应物由于分子间距离较大,反应速率较慢。

5. 反应机制:反应机制是指反应过程中的中间产物和过渡状态,不同的反应机制会影响反应速率。

生化反应动力学的研究及其应用

生化反应动力学的研究及其应用

生化反应动力学的研究及其应用生化反应动力学是研究生物化学反应速率和机理的一门学科,它在生物技术、医药和环境保护等领域都有广泛的应用。

随着科技的进步和人们对生态环境的关注度的提升,生化反应动力学的研究和应用变得越来越重要。

一、生化反应动力学的基本概念生化反应动力学研究生化反应速率与反应机理之间的关系。

通常用化学反应速率常数k表示反应速率的大小。

例如,一个简单的酶催化反应可以表示为:A +B + 酶(E)→ AB酶复合物→ AB + 酶(E)其中,A和B是反应物,酶(E)是催化酶,AB是反应物与酶之间的过渡态。

酶与反应物形成AB酶复合物,酶与反应物解离成AB产物。

反应速率由下列公式来表达速率=d[AB]/dt=k[ A][B]其中,[AB]是AB的浓度,dt是时间变化,[A]和[B]是A、B的浓度,k是化学反应速率常数。

这个反应速率方程式揭示了反应物机械机制,反应速率常数k则是系统的性质。

二、生化反应动力学研究的内容反应动力学的研究工作一般分为以下步骤:1. 研究反应的化学机理和反应速率常数。

2. 构建反应动力学模型。

3. 通过实验验证反应动力学模型。

4. 对反应动力学模型进行计算或仿真。

5. 通过实验和计算结果,获得更好的实验设计、反应条件和控制策略。

三、应用生化反应动力学在生物工程、医药及环保领域都有重要的应用。

下面我们来分别介绍。

1. 生物工程在生物工程中,生化反应动力学常用于酶催化反应、生物反应堆和发酵制作等方面。

研究反应机理和反应速率常数,可以帮助设计出最佳的反应条件和提高反应效率。

例如,碳氢化合物被氧化为醇酸或烯烃酮,可以通过调整酵母菌株,提高其酶的效率从而增加生产量。

2. 医药生化反应动力学的研究可以用于评估和预测药物吸收和代谢过程。

了解药物代谢动力学的机制,对药物在体内的安全性和治疗效果有很重要的指导意义。

例如,蛋白酶抑制剂可以改变酶催化的反应速率,以达到防治疾病或治疗疾病的目的。

3. 环保生化反应动力学在环保领域也应用广泛,可以用于评估污染物的降解过程并指导环境治理。

生化反应和反应动力学的基本原理

生化反应和反应动力学的基本原理

生化反应和反应动力学的基本原理生化反应是指生命体系中的化学反应,是生命现象的基础。

在人工合成生物产物和治疗方面,生化反应在现代生命科学中发挥着至关重要的作用。

反应动力学是指研究反应速率如何受影响的科学,对于理解生化反应非常重要。

本文将介绍生化反应和反应动力学的基本原理。

一、化学反应和生化反应所有的生命现象都涉及化学反应。

化学反应是指发生化学变化时,原子的排列方式会发生变化,同时会涉及到能量的转移。

生化反应是在生物体内发生的化学反应,在特定条件下,才能得以进行。

一个生化反应通常包括产物和反应物。

反应物是指被反应的物质,而产物则是在反应中被产生出来的化学物质。

在生化反应中,反应涉及到蛋白质、碳水化合物和脂质等生物分子的合成和分解。

酶是催化生物化学反应的生物催化剂,它们可以加速反应速率,是生化反应得以进行的必要条件。

二、反应速率和反应物反应速率是指反应产物每秒钟生成的数量。

这个速率与反应物的浓度有关。

当反应物浓度增加时,反应速率也会增加。

反之,如果反应物的浓度减少,反应速率也会降低。

反应速率通常用下列公式表示:速率 = 变化的产物浓度 / 变化的时间反应物也会影响反应速率。

当反应物浓度瓶颈时,速率下降。

这是由于反应物分子之间的碰撞不足以产生有效的碰撞来加速反应。

这意味着,反应动力学对于研究生化反应非常重要。

三、反应动力学的基本原理反应动力学是用来研究反应速率如何受到影响的学科。

反应动力学可用于评估反应速率和反应机制,同时也可以给出一个方程式来描述这些反应。

反应速率方程通常通过测量反应速率来确定,反应速率和反应物的浓度之间的关系通常使用线性回归分析来计算。

焓和熵是反应速率的基本影响因素。

焓是指反应的吸热或放热,熵是指反应中产生的混乱度。

在化学反应中,焓通常是决定反应类型的因素。

如果焓是正值,反应就是吸热的。

如果焓值是负的,反应就是放热的。

而熵则是反应终点的标志。

如果熵增大,反应就是好的。

反应动力学的另一个重要因素是反应物的性质。

生物化学反应的动力学机制分析

生物化学反应的动力学机制分析

生物化学反应的动力学机制分析生物化学反应是生命活动的基本体现,对于了解生命活动过程及其控制机制具有重要意义。

生物化学反应动力学机制是指反应速率的控制和改变的规律性,包括反应速率随浓度的变化规律、影响反应速率的因素以及反应速率与反应机理的关系。

一、影响反应速率的因素影响反应速率的因素主要包括浓度、温度、催化剂和反应物分子结构等。

1.浓度浓度是反应速率的关键因素,反应速率越高,反应物越浓。

除非有其他因素的影响,反应速率一般随着反应物浓度的升高而增加。

2.温度温度是反应速率基本的物理因素。

温度升高,反应速率也相应地升高,因为高温能扩大反应物分子的运动范围和速度,使反应更加活跃。

3.催化剂催化剂可以加速反应速率,同时不改变反应产物的数量和能量。

正是因为这种性质,催化剂应用得非常广泛,在化学反应中引入催化剂通常会显著提高反应速率。

4.反应物分子结构分子间作用力是化学反应发生的基础。

亲核性强的分子宜与电价空穴明显的原子物质进行反应,或电子供体强的原子物质进行反应,还与反应物分子内部结构与空间构型密切相关。

二、反应速率与温度关系生物化学反应的速率常常随着温度的升高而增加,这是因为温度升高会使反应物分子的热运动更为活跃,从而增加了碰撞的机会。

同时,温度也会影响反应物分子的能量状态,使其达到反应所需的能级,从而促进反应的进行。

但是,当温度过高时,会导致某些反应物质的分解和脱失,破坏了原有的化学结构,反而影响反应进展,降低反应速率。

三、反应物浓度与速率关系一般情况下,反应速率随着反应物浓度的升高而增加;当反应物浓度固定后,反应速率保持一个恒定的值。

但是,在某些情况下,即使反应物浓度降低,反应速率也有可能增加。

这是由于催化剂的作用,它可以加速反应速率,以至于反应物浓度降低,反应速率也可以保持或提高。

四、氧化还原反应动力学机制分析氧化还原反应是生物化学反应中较为常见的一种反应类型,也是一类重要的生化反应。

氧化还原反应的动力学机制分析是需要深入研究与探究的,如下:1.氧化还原反应速率与化学特性有关。

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第六章 生物反应动力学基础(张婷婷)请对发现的文字错误及格式等进行修订,同时对我蓝色标出的要求进行补充完善。

注意此章节中公式编辑器所编辑的公式均可正常显示并编辑,所以不用更改为word 格式。

辛苦了,谢谢!孔秀琴一、底物降解速率底物降解速率即每天每公斤活性污泥能降解多少公斤的BOD 5,其单位为:d kgVSS kgBOD ⋅/5,是反映生物反应器处理能力的重要参数。

生物反应系统中,反应器容积等重要参数是根据系统的底物降解速率(污泥负荷)来确定的。

底物降解速率的函数关系式如下:Sk Sv Xdt dS s +=max(6-1) 式中: XdtdS —比降解速率,单位 d -1m a x v —最大比底物降解速率,即单位微生物量利用底物的最大速率K S —饱和常数 X —微生物浓度 S —底物浓度环境工程中,一般S 较小,当S K S ≤≤时,分母略去S ,并令2maxk k s=υ,,即可得下式:S k XdtdS2= (6-2) 上式积分可得:错误!未找到引用源。

t X t S S ⋅⋅-=2k 0e (6-3)那么已降解的底物含量为:)(tX k t S S S S ⋅⋅-∆=-=2e-100 (6-4) 式中:∆S —降解的有机底物浓度0S —初始的有机底物浓度t S —t 时刻剩余的有机底物浓度上式中,因一般生物系统活性污泥浓度x 为定值,所以可令12k X k =,同时把已降解的底物浓度用BOD t 浓度代替,初始底物浓度用BOD U 代替,,即得下式:)1(1t k u t e BOD BOD ⋅-= (6-5)即得5日生化需氧量和总需氧量之间的换算关系式:(6-6)因C o20时,23.01=k ,则可得到:u BOD BOD 68.05=环境工程中,用污泥负荷来表示有机物(底物)的降解速率,是特定工艺处理能力的度量参数。

在工程设计中,在确定生物反应器的容积及排泥量等关键数据时,污泥负荷是重要的设计参数,其值的选取直接关系到整个工程的造价。

根据工程参数所确定的污泥负荷定义式如下:XtS S XV S S Q N e e )()(00-=-=(6-7)式中:N —污泥负荷,单位kg/kgVSS ﹒d V —反应器的有效容积,单位m 3污泥负荷即底物比降解速率,其函数关系式也可写作S k Sk SN s 2max=+=υ (6-8)二、微生物增殖有机底物经过微生物降解作用后,其中一部分经氧化产能代谢为H 20和CO 2、小分子的有机物等,一部分则通过微生物合成作用转变为新的细胞物质,表现为微生物的增殖,同时微生物还通过内源呼吸作用而不断衰亡,表现为污泥的衰减。

所以底物降解和微生物增殖之间存在着必然联系。

生物反应系统需要根据微生物的增殖速率来确定泥龄、进而确定剩余污泥排放量等重要数据,所以其相互之间的关系可用下式表示:d K XdtdSY Xdt dX -= (6-9)其中:Xdt dX —微生物比增殖速度,单位 d -1XdtdS —底物比降解速度,单位 d -1Y —产率系数,单位 5/kgBOD kgVSS d K —污泥衰减系数,单位 d -1环境工程中微生物的比增殖速率一般用通过泥龄来确定,泥龄的倒数即为微生物比增殖速率:cXdt dX θ1= (6-10) 其中:c θ—泥龄,即污泥停留时间,d泥龄可通过负荷确定,泥龄和负荷之间的关系可推导如下: 在体积为V 的反应器内,d 1的污泥增量(即剩余污泥量)为:VX K S S YQ X d e --=∆)(0 (6-11)错误!未找到引用源。

两边同除VX ,则得:d e K VXS S Q Y --=∆)(VX X 0 因 :XVXc ∆=θ VXS S Q N e )(0-=(6-12)则得:d cK YN -=θ1(6-13)上式将工程上的负荷和泥龄联系起来,其实质类同与式(6-9),即底物比降解速率和微生物比增殖速率之间的关系。

在工程设计时先确定负荷,泥龄也就可以确定; 工程上可通过泥龄确定剩余污泥体积流量W Q ,计算公式推导如下: 根据图6-1所示进行物料衡算:相对曝气池列出污泥量平衡式:X R Q Q X R Q r )(⋅+=⋅⋅ (6-14)其中:R —污泥回流比 % X r —二沉池回流污泥,mg/L 由上式得出:R RXr X +=1 (6-15)根据剩余污泥体积流量的定义可有下式: Xr c V X Q w ⋅⋅=θ m 3/d (6-16)代入式(6-15),则有:)1(R c RV Q W +⋅=θ (6-17)式中:W Q —剩余污泥体积流量,m 3/dc θ—泥龄,即污泥停留时间,d上式将反应器有效体积、泥龄、回流比和增殖污泥联系起来。

工程上通常在负荷、泥龄确定之后,用此式确定剩余污泥体积流量,据此进行污泥处理系统的设计。

三、活性污泥系统需氧与曝气 (一)需氧好氧活性污泥因为产能代谢的作用需要耗氧。

氧气是好氧微生物进行生化反应的最终电子接受体。

活性污泥微生物需氧量有两部分组成:一部分为内源呼吸需氧量、一部分为外源呼吸需氧量,一般内源呼吸和外源呼吸同时进行,所以活性污泥需氧量公式如下: X V b S Q a O r ⋅⋅+⋅⋅=''2 (6-18)2O —活性污泥需氧量,kg/d'a —外源呼吸代谢有机物的需氧系数;r S Q a ⋅⋅'—外源呼吸代谢有机物的需氧量;其中Q 为进水量,kg/d,S r 为进出水BOD 5浓度差,mg/L,'b —内源呼吸代谢有机物的需氧系数;X V b ⋅⋅'—内源呼吸需氧量,其中V 为反应器有效体积,X 为反应器内的活性污泥浓度。

需氧量与污泥负荷之间的关系推导如下: 将X V b S Q a O r ⋅⋅+⋅⋅=''2两边同时除以r S Q ⋅ 得:Sr Q XvV b a SrQ O ⋅⋅'+'=⋅2 (6-19) 因污泥负荷 XVQS XV Se So Q N r =-=)(,从而得出N b a Sr Q O 12⋅'+'=⋅(6-20) 式中:N —污泥负荷,单位kg/kgVSS ﹒d V —反应器的有效容积,单位m 3Q —进水流量,单位m 3S r —进出水BOD 5浓度差,即(S o -S e )单位mg/L从上式可看出,左边kgBOD 所需要的氧量和污泥负荷成反比,负荷越大,降解BOD 的需氧量越小。

这是因为负荷即有机底物的比降解速率,其倒数即为降解单位BOD 所需的微生物量,当负荷较大时,则降解单位BOD 所需的微生物量较,所以单位公斤BOD 的需氧量就少。

为了进一步理解需氧量,将X V b S Q a O r ⋅⋅+⋅⋅=''2两边同时除以VX ,则得b N a b V X Sr Q a VX O '+⋅'='+⋅⋅'=⋅2 (6-21)上式说明,单位kgMLVSS ( 活性污泥)的需氧量随负荷增大是增大的,因为负荷即有机底物的比降解速率,负荷较大时,单位公斤活性污泥所要降解的BOD 总量较大,导致单位公斤活性污泥需氧量增大。

(二)供氧好氧活性污泥生物反应工程中,氧气的来源主要有两种,一种是曝气设备供氧,即鼓风曝气,其主要设备为:空气压缩装置和空气扩散装置;另一种是表面机械曝气,利用动力驱使转刷或叶轮旋转,把水扬起来,使液面不断与空气接触,促使空气中的氧转移到水中去。

氧气在水中的溶解转移牵涉气-液两相之间的传质问题,下面首先介绍氧转移速率公式。

(1)标准条件下氧转移速率 氧转移速率公式如下:)(C C K dtdcS La -= (6-22) dtdc —水中溶解氧浓度变化速度,即氧转移速度,单位: )/(32h m kgO ⋅ La K —氧总转移系数,h -1S C —水中饱和溶解氧值,mg/LC —(在线)实际溶解氧值,常用单位,mg/L上式的使用条件若是标准条件,即水温C 020,气压为Pa 510×1.013,测定用的水是清洁的水,则上式可写成:)()20()20(C C K dtdcS La -= (6-23) 式中,标准条件下,错误!未找到引用源。

在非标准条件下,即实际温度、实际压力、污水中,氧转移速率则需要修正。

(2)非标准条件下氧转移速率的修正式如非标准条件为:温度T ,气压为P ,污水充氧,污水中微生物的耗氧速率为r R 则氧转移速率修正如下:r T S T La R C C K dtdc--⋅⋅=)()()(ρβα (6-24) 其中:α—污水中氧总转移系数的修正系数,0.94~0.8=αβ—污水中饱和溶解氧的修正系数,0.95~0.90=β)(T La K —相对于)20(La K 的温度修正:)20()20()(024.1-=T La T La K K 。

温度升高,传质速率提高,氧转移系数提高;)(T S C —温度T 时,标准压力下水的饱和溶解氧值,可以查表得到。

温度降低时水中饱和溶解氧值是增大的,所以低温有利于充氧。

若是曝气设备曝气充氧,则)(T S C 用)(T Sb C 代表,关于)(T Sb C 见下面的(3)中。

ρ—饱和溶解氧的地区压力修正系数。

因为饱和溶解氧的大小与氧的分压有关,氧分压越大,S C 越大。

C —水中溶解氧在线值;r R —污水中微生物的耗氧速率,当工艺确定后,其一般为定值。

上式中,前半部分)()()(C C K T S T La -⋅⋅ρβα为供氧速率,后半部分R r 为耗氧速率,两者决定水中溶解氧C 的变化情况(dtdc )。

而其中错误!未找到引用源。

,错误!未找到引用源。

实际反映了气相中氧分压对传氧速率的影响。

而)(C C s -反映的是液相中氧的浓度差对供氧速率的影响。

(3)鼓风曝气设备曝气时饱和溶解氧的修正如果是鼓风机曝气充氧,空气经扩散装置进入水中后,以气泡的方式从底部向水面逸散,气泡中的氧气不断溶解进入水中,氧的分压随水深逐渐减少,所以这种情况下饱和溶解氧的修正除了要考虑温度、地区压力之外,必须进行平均氧分压的修正。

鼓风机曝气充氧装置示意如图6-2:用错误!未找到引用源。

)(T Sb C 表示温度T 时,鼓风机曝气设备作用下污水中饱和溶解氧的实际修正值。

若)(T S C 为温度T 时标准压力下的饱和溶解氧值(可查),扩散装置出口空气绝对压力为b P ;气泡逸散到水面时,空气中剩余氧的体积百分数为t O ,则在水深H 的高度内,压力修正可采用水底压力修正和水面压力修正的平均值。

扩散装置出口绝对压力相对标准压力的修正系数:510013.1⨯bP ,其中 H P b 35108.910013.1⨯+⨯=,式中:H 为扩散装置的安装高度,m 。

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