Chapter2.5 微生物反应动力学
第五章 微生物反应动力学
一、连续培养的优点
在分批培养中，微生物要经过延迟期、对数 生长期、减速期、稳定期和衰亡期五个时期， 但对特定的发酵产物合成仅在一个时期，其 余时期都是多余的。
连续培养与分批培养相比有许多优点： 1 可以使发酵过程保持在一个期的稳定状态， 提高设备的利用率和单位时间产量。 2 发酵中各参数趋于恒值，便于自动控制。 3 可以在不同发酵罐中控制不同的条件，易于 分期控制。 连续培养从设备上分为罐式和管式；从控制方 法上分为恒成分培养和恒浓度培养；从使用的 菌种分为循环式和非循环式；还可分为单级和 多级连续培养方式。
X
(g.L-1.s-1)
ds 基质的消耗比速： dt
(h-1、s-1)
单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称 为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念
发酵过程反应速度的描述
X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）
ds 基质的消耗比速： dt
(h-1)
第五章
微生物反应动力学
微生物反应动力学是研究各种环境因素与微 生物代谢活动之间相互作用随时间变化（即 生物反应速度）的规律。 研究内容：微生物生长过程中的质量和能量 平衡；发酵过程中菌体生长速率、基质消耗 速率和产物生成速率的相互关系；环境因素 对三者的影响以及影响反应速度的条件。 研究方法：用数学模型定量地描述发酵过程 中细胞生长规律、基质利用速率和产物生成 速度等因素的变化，达到对发酵过程有效的 控制，从而提高产品的产率及达到降低生产 成本的目的。
比生长速率不再是最大常数，而是逐渐减小。
4、静止期 营养物质耗尽或有害代谢产物的大量积累，使细胞比生长速 率下降至0，细胞浓度达到了最大值，并且不再增加。 5、衰亡期 细胞所生存的环境恶化，细胞开始死亡，活细胞数量不断 下降。
微生物生长反应动力学
微生物生长反应动力学
微生物生长反应动力学是研究微生物在特定环境条件下，生长速率与环境因素之间的关系的学科。
这一领域的研究主要涉及到生长速率的定量描述和预测，以及微生物对环境因素的敏感性分析。
微生物生长反应动力学的研究内容广泛，包括微生物生长速率的测定方法、微生物生长方程的建立和应用、微生物生长受限因素的分析以及微生物代谢路径调控等方面。
通过对微生物生长反应动力学的研究，可以为微生物生产和环境保护等领域提供重要的理论指导和应用基础。
- 1 -。
微生物生长动力学.
酶 反 应 速 度 v
vmax
n=0 1/2 vmax 0<n<1
n=1
KS
底物浓度[S]
中间产物假说： 酶促反应分两步进行，即酶与底物先络合 成一个络合物（中间产物），这个络合物再进一步分解成产物 和游离态酶，以下式表示：
k1 k3 S E ES PE k2
式中，S代表产物，E代表酶，ES代表酶－产物中间产物（络合 物），P代表产物。 从上式可以看出， • 当底物S浓度较低时，只有一部分酶E和底物S形成酶-底物中间 产物ES。此时，若增加底物浓度，则将有更多的中间产物形成， 因而反应速度亦随之增加。 • 当底物浓度很大时，反应体系中的酶分子已基本全部和底物 结合成ES络合物。此时，底物浓度虽再增加，但无剩余的酶与 之结合，故无更多的ES络合物生成，因而反应速度维持不变。
对反应物A而言，一级反应：
d v k A， A k A dt
lg A lg A0
k t 2.3
式中：v ——反应速度； t——反应时间； k——反应速度常数, 受温度影响。
在反应过程中，反应物A的量增加时，k为正值；在废水生 物处理中，有机污染物逐渐减少，反应常数为负值。
一切生化反应都是在酶的催化下进行的。这种反应亦可以 说是一种酶促反应或酶反应。酶促反应速度受酶浓度、底 物浓度、pH、温度、反应产物、活化剂和抑制剂等因素的 影响。 在有足够底物又不受其他因素影响时，则酶促反应速度与 酶浓度成正比。 当底物浓度在较低范围内，而其他因素恒定时，这个反应 速度与底物浓度成正比，是一级反应。 当底物浓度增加到一定限度时，所有的酶全部与底物结合 后，酶反应速度达到最大值，此时再增加底物的浓度对速 度就无影响，是零级反应，但各自达到饱和时所需的底物 浓度并不相同，甚至差异有时很大。此时，反应速率与微 生物呈一级反应。
微生物反应动力学
4 微生物反应动力学教学基本内容：微生物反应的特点；微生物反应的质量衡算，包括碳素衡算、碳源衡算、氧衡算；微生物反应的能量衡算。
微生物反应动力学，包括生长动力学、基质消耗动力学和产物生成动力学4.1 微生物反应的特点4.2 微生物反应过程的质量与能量衡算4.2.1 碳素衡算4.2.2 碳源衡算4.2.3 氧衡算4.2.3 能量衡算4.3 微生物反应动力学4.3.1 生长动力学4.3.2 基质消耗动力学4.3.3 产物生成动力学授课重点：1. 微生物反应与酶促反应的比较。
2. 微生物反应式及微生物反应平衡式的概念。
3. 菌体实验化学式的概念与测定方法。
4. 微生物反应中的动力学变量。
5. 微生物反应的得率系数的概念。
6. 微生物反应的维持常数的概念。
7. 碳素衡算。
8. 碳源衡算。
9. 氧衡算。
10. 能量衡算。
11. 莫诺方程。
12. 产物的Gaden模型。
难点：1. 微生物反应涉及到的动力学变量和参数远多于酶促反应。
2．微生物反应过程中碳源衡算、氧衡算和能量衡算间的关系。
3. 自由能消耗对菌体得率Y KJ的计算。
本章主要教学要求：1. 理解微生物反应与酶促反应的区别。
2. 掌握菌体实验化学式的测定方法。
3. 掌握微生物反应式中系数的确定方法。
4. 掌握微生物反应中动力学变量及参数的数学定义。
5. 理解碳素衡算式。
6. 理解碳源衡算式。
7 理解氧衡算式。
8. 理解碳源衡算与氧衡算、能量衡算之间的内在联系。
9. 掌握有效电子转移的概念，掌握Y KJ的计算方法。
10. 了解生长模型的分类。
11. 理解莫诺方程与米氏方程的区别。
掌握莫诺方程中动力学参数的测定方法。
12. 理解产物的Gaden模型。
4 微生物反应动力学19世纪生物学家巴斯德坚持由糖变为酒精的发酵过程是由细胞产生的，而毕希纳却发现磨碎了的酵母仍能使糖发酵产生酒精，认为发酵是由活细胞产生的非生命物质引起的，称为酶。
可见微生物反应与酶促反应在催化作用的实质看是一致的。
第二章生物反应动力学细胞反应
微生物工业生产的物质
(1) 发酵食品(酱、纳豆、酸奶、奶酪、乳酸饮料等) (2) 酒精饮料(白酒、啤酒、葡萄酒等) (3) 菌体(面包酵母、SCP、绿藻、螺旋藻等) (4) 有机酸(醋酸、柠檬酸、乳酸、衣康酸等) (5) 氨基酸(谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等) (6) 核酸类物质 (7) 抗生素(青霉素、头孢菌素、链霉素、氯霉素等) (8) 油脂及相关化合物(γ-亚油酸、EPA、DHA等) (9) 具有生理活性的低分子量物质(维生素类、激素等) (10) 高分子物质(酶；多糖类；生理活性蛋白） (11) 其它
例如：
ห้องสมุดไป่ตู้Staphylococcus aureus，前一个词是
属名，是拉丁语的名 词，是“葡萄球菌” 的意思。第二个词字 是种名，是拉丁语的 形容词，意思是“金 黄色”。所以学名是 “金黄色葡萄球菌”。
细菌是单细胞微生物，有不同的形状及大小， 以典型的二分裂殖方式繁殖。 细菌具有一定的形态，形状近似圆形称作球菌； 形状近似圆柱形的成为杆菌。
用动物细胞生产的物质 红细胞生产素、白细胞介素、G-CSF、 单克隆抗体等������ 用植物细胞生产的物质 紫草素类化合物、人参、紫杉醇等
2.1 微生物基础知识
2.1.1 微生物的分类与命名
微生物是对那些肉眼不 能直接观察到、微小的、 但能维持生命并繁殖的 生物的通称，包括细菌、 酵母、霉菌、真菌、藻 类和原生动物和病毒等。
病毒是存在于动物、植物、昆虫、真菌、藻类 和细菌细胞内的专性寄生物，是最小的微生物。 病毒本身不具备或具备最低的合成和代谢能力， 只能在寄主细胞内生长繁殖，常导致寄主细胞 被破坏和死亡。寄生于细菌细胞内的病毒又称 为噬菌体。噬菌体是危害细菌发酵的重要根源。
烟草花叶病毒
微生物生长动力学
X S P
21
对菌体
积累的细胞=(进入-流出)的细胞+(生长-死亡)的细胞
dx V F ( x0 x) V ( ) x dt x0 0, , V恒定不变 dx （ D）x （5.1.2） dt 其中： D F / V （5.1.3） D：稀释率（h 1） (5.1.1)
(b)部分生长连动型
16
(三)非生长连动型产物形成(Ⅲ型发酵)
分批发酵工艺中各种比速率 (生长速率μ、基质消耗 qk和产物形成qp)之间关系的图示 c)非生长连动型
17
第二部分 连续培养动力学
连续培养 ：指以一定的速率向发酵液 中添加新鲜培养基的同时，以相同 的速率流出培养液，从而使发酵罐 内的液量维持恒定不变，使培养物 在近似恒定状态下生长的培养方法。
3
二、微生物反应动力学的描述方法
细胞生长动力学 反应基质消耗动力学 代谢产物生成动力学
4
第二节 发酵动力学分类
一、根据细胞生长与产物形成有否偶联进行分类 1．生长产物合成偶联型：也称Ⅰ型 2．生长产物合成半偶联类型：亦称Ⅱ型。
3．生产与产物合成非偶联类型：多数次生代 谢产物的发酵属这种类型。
5
6
12
二、基质消耗动力学
基质包括细胞生长与代谢所需的各种营养成分， 其消耗分为三个方面：
细胞生长，合成新细胞；
细胞维持生命所消耗能量的需求；
合成代谢产物。
13
基质消耗动力学
dS 1 dX 1 dP mX dt YX / S dt YP / S dt
QS
YX / S
QP m YP / S
X S P X S P
第二章-生物反应动力学-2-细胞反应PPT课件
.
18
霉菌的生长特性是菌丝伸长和分枝。从
菌丝体（顶端生长）的顶端细胞间形成
隔膜进行生长，一旦形成一个细胞，它
就保持其完整性。霉菌的倍增时间可短
至60～90 min，但典型的霉菌倍增时间
为4～8 h。
.
19
病毒能在活细胞内繁
殖，但不能在一般培
养基中繁殖。病毒是
通过复制方式进行繁
1 细胞反应过程计量学
反应计量学是对反应物的组成和反应
转化程度的数量化研究。通过计量学，可
知道反应过程中有关组分的组成变化规律
以及各反应之间的数量关系。知道了这些
数量关系，就可以由一个物质的消耗或生
成速率来推知其他物质的消耗或生成速率。
.
40
由于细胞反应过程由众多组分参与，
且代谢途径错综复杂，在细胞生长和繁殖
的。
CH
O
m
n aO
2bNH
3
cCH
fCO
xO
yN
z dCH
uO
vN
weH
2O
2
.
45
CH
O
bNH
m
n aO
2
3
cCH
fCO
xO
yN
z dCH
uO
vN
weH
2O
2
• 式中CHmOn为碳源的元素组成，CHxOyNz
是细胞的元素组成，CHuOvNw为产物的元
素组成。下标m、n、u、v、w、x、y、z
最伟大的发现。
.
3
第三代现代生物技术产品
从1953年美国的Watson及Crick发现了
DNA分子的双螺旋结构，由此而来21世
微生物燃料电池的反应动力学研究
微生物燃料电池的反应动力学研究微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）是利用微生物将有机物质（如有机废水、生活垃圾等），通过氧化还原反应，将化学能转变为电能的全新技术。
与传统的燃料电池相比，微生物燃料电池具有许多优势，如改善环境、可持续能源、低成本等。
然而，由于微生物燃料电池是多组分、复杂、非线性的系统，因此需要进行深入的反应动力学研究，以便更好地理解该技术的机理和优化性能。
本文将探讨微生物燃料电池的反应动力学研究进展及其未来发展方向。
1.MFC反应动力学基本原理在微生物燃料电池中，微生物通过对有机废水或有机物质的氧化还原反应，将化学能转化为电能。
有机物质在阳极处被氧化为电子和质子，这些电子通过外部电路流向阴极，通过阴极还原氧气或其他氧化剂。
在这个过程中，微生物介导了电子流的转移，以及阳极和阴极之间的电荷中性化过程。
微生物在MFC中的作用类似于催化剂。
在阴极和阳极之间的电子传递和电位差的生成过程中，微生物是不可或缺的。
微生物通过氧化还原反应，将化学能转换为电能。
而且，微生物还能够影响电池的能量产出和稳定性，因此微生物燃料电池的性能很大程度上取决于微生物的生长条件和代谢途径。
2.MFC反应动力学研究方法MFC反应动力学研究需要对微生物代谢过程、电子传递、能量转化等关键参数进行分析。
以下是MFC反应动力学研究中常用的方法。
2.1.电化学分析电化学分析是用电化学方法分析电池反应过程的一种方法。
它可以测量电池的开路电势、极化曲线、电位扫描等参数，以及电池中各种电荷和离子的浓度和浓度梯度。
通过电化学分析，可以确定电子和质子传递速率，以及产生电势的反应动力学过程。
2.2.微生物学分析微生物学分析是研究微生物代谢和生长的方法。
通过微生物学分析，可以确定微生物的种类和数量、生长速率、代谢途径等，以及微生物的代谢产物对电池的影响。
微生物学分析可以提供有关微生物与电池性能之间关系的重要信息。
生物反应动力学
当基质既是能源又是碳源时，就应考虑维 持能量，即： 用于生长 + 用于维持代 碳源总消耗量 = 的消耗速率 谢的消耗速率 -vs
=
1 v x YG
+
m· c(X)
菌体生长 1 μ m 菌体维持代谢 -v= + 的维持系数 Y 得率系数 G
• 代谢产物的生成速率vp：单位体积、单 位时间内，产物形成的量。 dc(P) vp= dt • 产物的比生成速率Q： vp Q= c(X)
厌氧发酵
深层发酵 反复半分 批式操作 连续 式操作
• 分批式操作：底物一次装入罐内，在适 宜条件下接种进行反应，经过一定时间 后，将全部反应物取出。
• 半分批式操作：也称流加式操作。是指 将一定量底物装入罐内，在适宜条件下 接种使反应开始。反应过程中，将特定 的限制性底物送入反应器，以控制罐内 限制性底物浓度在一定范围，反应终止 将全部反应物取出。
透析膜发酵系统
渗 析 器
发酵罐
泵
泵
培养基储罐
外置过滤器的发酵系统
菌 体 过 滤 器
培养基储罐 发酵罐
滤液储罐
特点 概念 ☻ 提供了一个微生物在恒定状
态下高速生长的环境，便于进 行微生物的代谢、生理、生长 是指以一定的速度向 和遗传特性的研究。 培养系统内添加新鲜培 ☻ 减少了辅助操作时间，提高 了生产效率。 养基，同时又以相同的 ☻ 产物质量较稳定。 速度流出培养液，从而 概念 ☻ 可作为分析微生物的生理、 使培养系统内培养液的 生态及反应机制的有效手段。 特点 量维持恒定，微生物细 ☻所需的设备和投资较少；便于 实现自动化；可节省人力、物 胞能在近似恒定状态下 close 力。 生长的发酵方式。 ☻ 在长时间的培养过程中，微 生物菌种易发生变异，发酵过 程中易染菌。
微反应动力学建模
微反应动力学建模微反应动力学是研究化学反应速率随时间变化的科学。
它揭示了反应的机理和速率方程之间的关系，以及温度、浓度、催化剂等因素对反应速率的影响。
通过建立微反应动力学模型，可以预测和优化化学反应的速率和转化率，对化学工程、环境保护和药物研发等领域具有重要的应用价值。
在微反应动力学建模中，我们首先需要确定反应的物质组成和反应机理。
根据实验数据和理论分析，我们可以得到反应物质的浓度随时间的变化规律，从而建立反应速率方程。
常见的反应速率方程包括零级反应、一级反应、二级反应等。
零级反应速率与反应物浓度无关，一级反应速率与反应物浓度成正比，二级反应速率与反应物浓度的平方成正比。
在微反应动力学建模中，我们还需要考虑温度和催化剂对反应速率的影响。
根据阿累尼乌斯方程，反应速率随温度的增加而增加，温度升高1摄氏度，反应速率大约增加2倍。
催化剂可以降低反应的活化能，提高反应速率。
通过建立包含温度和催化剂的动力学模型，我们可以更准确地预测和控制反应的速率。
微反应动力学模型的建立需要实验数据的支持。
通过实验测量反应物浓度随时间的变化，我们可以确定反应速率的大小和变化趋势。
实验条件的选择和控制对于建立准确的微反应动力学模型至关重要。
实验数据的准确性和可靠性对于模型的有效性和应用价值具有重要影响。
微反应动力学模型的建立不仅可以预测和优化化学反应的速率和转化率，还可以深入理解反应机理和反应过程中的关键环节。
通过微反应动力学模型的研究，我们可以探索新的反应路径和催化剂设计思路，为化学工程和新材料开发提供指导和支持。
总结起来，微反应动力学建模是研究化学反应速率随时间变化的重要方法。
通过建立微反应动力学模型，可以预测和优化化学反应的速率和转化率，揭示反应机理和速率方程之间的关系，以及温度、浓度、催化剂等因素对反应速率的影响。
微反应动力学模型的建立需要实验数据的支持，并且需要考虑实验条件的选择和控制。
微反应动力学模型的研究对于化学工程、环境保护和药物研发等领域具有重要的应用价值，可以为新材料研发和催化剂设计提供指导和支持。
4 微生物反应动力学(1)
YX / S
=
0.564 × (12 + 1.75 + 14 × 0.15 + 16 × 0.5) 12 × 2 + 6 + 16
= 0.292
YX /O
=
0.564 × (12 + 1.75 + 14 × 0.15 + 16 × 0.5) 2.394 × 32
=
0.176
4.1.4 微生物反应的维持常数 碳源维持常数 m：单位质量的菌体单位时间内维持生存所需的碳源。 氧维持常数 mo：单位质量的菌体单位时间内维持生存所需氧气。 ATP 维持常数 mATP：单位质量的菌体单位时间内维持生存所需 ATP。
4.1.5 微生物反应过程的质量衡算 4.1.5.1 碳素平衡
⎜⎛ − ⎝
dS dt
⎟⎠⎞α1
=
dX dt
α2
+
dCO2 dt
α3
+
dP dt
α
4
(4-1)
或： γα1 = μα 2 + QCO2α3 + πα4
(4-2)
式中：
α1 — 每摩尔基质中碳的含量（g/mol），如葡萄糖 α1= 72 α2 — 每克（干）菌体内碳的含量（g/g），一般 α2 = 0.5 α3 — 每摩尔二氧化碳中碳的含量（g/mol），α3 = 12 α4 — 每摩尔产物中碳的含量（g/mol），对乙醇 α4 =24，对醋酸 α4=24，对乳 酸 α4=36。
要对发酵过程进行优化控制，必须了解达到高产所必须具备的生产菌株生长 状态（生长速率、形态、浓度等），相应的基质和氧的需要率，以及各种发酵条 件对这种生长状态和需要量的影响。由于发酵动力学是关于微生物生长率、基质 和氧消耗率、产物合成率等动态变量之间关系以及它们与发酵条件之间关系的学 问，因而掌握这些学问，就能更加系统（而不是孤立）、有效（而不是盲目）的 驾驭这些发酵条件和动态变量，发酵过程的控制问题也就应刃而解了。
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华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
劳伦斯－麦卡帝基本方程式的应用
确立处理水基质浓度（Se）与污泥平均停留时间（θc）之间的关 系
Se =
1 Ks ＋ d K c θ
1 Yvmax－ ＋ d K c θ
dS 2 − = kS dt
积分得到：
（1-3） （1-4）
1 1 − = − kt St S0
如：2A（反应物）→ P（产物） 不同环境中的反应级数可以根据特定的一组浓度S和时间t的 实验数据，根据公式（1-2）、（1-3）、（1-4）来判断反 应级数。
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
b 微生物比增殖率和比基质降解率： u=(dX/dt)/X dX/dt—微生物增殖率，g/(L·h); x—曝气池中微生物浓度 比基质降解率：q=(dS/dt)/X dS/dt—基质降解速率，g/(L·h)。 污泥平均停留时间（习惯称污泥龄） 指反应系统内微生物从其生成开始到排出系统的平均停留 时间。相当于反应系统内微生物全部更新一次所需要的时 间。用θc或ts表示。单位为d（天）： θc＝vx/∆x ∆x—每日增殖的污泥量，g
第二基本方程式 该方程式表示的是基质降 解速率与曝气池内微生物 浓度和基质浓度之间的关 系。 有机质降解速率等于被微 生物利用的速率，即： v＝q 则根据monad方程式，用 qmax代替vmax，得：
XaS dS = qmax Ks + S dt u
Qmax—单位污泥最大基质利用速率； Ks—半速率系数。
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
2 劳－麦基本方程式
第一基本方程式
在反应器内，微生物量因增殖而增加，又因内源代谢而减 少，如下公式：
dX/dt=Y(dS/dt)-KdXa
Y—微生物产率（活性污泥产率），以污泥量/降解的有 机质基质表示，mg/mg; Kd—微生物内源代谢作用的自身氧化率，又称衰减系数， d－1； dX/dt—微生物净增殖速率，mg/(Ld); Xa—反应器内微生物浓度，mg/L; dS/dt—基质利用速率（降解速率），mg/(Ld)
确立活性污泥回流比（R）与活性污泥平均停留时间之 间的关系 Xr 1 Q = 1+ R − R θ V Xa c
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
幂指数定律
不考虑微生物生长因素，则：降解速率与基质浓度n次幂成 正比：
dS − = kS n dt
（1-1）
k为生物降解常数；n为反应级数。 反应可以是零级反应，对公式积分，可得到：
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
根据上图， θc可用下列公式： VXa/[QwXr+(QΘc＝VXa/[QwXr+(Q-Qw)Xe] 按照劳－麦建议的排泥方式，公式写为： Θc＝VXa/[QwXa+(Q-Qw)Xe] VXa/[QwXa+(Q一般Xe很低，可忽略不计，则上面两个公式写为： 一般Xe很低，可忽略不计，则上面两个公式写为： Θc＝VXa/QwXr Θc＝VXa/QwXa 因此，污泥的比增殖速率u与污泥平均停留时间θc互为倒数关系。 u＝1/ θc, θc=1/u
st − s0 = −kt （1-2）
在单一的反应物转变为单一的生成物或者基质浓度很高的 情况下，可考虑零级反应。
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
多种基质的混合废水中，每种基质的去除以恒速进行，但基 质降解总量为每一个基质去除量之和，可以认为是一级反应。 反应也可以是二级反应。
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
2 活性污泥反应动力学
以Monad方程为基础，通过数学式定量or半定量揭示活性 污泥系统的各项参数。 动力学模式建立的主要假设 主要假设： 主要假设 曝气池呈完全混合状态； 活性污泥系统运行条件绝对稳定； 二次沉淀池内不产生微生物代谢活动； 系统无抑制物质和有毒物质。 劳伦斯－麦卡蒂模式（Lawrence & McCarty) 基础概念： a、劳－麦建议的排泥方式：传统排泥方式，完全混合 式排泥方式
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
确立微生物浓度（X）与活性污泥平均停留时间（θc） 之间的关系
θ (S0 − Se ) cY X= t(1+ Kd c ) θ
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
双曲线定律
描述基质浓度和微生物生长速率的关系。 该定律是由Monad于1949年提出 又称为Monad方程。
μ=
Sμmax Ks + S
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
Sυmax μ= Ks + S
µ为微生物的比增长速率，即单位生物量的增长速率， 单位为时间的倒数。µmax为微生物的最大比增长速率， Ks为饱和常数，当µ＝µmax/2时所对应的基质浓度。 Ks值代表微生物对基质的亲和力，越小则同基质上表现不同； 同一种基质，不同菌株不同，即使同一菌株在不同浓 度下Ks各异。
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
完全混合式活性污泥排放方式
Q—进水流量； S—水BOD浓度； V—曝气池有效容积； X—混合液污泥浓度；
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
微生物反应动力学
1.污染物生物降解的动力学
评价微生物系统降解能力要用到动力学。 动力学：是指标靶化合物的微生物降解速率。是一个总 的指标，各个微生物共同作用的结果。 微生物的去除污染物速率取决于活菌浓度 活菌利用产生的电子供体和受体进行生命活动 2类经验模式： 幂指数定律（power rate law）：不考虑微生物生长的基质 降解模式。 双曲线定律（hyperbolic rate law）：考虑微生物生长的基 质降解模式。
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering
上述公式整理得到如下公式 该方程式为劳伦斯－麦卡的第一基本方程式，表示污泥平 均停留时间（θc）、基质比利用速率（q）以及衰减系数之 间的关系。
1 ＝Yq − Kd θ c
华中农业大学生命科学技术学院《环境生物工程》课件©2009 Environmental Bioengineering