有机物的生物降解速率方程和动力学模型

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1、有机物的生物降解速率方程和动力学模型有机物的生物降解速率方程的研究一直是研究者的热门课题*通过研究有 机物的降解速率和反应级数，有助于全面地了解和分析有机物的降解规律和降 解机理研究表明，指数速率模型可在较大范国内模拟有机物生物降解的过程142L 指数模型适用于均匀溶液的化学反应.指数速率模塑的降解速率与基质质量分 数的关系表达为；式中* 基质质量分数* mg/L：K降解速率常数，d*s反应时间，击 n一反应级数.对零级反应a=0). 一级反应(n=t)和二级反应(n=2) 式(1-11)的 积分形式分别为问】n=Ot St-SKtbi2)(1-13)n=2二Kt(1-14)式中，时刻基质的质

2、量浓度，mg/L：So-基质初始时刻的质量浓度，mg/L; T反应时间，d;K 一速率常数，d *.1.8.2生物降解动力学模型12.1 Monod 模型1942年，现代细胞生长动力学奠基人Monod提出.当培养基中不存在 抑制细胞生长的物质时，在微生物生长曲线的对数期和平衡期，细胞的生 长速率与基质浓度关系满足Monod方程式I*4%1-15)式中，“为菌体比生长速率.pg为最大比生长速率，Ks为半饱和常数，S为 限制基质浓度，将Monod方程两边取倒数可得：(1-16)通过测定不同基质浓度下微生物的比生长速率，就可以通过回归方程 计算岀Monod方程中两个参数.M22 Logisitic

3、模型如果在微生物在増前的末期由于负源的消耗，微生物能够达到的最大锻度为则厶二兰可用来表示微生物浓度达到的饱和程度.则微生物生长可用Logistic方程表示W方程的解为:Xdt 八 xw片x1+(亍7严切久0为了进一步了解微生物浓度的变化情况，对上武求取x的二阶导数。d2X s IX V1 XXi-(1-20)当x = 时，生长曲线出现拐点，即微生物的增悄速率岀现先増加后减小的2f 現發，该点微生物增殖速率达到最大值，最大值为=-.dt 41.9共代谢的研究进展1.9微生物共代谢的定义 研究人员在一些难降解有机物的降解过程中发现一种易降解物质的加入能 促进难降解有机物的现象，把它成为“共代谢”网

4、，微生物在一定的碳源和能 源的生长基质上生长时，徉随着非生长基质的不完全氧化的一种现彖.这是有 机污染物氧化成C6和H2O的过程中有多种酶或微生物共同参与的代谢现衣。 其中生长基质和非生长基质也可称为“一级基质”和“二级基质”。共代谢是一种很独特的代谢方式，某些有毒、难降解物质不能被微生物直 接降解，但添加一些如葡萄糖、乳酸、乙醇等易被微生物降解的物质后可以提 高难降解物质的生物降解性.1.9.2微生物共代谢的研究意义所谓共代谢是指微生物在外加碳源和能源的生长基质上生长时，伴随着非 生长基质的不完全氧化的一种现叙夠。通过共代谢等各种生物技术的应用，在弄清筵微生物降解有机污染物时能 力和途径的基

5、础上，应用现代基因工程等高级技术,扩廉微牛物酶对基质的专一 性和代谢途径，可以更有效地处理和降解各种难降解有机污染物,更好地保护环 境.在自然环境中，有机污染物所处的生杰系统都姥由多种有机物、无机物、 微生物等组成的复杂生态系统。在此系统中，同时发生着多种有机物与微生物 之间的相互作用，而且在实际废水的生物处理中，也是多种有机物和无机物共 存的状态叫因此，单一基质条下有机物的生物降解性并不能反应有机物在环境中降解 的真实悄况.单一基质卞的理想条件得岀的结论不能和工程实践完全吻合.所 以，研究其代谢条件下有机污染物生物降解性具有重要的实际意义所以本课題研究难降解硫化矿捕收剂在共代谢条件下的生物降

6、解性，对提 髙选矿废水生物处理效果具有极其重要的意义.可在处理选矿废水的同时加入 其它有机废水，废水中的有机污染物可作为选矿废水的共代谢基质，不仅提高 了选矿废水的处理效率，而且还达到了 “以废治废”的目的.1.9.3共代谢的生物降解动力学模型Monod方程是污水生物处理中应用最为广泛的模型适用于微生物在生长、 降解等一系列过程中没有毒性和其它共代谢基质存在，且生长处于平衡状态. 由此可见，Monod方程不能用于描述共代谢降解动力学过程.国外一些研究若指出在研究微生物共代谢动力学时必须考虔以下几个因 素刈：0)初级基质与次级基质间的比例；(2)初级基质和次级基质对微生物 的抑制作用；辅WNAD

7、H的消耗；(4)微生物的内源代谢作用：(5)产物醇 性作用1.9.3.1初级基质对微生物抑制动力学模型在共代谢的过程中，有时候初级基质会对微生物的生长产生抑制作用.Hao 等创以苯酚作为共代谢基质降解扭代酚时，发现苯酚对细菌的生长存在抑制作 用.并对游反应抑制动力学模型进行改进得到初级基质对微生物抑制的动力学 (Andrews)方程为：% =鱼_=- (1-21)对共代谢降解氮代酚的过程进行描述，得到了较为満意的结果。1.9.3.2次级基质降解动力学樓型次级基质（第二基质）代谢降解是共代谢降解动力学中一个重要的方面。Alvarez C.L等佝提出了一个非常重要的概念來表示由于次级基质转化而使活性 生物量降低，即生物转化容量T-并将耳引入Monod方程得到次级基质降解动 力学模型：dt一 (+C)(1-22)分别用上述模型来模拟丙烷、甲苯、苯酚降解菌的休HK细胞降解三氯甲烷、1, 2二氧乙烷的共代谢过程.取得了很满意的效果41.933完全动力学模型在总结前人的成果的基础上,Chang and Criddle提出了共代谢完全动力学模 型，主要包含初级基质降解动力模型.次级基质降解动力模型以及微生物生长 动力学模型研究表明，该模型能较准确描述甲烷降解菌共代谢降解三氯乙烯的过程