第2章廢水生物處理懸浮生長培養(yǎng)系統(tǒng)

　　2．1理想懸浮生長培養(yǎng)系統(tǒng)

　　在廢水生物處理過程中，如果把每個(gè)單元視為單獨(dú)的系統(tǒng)而逐一去理解其工作過程，會(huì)是非常困難的工作。幸運(yùn)的是，生物處理只包含有限的過程，它們之間具有許多共性。這意味著它們之間的主要差別在于反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)的構(gòu)型。由于生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)已經(jīng)研究得相當(dāng)成熟，而反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)工程學(xué)原理可用來研究反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)構(gòu)型的作用，兩者的結(jié)合可以使人們了解各種類型生物處理系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律。反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)工程學(xué)是將數(shù)學(xué)模型用于分析和設(shè)計(jì)化學(xué)及生物化學(xué)反應(yīng)器的一門科學(xué)。下面將簡述反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)工程學(xué)的一些基本概念。

　　2．1．1微生物系統(tǒng)模型

　　微生物系統(tǒng)是極其復(fù)雜的，所以其模型也是非常復(fù)雜的。幸運(yùn)的是，一些相對簡單的模型已經(jīng)被證明能夠描述許多生化反應(yīng)過程。由于本書的目的在于掌握系統(tǒng)作用的一般規(guī)律，因此下面將集中討論這些模型，但是考慮得太復(fù)雜很可能反而添亂。以下采用的所有模型都是以質(zhì)量、動(dòng)量和能量的轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的過程傳遞模型。而且，這些模型基本上屬于現(xiàn)象學(xué)類型，因?yàn)槠渌俾时磉_(dá)式只是以基本形式描述了反應(yīng)的基本機(jī)理。與此同時(shí)，這些模型又都是經(jīng)驗(yàn)性的，因?yàn)槟Ｐ蛻?yīng)用的最終檢驗(yàn)是通過實(shí)際觀測和經(jīng)驗(yàn)而不是憑基本原理推導(dǎo)。

　　本書所采用的模型和速率表達(dá)式都做了一些簡化性的假設(shè)。雖然許多假設(shè)是隱性的，但是對經(jīng)常使用的假設(shè)將其明確指出來還是非常重要的。第一個(gè)假設(shè)：一個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)中指定種類微生物的所有個(gè)體都是相同的。事實(shí)上，由于所處生命周期階段不同，每個(gè)微生物的生理狀態(tài)都是不同的。但是，對這些狀態(tài)的影響知之甚少，用數(shù)學(xué)進(jìn)行描述將會(huì)非常復(fù)雜，因此不予考慮。第二個(gè)假設(shè)：隨機(jī)現(xiàn)象可以忽略，即細(xì)胞之間的任何隨機(jī)性差別都可以不予考慮。這個(gè)假設(shè)一般不會(huì)產(chǎn)生什么問題，因?yàn)榇蠖鄶?shù)生化反應(yīng)器都有數(shù)量龐大的細(xì)胞，使得這種隨機(jī)性偏差可以忽略不計(jì)。第三個(gè)假設(shè)：每個(gè)微生物功能組別（如好氧異養(yǎng)菌、自養(yǎng)菌等）中，所有的微生物都被看作屬于同一個(gè)種類。但是，在廢水生物處理中從來都并非如此，所涉及的微生物至少有幾十種甚至幾百種。第四個(gè)假設(shè)是第三個(gè)假設(shè)的延伸：在一個(gè)微生物種類之中不考慮其個(gè)體，即關(guān)注的是微生物群整體，而不是組成它們的個(gè)體。這個(gè)假設(shè)在平衡生長條件下是合理的，因?yàn)榇藭r(shí)微生物群體的變化與其數(shù)量的變化是成比例的。而且，微生物在反應(yīng)器中被認(rèn)為是均勻分布的。最后，假設(shè)懸浮生長式反應(yīng)器的反應(yīng)是均勻進(jìn)行的，盡管反應(yīng)器中的微生物會(huì)有不同的生長階段。這個(gè)假設(shè)使得反應(yīng)物從液相到固相（微生物體）之間的傳質(zhì)過程被忽略了，因而簡化了模型。雖然傳質(zhì)過程確實(shí)比較重要，尤其是對于一些絮體，例如對活性污泥來說，但是采用這個(gè)假設(shè)并不會(huì)引起多大困難。

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