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1、第五章 生物化学工程基础-第三讲,5-6 BOD与TbOD5-7 微生物集团的模型,5-6 BOD与TbOD,5.6.1生化需氧量（BOD）与BOD试验1.生化需氧量概念 水中有机物通过微生物（主要指细菌）的氧化变成简单无机化合物的过程中，对水中溶解氧的消耗量称为生化需氧量。细菌对溶解氧的消耗包括：细菌分解、合成、内源呼吸需氧量，捕食微生物新陈代谢时的需氧量，还包括硝化需氧量。2.生化需氧量理论计算方法,5-6 BOD与TbOD,图5-12生化需氧量历时曲线,5-6 BOD与TbOD,图5-12给出了在天然水体中典型的生化需氧量历时曲线形式和温度对历时曲线的影响。将该曲线分成两段，以开始到增长
2、缓慢下来的那点止称为第一阶段，这一段生化需氧量的产生是由于含碳有机物的分解，称作碳质BOD。曲线的后一部分称作第二阶段，代表含氮有机物硝化过程的需氧量，称为氮质BOD。总历时曲线可以看作是二者的叠加。,5-6 BOD与TbOD,（1）碳质BODa.碳源物质完全氧化（如葡萄糖）：O2/C=2.67b.细菌的细胞合成：每合成1克干细菌，约需单体氧0.985gc.细菌完全氧化 每克干细菌的完全氧化需要单体氧1.41g,5-6 BOD与TbOD,（2）氮质BOD 硝化BOD=4.57(有机氮+氨氮)毫克/升+1.14（NO2-氮）毫克/升 说明：总BOD应该包括碳质BOD和氮质BOD两者，但由于实践中
3、涉及到的BOD问题一般都是指碳质BOD，所以在未特别注明的情况下，总BOD都是指碳质BOD,5-6 BOD与TbOD,3.BOD试验 BOD试验是指300毫升瓶所做的标准五日生化需氧量（BOD5）试验。由于试验的条件和实际条件相差很远，试验的BOD值就不可能代表实际的情况。因此BOD试验还是存在一定缺陷的。BOD试验缺陷1）不能模拟生物氧化的处理过程，试验时水样静止、恒温；水样经过稀释；溶解氧的供应受到限制。2）滞后期的长短随试验的具体条件变化3）BOD曲线不一定通过原点，BOD5 的试验值与真正的有机物浓度间不存在真实的定量代表关系,5-6 BOD与TbOD,实线表示的是原生动物滞后期较长的
4、情况，使BOD曲线出现一个平台。虚线表示的是原生动物滞后期较短的情况，BOD曲线上不出现平台,5-6 BOD与TbOD,bOD试验 鉴于BOD试验存在的问题以及BODL的重要性，Busch等人从20世纪50年代起，就不断探索新的有机物生化需氧量的方法，发展了TbOD 方法，可以在一天以内甚至几小时内测出废水中有机物的总BOD值。Grady及Busch提出总BOD=BOD坪值+细菌的BOD理论值 BOD坪值：生化需氧量历时曲线上出现台阶的那一点所对应的BOD值。,5-6 BOD与TbOD,TbOD试验的具体方法：（1）获取驯化后的细菌悬浮液，并用自来水洗去其中所含残余有机物（2）测定细菌悬浮液的
5、COD及质量浓度（3）测定废水的COD值（4）将细菌悬浮液a毫升与废水b毫升混合后并进行曝气，以促进细菌的代谢作用，并保持试样成分均匀，作为试验的时间的0点（5）按一定的时间间隔取水氧，测定混合液的COD、经0.45孔径滤膜过滤后的滤液COD以及悬浮固体量（6）计算：,5-6 BOD与TbOD,当混合液的COD曲线变水平后，表示水中有机物已被消耗光，CODm-CODmi代表BOD坪值，即废水中有机物完全转化成细菌物质后所需的氧量。当滤液的COD曲线变水平后，CODfi-CODi代表由于微生物作用所去除的氧的总需氧量，即BODLTbOD试验可以提供三个重要设计参数：（1）BODL;（2）处理过程
6、所需的O2量；（3）细菌产量,TbOD试验结果,5-7微生物集团的模型,微生物膜,微生物絮体,推导假设前提：稳定 集团成分，细胞的功能，菌龄分布以及其他微生物的活性不随时间T改变而改变。1.微生物膜的微分方程 定义a为单位体积的膜或絮体中所含的活微生物的总表面积,取厚度，面积为 的体积微元,微生物去除底物速率,以 代入得,按,代入r表达式,边界条件,2.基本方程的解,对前面的式子进行无量纲化转换：,当无扩散阻力时：,当有扩散阻力时：,有效系数E：,有阻力扩散桶通量,无阻力扩散通量,有效系数E的数值解：,Atkinson等人进一步写出E的近似函数：,p的简化式，以R表示：,3.微生物絮体的解（1）球形絮体的特征长度：,（2）絮体的通量：,（3）单位湿絮体容积中每克干微生物物质所去除的量：,絮体有效系数公式,4.讨论当微生物膜厚度L足够小时，E=1,当L相当大，值大时,当L相当大，值小时,
