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，如果把每個單元視為單獨的系統(tǒng)而逐一去理解其工作過程，會是非常困難的工作。幸運的是，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器培養(yǎng)系統(tǒng)的構型。由于生化反應動力學已經研究得相當成熟，而反應器培養(yǎng)系統(tǒng)工程學原理可用來研究反應器培養(yǎng)系統(tǒng)構型的作用，兩者的結合可以使人們了解各種類型生物處理系統(tǒng)的運行規(guī)律。反應器培養(yǎng)系統(tǒng)工程學是將數(shù)學模型用于分析和設計化學及生物化學反應器的一門科學。下面將簡述反應器培養(yǎng)系統(tǒng)工程學的一些基本概念。

　　2．1．1微生物系統(tǒng)模型

　　微生物系統(tǒng)是極其復雜的，所以其模型也是非常復雜的。幸運的是，一些相對簡單的模型已經被證明能夠描述許多生化反應過程。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，但是考慮得太復雜很可能反而添亂。以下采用的所有模型都是以質量、動量和能量的轉換為基礎的過程傳遞模型。而且，這些模型基本上屬于現(xiàn)象學類型，因為其速率表達式只是以基本形式描述了反應的基本機理。與此同時，這些模型又都是經驗性的，因為模型應用的最終檢驗是通過實際觀測和經驗而不是憑基本原理推導。

　　本書所采用的模型和速率表達式都做了一些簡化性的假設。雖然許多假設是隱性的，但是對經常使用的假設將其明確指出來還是非常重要的。第一個假設：一個反應器系統(tǒng)中指定種類微生物的所有個體都是相同的。事實上，由于所處生命周期階段不同，每個微生物的生理狀態(tài)都是不同的。但是，對這些狀態(tài)的影響知之甚少，用數(shù)學進行描述將會非常復雜，因此不予考慮。第二個假設：隨機現(xiàn)象可以忽略，即細胞之間的任何隨機性差別都可以不予考慮。這個假設一般不會產生什么問題，因為大多數(shù)生化反應器都有數(shù)量龐大的細胞，使得這種隨機性偏差可以忽略不計。第三個假設：每個微生物功能組別（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。第四個假設是第三個假設的延伸：在一個微生物種類之中不考慮其個體，即關注的是微生物群整體，而不是組成它們的個體。這個假設在平衡生長條件下是合理的，因為此時微生物群體的變化與其數(shù)量的變化是成比例的。而且，微生物在反應器中被認為是均勻分布的。最后，假設懸浮生長式反應器的反應是均勻進行的，盡管反應器中的微生物會有不同的生長階段。這個假設使得反應物從液相到固相（微生物體）之間的傳質過程被忽略了，因而簡化了模型。雖然傳質過程確實比較重要，尤其是對于一些絮體，例如對活性污泥來說，但是采用這個假設并不會引起多大困難。

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