生物膜内的传递与反应

生物膜内的传递与反应可用图2-9表示。

当电子给体和电子受体一经传递到生物膜和液体的界面时，它们就一定会被带进生物膜内，并在膜内发生反应，而生物膜的反应速率受电子给体和电子受体在膜中的浓度分布影响。一般认为电子给体和电子受体是靠扩散而到达微生物膜的，所以其扩散作用可用Fick第一定律表示，即：N=-De*dc/dx
式中，N为单位面积单位时间生物膜内扩散的基质质量，量纲为ML^-2 T^-1；De为有效扩散系数，量纲为L2T^-1；c为液相中基质浓度，量纲为ML^-3；x为垂直于生物膜表面坐标，量纲为L。
生物滤池在污水处理中的作用都基于三种目的之一：去除溶解性有机物，将氨氮转化成硝酸氮(硝化)，将硝酸氨转化成氮气(反硝化)。在这三种过程中，为使反应进行，生物膜内都必须传递两种溶解性成分，即电子给体和电子受体；在去除溶解性有机物的工艺过程中，被去除的有机物是电子给体。氧作为电子受体。当进行氨氮转化成硝酸氮的硝化过程中，NH+4-N作为电子给体，氧作为电子受体；当进行硝酸氮转化成氮气的反硝化过程中，NO-3-N作为电子的最终受体，而某种形式的有机物通常作为电子给体。在一般情况下，生物膜内的反应可由电子给体浓度cd和电子受体浓度ca控制，但是如果其中之一的浓度比另一个高得多，那么就只受一种成分控制，而在污水处理中基本上都是按一种成分考虑。
细胞的生长和基质的氧化通常被认为是偶联反应，也就是由于细胞的生长，基质才被去除。细胞生长速率γg、基质去除速率γs，可用下列公式表示。
γg=μXf
γs=qXf
q=μ/Yg
式中，γg为细胞生长速率，量纲为T^-1;γs为基质去除速率，量纲为T^-1；μ为比增长速率，量纲为L3M^-1 T^-1；Xf为生物膜中细胞的密度，量纲为ML-3；q为比基质去除速滤，量纲为L3M^-1 T^-1；Yg为细胞实际生长产率。
对于多孔颗粒载体，液膜厚度取决于水的流速v、载体颗粒直径d、载体孔隙率ε、水的绝对黏度w、水的密度P及基质扩散系数De，计算的经验公式如式所示：dx=DeR0.75S2/3/5.7v；R=2pdv/(1-ε)w (1≤R≤30)；S=w/pDe
式中，dx为液膜厚度，量纲为L；v为水的流速，量纲为LT^-1；d为载体颗粒直径，量纲为L；ε为载体孔隙率；w为水的绝对黏度，量纲为ML^-1 T^-1；p为水的密度，量纲为ML^-3；De为有效扩散系数，量纲为L2T^-1。

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