微生物反應(yīng)器課件

第六章

微生物反應(yīng)器第六章

微生物反應(yīng)器微生物反應(yīng)器特點(diǎn)與分類

什么叫微生物反應(yīng)器？微生物反應(yīng)器是利用微生物的生命活動來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一種反應(yīng)器。關(guān)于反應(yīng)器分類和操作的一般理論都適用于微生物反應(yīng)器。

微生物反應(yīng)器有什么特點(diǎn)？活性微生物既是生物反應(yīng)的產(chǎn)物，同時又參與反應(yīng)從而影響反應(yīng)速度（類似于化學(xué)反應(yīng)中的自催化反應(yīng)）。微生物反應(yīng)器特點(diǎn)與分類什么叫微生物反應(yīng)器？微生物反微生物反應(yīng)器特點(diǎn)與分類

微生物反應(yīng)器的幾種形式（1）懸浮微生物反應(yīng)器：微生物主要以游離細(xì)胞或微小絮體（flocs）形式存在（2）附著微生物反應(yīng)器（生物膜反應(yīng)器）：微生物主要以生物膜（biofilm）的形式存在（3）附著-懸浮混合微生物反應(yīng)器：游離細(xì)胞、絮體和生物膜共存并都對生物反應(yīng)有貢獻(xiàn)微生物反應(yīng)器特點(diǎn)與分類微生物反應(yīng)器的幾種形式（1）懸浮微生微生物反應(yīng)器課件微生物反應(yīng)器設(shè)計的關(guān)鍵：確定細(xì)胞和基質(zhì)濃度隨時間/操作條件/

反應(yīng)器體積等的變化方程。利用的基本關(guān)系式細(xì)胞生長速率方程、基質(zhì)消耗速率方程細(xì)胞物料衡算式、基質(zhì)的物料衡算式微生物反應(yīng)器特點(diǎn)與分類微生物反應(yīng)器設(shè)計的關(guān)鍵：利用的基本關(guān)系式微生物反應(yīng)器特點(diǎn)與分6.1懸浮微生物反應(yīng)器

間歇、半連續(xù)、連續(xù)懸浮微生物反應(yīng)器6.2生物膜反應(yīng)器全混流、平推流生物膜反應(yīng)器

第六章微生物反應(yīng)器本章主要內(nèi)容6.1懸浮微生物反應(yīng)器第六章微生物反應(yīng)器本章主要內(nèi)容6.1.1間歇懸浮微生物反應(yīng)器6.1.2半連續(xù)懸浮微生物反應(yīng)器6.1.3連續(xù)懸浮微生物反應(yīng)器6.1懸浮微生物反應(yīng)器本節(jié)的主要內(nèi)容6.1.1間歇懸浮微生物反應(yīng)器6.1懸浮微生物反應(yīng)器6.1.1間歇懸浮微生物反應(yīng)器應(yīng)用：實(shí)驗室內(nèi)的微生物生長特性、生理生化特性、污染物的生物降解研究以及污水的間歇生物處理、有機(jī)廢棄物的堆肥（固相培養(yǎng)）BOD的測定：可視為微生物的間歇培養(yǎng)過程。6.1懸浮微生物反應(yīng)器6.1.1間歇懸浮微生物反應(yīng)器應(yīng)用：實(shí)驗室內(nèi)的微生物生長6.1.1.1微生物的生長曲線(growthcurve)培養(yǎng)時間tlgX(i)(ii)(iii)(iv)(v)(vi)(i)延滯期(ii)加速期(iii)對數(shù)生長期(iv)減速期(v)穩(wěn)定期(vi)死亡期最大收獲量(maximumcrop)6.1懸浮微生物反應(yīng)器6.1.1.1微生物的生長曲線(growthcurve假設(shè)微生物的生長符合Monod方程，且細(xì)胞產(chǎn)率系數(shù)Yx/s為一常數(shù)，上述物料衡算式可表示為：間歇培養(yǎng)中細(xì)胞和基質(zhì)的物料衡算式(6.1.1)(6.1.2)解聯(lián)立方程即可求出X和S隨時間的變化但因間歇培養(yǎng)過程中，細(xì)胞和基質(zhì)濃度均隨時間變化而變化，方程式的解析非常困難，一般需要利用數(shù)值解析法。6.1.1.2間歇操作的設(shè)計方程6.1懸浮微生物反應(yīng)器假設(shè)微生物的生長符合Monod方程，且細(xì)胞產(chǎn)率系數(shù)Yx/s為間歇操作的簡化解析簡化方法：忽略mX項，以YX/S代替

，并認(rèn)為YX/S為恒定值6.1懸浮微生物反應(yīng)器令X′＝X0+S0YX/S

間歇操作的簡化解析6.1懸浮微生物反應(yīng)器令X′＝X0+S6.1懸浮微生物反應(yīng)器代入式（6.1.1），積分可得：(6.1.9a)當(dāng)KS<<S0，且X′≈X0時，式（6.1.9a）可簡化為(6.1.9b)6.1懸浮微生物反應(yīng)器代入式（6.1.1），積分可得：(【例題6.1.1】某細(xì)菌利用基質(zhì)S時的生長規(guī)律符合Monod方程，已知其最大比生長速率為0.84h-1，Ks值為0.074kg/m3，YX/S為0.5kg(細(xì)胞)/kg(基質(zhì))，試求出當(dāng)基質(zhì)初期濃度為10kg/m3，細(xì)菌初期濃度為0.110kg/m3時，間歇培養(yǎng)過程中S和X的時間變化曲線。

6.1懸浮微生物反應(yīng)器【例題6.1.1】某細(xì)菌利用基質(zhì)S時的生長規(guī)律符合Monod解：根據(jù)已知的數(shù)據(jù)，利用(6.1.9)式和(6.1.8)式計算出不同時間的S和X，并繪于圖6.1.2.

t/hS0=10SX0=0.11XX,S/(kg?m-3)024680246810

6.1懸浮微生物反應(yīng)器解：根據(jù)已知的數(shù)據(jù)，利用(6.1.9)式和(6.1.8)式計半連續(xù)培養(yǎng)操作(semi-batchculture)又稱流加操作或分批補(bǔ)料操作(fed-batchculture)。操作方式：開始時將基質(zhì)和接種微生物放入反應(yīng)器，在培養(yǎng)過程中，將基質(zhì)連續(xù)加入，微生物和產(chǎn)物等均不取出。特點(diǎn)：細(xì)胞與基質(zhì)濃度、體積均變化6.1.2半連續(xù)微生物反應(yīng)器6.1懸浮微生物反應(yīng)器半連續(xù)培養(yǎng)操作(semi-batchculture)又稱流半連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用：研究微生物生長動力學(xué)、生理特性等。微生物的高濃度培養(yǎng)。高濃度基質(zhì)對微生物有毒害作用時，可通過流加培養(yǎng)，控制反應(yīng)器中基質(zhì)的濃度始終處于低濃度水平。反應(yīng)系統(tǒng)需要較長的反應(yīng)時間時的微生物培養(yǎng)。

6.1懸浮微生物反應(yīng)器半連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用：6.1懸浮微生物反應(yīng)器體積流量:qVS、V、X基質(zhì)濃度:Sin菌體濃度:Xin=0半連續(xù)培養(yǎng)的物料衡算假設(shè)反應(yīng)器內(nèi)流體完全混合，只有一種生長限制性基質(zhì)，微生物均衡生長，細(xì)胞產(chǎn)率系數(shù)恒定(6.1.10)(6.1.11)(6.1.13)6.1懸浮微生物反應(yīng)器體積流量:qVS、V、X基質(zhì)濃度:Sin半連續(xù)培養(yǎng)的物料衡算半連續(xù)培養(yǎng)的簡化解析簡化假設(shè)：在培養(yǎng)初期，基質(zhì)濃度大量存在（或基質(zhì)的供應(yīng)速率足夠大）(6.1.16)（成立條件：培養(yǎng)初期）培養(yǎng)后期要用(6.1.13)式計算(6.1.15)呈指數(shù)形式增長VS=06.1懸浮微生物反應(yīng)器代入式（6.1.10），積分半連續(xù)培養(yǎng)的簡化解析(6.1.16)（成立條件：培養(yǎng)初期）(VXVSVt/hVX,VS/kgV×103/m30123450.000.010.020.030123

半連續(xù)培養(yǎng)反應(yīng)器中微生物及基質(zhì)濃度的時間變化曲線VX的變化特點(diǎn)？VS的變化特點(diǎn)？6.1懸浮微生物反應(yīng)器VXVSVt/hVX,VS/kgV×103/m3016.1.3連續(xù)懸浮微生物反應(yīng)器操作方式：將不含有菌體和產(chǎn)物的物料（培養(yǎng)液、污水等）連續(xù)加入反應(yīng)器，同時連續(xù)將含有微生物細(xì)胞和產(chǎn)物的反應(yīng)混合液取出。連續(xù)操作通常以間歇操作開始，即開始時先將培養(yǎng)液加入反應(yīng)器，將微生物接種后進(jìn)行間歇培養(yǎng)，當(dāng)限制性基質(zhì)被基本耗盡或微生物生長達(dá)到預(yù)期濃度時開始連續(xù)加入培養(yǎng)液，同時排出反應(yīng)后的培養(yǎng)液。

優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)化率易于控制，反應(yīng)穩(wěn)定，勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用：污水處理、在實(shí)驗室的研究中活性污泥的培養(yǎng)、污水生物處理試驗等6.1懸浮微生物反應(yīng)器6.1.3連續(xù)懸浮微生物反應(yīng)器操作方式：將不含有菌體和產(chǎn)①可以對微生物施加一定的環(huán)境條件，進(jìn)行長期穩(wěn)定的培養(yǎng)。②可以對微生物進(jìn)行篩選培養(yǎng)。（根據(jù)比增長速率）③連續(xù)培養(yǎng)中可以獨(dú)立改變的參數(shù)多，適用于微生物生理生化特性的研究。④微生物連續(xù)培養(yǎng)中最大的困難是染菌，因此連續(xù)操作適用于對純培養(yǎng)要求不高的情況。

微生物的連續(xù)培養(yǎng)操作的特點(diǎn)：6.1懸浮微生物反應(yīng)器①可以對微生物施加一定的環(huán)境條件，進(jìn)行長期穩(wěn)定的培養(yǎng)。微生物6.1.3.1不帶循環(huán)的完全混合微生物反應(yīng)器假設(shè)條件：反應(yīng)器內(nèi)流體完全混合，只有一種生長限制性基質(zhì)，微生物均衡生長，細(xì)胞產(chǎn)率系數(shù)恒定1.基本方程微生物細(xì)胞的物料衡算式為：qVX0－qVX＋rXV＝0

體積流量:qVS、V、X基質(zhì)濃度:S0菌體濃度:X0=0qVSe=SXe=X(X0=0)6.1懸浮微生物反應(yīng)器6.1.3.1不帶循環(huán)的完全混合微生物反應(yīng)器假設(shè)條件：反在微生物的連續(xù)培養(yǎng)中，微生物的比生長速率與稀釋率相等μ＝D

可以通過改變稀釋率調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的微生物的生長速率6.1懸浮微生物反應(yīng)器在微生物的連續(xù)培養(yǎng)中，微生物的比生長速率與稀釋率相等μ＝D2.反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度的計算方程當(dāng)微生物的生長符合Monod方程時(6.1.24)(6.1.25)6.1懸浮微生物反應(yīng)器2.反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度的計算方程當(dāng)微生物的生長符合Monod方3.反應(yīng)器內(nèi)細(xì)胞濃度的計算方程生長限制性基質(zhì)的物料衡算式可表示為：qVS0＝qVS＋(－rS)V(6.1.26)

(6.1.34)－rs＝－νSX

D＝μ＝－νsYx/s

6.1懸浮微生物反應(yīng)器3.反應(yīng)器內(nèi)細(xì)胞濃度的計算方程生長限制性基質(zhì)的物料衡算式可表4.反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件必要條件：X

大于0Dc稱臨界稀釋速率(criticaldilutionrate)“洗脫現(xiàn)象(washout)”

D>Dc時，反應(yīng)器操作從啟動初期等的間歇操作切換到連續(xù)操作時，反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度將逐漸減少(6.1.34)6.1懸浮微生物反應(yīng)器4.反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件必要條件：X大于0Dc稱臨界X,S/(kg?m-3)rX/(kg?m-3?h-1)稀釋速率D/h-1rX=DXSDcX00.20.40.60.81.00246810012345

微生物濃度、基質(zhì)濃度及微生物產(chǎn)率與稀釋率的關(guān)系（連續(xù)培養(yǎng)器）6.1懸浮微生物反應(yīng)器X,S/(kg?m-3)rX/(kg?m-3?h-1)【例題6.1.4】某細(xì)菌連續(xù)培養(yǎng)的生長速率rx與基質(zhì)濃度S和細(xì)胞濃度X的關(guān)系符合Monod方程，已知μmax=0.5h－1，Ks=2g/L，Yx/s=0.45g（細(xì)胞）/g（基質(zhì)），S0=48g/L。試計算在連續(xù)培養(yǎng)器中培養(yǎng)時的最大細(xì)胞生產(chǎn)速率和此時的基質(zhì)分解率。6.1懸浮微生物反應(yīng)器【例題6.1.4】某細(xì)菌連續(xù)培養(yǎng)的生長速率rx與基質(zhì)濃度S和求d(DX)/dD，并令其為0可得：將μmax，Ks和S0代入可求得：Dmax=0.4h－1。由式(6.1.34)可得：解：細(xì)胞生產(chǎn)速率=D?X6.1懸浮微生物反應(yīng)器求d(DX)/dD，并令其為0可得：將μmax，Ks和S0代

所以，由式(6.1.34)可求得Xmax＝18g（細(xì)胞）/L。所以，Dmax?Xmax=0.4×18=7.2g/(L?h)(6.1.25)由式(6.1.25)可知6.1懸浮微生物反應(yīng)器所以，由式(6.1.34)可求得Xmax＝18g（細(xì)胞）【例題6.1.5】細(xì)菌A和B利用同一基質(zhì)S時的生長速率均符合Monod方程。A和B的生長曲線如下圖所示。當(dāng)以S為唯一基質(zhì)用連續(xù)培養(yǎng)器對A和B進(jìn)行混合培養(yǎng)時，試討論不同稀釋率時培養(yǎng)器內(nèi)A和B的分布情況。(假定細(xì)胞之間互相獨(dú)立、不發(fā)生粘結(jié)和絮凝作用而產(chǎn)生絮體)μBμAXSμμ6.1懸浮微生物反應(yīng)器【例題6.1.5】細(xì)菌A和B利用同一基質(zhì)S時的生長速率均符合解：設(shè)μA和μB的交點(diǎn)為μX。①D<μX時：μA>μB，培養(yǎng)器內(nèi)只存在A，B將被洗脫。②D=μX時：μA=μB=μX，培養(yǎng)器內(nèi)A、B可以共存。③μmB>D>μX時：μB>μA，培養(yǎng)器內(nèi)只存在B，A將被洗脫。④D>μmB時：A、B均被洗脫。μBμAxSμμmBμmAμ6.1懸浮微生物反應(yīng)器解：設(shè)μA和μB的交點(diǎn)為μX。①D<μX時：μA>μB，培養(yǎng)6.1懸浮微生物反應(yīng)器5.考慮維持代謝時的反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行條件考慮維持代謝的存在時，臨界稀釋速率Dc的值減小6.1懸浮微生物反應(yīng)器5.考慮維持代謝時的反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行6.稀釋率對Yx/s值的影響D越大，YX/S越趨近于；D越小，YX/S越小。如何解釋？6.1懸浮微生物反應(yīng)器6.稀釋率對Yx/s值的影響D越大，YX/S越趨近于6.1.3.2帶細(xì)胞濃縮和循環(huán)的完全混合微生物反應(yīng)器帶細(xì)胞循環(huán)的連續(xù)反應(yīng)器：把從反應(yīng)器排出的反應(yīng)液中的微生物濃縮，將濃縮液返回反應(yīng)器。微生物的濃縮方法有重力沉降法、離心分離法、膜分離法等。提高反應(yīng)器內(nèi)細(xì)胞濃度的措施防止“洗脫”：細(xì)胞固定化返回被洗脫的細(xì)胞：細(xì)胞循環(huán)6.1懸浮微生物反應(yīng)器6.1.3.2帶細(xì)胞濃縮和循環(huán)的完全混合微生物反應(yīng)器帶細(xì)Se,XeqVS,XS0,X0=0qVe分離器(qV－qVe)S、V、X上清液濃縮菌體1.基本方程循環(huán)比細(xì)胞濃縮系數(shù)6.1懸浮微生物反應(yīng)器Se,XeqVS,XS0,X0=0qVe分離器(qV以反應(yīng)器為對象的細(xì)胞物料衡算方程在穩(wěn)態(tài)條件下，dX/dt＝0，整理可得

(6.1.45)(6.1.51)(0<ω<1)

6.1懸浮微生物反應(yīng)器以反應(yīng)器為對象的細(xì)胞物料衡算方程在穩(wěn)態(tài)條件下，dX/dt＝02.反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)和細(xì)胞濃度的計算若微生物的生長符合Monod方程，參照不帶細(xì)胞循環(huán)的連續(xù)反應(yīng)器的解析方法，可得到反應(yīng)器內(nèi)X和S的計算式(6.1.52)(6.1.53)(6.1.54)6.1懸浮微生物反應(yīng)器2.反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)和細(xì)胞濃度的計算若微生物的生長符合Monod6.1懸浮微生物反應(yīng)器3.微生物比增長速率的計算以分離器為對象，對微生物進(jìn)行物料衡算6.1懸浮微生物反應(yīng)器3.微生物比增長速率的計算以分離器(6.1.58)

①當(dāng)Xe＝0，即上清液不含微生物細(xì)胞時

②當(dāng)Xe/X=1，即分離器對細(xì)胞沒有濃縮作用時

③當(dāng)qVe=qV時，即不排出微生物細(xì)胞濃縮液時

6.1懸浮微生物反應(yīng)器(6.1.58)①當(dāng)Xe＝0，即上清液不含微生物細(xì)胞時②6.1.3.3多級串聯(lián)完全混合微生物反應(yīng)器假設(shè)條件：第一級反應(yīng)器進(jìn)口X0=0，各級反應(yīng)器體積V相同，操作條件也相同，細(xì)胞產(chǎn)率系數(shù)YX/S恒定對于第一級反應(yīng)器：6.1懸浮微生物反應(yīng)器6.1.3.3多級串聯(lián)完全混合微生物反應(yīng)器假設(shè)條件：第一6.1懸浮微生物反應(yīng)器對于第二級反應(yīng)器：可以看出，μ2<D，隨著反應(yīng)器級數(shù)的不斷增加，反應(yīng)器中微生物的比生長速率越來越小微生物細(xì)胞的物料衡算式6.1懸浮微生物反應(yīng)器對于第二級反應(yīng)器：可以看出，μ2<6.1懸浮微生物反應(yīng)器對于第二級反應(yīng)器：生長限制性基質(zhì)的物料衡算式6.1懸浮微生物反應(yīng)器對于第二級反應(yīng)器：生長限制性基質(zhì)的6.1懸浮微生物反應(yīng)器對于第n級反應(yīng)器：6.1懸浮微生物反應(yīng)器對于第n級反應(yīng)器：6.1懸浮微生物反應(yīng)器【例題6.1.7】某微生物反應(yīng)的動力學(xué)方程為

，已知X0=0，S0=3g/L，YX/S=0.5g/g。試問：（1）在單一CSTR中，V=1L，qV=1L/min，求出口基質(zhì)濃度S？解：由微生物反應(yīng)的動力學(xué)方程可知即μmax=2min-1，KS=1g/L6.1懸浮微生物反應(yīng)器【例題6.1.7】某微生物反應(yīng)的動6.1懸浮微生物反應(yīng)器（2）在同一CSTR中，若qV=3L/min，求出口基質(zhì)濃度S？解：若qV=3L/min，則稀釋度D=3min-1>Dc，

所以反應(yīng)器中微生物細(xì)胞將被洗脫，無法正常生長，穩(wěn)態(tài)時S=S0=3g/L（3）如果在qV=3L/min的條件下操作，出口基質(zhì)濃度S=1/3g/L，則該CSTR的體積為多少？解：由解得D=0.5min-1，因此反應(yīng)器體積6.1懸浮微生物反應(yīng)器（2）在同一CSTR中，若qV=36.1懸浮微生物反應(yīng)器（4）如果在兩級串聯(lián)CSTR反應(yīng)器中進(jìn)行上述反應(yīng)，兩個反應(yīng)器體積均為1L，qV=1L/min，此時出口基質(zhì)濃度S2為多少？解：對于第一級反應(yīng)器，其出口基質(zhì)濃度由（1）可知為S1=1g/L，將X1、S1代入聯(lián)立以上兩式，整理可得求解方程得到S2=0.27g/L6.1懸浮微生物反應(yīng)器（4）如果在兩級串聯(lián)CSTR反應(yīng)器6.1懸浮微生物反應(yīng)器（5）如果對上述反應(yīng)采用菌體沉淀再循環(huán)的操作方式，已知X0=0，S0=3g/L，YX/S=0.5g/g，V=1L，qV=1L/min，γ=0.5，β=2，細(xì)胞濃縮液不排出，求最終反應(yīng)系統(tǒng)出口的微生物細(xì)胞濃度Xe和基質(zhì)濃度Se各為多少？解：6.1懸浮微生物反應(yīng)器（5）如果對上述反應(yīng)采用菌體沉淀再6.1懸浮微生物反應(yīng)器對細(xì)胞分離器進(jìn)行微生物細(xì)胞的物料衡算可得對整個系統(tǒng)進(jìn)行基質(zhì)的物料衡算可得6.1懸浮微生物反應(yīng)器對細(xì)胞分離器進(jìn)行微生物細(xì)胞的物料衡(1)微生物的間歇培養(yǎng)生長曲線可分為哪幾個階段？什么是最大收獲量？(2)微生物的半連續(xù)培養(yǎng)的操作方式有何特點(diǎn)？(3)在微生物的半連續(xù)培養(yǎng)中，反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度會出現(xiàn)先增加后減少的現(xiàn)象。為什么出現(xiàn)這種現(xiàn)象？(4)什么是稀釋率？微生物的連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)（沒有細(xì)胞循環(huán)系統(tǒng)）中，稀釋率的最大值是什么？本節(jié)思考題6.1懸浮微生物反應(yīng)器(1)微生物的間歇培養(yǎng)生長曲線可分為哪幾個階段？什么是最大(5)

在微生物的連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)中，能否控制微生物的比生長速率？如何實(shí)現(xiàn)？(6)什么是微生物連續(xù)培養(yǎng)中的“洗脫現(xiàn)象”？為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？(7)細(xì)胞循環(huán)反應(yīng)器可以在大于微生物比生長速率的稀釋率條件下穩(wěn)定運(yùn)行，為什么？本節(jié)思考題6.1懸浮微生物反應(yīng)器(5)在微生物的連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)中，能否控制微生物的比生長速率6.2.1完全混合生物膜反應(yīng)器6.2.2平推流生物膜反應(yīng)器6.2.3生物膜反應(yīng)器設(shè)計計算方程的簡化6.2.4生物膜厚度對反應(yīng)器性能的影響6.2生物膜反應(yīng)器本節(jié)的主要內(nèi)容6.2.1完全混合生物膜反應(yīng)器6.2生物膜反應(yīng)器本節(jié)6.2.1完全混合生物膜反應(yīng)器完全混合生物膜反應(yīng)器（completelymixedbiofilmreactor,CMBR）完全混合附著微生物反應(yīng)器6.2生物膜反應(yīng)器6.2.1完全混合生物膜反應(yīng)器完全混合生物膜反應(yīng)器（co微生物反應(yīng)器課件附著有微生物膜的固體填料均勻地懸浮在培養(yǎng)液中微觀上看微生物細(xì)胞集中在固體表面，分布不均勻從宏觀上看，單位體積培養(yǎng)液中的微生物平均濃度處處相等，可以視為完全混流反應(yīng)器。6.2生物膜反應(yīng)器附著有微生物膜的固體填料均勻地懸浮在培養(yǎng)液中6.2生物膜-rss——微生物膜表面積為基準(zhǔn)的基質(zhì)消耗速率(kg/(m2

h))；S——基質(zhì)濃度，kg/m3

基質(zhì)的物料平衡式穩(wěn)態(tài)時：（6.2.1）（6.2.2）6.2生物膜反應(yīng)器-rss——微生物膜表面積為基準(zhǔn)的基質(zhì)消耗速率(kg/(m2(5.3.48)

（6.2.3）微生物膜厚度δ>>(Dsf/kXf)1/2時，tanh?m趨近于1，故：（6.2.4）Se=S*6.2生物膜反應(yīng)器(5.3.48)（6.2.3）微生物膜厚度δ>>(Dsf增大基質(zhì)在生物膜中的反應(yīng)速率常數(shù)和擴(kuò)散速度提高培養(yǎng)液中生物膜的比表面積增加物料（培養(yǎng)液）在反應(yīng)器中的空塔停留時間

（V/qV)式（6.2.4）表明，以下措施均可以降低CMBR出口的基質(zhì)濃度（即提高反應(yīng)器對基質(zhì)的去除率）：6.2生物膜反應(yīng)器增大基質(zhì)在生物膜中的反應(yīng)速率常數(shù)和擴(kuò)散速度式（6.2.4）表微生物細(xì)胞的物料衡算式（6.2.5）(5.3.48)

Se=S*6.2生物膜反應(yīng)器微生物細(xì)胞的物料衡算式（6.2.5）(5.3.48)Se（6.2.6）微生物膜厚度δ>>(Dsf/kXf)1/2時，tan