進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)物比例100：5：1怎么來(lái)的呢？
活性污泥中的微生物要生存、繁殖，就必須攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此，污水廠進(jìn)水中就必須含有一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，那么對(duì)于不同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)間的搭配比例是多少呢？
對(duì)于常見的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)搭配比例數(shù)據(jù)，相信大家都不陌生，你可能會(huì)見到下列幾種形式：C:N:P=100:5:1、COD:N:P=100:5:1、BOD5:N:P=100:5:1，到底哪個(gè)是正確的呢？當(dāng)然了，書上經(jīng)?？吹降暮孟袷亲詈笠粋€(gè)。你的第一反應(yīng)肯定是：比例數(shù)據(jù)是科學(xué)家大量試驗(yàn)得出的，是的，沒(méi)錯(cuò)！基本上你看到的所有跟微生物相關(guān)的數(shù)據(jù)都先由試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合理論得出的，然后再用試驗(yàn)去擬合驗(yàn)證，沒(méi)問(wèn)題了，就會(huì)對(duì)外公布了。
活性污泥中的微生物要生存、繁殖，就必須攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此，污水廠進(jìn)水中就必須含有一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，那么對(duì)于不同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)間的搭配比例是多少呢？
對(duì)于常見的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)搭配比例數(shù)據(jù)，相信大家都不陌生，你可能會(huì)見到下列幾種形式：C:N:P=100:5:1、COD:N:P=100:5:1、BOD5:N:P=100:5:1，到底哪個(gè)是正確的呢？當(dāng)然了，書上經(jīng)?？吹降暮孟袷亲詈笠粋€(gè)。你的第一反應(yīng)肯定是：比例數(shù)據(jù)是科學(xué)家大量試驗(yàn)得出的，是的，沒(méi)錯(cuò)！基本上你看到的所有跟微生物相關(guān)的數(shù)據(jù)都先由試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合理論得出的，然后再用試驗(yàn)去擬合驗(yàn)證，沒(méi)問(wèn)題了，就會(huì)對(duì)外公布了。
為什么要說(shuō)這個(gè)問(wèn)題呢，因?yàn)樵谟?jì)算反硝化投加碳源量的時(shí)候，總是傻傻分不清甲醇或乙酸（乙酸鈉）各自的COD與BOD5大小，有時(shí)折算出來(lái)的是COD，有時(shí)折算的是BOD5，然后需要將其轉(zhuǎn)化為外碳源的實(shí)際質(zhì)量，如果不清楚，那就亂套了，算出來(lái)的數(shù)據(jù)肯定是不合理的。
通常測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)關(guān)系是BOD5
對(duì)于什么是BOD5，什么是COD，它們?nèi)绾螠y(cè)定，兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系，這里就不再詳細(xì)展開了，比較麻煩。以下內(nèi)容重點(diǎn)圍繞100:5:1的來(lái)源展開。
1.?兩個(gè)分子式
C5H7NO2（C5H7NO2P1/12），活性污泥微生物的分子表達(dá)式，這個(gè)化學(xué)式可追溯于Hoover等人1952年的文章《Assimilationof Dairy Wastes by Activated Sludge》，作者通過(guò)試驗(yàn)微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收量，以及對(duì)微生物組分化學(xué)定量分析得到的經(jīng)驗(yàn)分子式，然后基本上就一直延續(xù)使用至今，如用在各種代謝模型中。
C6H12O6，葡萄糖的分子表達(dá)式，作為一種研究比較多的碳源有機(jī)物，經(jīng)常出現(xiàn)在各種化學(xué)反應(yīng)表達(dá)式中，這里就以它為碳源物質(zhì)來(lái)推導(dǎo)上述比例關(guān)系。為何是C6H12O6，因?yàn)樗_實(shí)具有代表性，有機(jī)物在微生物體內(nèi)的氧化分解需要涉及到一些列生化途徑，比如EMP途徑、ED途徑，同時(shí)蛋白質(zhì)、脂肪也可能通過(guò)糖異生途徑最終轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì)，無(wú)論外部的，還是內(nèi)部的，很多地方都可看到糖的影子，如果研究碳源對(duì)微生物的影響（純理論層面），它就是不二選擇。
2.?兩個(gè)半反應(yīng)
任何氧化還原反應(yīng)，都是由兩方參與的，電子供體方（氧化反應(yīng)）和電子受體方（還原反應(yīng)），參與的兩方必須保證電荷守恒。好氧環(huán)境下，C6H12O6作為外碳源，是提供電子供體的一方，它提供的電子有兩個(gè)去處，去用于產(chǎn)能（能量代謝），去用于微生物的增殖（物質(zhì)代謝），下式為C6H12O6同時(shí)參與能量代謝及物質(zhì)代謝的綜合表達(dá)式。
式中：前者：0價(jià)的O變成了-2價(jià)的O；后者：+4價(jià)的C變成了0價(jià)的C。
3）如果單純考慮能量代謝反應(yīng)式，那么只需將供體半反應(yīng)與受體半反應(yīng)（能量代謝）疊加即可；如果單純考慮物質(zhì)代謝反應(yīng)式，那么只需將供體半反應(yīng)與受體半反應(yīng)（物質(zhì)代謝）疊加即可；如果考慮總代謝反應(yīng)式，那么就麻煩了，供體釋放的1個(gè)電子（e-1）怎么分給兩個(gè)受體反應(yīng)呢，三七分，四六分，五五分，還是，這里存在無(wú)數(shù)個(gè)可能？這就需要試驗(yàn)來(lái)確定了，對(duì)于上述總代謝反應(yīng)式而言，分給物質(zhì)代謝的電子fs占比5/9（55.6%），分給能量代謝的電子f0占比4/9（44.4%），也即可以理解為55.6%的C6H12O6參與了物質(zhì)代謝，44.4%的參與了能量代謝。
3. 100:5:1怎么來(lái)的
說(shuō)法一：C5H7NO2（C5H7NO2P1/12）分子式得出，在污泥微生物通用分子式中，C:N:P的質(zhì)量比例為60:14:2.583，有人覺(jué)得，對(duì)于外碳源而言，C的含量只有20%參與到微生物物質(zhì)代謝中，那么對(duì)于實(shí)際的比值就應(yīng)該是：300:14:2.583，即116.1:5.4:1，暫且認(rèn)為是100:5:1吧。這里是實(shí)實(shí)在在的C元素含量，如果你仔細(xì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)上面的介紹，數(shù)據(jù)20%是錯(cuò)誤的，從對(duì)外公布的綜合化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)看，參與合成的C比例（或C6H12O6比例）是55.9%，因此該說(shuō)法沒(méi)有依據(jù)。
說(shuō)法二：細(xì)菌C:N=4-5:1，真菌C:N=10:1，活性污泥微生物介于兩者之間，比如取值C:N=8:1，考慮到C的含量只有40%參與到微生物物質(zhì)代謝中，那么對(duì)于實(shí)際的比值應(yīng)該就是C:N=20:1，由于N:P=5:1，那么綜合下來(lái)就是C:N:P=100:5:1，從這里看出，此處仍是C元素含量，且這個(gè)40%和上面的20%同樣取值有問(wèn)題，所以這種說(shuō)法也沒(méi)有依據(jù)。
說(shuō)法三：C6H12O6推導(dǎo)來(lái)的：
1）首先
1gC6H12O6對(duì)應(yīng)的化學(xué)耗氧量從下式中可以計(jì)算得出為1.067gO2，也即1.067gCOD/gC6H12O6，這個(gè)換算及表達(dá)關(guān)系是沒(méi)有問(wèn)題的，這本來(lái)就是化學(xué)反應(yīng)所需的理論需氧量，也即化學(xué)需氧量COD。
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O
2）其次
1gC6H12O6對(duì)應(yīng)1.067gCOD，由于是易降解物質(zhì)，如果非要說(shuō)，COD=BOD全，那么也沒(méi)問(wèn)題，但是如果去測(cè)，可能測(cè)的方法問(wèn)題，測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)并非能表達(dá)出上述的理論關(guān)系，測(cè)出來(lái)一般是COD>BOD全>BOD5。
3）再次
從下述綜合表達(dá)式來(lái)看，1gC5H7NO2需要消耗2.389gC6H12O6，而1gC5H7NO2中N、P含量分別為0.124g，0.023g，那么C6H12O6:N:P=103.8:5.4:1，如果這么算，貌似也類似接近100:5:1，但是這里不能將1g C6H12O6等價(jià)于1gCOD、1gBOD、1gBOD5、1gC。而1gC6H12O6可以等價(jià)于1.067gCOD，于是就有了COD:N:P=110.8:5.4:1，暫且認(rèn)為100:5:1，差的不多。
3C6H12O6+8O2+2NH3→2C5H7NO2+8CO2+14H2O
你可能疑問(wèn)：如果1gO2等價(jià)于1gCOD，那么上式為何不用1gC5H7NO2反推出1.133gO2呢，即1.133gCOD，那是因?yàn)檫@里的O2只是對(duì)應(yīng)于部分碳源的消耗，如果要換算外碳源與氮磷的關(guān)系，那就必須是總碳源量，如果用COD來(lái)表征碳源量，那么必須用總的COD，也即所有外碳源全部能量代謝下的耗氧量來(lái)表征。
4）綜上
前兩種方法都沒(méi)有理論依據(jù)，且概念及取值模糊不清或錯(cuò)誤，第三種方法來(lái)源最為可靠。100:5:1，從某種程度來(lái)說(shuō)，這里的100應(yīng)該是COD更為準(zhǔn)確，在最新書籍《BiologicalWastewater Treatment Principles Modelling and Design》中有這么一句話：For instance，purple phototrophicbacteria (C1H1.8O0.38N0.18) assimilate up to 100:7:2?gCOD，?gN，?gP，respectively（vs. 100:5:1 foractivated sludge），從這句話可以近似推出作者也是認(rèn)可COD的這種說(shuō)法的。一直想從原作者M(jìn)ccarty（美國(guó)工程院院士）文獻(xiàn)中弄清楚到底是COD還是BOD，可惜由于相關(guān)文獻(xiàn)過(guò)于久遠(yuǎn)而沒(méi)能實(shí)現(xiàn)。
因此，100:5:1中的100為COD，這里的COD更多的是一種可完全生物易降解的有機(jī)物。從易降解層面來(lái)說(shuō)，BOD似乎比COD更具表達(dá)意義，只不過(guò)在理論層面上看，COD更易于定量化表達(dá)相關(guān)關(guān)系。從實(shí)用層面來(lái)看，你可以理解為100:5:1中的COD為可完全生物降解的COD，即BOD全，即COD=BOD全≈BOD5。
4. 100:5:1？4:1？17:1？
100:5:1主要針對(duì)的是異養(yǎng)微生物好氧條件下去除有機(jī)物來(lái)說(shuō)的，從上面的分析也可以看出，這里暫且認(rèn)為實(shí)際應(yīng)用按BOD5:N:P=100:5:1來(lái)考慮，BOD5:N=100:5，BOD5:P=100:1。
如果有脫氮、除磷要求，那么就需要滿足BOD5:TKN進(jìn)水>4和BOD5:TP>17，這個(gè)區(qū)間數(shù)據(jù)包含在100:5:1中，那么對(duì)于4和17怎么來(lái)的，同樣是試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，對(duì)于碳源表征是BOD還是COD問(wèn)題，同上，這里就不再贅述。想說(shuō)的是，規(guī)范并沒(méi)有提及上限數(shù)據(jù)，按道理其實(shí)應(yīng)該存在一個(gè)上限，比如進(jìn)水BOD5過(guò)高，那么缺氧段反硝化完畢后仍剩余大量的BOD5，它們進(jìn)入好氧池內(nèi)很容易被異養(yǎng)微生物攝取，進(jìn)而大量增殖，造成好氧池硝化細(xì)菌失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。不過(guò)目前的生活污水廠很多面臨碳源不足的問(wèn)題。
5.?其它
1）最新的ASM模型中可能已采用新的微生物分子式為C1H1.8O0.5N0.2(C1H1.8O0.5N0.2P0.03S0.02)，替換了原來(lái)的C5H7NO2（C5H7NO2P1/12），知識(shí)也在不斷更新，只不過(guò)最先從理論層面開始。好在兩個(gè)表達(dá)式差別不大，C1H1.8O0.5N0.2換算下為C5H9NO2.5，如果差別過(guò)大，那么現(xiàn)有規(guī)范里的很多數(shù)據(jù)將發(fā)生改變，如缺氧池容積計(jì)算（0.12）、耗氧量（1.42）等。
2）微生物體內(nèi)的磷含量通常占細(xì)菌細(xì)胞有機(jī)物干重的2%左右。對(duì)于除磷的聚磷菌而言：厭氧末細(xì)胞內(nèi)磷含量很低（VSS/SS=0.80），和一般微生物無(wú)異；好氧末細(xì)胞內(nèi)磷含量很高（VSS/SS=0.60），和一般微生物差別較大。
3）厭氧微生物產(chǎn)率系數(shù)為何低于好氧微生物，主要在于厭氧環(huán)境惡劣，需要產(chǎn)生更多能量來(lái)維持自身生存，顧不上提供更多電子去生娃娃。
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