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      進水營養物比例100：5：1怎么來的呢？
      
						
         
								
							   
      
						
      
                   
      摘要：
            
                    
      活性污泥中的微生物要生存、繁殖，就必須攝取營養物質，因此，污水廠進水中就必須含有一定量的營養物質，那么對于不同營養物質間的搭配比例是多少呢？
      對于常見的營養物質搭配比例數據，相信大家都不陌生，你可能會見到下列幾種形式：C:N:P=100:5:1、COD:N:P=100:5:1、BOD5:N:P=100:5:1，到底哪個是正確的呢？當然了，書上經常看到的好像是最后一個。你的第一反應肯定是：比例數據是科學家大量試驗得出的，是的，沒錯！基本上你看到的所有跟微生物相關的數據都先由試驗數據結合理論得出的，然后再用試驗去擬合驗證，沒問題了，就會對外公布了。
      活性污泥中的微生物要生存、繁殖，就必須攝取營養物質，因此，污水廠進水中就必須含有一定量的營養物質，那么對于不同營養物質間的搭配比例是多少呢？
      對于常見的營養物質搭配比例數據，相信大家都不陌生，你可能會見到下列幾種形式：C:N:P=100:5:1、COD:N:P=100:5:1、BOD5:N:P=100:5:1，到底哪個是正確的呢？當然了，書上經常看到的好像是最后一個。你的第一反應肯定是：比例數據是科學家大量試驗得出的，是的，沒錯！基本上你看到的所有跟微生物相關的數據都先由試驗數據結合理論得出的，然后再用試驗去擬合驗證，沒問題了，就會對外公布了。
      為什么要說這個問題呢，因為在計算反硝化投加碳源量的時候，總是傻傻分不清甲醇或乙酸（乙酸鈉）各自的COD與BOD5大小，有時折算出來的是COD，有時折算的是BOD5，然后需要將其轉化為外碳源的實際質量，如果不清楚，那就亂套了，算出來的數據肯定是不合理的。
      通常測出來的數據關系是BOD5對于純的易降解物質，那么BOD全=COD，從理論層面來看，確實如此，但是如果你去測，就會發現，并非這樣，可能這就是測不準（全）原理吧，如下面的這些易降解物質。
      1.jpg
      對于什么是BOD5，什么是COD，它們如何測定，兩者之間的區別與聯系，這里就不再詳細展開了，比較麻煩。以下內容重點圍繞100:5:1的來源展開。
      1.?兩個分子式
      C5H7NO2（C5H7NO2P1/12），活性污泥微生物的分子表達式，這個化學式可追溯于Hoover等人1952年的文章《Assimilationof Dairy Wastes by Activated Sludge》，作者通過試驗微生物對營養物的吸收量，以及對微生物組分化學定量分析得到的經驗分子式，然后基本上就一直延續使用至今，如用在各種代謝模型中。
      C6H12O6，葡萄糖的分子表達式，作為一種研究比較多的碳源有機物，經常出現在各種化學反應表達式中，這里就以它為碳源物質來推導上述比例關系。為何是C6H12O6，因為它確實具有代表性，有機物在微生物體內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，同時蛋白質、脂肪也可能通過糖異生途徑最終轉化為糖類物質，無論外部的，還是內部的，很多地方都可看到糖的影子，如果研究碳源對微生物的影響（純理論層面），它就是不二選擇。
      2.?兩個半反應
      任何氧化還原反應，都是由兩方參與的，電子供體方（氧化反應）和電子受體方（還原反應），參與的兩方必須保證電荷守恒。好氧環境下，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去處，去用于產能（能量代謝），去用于微生物的增殖（物質代謝），下式為C6H12O6同時參與能量代謝及物質代謝的綜合表達式。
      式中：前者：0價的O變成了-2價的O；后者：+4價的C變成了0價的C。
      3）如果單純考慮能量代謝反應式，那么只需將供體半反應與受體半反應（能量代謝）疊加即可；如果單純考慮物質代謝反應式，那么只需將供體半反應與受體半反應（物質代謝）疊加即可；如果考慮總代謝反應式，那么就麻煩了，供體釋放的1個電子（e-1）怎么分給兩個受體反應呢，三七分，四六分，五五分，還是，這里存在無數個可能？這就需要試驗來確定了，對于上述總代謝反應式而言，分給物質代謝的電子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C6H12O6參與了物質代謝，44.4%的參與了能量代謝。
      3. 100:5:1怎么來的
      說法一：C5H7NO2（C5H7NO2P1/12）分子式得出，在污泥微生物通用分子式中，C:N:P的質量比例為60:14:2.583，有人覺得，對于外碳源而言，C的含量只有20%參與到微生物物質代謝中，那么對于實際的比值就應該是：300:14:2.583，即116.1:5.4:1，暫且認為是100:5:1吧。這里是實實在在的C元素含量，如果你仔細發現，通過上面的介紹，數據20%是錯誤的，從對外公布的綜合化學反應方程式來看，參與合成的C比例（或C6H12O6比例）是55.9%，因此該說法沒有依據。
      說法二：細菌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%參與到微生物物質代謝中，那么對于實際的比值應該就是C:N=20:1，由于N:P=5:1，那么綜合下來就是C:N:P=100:5:1，從這里看出，此處仍是C元素含量，且這個40%和上面的20%同樣取值有問題，所以這種說法也沒有依據。
      說法三：C6H12O6推導來的：
      1）首先
      1gC6H12O6對應的化學耗氧量從下式中可以計算得出為1.067gO2，也即1.067gCOD/gC6H12O6，這個換算及表達關系是沒有問題的，這本來就是化學反應所需的理論需氧量，也即化學需氧量COD。
      C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O
      2）其次
      1gC6H12O6對應1.067gCOD，由于是易降解物質，如果非要說，COD=BOD全，那么也沒問題，但是如果去測，可能測的方法問題，測出來的數據并非能表達出上述的理論關系，測出來一般是COD>BOD全>BOD5。
      3）再次
      從下述綜合表達式來看，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等價于1gCOD、1gBOD、1gBOD5、1gC。而1gC6H12O6可以等價于1.067gCOD，于是就有了COD:N:P=110.8:5.4:1，暫且認為100:5:1，差的不多。
      3C6H12O6+8O2+2NH3→2C5H7NO2+8CO2+14H2O
      你可能疑問：如果1gO2等價于1gCOD，那么上式為何不用1gC5H7NO2反推出1.133gO2呢，即1.133gCOD，那是因為這里的O2只是對應于部分碳源的消耗，如果要換算外碳源與氮磷的關系，那就必須是總碳源量，如果用COD來表征碳源量，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表征。
      4）綜上
      前兩種方法都沒有理論依據，且概念及取值模糊不清或錯誤，第三種方法來源最為可靠。100:5:1，從某種程度來說，這里的100應該是COD更為準確，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可COD的這種說法的。一直想從原作者Mccarty（美國工程院院士）文獻中弄清楚到底是COD還是BOD，可惜由于相關文獻過于久遠而沒能實現。
      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物。從易降解層面來說，BOD似乎比COD更具表達意義，只不過在理論層面上看，COD更易于定量化表達相關關系。從實用層面來看，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主要針對的是異養微生物好氧條件下去除有機物來說的，從上面的分析也可以看出，這里暫且認為實際應用按BOD5:N:P=100:5:1來考慮，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進水>4和BOD5:TP>17，這個區間數據包含在100:5:1中，那么對于4和17怎么來的，同樣是試驗得出的數據，對于碳源表征是BOD還是COD問題，同上，這里就不再贅述。想說的是，規范并沒有提及上限數據，按道理其實應該存在一個上限，比如進水BOD5過高，那么缺氧段反硝化完畢后仍剩余大量的BOD5，它們進入好氧池內很容易被異養微生物攝取，進而大量增殖，造成好氧池硝化細菌失去競爭優勢。不過目前的生活污水廠很多面臨碳源不足的問題。
      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)，替換了原來的C5H7NO2（C5H7NO2P1/12），知識也在不斷更新，只不過最先從理論層面開始。好在兩個表達式差別不大，C1H1.8O0.5N0.2換算下為C5H9NO2.5，如果差別過大，那么現有規范里的很多數據將發生改變，如缺氧池容積計算（0.12）、耗氧量（1.42）等。
      2）微生物體內的磷含量通常占細菌細胞有機物干重的2%左右。對于除磷的聚磷菌而言：厭氧末細胞內磷含量很低（VSS/SS=0.80），和一般微生物無異；好氧末細胞內磷含量很高（VSS/SS=0.60），和一般微生物差別較大。
      3）厭氧微生物產率系數為何低于好氧微生物，主要在于厭氧環境惡劣，需要產生更多能量來維持自身生存，顧不上提供更多電子去生娃娃。

                         
      
                   
                         
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