基于元胞自動(dòng)機(jī)的好氧顆粒污泥三維多種群數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、好氧顆粒污泥是好氧條件下微生物通過(guò)自固定作用形成的微生物聚合體，因其在污水處理領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景而被廣泛研究。但好氧污泥的顆粒化過(guò)程仍是影響其工程實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文基于元胞自動(dòng)機(jī)建立了好氧顆粒污泥三維多種群數(shù)學(xué)模型，研究好氧顆粒污泥的生長(zhǎng)過(guò)程及不同因素對(duì)其的影響。
　　本文研究了好氧顆粒污泥的內(nèi)源呼吸過(guò)程，結(jié)果表明內(nèi)源呼吸過(guò)程中細(xì)胞會(huì)氧化自身及其胞內(nèi)貯存物從而釋放出能量和物質(zhì)。分別采用活性污泥1號(hào)模型(Activated

2、 Sludge Model No.1，ASM1)和活性污泥3號(hào)模型(Activated SludgeModel No.3，ASM3)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示ASM3在模擬內(nèi)源呼吸過(guò)程上效果更好，利用ASM3擬合的異養(yǎng)菌內(nèi)源呼吸速率為0.15 d-1，胞內(nèi)貯存物的呼吸速率為1.55 d-1。另外，好氧顆粒污泥內(nèi)源呼吸過(guò)程中耗氧呼吸速率(Oxygen Uptake Rate，OUR)曲線分為明顯的兩個(gè)階段。顆粒污泥中胞內(nèi)貯存物所占比例很低，但

3、對(duì)OUR的貢獻(xiàn)較大。
　　在好氧顆粒污泥內(nèi)源呼吸過(guò)程數(shù)學(xué)模擬的基礎(chǔ)上，選擇基于ASM3建立雙形態(tài)多種群抑制動(dòng)力學(xué)模型，研究毒性物質(zhì)對(duì)好氧顆粒污泥和絮體污泥的抑制作用。模型中考慮了物質(zhì)擴(kuò)散、貯存、生長(zhǎng)和內(nèi)源呼吸過(guò)程。顆粒污泥的OUR實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性，模擬結(jié)果表明，與絮體污泥相比好氧顆粒污泥對(duì)毒性作用呈現(xiàn)較高的承受力。毒性物質(zhì)對(duì)顆粒污泥的特殊抑制現(xiàn)象可能是由于顆粒污泥的密實(shí)結(jié)構(gòu)提供了保護(hù)作用，限制了毒性物質(zhì)的擴(kuò)散。所以，粒徑較大

4、的顆粒污泥在處理有毒有害廢水上有較好的潛力。
　　在已建的雙形態(tài)多種群數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)的理論，建立好氧顆粒污泥三維多種群數(shù)學(xué)模型。研究不同條件下好氧顆粒污泥的生長(zhǎng)過(guò)程及其內(nèi)部微生物的空間分布。模擬結(jié)果顯示，較高剪切力下形成的顆粒污泥粒徑較小，但顆粒內(nèi)部自養(yǎng)菌含量較高。而較高溶解氧濃度下形成的顆粒污泥粒徑較大，并且顆粒內(nèi)部自養(yǎng)菌含量較高。另外，毒性物質(zhì)會(huì)抑制顆粒污泥粒徑的增長(zhǎng)，并且在顆粒污泥內(nèi)部形成自養(yǎng)菌、毒性物質(zhì)降