基于元胞自動機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?；^程仍是影響其工程實際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文基于元胞自動機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過程及不同因素對其的影響。
　　本文研究了好氧顆粒污泥的內(nèi)源呼吸過程，結(jié)果表明內(nèi)源呼吸過程中細胞會氧化自身及其胞內(nèi)貯存物從而釋放出能量和物質(zhì)。分別采用活性污泥1號模型(Activated

2、 Sludge Model No.1，ASM1)和活性污泥3號模型(Activated SludgeModel No.3，ASM3)擬合實驗數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示ASM3在模擬內(nèi)源呼吸過程上效果更好，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)源呼吸過程中耗氧呼吸速率(Oxygen Uptake Rate，OUR)曲線分為明顯的兩個階段。顆粒污泥中胞內(nèi)貯存物所占比例很低，但

3、對OUR的貢獻較大。
　　在好氧顆粒污泥內(nèi)源呼吸過程數(shù)學(xué)模擬的基礎(chǔ)上，選擇基于ASM3建立雙形態(tài)多種群抑制動力學(xué)模型，研究毒性物質(zhì)對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)擴散、貯存、生長和內(nèi)源呼吸過程。顆粒污泥的OUR實驗驗證了模型的有效性，模擬結(jié)果表明，與絮體污泥相比好氧顆粒污泥對毒性作用呈現(xiàn)較高的承受力。毒性物質(zhì)對顆粒污泥的特殊抑制現(xiàn)象可能是由于顆粒污泥的密實結(jié)構(gòu)提供了保護作用，限制了毒性物質(zhì)的擴散。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，運用元胞自動機的理論，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過程及其內(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)會抑制顆粒污泥粒徑的增長，并且在顆粒污泥內(nèi)部形成自養(yǎng)菌、毒性物質(zhì)降