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关键词：
区间数,模糊化,隶属度,健康风险评价
发表时间：
2013-01-31 15:02:28
基于聚糖菌和聚磷菌竞争的代谢模型及影响因素
冷弘文 | -> | 977| 0| 305.198MB |强化生物除磷系统(EBPR),聚磷菌(PAOs),聚糖菌(GAOs),代谢模型,糖原
摘要: 聚糖菌的富集已成为造成EBPR强化生物除磷系统非稳定运行的重要因素之一. 本文基于活性污泥数学模型ASM. 2D 的生物除磷代谢模型, 围绕化学计量学和动力学阐述了聚磷菌PAOs胞内糖原的代谢途径以及聚糖菌GAOs在厌氧和好氧条件下的代谢模型, 揭示了2类微生物的竞争本质. 同时, 对比分析了影响代谢模型化学计量学参数的若干因子, 如碳源类型、温度、pH 条件和污泥龄SRT 等; 结果发现, 这些因素对PAOs和GAO s的代谢模型系数具有重要的影响作用, 并进而决定着2类微生物的竞争优势. 此外, 针对目前对两类微生物的竞争主要集中于厌氧代谢的现状, 提出今后的研究重点应放在好氧/缺氧机理方面.
强化生物除磷( Enhanced B io log ica l Phospho rus Remova,l EBPR ) 系统中聚糖菌( G lycogenA ccumulat ing Organ ism s, GAO s)的富集已被认为是引起系统运行不稳定最主要的原因之一. GAOs的代谢途径与聚磷菌( Phosphorus Accumu lating Organ isms, PAOs)非常相似, 仅能量来源不同(M inoetal. , 1995) . GAOs在厌氧阶段吸收污水中的挥发性脂肪酸类(VFAs) (研究除磷系统时多为乙酸)并以聚-B-羟基) 链烷酸脂( PHA s) 的形式贮存在体内, 但不发生磷的释放, 该过程所需的能量主要由胞内糖原( G lycogen)的水解产生; 在后续好氧阶段,GAOs利用分解胞内PHA s所获得的能量来合成更新糖原颗粒, 但不发生磷的过量吸收. 可见, GAO s与PAO s均需要在厌氧条件下争夺有机物质来合成胞内物质PHA s, 这正是两者的竞争关键, 其结果将可能导致系统除磷效果的恶化甚至崩溃. 目前研究者围绕究竟是哪些因素引起GAOs在EBPR 系统中的过度繁殖, 从而导致系统主导微生物PAOs丧失优势地位展开了大量研究. 结果表明, 污水组分( Cech andHartman, 1993)、进水P /C比( Liu et al. ,1997)、厌氧阶段的pH 值( Flipe et al. , 2001a)、温度(W ang et al. , 2002; Whang et al. , 2007)以及污泥龄( So lid Retention T ime, SRT ) (Whang et al. ,2007)等对GAOs的富集具有重要作用; 另一方面,微生物生长增殖、糖原及聚磷颗粒的贮存等因素对于PAO s和GAOs的竞争也起着关键性作用(Whangetal. , 2007 ). 遗憾的是, 这些参数对于GAOs 和PAO s竞争影响作用的确切机理尚未完全明了, 仍有待进一步的研究.
活性污泥法污水处理系统往往涉及多种化合物的生化转化过程, 而动力学和化学计量学在阐述
各底物的生化转化过程中占重要地位(Whangetal. , 2007). 活性污泥数学模型是在动力学和化学计量学基础上发展而来的, 它可以定量评估和预测活性污泥的运行情况. 经过近20年的不懈修正完善, 活性污泥数学模型已成为一项工艺选择、优化的有效工具. 1995年IAWQ 专家组推出了活性污泥法2号模型(A ctiva ted SludgeMode lNo. 2; ASM. 2) ,给出了生物除磷数学模型的相关内容, 但并未给出有关PAOs体内糖原的代谢模式. 1999年, 以H enze为首的IAWQ 专家组推出了活性污泥法动力学模型
2D ( ASM. 2D ), 将PAOs有关细胞体内糖原的代谢过程补充到生物除磷的数学模型中, 同时也补充了
反硝化除磷的内容, 从而拓展了生物除磷的模型体系(H enze et al. , 1999). ASM. 2和ASM. 2D 模型能较好地模拟预测P /C比值较高的生活污水, 但在不同碳源类型、不同运行工况, 尤其是P /C 比值较低的试验条件下, 其模型预测与试验所得的结果相差甚远, 并表现出与传统EBPR截然不同的运行特征(Y agc i et al. , 2004), 这正是由GAOs在EBPR系统富集引起的试验现象. 因此, 一些研究者基于活性污泥ASM. 2D 模型, 围绕GAOs和PAO s的竞争机理, 对ASM. 2D进行了修正和补充, 从而将GAOs和
PAOs 的糖原代谢模型纳入其中( Manga etal. ,2001; Yag ci et al. , 2004; Schuler etal. , 2002;Whang et al. , 2007) .
本文基于活性污泥模型ASM. 2D, 重点介绍了PAOs对糖原的代谢途径以及GAOs在厌氧和好氧条件下的代谢模型, 探讨2类微生物的竞争机理. 同时, 对影响代谢模型化学计量学参数的影响因子(如碳源类型、温度、pH 条件和SRT)进行了对比分析, 从计量学和动力学角度剖析2类微生物的竞争本质. 本文旨在更好地了解EBPR 系统当其工艺参数(如进水C /P比, pH, SRT 和温度等)在较大域值范围内运行时, GAO s和PAOs两类微生物的竞争机制, 以提出有效的调控措施; 同时为建立EBPR 除磷系统更为广义的数学模型, 更好地预测和优化EBPR生物处磷工艺, 保障其高效稳定地运行, 有效解决我国日益严重的水体富营养问题提供理论参考.
活性污泥法污水处理系统往往涉及多种化合物的生化转化过程, 而动力学和化学计量学在阐述
各底物的生化转化过程中占重要地位(Whangetal. , 2007). 活性污泥数学模型是在动力学和化学计量学基础上发展而来的, 它可以定量评估和预测活性污泥的运行情况. 经过近20年的不懈修正完善, 活性污泥数学模型已成为一项工艺选择、优化的有效工具. 1995年IAWQ 专家组推出了活性污泥法2号模型(A ctiva ted SludgeMode lNo. 2; ASM. 2) ,给出了生物除磷数学模型的相关内容, 但并未给出有关PAOs体内糖原的代谢模式. 1999年, 以H enze为首的IAWQ 专家组推出了活性污泥法动力学模型
2D ( ASM. 2D ), 将PAOs有关细胞体内糖原的代谢过程补充到生物除磷的数学模型中, 同时也补充了
反硝化除磷的内容, 从而拓展了生物除磷的模型体系(H enze et al. , 1999). ASM. 2和ASM. 2D 模型能较好地模拟预测P /C比值较高的生活污水, 但在不同碳源类型、不同运行工况, 尤其是P /C 比值较低的试验条件下, 其模型预测与试验所得的结果相差甚远, 并表现出与传统EBPR截然不同的运行特征(Y agc i et al. , 2004), 这正是由GAOs在EBPR系统富集引起的试验现象. 因此, 一些研究者基于活性污泥ASM. 2D 模型, 围绕GAOs和PAO s的竞争机理, 对ASM. 2D进行了修正和补充, 从而将GAOs和
PAOs 的糖原代谢模型纳入其中( Manga etal. ,2001; Yag ci et al. , 2004; Schuler etal. , 2002;Whang et al. , 2007) .
本文基于活性污泥模型ASM. 2D, 重点介绍了PAOs对糖原的代谢途径以及GAOs在厌氧和好氧条件下的代谢模型, 探讨2类微生物的竞争机理. 同时, 对影响代谢模型化学计量学参数的影响因子(如碳源类型、温度、pH 条件和SRT)进行了对比分析, 从计量学和动力学角度剖析2类微生物的竞争本质. 本文旨在更好地了解EBPR 系统当其工艺参数(如进水C /P比, pH, SRT 和温度等)在较大域值范围内运行时, GAO s和PAOs两类微生物的竞争机制, 以提出有效的调控措施; 同时为建立EBPR 除磷系统更为广义的数学模型, 更好地预测和优化EBPR生物处磷工艺, 保障其高效稳定地运行, 有效解决我国日益严重的水体富营养问题提供理论参考.
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