一种采用数学模型测定环境pH值对油脂降解菌活力影响的方法与流程

一种采用数学模型测定环境ph值对油脂降解菌活力影响的方法
技术领域
1.本发明属于环境工程领域，具体涉及一种采用数学模型测定环境ph值对油脂降解菌活力影响的方法。


背景技术：

2.含油废水是一种高浓度的有机废水、是一种量大而面广的污染源。普通餐饮废水中油脂含量为100～831mg/l，焦化废水中焦油含量约为500～800mg/l，煤气发生站排出废水中的焦油含量可达2000～3000mg/l。含油废水排入河流、湖泊或海湾,油脂漂浮在水面形成油膜，阻碍水体的复氧和水体自净过程，油类黏附在鱼鳃上，可使鱼窒息，浓度为200mg/l时，鱼类不能生存；用于农业灌溉，则会堵塞土壤空隙，妨碍农作物生长。油类在土壤中向下迁移，还可能造成严重的地下水污染。综上所述，含油废水污染对生态系统可能造成毁灭性的破坏，对人体健康也造成潜在的危害。
3.如何经济、快速、合理地处理含油脂的废水、废物，解决油类污染物的环境问题，已成为一个亟待解决的社会问题。物理法和化学法作为常用分离废水油脂的方法,易造成二次污染并且能耗大,成本高。生物法因其清洁,高效,简便而受到广泛关注，但是这种方法还有一定的缺点，要求进水的含油量不能太高，且微生物降解油脂能力与其所处环境条件密切相关。
4.虽然目前环境ph值对油脂降解菌的影响是污水处理领域的研究热点，但鲜有对其使用数学模型的方法来进行研究。


技术实现要素：

5.针对本领域现有技术的不足，本发明提供一种采用数学模型测定环境ph值对油脂降解菌活力影响的方法，本发明方法通过建立环境ph值对油脂降解菌影响的模型参数，可以完善油脂降解菌的数学模型，基于这些参数可以确定毒性物质对生物过程的抑制情况，为油脂降解菌提供更好的生长环境，同时实现高效的水处理效率。
6.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种采用数学模型测定环境ph值对油脂降解菌活力影响的方法，首先，建立模型方程：设定ph梯度进行批量实验；测定不同ph条件下油脂降解菌的耗氧速率our；根据活性污泥挥发性悬浮固体浓度vss和our计算出油脂降解菌的比耗氧速率sour；建立ph对油脂降解菌影响的模型方程；然后，利用所建立的模型方程，对实验数据进行模拟，确定其动力学参数。
7.本发明采用数学模型测定环境ph值对油脂降解菌的影响的方法，具体步骤如下：
8.(1)测定所取用的活性污泥的挥发性悬浮固体浓度vss0；
9.(2)设定ph梯度进行批量实验，控制实验温度为35
±
1℃；
10.(3)测定不同ph条件下油脂降解菌的耗氧速率our；
11.(4)根据vss0计算出批量实验时bod瓶中活性污泥的vss，并计算出油脂降解菌的
比耗氧速率sour；
12.(5)建立ph对油脂降解菌影响的模型方程；
13.(6)利用所建立的模型方程，对实验数据进行模拟，确定其动力学方程和参数。
14.所述步骤(3)中，所述的好氧速率our测定方法为：测定bod中的溶解氧do，每10s记录一次数据，至少测定12组数据，使用excel做出斜率方程，使得r2≥99％，其斜率即为该ph条件下油脂降解菌的好氧速率our。
15.所述在步骤(4)中，所述的sour计算方程为所述vss是指批量实验时bod瓶中活性污泥的vss，根据步骤(1)中所测数据vss0计算得出。
16.所述在步骤(5)中，所述的模型方程，在忽略碱度限制的条件下ph对油脂降解菌生长速率的影响可以用下式表示：式中：i：ph抑制作用程度；ph：系统ph值；ph
ul
：ph抑制开关值；ph
ll
：5％最大生长速率对应的ph值，n：比率参数。所述的模型方程中sour与i存在正比关系，使用k
k
作为参数表示这种关系可得到如下表达式其中：sour：油脂降解菌比耗氧速率，mg
‑
o/g/h；k
k
：油脂降解菌的比耗氧速率参数。
17.所述步骤(6)中，使用模型方程对实验数据进行模拟，确定出ph对油脂降解菌影响动力学方程及参数值ph
ul
、ph
ll
、n。
18.本发明的有益效果：本发明能够使用数学模型的方法对环境ph值对油脂降解菌的影响进行定量化的研究，通过确定ph对油脂降解菌影响的模型参数，即可知ph对油脂降解菌影响的程度，从而更好的优化油脂降解菌的生长环境，提高油脂降解菌的活力和污水处理效果。本发明在完善油脂降解菌数学模型的同时，也为实现智慧水务提供基础数据。
19.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
20.(1)本发明使用数学模型的方法测定环境ph值对油脂降解菌的影响，较之于其它传统方法，更加严谨和精确，模型方程的使用实现了定量化的研究。数学模型的优势在于可以统筹各方面的影响因素，寻求一个最适化的环境条件，从而提高污水处理效果。本发明可以确定油脂降解菌的ph因素参数，从而完善油脂降解菌数学模型，从而提高油脂降解菌的活力和污水处理效果。
21.(2)本发明的测定方法简洁易操作，可重复率高，便于推广使用，从而推进污水处理领域中数学模型方法的发展和创新。
22.(3)本发明可用于测定包括头孢噻呋钠、青霉素钾在内的多种环境ph值对油脂降解菌的影响。
附图说明
23.图1为本发明批量实验装置示意图；图1中：1、水浴磁力搅拌器；2、磁力转子；3、bod瓶；4、溶解氧(do)测定探头；5、溶解氧(do)测定仪。
24.图2为实施例1头孢噻呋钠ph与油脂降解菌比耗氧速率(sour)的模拟曲线。
25.图3为实施例2青霉素钾ph与油脂降解菌比耗氧速率(sour)的模拟曲线。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。下述实施例采用图1的批量实验装置，所述方法如无特殊说明均为本领域常规方法，所述试剂和装置如无特殊说明均可从商业途径获得。
27.实施例1、一种采用数学模型测定头孢噻呋钠ph对油脂降解菌活力影响的方法，具体方法步骤如下：
28.(1)从活性污泥连续培养反应器中取活性污泥1l进行离心预处理，浓缩至400ml后，测得挥发性悬浮固体(vss0)为21.84g/l。离心预处理，指用蒸馏水对活性污泥进行离心清洗三次以上；目的在于消除原始基质和盐分的干扰。测定挥发性悬浮固体浓度(vss)方法是将一定体积的活性污泥在105℃的烘箱里烘8小时去除水分称重为m1；再在600℃马弗炉中烘干3小时，称重m2；m1
‑
m2即为挥发性固体重量，最后计算其体积浓度。
29.设定批量实验中头孢噻呋钠溶液ph分别为3、4、5.5、6.5、7.5、8.5、9、9.5、10、11、12，将5ml的活性污泥置于100ml的bod瓶中，加入2ml乙酸钠(200mg
‑
cod/l)，使用磷酸缓冲溶液调节ph梯度，使用水浴加热的方法控制温度为35
±
1℃，所用磷酸缓冲溶液由磷酸二氢钾溶液(1/15mol)和磷酸氢二钠溶液(1/15mol)按照一定比例进行混合后，再适当调整比例，从而配制成不同ph的缓冲溶液。
30.(2)测定bod中的溶解氧(do)，每10s记录一次数据，每个浓度至少测定12组数据，取do变化较稳定的时段数据，使用excel做出斜率方程，使得r2≥99％，得到该ph条件下油脂降解菌的好氧速率(our)(表1)。
31.表1
[0032][0033]
(5)根据步骤(1)中浓缩之后的挥发性悬浮固体浓度(vss0)21.84g/l，取5ml置于100mlbod瓶中，计算得出批量实验bod瓶中挥发性悬浮固体(vss)浓度为1.092g/l。根据计算每个ph条件下油脂降解菌的比耗氧速率sour。计算sour所用vss是指批量实验时bod瓶中活性污泥的vss。
[0034]
(6)做出头孢噻呋钠ph与油脂降解菌比耗氧速率(sour)的散点图，并使用模型方程进行模拟，模拟效果如图2所示。所述的模型方程，在忽略碱度限制的条件下ph对油脂降解菌生长速率的影响可以用下式表示：在忽略碱度限制的条件下ph对油脂降解菌生长速率的影响可以用下式表示：式中：i：ph抑制作用程度；ph：系统ph值；ph
ul
：ph抑制开关值；ph
ll
：5％最大生长速率对应的ph值，n：比率参数。所述的模型方程中sour与i存在正比关系，使用k
k
作为参数表示这种关系可得到如下表达式作为参数表示这种关系可得到如下表达式其中：uour：油脂降解菌比耗氧速率，mg
‑
o/g/h；k
k
：油脂降解菌的比耗氧速率参数。
[0035]
(7)步骤(6)的模型方程的条件下，求得ph对油脂降解菌影响的动力学参数值：ph
ul
＝7.8、ph
ll
＝4，n＝
‑
2。
[0036]
实施例2、一种采用数学模型测定青霉素钾ph对油脂降解菌活力影响的方法，具体方法步骤如下：
[0037]
(1)从活性污泥连续培养反应器中取活性污泥1l进行离心预处理，浓缩至400ml后，测得挥发性悬浮固体(vss0)为3.382g/l。离心预处理，指用蒸馏水对活性污泥进行离心清洗三次以上；目的在于消除原始基质和盐分的干扰。测定挥发性悬浮固体浓度(vss)方法是将一定体积的活性污泥在105℃的烘箱里烘8小时去除水分称重为m1；再在600℃马弗炉中烘干3小时，称重m2；m1
‑
m2即为挥发性固体重量，最后计算其体积浓度。
[0038]
(2)设定批量实验中青霉素钾ph分别为3、4、5.5、6.5、7.5、8.5、9、9.5、10、11、12，将5ml的活性污泥置于100ml的bod瓶中，加入2ml乙酸钠(200mg
‑
cod/l)，使用磷酸缓冲溶液调节ph梯度，使用水浴加热的方法控制温度为35
±
1℃，所用磷酸缓冲溶液由磷酸二氢钾溶液(1/15mol)和磷酸氢二钠溶液(1/15mol)按照一定比例进行混合后，再适当调整比例，从而配制成不同ph的缓冲溶液。
[0039]
(3)测定bod中的溶解氧(do)，每10s记录一次数据，每个浓度至少测定12组数据，取do变化较稳定的时段数据，使用excel做出斜率方程，使得r2≥99％，得到该ph条件下油脂降解菌的好氧速率(our)(表2)。
[0040]
表2
[0041][0042]
(4)根据步骤(1)中浓缩之后的挥发性悬浮固体浓度(vss0)33.82g/l，取5ml置于100ml bod瓶中，计算得出批量实验bod瓶中挥发性悬浮固体(vss)浓度为1.691g/l。根据计算每个ph条件下油脂降解菌的比耗氧速率sour。计算sour所用vss是指批量实验时bod瓶中活性污泥的vss。
[0043]
(5)做出青霉素钾ph与油脂降解菌比耗氧速率(sour)的散点图，并使用模型方程(5)做出青霉素钾ph与油脂降解菌比耗氧速率(sour)的散点图，并使用模型方程进行模拟，模拟效果如图2所示。所述的模型方程，在忽略碱度限制的条件下ph对油脂降解菌生长速率的影响可以用下式表示：式中：i：ph抑制作用程度；ph：系统ph值；ph
ul
：ph抑制开关值；ph
lt
：5％最大生长速率对应的ph值，n：比率参数。所述的模型方程中sour与i存在正比关系，使用k
k
作为参数表示这种关系可得到如下表达式其中：sour：油脂降解菌比耗氧速率，mg
‑
o/g/h；k
k
：油脂降解菌的比耗氧速率参数。
[0044]
(6)步骤(5)的模型方程的条件下，求得ph对油脂降解菌影响的动力学参数值：ph
ul
＝8.1、ph
ll
＝4.3，n＝
‑
1.8。
[0045]
本发明中所测得的动力学参数，主要是带入活性污泥模型(asm)中，运用gps
‑
x软件对实际污水处理工艺进行模拟和预测，从而做出相应的工艺设计和调整，以期获得更高的污水处理效率和降低处理成本。