一种采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法技术

本发明专利技术涉及一种采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法，属于环境工程领域。本发明专利技术通过测定青霉素对异养菌影响的模型参数，完善异养菌数学模型，进一步可以提高异养菌的活力和污水处理效果。本发明专利技术能够使用数学模型的方法对青霉素对异养菌的影响进行定量化的研究，通过确定青霉素对异养菌影响的模型参数，即可知青霉素对异养菌影响的程度，从而更好的优化异养菌的生长环境，提高异养菌的活力和污水处理效果。本发明专利技术在完善异养菌数学模型的同时，也为实现智慧水务提供基础数据。也为实现智慧水务提供基础数据。也为实现智慧水务提供基础数据。

【技术实现步骤摘要】
一种采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法


[0001]本专利技术属于环境工程领域，具体涉及一种采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法。

技术介绍

[0002]抗生素主要应用在人类、禽畜的疾病预防与治疗、农业病害防治以及水产养殖等途径。我国是抗生素生产和消费的大国，同时也是抗生素的消费大国，而且存在明显的滥用情况。
[0003]环境中抗生素的积累和持久性不仅会对水生和陆生生物构成潜在风险，对人体也有较强的负面作用。而且滥用抗生素会导致的致病菌突变而获得抗性基因，给人类健康和环境安全都造成了很大的威胁。
[0004]青霉素废水主要有如下几个特点:(1)COD浓度极高。抗生素废水的COD一般都在5000～80000mg/L之间，青霉素废水COD
Cr
浓度为15000～80000mg/L，主要为发酵残余液和废液。(2)SS浓度高(500～25000mg/L)。青霉素废水为5000～23000mg/L。抗生素废水中SS主要为发酵的残余培养基质和发酵产生的微生物丝菌体(3)硫酸盐浓度高，青霉素为5000mg/L以上。(4)废水中含有微生物难以降解、甚至对微生物有抑制作用的物质。这些物质达到一定浓度会对微生物产生抑制作用。
[0005]目前，针对此类抗生素废水的处理工艺主要有：物化法、高级氧化技术和膜生物反应器等。然而，高成本仍然是这些方法的严重瓶颈。生物处理工艺因其独特的优势而被广泛使用，特别是用于处理含有抗生素废水的高COD废水，但由于不了解毒性物质对生物过程的抑制而导致效果不佳。
[0006]目前本领域中没有关于有采用数学模型法对含青霉素废水处理中青霉素浓度与细菌活性的研究报道。

技术实现思路

[0007]针对本领域现有技术的不足，本专利技术提供一种采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法，通过建立青霉素对异养菌影响的模型参数，可以完善异养菌的数学模型，基于这些参数可以确定毒性物质对生物过程的抑制情况，为异养菌提供更好的生长环境，同时实现高效的水处理效率。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法，首先，建立模型方程：设定青霉素浓度梯度进行批量实验；测定不同青霉素浓度条件下异养菌的好氧速率OUR；根据活性污泥挥发性悬浮固体浓度VSS和OUR计算出异养菌的比耗氧速率SOUR；建立青霉素浓度对异养菌影响的模型方程；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。
[0009]本专利技术采用数学模型测定青霉素对异养菌的影响的方法，具体步骤如下：
[0010](1)测定所取用的活性污泥的挥发性悬浮固体浓度VSS0；
[0011](2)设定青霉素浓度梯度进行批量实验，控制实验温度为25
±
1℃，pH为7.5
±
0.1；
[0012](3)测定不同青霉素浓度条件下异养菌的好氧速率OUR；
[0013](4)根据VSS0计算出批量实验时BOD瓶中活性污泥的VSS，并计算出异养菌的比耗氧速率SOUR；
[0014](5)建立青霉素浓度对异养菌影响的模型方程；
[0015](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。
[0016]所述步骤(3)中，所述的好氧速率OUR测定方法为：使用溶解氧测定仪测定BOD瓶中的溶解氧DO，每30s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％，其斜率即为该青霉素浓度条件下异养菌的好氧速率OUR。
[0017]所述步骤(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。
[0018]所述步骤(5)中，所述的模型方程是是基于Eckenfelder方程和Monod方程建立的青霉素对异养菌影响的模型方程：在忽略碱度限制的条件下异养菌的生长速率用下式表示：式中：μ：异养菌的比生长速率，d
‑1；μ
max
：异养菌的最大比生长速率，d
‑1；S
C
：青霉素浓度，mg/L；K
S
：异养菌的半饱和速率，mg/L；K
I
：基质限制常数，mg/L；所述的模型方程中SOUR与μ存在正比关系，使用K
A
作为参数表示这种关系可得到如下表达式其中：SOUR：异养菌比耗氧速率，mg
‑
O/g/h；K
A
：异养菌的比耗氧速率参数。
[0019]所述步骤(6)中，使用模型方程对实验数据进行模拟，确定出青霉素对异养菌影响动力学方程及参数值K
S
、K
I
。
[0020]本专利技术的有益效果：本专利技术能够使用数学模型的方法对青霉素对异养菌的影响进行定量化的研究，通过确定青霉素对异养菌影响的模型参数，即可知青霉素对异养菌影响的程度，从而更好的优化异养菌的生长环境，提高异养菌的活力和污水处理效果。本专利技术在完善异养菌数学模型的同时，也为实现智慧水务提供基础数据。
[0021]因此，本专利技术还提供采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法在含青霉素废水处理中的应用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0023](1)本专利技术使用数学模型的方法测定青霉素对异养菌的影响，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。本专利技术可以确定异养菌的青霉素浓度因素参数，从而完善异养菌数学模型，从而提高异养菌的活力和污水处理效果。
[0024](2)本专利技术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。
附图说明
[0025]图1为本专利技术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。
[0026]图2为实施例1青霉素浓度与异养菌比耗氧速率(SOUR)的模拟曲线。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。下述实例采用图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。
[0028]实施例1、一种采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法，具体方法步骤如下：
[0029](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200ml后，测得挥发性悬浮固体(VSS0)为15.159g/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℃的烘箱里本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法，其特征在于，首先，建立模型方程：设定青霉素浓度梯度进行批量实验，；测定不同青霉素浓度条件下异养菌的好氧速率OUR；根据活性污泥悬浮固体浓度VSS和OUR计算出异养菌的比耗氧速率SOUR；建立青霉素浓度对异养菌影响的模型方程；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。2.如权利要求1所述的采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法，其特征在于，具体方法是：(1)测定所取用的活性污泥的悬浮固体浓度VSS0；(2)设定青霉素浓度梯度进行批量实验，控制实验温度为25
±
1℃，pH为7.5
±
0.1；(3)测定不同青霉素浓度条件下异养菌的好氧速率OUR；(4)根据VSS0计算出批量实验时BOD瓶中活性污泥的VSS，并计算出异养菌的比耗氧速率SOUR；(5)建立青霉素浓度对异养菌影响的模型方程；(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。3.根据权利要求2所述的采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的好氧速率OUR测定方法为：使用溶解氧测定仪测定BOD瓶中的溶解氧DO，每30s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％，其斜率即为该青霉素浓度条件下异养菌的好氧速率OUR。4.根据权利要求2所述的采用数学模型测定青霉素浓度对异养菌活力影响的方法，其特征在于：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。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨韬，安淼，徐丽丽，戎静，刘兵，陈飞勇，邵媛媛，王静，宋扬，
申请(专利权)人：上海环境卫生工程设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：