【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种预测微生物群体感应作用性能的方法，尤其涉及一种预测活性污泥中群体感应作用下的微生物硝化作用性能的方法。
技术介绍
1、群体感应(quorum sensing,qs)是一种微生物间的相互作用，微生物通过分泌的信号分子物质诱导微生物的部分相关基因表达，从而影响微生物的性能和群落结构等。微生物群体感应广泛应用于强化污水生物处理过程，如向生物反应器中投加可产生信号分子、产生信号分子的qs菌菌液或是投加固定qs菌的填料等。虽然基于微生物群体感应手段可以强化废水生物处理微生物的性能；但是投加当信号分子数量/浓度不当时，会对微生物产生不利影响，如功能微生物数量减少，或微生物活性受到抑制等，导致污水处理性能降低，因此识别信号分子种类及浓度对功能微生物的性能显得十分必要。
2、asm模型在近几年得到了广泛应用，该系列模型根据不同的生长-衰减理论对微生物处理污染物的过程进行模拟。现有的asm系列模型从仅预测异养菌、好氧菌处理碳氮磷污染物拓展到了细分多种微生物、处理污染物还增加了新污染物等，以及实现对污染物溯源，但是尚无群体感应在污水处理性能预测的活性污泥模型。
3、asm模型具有较强拓展性能。例如中国专利cn112397137a公开了污水中有机微污染物浓度变化规律的预测模型及预测方法，该专利基于两步硝化模型构建了一种可以预测活性污泥体系中有机微污染物去除效果的asm-omps模型，asm-omps模型虽然也可以预测微生物的硝化作用，但是不涉及群体感应对硝化作用的影响，当微生物的硝化作用被群体感应影响时会导致
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，解决如何预测群体感应作用下的微生物硝化作用性能的问题。
2、技术方案：本专利技术所述的一种预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，包含以下步骤：
3、(1)根据是否受外源信号分子影响，将活性污泥中的微生物划分为群感菌和非群感菌，在无群体感应作用的两步硝化模型中添加群感菌的动力学方程构建asm-qs模型；
4、(2)测定需要模拟的活性污泥反应器的初始值，同时取出部分活性污泥进行单独培养，确定无外源信号分子时，非群感菌的最大比增长速率、各类微生物的产率系数以及初值；进行外源信号分子投加实验确定群感菌的信号分子半饱和系数和信号分子抑制系数；其余参数根据文献值或经验值确定；
5、(3)将步骤(2)中确定的参数输入asm-qs模型中，完成对不同浓度信号分子影响下微生物硝化性能变化的预测。
6、优选地，在步骤(1)中，基于如下假设对活性污泥中的微生物进行划分：假设活性污泥中群感菌均会被外源信号分子影响，其硝化作用速率发生改变，非群感菌则不会受到外源信号分子影响。
7、优选地，所述群感菌包括群感氨氧化菌和群感氨氧化菌，非群感菌包括非群感氨氧化菌和非群感硝化菌。
8、优选地，在步骤(1)中，在无群体感应作用的两步硝化模型中添加群感菌的动力学方程构建asm-qs模型的方法如下：
9、(11)确定群感菌和非群感菌所涉及的参与反应的组分、反应过程、化学计量参数、动力学参数、反应速率方程；
10、(12)将化学计量参数、动力学参数作为变量输入软件中，设置模型所涉及的反应过程，以化学计量学矩阵的形式输入反应过程中，设置反应的容器和氧气的交换；
11、(13)选定动力学参数进行灵敏度分析，得到灵敏度函数，确定其中对结果影响最大的参数；
12、(14)将选中的参数进行校正，取最优值重新模拟。
13、优选地，在步骤(11)中，所述参与反应的组分包括：溶解氧so、溶解性氨氮snh、亚硝态氮sno2、硝态氮sno3、非群感氨氧化细菌xaob、非群感硝化细菌xnob、群感氨氧化细菌xqsa、群感硝化菌xqsn、信号分子浓度sahl；
14、所述反应过程包括：非群感氨氧化细菌的生长、非群感氨氧化细菌的衰减、非群感硝化细菌的生长、非群感硝化细菌的衰减、群感氨氧化细菌的生长、群感氨氧化细菌的衰减、群感硝化细菌的生长、群感硝化细菌的衰减；
15、所述动力学参数包括：氧半饱和系数ko、非群感氨氧化菌最大比增长速率μaob、非群感硝化菌最大比增长速率μnob、非群感氨氧化菌生长半饱和系数knh、非群感硝化菌生长半饱和系数kno2、非群感硝化菌的氨半饱和系数knhn、非群感氨氧化菌衰减速率常数baob、非群感硝化菌衰减速率常数bnob、群感氨氧化细菌信号分子半饱和系数kahla、群感氨氧化细菌信号分子抑制系数kiahla、群感硝化菌信号分子半饱和系数kahln、群感硝化菌信号分子抑制系数kiahln、群感氨氧化菌最大比增长速率μqsa、群感硝化菌最大比增长速率μqsn、产率系数y、生物体cod中的含氮比例ixb、生物体产物cod中的含氮比例ixp；
16、所述反应速率方程如下：
17、非群感氨氧化菌生长速率公式：
18、
19、非群感氨氧化菌衰减速率公式：
20、baob·xaob；
21、非群感硝化菌生长速率公式：
22、
23、非群感硝化菌衰减速率公式：
24、bnob·xnob；
25、群感氨氧化菌生长速率公式：
26、
27、群感氨氧化菌衰减速率公式：
28、baob·xqsa；
29、群感硝化菌生长速率公式：
30、
31、群感硝化菌衰减速率公式：
32、bnob·xqsn。
33、优选地，在步骤(2)中，测定需要模拟的反应器的初始值包括测定进水的cod、氨氮、硝态氮和总氮。
34、优选地，所述活性污泥为非膨胀的活性污泥。
35、优选地，所述反应器的反应条件满足：15℃<反应温度<25℃，7<反应ph<8。
36、本专利技术基于上述预测方法进一步提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法步骤。
37、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：(1)本专利技术提供了一种预测信号分子对微生物硝化活性影响的模型，该模型弥补了在污水处理中微生物群体感应模型的空白；(2)本专利技术可以通过确定2个主要相关的动力学参数(群感菌的信号分子半饱和系数和信号分子抑制系数)准确预测具体条件下不同信号分子浓度对微生物硝化活性的影响，在利用群体感应机制进行污水处理生物强化时，可以帮助确定最具性价比的强化方式，具有很高的应用价值。
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1.一种预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，在步骤(1)中，基于如下假设对活性污泥中的微生物进行划分：假设活性污泥中群感菌均会被外源信号分子影响，其硝化作用速率发生改变，非群感菌则不会受到外源信号分子影响。
3.根据权利要求1所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，所述群感菌包括群感氨氧化菌和群感氨氧化菌，非群感菌包括非群感氨氧化菌和非群感硝化菌。
4.根据权利要求1所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，在步骤(1)中，在无群体感应作用的两步硝化模型中添加群感菌的动力学方程构建ASM-QS模型的方法如下：
5.根据权利要求4所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，在步骤(11)中，所述参与反应的组分包括：溶解氧So、溶解性氨氮SNH、亚硝态氮SNO2、硝态氮SNO3、非群感氨氧化细菌XAOB、非群感硝化细菌XNOB、群感氨氧化细菌XQSA、群感硝化菌XQSN、
6.根据权利要求1所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，在步骤(2)中，测定需要模拟的反应器的初始值包括测定进水的COD、氨氮、硝态氮和总氮。
7.根据权利要求6所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，所述活性污泥为非膨胀的活性污泥。
8.根据权利要求6所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，所述反应器的反应条件满足：15℃<反应温度<25℃，7<反应pH<8。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-8中任一项所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，在步骤(1)中，基于如下假设对活性污泥中的微生物进行划分：假设活性污泥中群感菌均会被外源信号分子影响，其硝化作用速率发生改变，非群感菌则不会受到外源信号分子影响。
3.根据权利要求1所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，所述群感菌包括群感氨氧化菌和群感氨氧化菌，非群感菌包括非群感氨氧化菌和非群感硝化菌。
4.根据权利要求1所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，在步骤(1)中，在无群体感应作用的两步硝化模型中添加群感菌的动力学方程构建asm-qs模型的方法如下：
5.根据权利要求4所述预测活性污泥中微生物群体感应作用性能的方法，其特征在于，在步骤(11)中，所述参与反应的组分包括：溶解氧so、溶解性氨氮sn...
【专利技术属性】
技术研发人员：王瑾丰，陈文康，杨潇，胡洁，任洪强，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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