【摘要】：在生物膜模型的應(yīng)用與研究過程中，如何準(zhǔn)確地獲得生物膜的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)是至關(guān)重要的，其準(zhǔn)確性在很大程度上決定了生物膜模型的預(yù)測(cè)能力。由于生物膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反應(yīng)過程很復(fù)雜，要準(zhǔn)確獲得生物膜動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較困難。

本文提出了兩種獲得生物膜動(dòng)力學(xué)參數(shù)的原位測(cè)定方法:“擴(kuò)散-反應(yīng)模型法”和“呼吸速率測(cè)量法”。在完成分離式氧微電極結(jié)構(gòu)優(yōu)化并構(gòu)建起生物膜動(dòng)力學(xué)參數(shù)原位測(cè)定系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用“擴(kuò)散-反應(yīng)模型法”和“呼吸速率測(cè)量法”對(duì)生物膜動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行原位測(cè)定研究?！皵U(kuò)散-反應(yīng)模型法”是在生物膜處于內(nèi)源呼吸階段及生長(zhǎng)階段用氧微電極檢測(cè)生物膜內(nèi)的溶解氧分布曲線，并結(jié)合穩(wěn)態(tài)條件下的擴(kuò)散-反應(yīng)方程對(duì)生物膜動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行估值。用該方法檢測(cè)得到的生物膜內(nèi)源呼吸速率、衰減系數(shù)及氧半飽和常數(shù)分別為8.52mgO_2/(gVSS·h)、0.0035h~(-1)、1.00mg/L。與活性污泥系統(tǒng)相比，用該方法獲得的內(nèi)源呼吸速率和衰減系數(shù)較小，對(duì)氧的半飽和常數(shù)較大。

“呼吸速率測(cè)量法”是在沒有破壞生物膜結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用微型加樣管在生物膜內(nèi)某一深度注射微量基質(zhì)溶液，同時(shí)氧微電極在該加樣點(diǎn)檢測(cè)微生物的呼吸速率曲線，并結(jié)合Monod方程計(jì)算該點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在得到生物膜內(nèi)不同深度微觀點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)后用算術(shù)平均值法對(duì)生物膜表觀動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行估值。用該方法獲得的生物膜產(chǎn)率系數(shù)、最大比增長(zhǎng)速率和基質(zhì)半飽和常數(shù)的平均值分別為0.44、4.00d~(-1)、41.06mg/L。

與破壞生物膜結(jié)構(gòu)后用呼吸速率測(cè)量法檢測(cè)的結(jié)果相比，原位測(cè)定方法獲得的生物膜產(chǎn)率系數(shù)與之相近，最大比增長(zhǎng)速率較小，對(duì)基質(zhì)的半飽和常數(shù)較大。同時(shí)研究結(jié)果表明生物膜內(nèi)各深度微生物的產(chǎn)率系數(shù)變化不大，在0.40-0.45范圍內(nèi)波動(dòng);最大比增長(zhǎng)速率沿著生物膜深度方向逐漸降低，從表層的5.74 d~(-1)降到深層的2.45 d~(-1);對(duì)基質(zhì)的半飽和常數(shù)沿生物膜深度方向逐漸增大，從表層的36.63mg/L升高到深層的48.04mg/L。