利用ANNs方法进行SMP与膜污染间理论关系的研究

批准号:
51608510
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
张小妹
依托单位:
学科分类:
E1002.城市污水处理与资源化
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
乔英合、李凌跃、张树军、胡德平、谢小天
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中文摘要
硝化/反硝化膜生物反应器(A/O-MBR)广泛应用于市政污水处理,膜污染问题是制约A/O-MBR进一步发展和应用的主要瓶颈,而溶解性微生物产物(SMP)是膜污染的主要贡献因子。已有研究利用人工神经网络(ANNs)方法建立MBR膜污染预测模型,模型输入指标涉及有操作参数、进水水质、水力条件、膜组件特征等,但均未以SMP作为建模因子。因此,研究SMP与膜污染间的理论逻辑关系对实现MBR系统的长期稳定运行具有重要意义。由于SMP会受到操作参数、菌群组成特征的变化影响,本项目首先研究多项操作参数对A/O-MBR系统中SMP含量及其特征的综合影响,评估各项参数影响SMP的权重分配;其次研究A/O-MBR系统中菌群组成与SMP之间的内在联系,从而获得对应最小膜污染的最佳菌群比例;基于获知的操作参数、菌群比例与SMP之间的相互作用,以ANNs为基础建立膜污染预测模型,最终揭示SMP与膜污染间的理论关系。
英文摘要
A/O-MBR has been widely used in municipal sewage treatment, but membrane fouling problem is the main bottleneck of A/O-MBR further development and application, and soluble microbial products (SMP) is the main contribution factor of membrane fouling. It was researched that artificial neural networks (ANNs) were utilized to establish membrane fouling prediction models about MBR, and input indicators included operating parameters, influent quality, hydraulic conditions, membrane characteristics and so on in these models, but SMP was not selected as modeling factors. Therefore, the study of theoretical relationship between SMP and membrane fouling is of great significance to the long-term stable operation of MBR system. Since SMP would be affected by operation parameters and characteristics of the flora composition, in this project, the comprehensive influence of operation parameters will be studied firstly for SMP to assess effect weights of various parameters; secondly, the internal relation will be studied between flora composition and SMP to acquire the best proportion of microbial population at that membrane fouling is minimized; finally, based on interactions among operation parameters, flora composition and SMP, the membrane fouling model will be established by using ANNs to uncover the theoretical relationship between SMP and membrane fouling.
硝化/反硝化膜生物反应器(A/O-MBR)广泛应用于市政污水处理,膜污染问题是制约A/O-MBR进一步发展和应用的主要瓶颈,而溶解性微生物产物(SMP)是膜污染的主要贡献因子。由于SMP会受到操作参数、菌群组成特征的变化影响,本项目首先研究了多项操作参数对A/O-MBR系统中SMP含量及其特征的综合影响,由实验结果可知,最佳运行条件是SRT=30day、HRT=16h、曝气量=800L/h、T=25°C、flux=20L/m2/h,稳定运行时长达33天,同时反应器中SMP含量相对最低,约为13mgCOD/L,且多糖比例较高,表明SMP组分以UAP为主,UAP大都易于生物降解;其次研究了A/O-MBR系统中菌群组成与SMP之间的内在联系,从而获得对应最小膜污染的最佳菌群比例,由实验结果可知,最佳运行条件下反硝化功能基因相对更占优势,但又存在反硝化细菌、厌氧发酵和产酸细菌以及甲烷菌的共生现象,它们处于同一A/O生态系统中并维持着相互制约、相互作用的平衡关系;最后以操作参数、功能基因比例和SMP为输入值,以TMP为输出值,利用人工神经网络建立了膜污染预测模型,从模拟值与实际值的对比情况来看,拟合精度较高且泛化能力较强,全体数据集R值大于0.94,由此可见,已初步获得了SMP与膜污染间的理论逻辑关系。.本项目研究有助于A/O-MBR市政污水处理系统的膜污染缓解和控制,能够综合解决A/O-MBR废水处理过程中的膜污染问题,理解SMP对于膜污染过程的作用机理,通过调节与SMP相关的各项参数来达到缓解和控制膜污染的目的。
期刊论文列表
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专利列表
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DOI:10.1080/15435075.2017.1382361
发表时间:2018-03
期刊:International Journal of Green Energy
影响因子:3.3
作者:Xu Xiaoning;Yang Yanli;Chen Xiao;Zhang Xiaomei
通讯作者:Zhang Xiaomei
Comparison of bacterial community characteristics between complete and shortcut denitrification systems for quinoline degradation
喹啉降解完全反硝化系统与短程反硝化系统细菌群落特征比较
DOI:10.1007/s00253-016-7949-y
发表时间:2016-11
期刊:APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
影响因子:5
作者:Zhang Xiaomei;Hua Xiufu;Yue Xiuping
通讯作者:Yue Xiuping
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