[发明专利]一种生物膜的系统分析方法

权利要求书

1.一种生物膜的系统分析方法，其特征在于，利用系统动力学方法建立生物膜动力学模型，根据动态模拟和实验分析的结果系统分析生物膜结构和参数变化，考察生物膜净化系统的行为再现性，预测生物膜活性微生物、胞外聚合物、内部残渣及天然水体、人工水体、生态修复水体或废水中有机污染物的变化趋势，优化生物膜及生物膜反应器的参数，提高生物膜的净化水体效果的系统分析方法，具体包括以下步骤：

S1：确定所述生物膜系统分析的目标； 

S2：绘制所述生物膜的系统因果关系反馈图； 

S3：应用系统动力学构建生物膜动力学模型； 

S4：所述生物膜的系统分析。

2.根据专利权要求1所述的生物膜的系统分析方法，其特征在于，所述生物膜为天然水体生物膜、人工水体生物膜、生态修复生物膜或废水处理生物膜，所述步骤S2中的生物膜的系统因果关系反馈图采用系统思考的方式进行，以系统论为基础，以计算机技术为主要手段，以实验分析为辅助手段，研究复杂水、固界面环境系统的动态行为，依靠软件Stella、iThink或Vensim为平台，绘制所述生物膜系统的因果反馈图。

3.根据专利权要求1或2所述的生物膜的系统分析方法，其特征在于，所述步骤S3应用系统动力学构建生物膜动力学模型中，生物动力学模型参数包括：活性微生物（Xa）、胞外聚合物（EPS）、内部残渣（Xl），外部底物浓度（Ss）和电子受体溶解氧（S0），其动力学模型方程式分别如下：

                                                 

式中kEPS 为胞外聚合物（EPS） 生成率，为微生物最大比增长率，Y 为外部底物浓度（Ss）的产率系数，Ks 为外部底物浓度（Ss）的半饱和系数， K0 为电子受体溶解氧（S0）的半饱和系数，kdecay 为胞外聚合物（EPS）的水解系数，fl和b分别为内部残渣（Xl）和活性微生物（Xa）的腐解率。

4.根据专利权要求1或2所述的生物膜的系统分析方法，其特征在于，所述步骤S4中的生物膜的系统分析，包括生物膜实验分析、生物膜系统行为再现性分析、生物膜数值模拟、生物膜参数确定和生物膜重要结构参数与净化指标之间关系分析。

5.根据专利权要求3所述的生物膜的系统分析方法，其特征在于，所述步骤S4中的生物膜的系统分析，包括生物膜实验分析、生物膜系统行为再现性分析、生物膜数值模拟、生物膜参数确定和生物膜重要结构参数与净化指标之间关系分析。

6.根据专利权要求4所述的生物膜的系统分析方法，其特征在于，所述生物膜实验分析为分析生物膜目标核心参数和水质指标，采用数学模型与监测实验有机结合的方式；所述   生物膜系统行为再现性分析为考察和确认模型是否可以再现生物膜净化水体的行为；所述生物膜数值模拟为生物膜胞外聚合物动力学数学建模过程，提出合理假设，开展敏感度分析，为生物膜参数确定提供依据，参数的敏感性为评估某参数主要参数改变后，是否会导致生物膜系统行为的严重改变，确定敏感性参数和了解参数的改变是否会导致先前所测试的模型效果消失，提高生物膜反应器的处理效率和生物膜自净的功能；所述生物膜参数确定，使用模型进行策略的选择，并使用模型系统分析应用；所述应用生物膜动力学模型，首先进行动态仿真实验，然后通过对模型的调控，根据设计者的各种需要和可能的多方案模型和比较，获得在不同参数下净化水体有机污染导致胞外聚合物、底物浓度、活性生物量等时间变化的行为和趋势；所述生物膜重要结构参数与净化指标之间关系分析首先建立生物膜结构的参数与水质指标相互影响的相关规律，分析生物量、生物活性、单位质量生物膜EPS含量或蛋白质/多糖与水体污染物浓度、脱氮或脱碳之间的关系，得出采用哪些方式可以优化生物膜净化污染物的稳定性和处理效率。