多機能微生物群の概念に基づいた改造されたルズダック-エッティンガー処理バイオプロセスのモデリングとシミュレーション

科学分野:

• 環境微生物学
• 生化学工学
• 排水処理技術

背景:

• 生物学的窒素除去 (BNR) は,排水処理に不可欠です.
• 既存のモデルは,特定の化合物の複雑なパラメータ化を必要とします.
• BNRのバイオプロセスは単純化され,堅牢なモデリング方法が必要です.

研究 の 目的:

• 変更されたルザック-エッティンガー (MLE) 構成に基づくBNRプロセスの簡素化された数学モデルを開発し,検証する.
• モデルの複雑さを減らすために窒素,リン,炭素の源を集約する.
• バイオプロセスのレジリエンスと回復ダイナミクスを評価する.

主な方法:

• 質量バランスとバイオキネティックモデルを用いた 10 微分方程式数学モデルを開発した.
• 処理された窒素とリンは原子NとPであり,炭素源は化学酸素需要 (COD) である.
• 実験データ (窒素,リン,COD,DO,バイオマス) とメタゲノム解析でモデルを校正し,検証した.

主要な成果:

• このモデルは,一時的な状態と安定した状態のBNRプロセスを正確にシミュレートします.
• 実験的な検証により,モデルの信頼性と予測能力が確認されました.
• 敏感性分析では,バイオプロセスの動態に影響を与える主要なパラメータが特定されました.

結論:

• 簡素化されたMLEモデルはBNRを効果的にシミュレートし,複雑性とパラメータ調整の必要性を軽減します.
• このモデルは,バイオプロセスのレジリエンスと回復に関する貴重な洞察を提供します.
• このアプローチは,排水処理における窒素除去の理解と最適化を促進します.