论文题目: 生物膜非线性动力学特性及分形结构
论文类型: 硕士论文
论文专业: 环境科学
作者: 陈黎明
导师: 柴立和
关键词: 生物膜,完全混合反应器,分形,最大流原理,复杂系统
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 生物膜是自然界常见的一种生物形态,广泛存在于各种水生环境中、食品工业中和各种管道中,如给水、排水以及工业循环水和冷却水管道;同时广泛应用于各种生化反应操作和污水处理中。生物膜是包含多种微生物的复杂的微生态群落,其中发生着复杂的物理、化学和生物反应,形成一个多层次、多尺度、非线性、非平衡的开放复杂系统。到目前为止,有关生物膜废水处理系统的基础理论仍然相当缺乏。本论文首先提出了一个可用于描述废水处理系统中生物膜形成的动力学模型。通过对模型的理论分析和数值计算,探讨稀释速率、脱落速率、进水浓度、初始接种污泥浓度等因素对生物膜形成和稳定的影响,得到一些有用的结论。这样不仅从深层次的理论上揭示了生物膜废水处理系统的物理机理,而且在工程应用上也有指导意义。生物膜的宏观特性是与其微观动力学特征紧密联系在一起的。微观动力学可以用一个新的原理-最大流原理(一个远离平衡的开放复杂系统总是寻找一种优化过程使得系统在给定的约束或代价下所获得的广义流最大)来描述。因此在最大流原理的指导下,建立了生物膜的微观机理模型,并进行了理论研究。通过该模型能够揭示生物膜分形结构的起源和相应的影响因素。分析了广义流的构成和尺度对分形维数的影响。同时通过该模型解释了分形和多分形的微观起源,为现有的分形理论提供了新的解释途径。本论文最后简要探讨了生物膜微生物细胞内部生物大分子网络的选择,并揭示出了生物膜内部生物大分子网络的一些演化规律,以及生物膜内部大分子相互作用对生物膜结构的影响。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 生物膜动力学的研究现状与展望
1.1 引言
1.2 生物膜动力学模型的研究进展
1.2.1 唯象微分方程：反应-扩散-对流方程
1.2.2 统计力学或基于细菌个体的模拟
1.2.3 Capdeville 生物膜增长动力学模型
1.2.4 多物种复合生物膜模型
1.2.5 现有动力学模型的不足和缺陷
1.3 生物膜动力学的实验研究
1.3.1 生物膜的异质性
1.3.2 生物膜结构参数的测定
1.4 生物膜动力学研究的难点和新视角
1.4.1 难点
1.4.2 新视角
1.5 本论文的主要研究方法和手段
第二章 生物膜污水处理系统的一个理论模型
2.1 生物膜废水处理系统的机理和模型
2.1.1 生物膜废水处理系统的物理机理
2.1.2 生物膜废水处理系统的数学模型
2.2 模型分析
2.3 数值计算及讨论
2.4 本章小结
第三章 生物膜形态和结构形成的机理研究
3.1 生物膜的形态和结构的现有认识和研究
3.1.1 生物膜的形态和结构
3.1.2 生物膜结构的现有数学描述
3.2 非平衡统计力学新方法的建立
3.2.1 分形、自组织和复杂性理论视野中的生物膜特性
3.2.2 非平衡统计力学新方法的建立
3.3 新统计力学应用分析
3.4 影响生物膜结构的主要因素分析
3.4.1 外部因素
3.4.2 内部因素
3.5 新统计力学揭示的几个重要特征
3.5.1 生物膜分形生长的条件：远离平衡态
3.5.2 生物膜分形生长的动因：竞争和合作（相变）
3.5.3 生物膜分形生长的宏观特征：最理想的优化结构
3.5.4 分形生长的标度量化：动力学特征
3.5.5 分形生长的特性：系统的鲁棒性（robustness）
3.6 应用与展望
3.6.1 学术应用
3.6.2 工程应用
3.7 本章小结
第四章 生物膜细胞内大分子复杂网络结构形成的机理
4.1 引言
4.2 生物膜细胞内复杂网络的形成和演化
4.2.1 网络的选择和网络基序的形成
4.2.2 自复制和自组装
4.2.3 遗传和变异
4.2.4 等级、层次的出现、多层次和多尺度
4.2.5 大分子网络复杂性的增加
4.2.6 进化、优化和复杂性
4.3 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 遗留问题与展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
附录
致谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
- [1].电化学活性生物膜多功能特性研究：产电、脱氮、脱氯[D]. 王凯.华南理工大学2018
- [2].自然水体生物膜对菲、林丹和氧氟沙星的吸附特征及机制研究[D]. 宋娜.吉林大学2018
- [3].城市污水活性污泥和生物膜复合处理工艺的模型构建与数值模拟[D]. 徐涛.西安建筑科技大学2017
- [4].生物膜光反应器去除污水中营养盐和药品及个人护理品的研究[D]. 康杜.中国地质大学2018
- [5].MABR内流场对其性能及生物菌群分布结构的影响研究[D]. 楚红亮.天津工业大学2018
- [6].有机物共存下铜离子与电活性生物膜互作机理研究[D]. 李冠群.广东工业大学2018
- [7].耦合生物膜反应器中水力学条件对生物膜稳定性的影响[D]. 丁洁.广东工业大学2018
- [8].不同生存形态耐锌细菌的锌吸附行为研究[D]. 沈宗泽.福建农林大学2017
- [9].典型挥发性有机物甲苯液相吸收反硝化降解研究[D]. 卓猛.扬州大学2017
- [10].一体化无动力浸没式河道水质净化装置的开发与优化[D]. 林楠.华东师范大学2017
相关论文
- [1].废水处理内环流固定床生物膜反应器性能研究[D]. 迟祥.大连理工大学2006
- [2].生物膜—膜生物反应器处理微污染地表水的应用研究[D]. 许艳红.天津大学2006
- [3].序批式生物膜反应器高效生物脱氮途径优化控制策略研究[D]. 徐峥勇.湖南大学2007
- [4].抑制条件下好氧生物膜模型的建立及模拟[D]. 王海燕.兰州大学2007
- [5].生物接触氧化工艺生物膜特性的研究[D]. 李海燕.江苏大学2007
- [6].基于分形理论的陶瓷隔（蓄）热多孔材料传热特性研究与应用[D]. 杨倩.东华大学2007
- [7].循环移动载体生物膜反应器工艺性能的研究[D]. 楼菊青.浙江大学2005
- [8].宏观与微观生态非线性动力学及丝状菌膨胀机理研究[D]. 王俊博.天津大学2004
- [9].SBAF中自养生物膜亚硝化及全程自养脱氮的启动研究[D]. 尹疆.湖南大学2006
- [10].生物流化床处理药厂废水的研究[D]. 谯华.昆明理工大学2001