污水生物处理的数学模型与应用 [Modeling and Application for Biological Wastewater Treatment] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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施汉昌，邱勇 著

图书标签:

• 污水处理
• 生物处理
• 数学模型
• 环境工程
• 水污染控制
• 建模与仿真
• 环境科学
• 过程工程
• 活性污泥
• 生物反应器

出版社： 中国建筑工业出版社

ISBN：9787112161843

版次：1

商品编码：11416414

包装：平装

外文名称：Modeling and Application for Biological Wastewater Treatment

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

页数：295

字数：48000

内容简介

　　《污水生物处理的数学模型与应用》共分13章，第1章概述了污水生物处理数学模型的发展历史，第2章和第3章对化学计量学和酶催化反应动力学进行了介绍，第4章系统地介绍了污水生物处理的经典模型及其应用，第5章和第6章分别介绍了厌氧生物处理的反应动力学和生物膜反应器的动力学，第7章介绍了二次沉淀池的模型。从第8章到第11章介绍了由国际水质协会（IAWQ）提出的ASM系列模型，包括ASM1、ASM2、ASM2d和ASM3模型，工艺概化模型的建立与模型求解，ASM模型的水质表达与动力学参数估值，运用ASM模型进行模拟的方法与流程。鉴于污水生物处理的数值模拟技术主要应用于设计和优化运行，第12章和第13章分别提供了污水生物处理工艺复算和工艺参数优化的算例。
　　《污水生物处理的数学模型与应用》可作为给水排水和环境工程专业的教材和参考书。

内页插图

目录

第1章 概述
1.1 污水生物处理技术的发展
1.2 污水生物处理的数学模型
1.3 活性污泥模型（ASM）
1.4 污水生物处理的其他数学模型
1.4.1 固定生长好氧生物处理过程的数学模型
1.4.2 厌氧生物处理过程的数学模型
1.5 小结

第2章 污水生物处理的化学计量学与能量转化
2.1 微生物细胞的经验分子式
2.2 污水生物处理的化学计量学基础
2.3 广义反应速率与多重反应的表达
2.4 细胞生长与基质利用
2.5 小结

第3章 酶和酶催化反应动力学
3.1 酶和酶的催化特性
3.1.1 酶的概念
3.1.2 酶的催化特性
3.2 酶催化反应的动力学模型
3.2.1 酶促反应与米一门公式
3.2.2 酶促反应动力学参数的估值
3.2.3 酶促反应的抑制
3.3 小结

第4章 活性污泥法的经典模型
4.1 污水生物处理的经典模型
4.2 Eckenfelder模型
4.3 Grau模型
4.4 Lawrence-McCarty模型
4.5 McKinney模型
4.6 基质降解与生物增长量之间的关系
4.7 基质降解与需氧量之间的关系
4.8 pH条件
4.9 对营养的要求
4.1 0温度的影响
4.1 1生物处理系统污泥最佳沉降条件
4.1 1.1 概述
4.1 1.2 表示活性污泥沉降性能的主要参数
4.1 1.3 污泥的最佳沉降条件
4.1 2活性污泥法经典模型的应用
4.1 2.1 概述
4.1 2.2 传统活性污泥法
4.1 2.3 完全混合活性污泥法
4.1 3小结

第5章 厌氧生物处理的反应动力学
5.1 厌氧生物反应动力学
5.1.1 厌氧生物反应动力学模型
5.1.2 厌氧系统中的细胞合成
5.1.3 颗粒有机物水解
5.1.4 水解产物的厌氧反应
5.1.5 产甲烷过程
5.1.6 温度对厌氧生物反应动力学的影响
5.1.7 对温度影响和温度系数的表达
5.2 厌氧过程中自由能的释放
5.2.1 释放的标准自由能
5.2.2 标准状态与环境条件
5.2.3 氢分压对转化自由能的影响
5.3 厌氧过程的化学计量学
……
第6章 生物膜反应器的动力学
第7章 二次沉淀池的模型
第8章 IAWQ活性污泥法模型
第9章 活性污泥工艺的建模基础与模型求解
第10章 IAWQ模型的水质表达与动力学参数估值
第11章 ASM模型用于污水处理过程模拟的方法与流程
第12章 ASM模型在污水处理工艺设计中的应用
第13章 ASM模型在污水处理厂优化运行中的应用

前言/序言

结构生物学基础与蛋白质折叠动力学研究 图书名称：结构生物学基础与蛋白质折叠动力学研究 (Structural Biology Fundamentals and Protein Folding Dynamics) 内容简介 本书深入探讨了生命科学领域中两个核心且紧密关联的前沿分支：结构生物学的基础原理及其在解析复杂生物分子结构中的应用，以及蛋白质折叠这一生命活动中最基本、最精妙的动态过程的机制与动力学研究。全书以严谨的科学态度和详实的实验数据为基础，旨在为高等院校的生物学、生物化学、生物物理学以及计算生物学专业的师生和研究人员提供一本全面、深入、具有高度参考价值的学术专著。 第一部分：结构生物学的基石与技术前沿 本部分聚焦于解析生命大分子三维结构所依赖的关键理论框架、实验方法及其在解析复杂生物系统中的最新进展。 第一章：生物大分子结构层级与物理化学基础 本章首先回顾了生物大分子（蛋白质、核酸）的化学组成和基本结构特征，重点阐述了分子间作用力（氢键、范德华力、疏水作用、静电相互作用）在维持和确定生物分子特定构象中的决定性作用。深入分析了热力学和动力学原理在理解分子稳定性与构象变化中的地位，为后续的结构解析技术奠定理论基础。同时，讨论了结构生物学中常用概念，如构象、拓扑结构、结构域（Domain）的定义及其生物学意义。 第二章：X射线晶体学：从晶体生长到高分辨率结构解析 X射线晶体学是结构生物学“三驾马车”中最成熟的技术。本章详细介绍了晶体衍射的基本原理，包括布拉格定律、倒易空间的概念。重点阐述了高质量单晶的制备技术，包括蛋白质的筛选、优化结晶条件（如沉淀法、蒸汽扩散法）的系统策略。在数据收集方面，详细描述了同步辐射光源的使用优势、数据收集流程与质量控制。结构解析部分，着重讲解了相位问题（Phase Problem）的解决之道，如同晶置换法（MIR/SIR）、超高压晶体学、SAD/MAD技术，并配以大量的实例说明如何通过电子密度图的解析来构建和优化原子模型，以及后处理（如R因子、RMSD评估）的规范要求。 第三章：冷冻电子显微镜（Cryo-EM）：结构生物学的新范式 Cryo-EM已成为解析大分子复合物和膜蛋白结构的主导技术。本章系统介绍了冷冻电镜成像的基本原理，包括电子束与样品的相互作用、像差对图像质量的影响，以及自动采集系统的操作流程。核心内容在于三维重构算法的演进，从早期的随机倾转法到现代的迭代优化算法。详细剖析了如何处理低信噪比数据、如何进行精确的粒子挑选和分类（Classification），以及如何进行局部精修以获得高分辨率结构。特别关注了Cryo-ET（电子断层扫描）在解析细胞内结构和动态过程中的应用前景。 第四章：核磁共振波谱学（NMR）：在溶液中捕获动态信息 NMR技术提供了在接近生理状态的溶液环境中研究分子结构和动态的独特视角。本章从原子核自旋的基本概念入手，讲解了二维、三维乃至四维NMR实验的设计原则，如COSY, TOCSY, NOESY, HSQC等。重点阐述了如何利用距离约束（NOE）和角度约束（J耦合常数）来构建蛋白质的三维模型。此外，本部分深入讨论了NMR在研究分子柔性、构象平衡、以及蛋白质-配体相互作用动力学（如弛豫时间分析）方面的独特优势，是理解分子功能动态性的关键技术。 第二部分：蛋白质折叠的原理、模型与计算模拟 本部分从宏观功能需求出发，追溯到微观的分子折叠过程，探讨蛋白质如何高效、准确地获得其天然三维结构。 第五章：蛋白质折叠的能量景观与热力学驱动力 本章系统地阐述了描述蛋白质折叠过程的能量景观（Energy Landscape）理论，包括漏斗形模型（Folding Funnel）。详细分析了驱动蛋白质折叠的四大主要热力学贡献：疏水效应、氢键形成、范德华作用和熵变。重点讨论了折叠的“隐藏信息假设”（The Secondary Structure Nucleation Hypothesis）和“关键中间态”（Crucial Intermediate State）理论，并对比了它们在解释快速折叠与慢速折叠机制上的异同。 第六章：折叠路径动力学：中间体与关键决定步骤 折叠过程并非一步到位，而是涉及一系列快速反应的中间体。本章聚焦于如何通过实验手段（如紫外吸收、荧光猝灭、圆二色谱等）解析折叠路径。详细介绍了一级结构决定三级结构（Anfinsen范式）在现代研究中的修正与发展。对“快速折叠”与“慢速折叠”的分子机制进行了深入比较，并探讨了分子伴侣蛋白（Chaperones）在协助错误折叠或聚集的蛋白质重新折叠中的关键作用。 第七章：从序列到结构：计算折叠预测的算法演进 本部分探讨了利用计算机模拟预测蛋白质结构的方法学进展，这是结构生物学和药物设计交叉领域的核心。首先回顾了基于同源模版（Template-based Modeling）的分子替换法（Homology Modeling）的精确性提升。随后，深入讲解了Ab Initio（从头算）预测方法，特别是蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）和分子动力学（Molecular Dynamics, MD）在构象空间搜索中的应用。重点讨论了接触图（Contact Map）预测算法、基于机器学习的残基间距离和二面角预测（如AlphaFold的Transformer架构基础），以及MD模拟在研究折叠过程（如加速采样技术，如Metadynamics）中的关键地位。 第八章：错误折叠、聚集体形成与疾病机制 蛋白质的错误折叠是多种神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病）和部分癌症的共同病理基础。本章专门分析了错误折叠动力学中关键的成核聚合步骤，特别是淀粉样纤维（Amyloid Fibril）的形成机制。讨论了聚集体的结构特征（如交叉$eta$片层结构），并结合结构生物学数据，探讨了突变、氧化应激或pH变化如何影响折叠路径，从而加速错误折叠和毒性寡聚体的产生。理解这些病理折叠过程的动力学，是开发针对性药物干预的前提。 本书力求在严谨的理论基础上，全面覆盖现代结构生物学的实验技术体系，并深入剖析蛋白质折叠这一生命核心谜题的动力学本质，为读者提供一个从静态结构到动态功能的完整认知框架。

评分☆☆☆☆☆

工程应用视角下的模型简化与集成化思考 虽然数学模型是基石，但在实际的污水处理厂设计和控制中，我们不可能永远使用最庞大、参数最多的复杂模型。时间成本和计算资源的限制，要求我们在精度和效率之间做出权衡。这本书如果能从一个资深工程师的角度出发，探讨“恰当”的模型选择策略，那将非常有价值。比如，对于一个初级工程师来说，如何判断当前项目是只需使用简化的零阶或一阶模型，还是必须引入ASM3级别的复杂性？我期待看到关于模型简化方法的讨论，例如如何通过稳态分析或降阶技术来提炼出关键控制变量。更进一步，这本书是否探讨了模型与高级控制策略（如模糊控制、模型预测控制MPC）的集成？如果能展示如何将处理单元的模型嵌入到整个工厂的优化控制框架中，指导实时曝气量调整、污泥龄优化等决策，那么这本书的实用价值将得到质的飞跃。它不应该只停留在“描述”系统，而更应该指导我们如何“控制”系统。

评分☆☆☆☆☆

对《污水生物处理的数学模型与应用》的初步印象与期待 初次翻开这本书，那种厚重感和严谨的学术气息立刻扑面而来。从书名来看，它似乎直指污水处理领域中最核心也最复杂的部分——数学建模。我一直觉得，要想真正理解和优化污水处理过程，仅仅依靠经验操作是远远不够的，必须深入到其背后的生物化学反应和传输现象中去。这本书的定位似乎就是为了架起一座桥梁，连接理论数学与工程实践。我特别期待它能详尽地阐述那些经典模型，比如ASM1、ASM2d乃至更复杂的模型是如何从基础的质量守恒和动力学方程推导出来的。毕竟，理解模型的假设前提和局限性，比仅仅会套用公式要重要得多。如果书中能用清晰的图示和详实的案例来解释，例如活性污泥中不同微生物种群间的相互作用、溶解氧的分布与消耗的耦合关系，那无疑会极大地提升阅读体验。我希望它不仅仅是公式的堆砌，而是能真正引导读者学会如何根据实际的工程数据，去“构建”和“校准”一个属于特定污水厂的模型，这才是“应用”的精髓所在。这感觉就像是拿到了一本高级的工程“设计手册”，但其内核是深刻的科学原理。

评分☆☆☆☆☆

关于模型验证与参数辨识的深度探究 真正考验一本建模书籍水平的地方，往往在于它如何处理模型的不确定性和实际应用中的“失真”问题。生物系统本身的随机性和环境的波动性，使得任何模型都只是对现实的一种简化逼近。因此，我对书中关于模型验证（Validation）和参数辨识（Parameter Identification）的部分抱有极高的期望。我希望看到的是，作者是否提供了系统性的、可操作的流程指导。例如，如何选择合适的指标来评估模型预测的准确性？在面对大量监测数据时，如何运用统计学方法，比如敏感性分析或贝叶斯方法，来辨识那些难以直接测量的关键动力学参数，比如微生物的生长速率和衰减系数？很多教材在这一步往往草草带过，只给出一个理想化的例子。如果这本书能深入探讨如何处理数据噪声、如何应对模型结构误差，并提供一些实际操作中可能遇到的“陷阱”和规避策略，那么它对于希望将模型应用于实际运行优化的工程师来说，就具有不可替代的价值了。它应该能教会我如何“驯服”那些在实验室里看起来完美，一到现场就“失控”的数学模型。

评分☆☆☆☆☆

结构严谨性与跨学科视角的融合度 从排版和章节安排来看，这本书似乎试图构建一个逻辑严密的知识体系，从最基础的反应动力学原理，过渡到单元过程的建模，再到整个系统的集成模拟。这种由微观到宏观的推进方式，对于系统学习者来说至关重要。然而，优秀的教材往往还能展现出一种跨学科的视野。污水生物处理本质上是多相反应、传质与速率控制的复杂耦合体。我非常好奇，作者是如何处理“传质”这一关键环节的？例如，氧气在气相、水相和生物膜内部的传递阻力是如何在数学模型中被量化的？如果书中能将生物反应动力学与流体力学（CFD）的初步概念进行有效整合，哪怕只是作为一个高级选读章节，也会极大地拓宽读者的思维边界。一个成功的模型，必须能准确反映出物理限制，而非仅仅是化学理想状态。期待这本书能提供这种广阔的视角，将工程上的“瓶颈”用数学清晰地表达出来。

评分☆☆☆☆☆

内容的前沿性与未来展望的深度 任何关于建模的书籍，如果不能反映出学科的最新进展，其时效性都会大打折扣。鉴于当前污水处理领域对新兴污染物（如微量有机物、抗生素）的关注日益增加，我非常希望看到书中能有所涉及。例如，现有的ASM模型框架如何扩展以纳入对这些新型难降解物质的模拟？此外，随着人工智能和大数据技术的发展，数据驱动的模型（如神经网络或深度学习模型）是否已开始与传统的“基于第一性原理”的模型进行融合？这本书是否探讨了这种混合建模的潜力与挑战？我希望作者不仅仅是介绍经典内容，更应提供一个清晰的“未来地图”，指出当前数学建模研究的前沿热点和未来的研究方向。这种对未来的洞察力，往往是区分一本优秀教科书和一本杰出参考书的关键所在。它应该能激发读者在阅读完现有知识后，思考“下一步该往哪里走”。