汙水生物處理的數學模型與應用 [Modeling and Application for Biological Wastewater Treatment] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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施漢昌，邱勇 著

圖書標籤:

• 汙水處理
• 生物處理
• 數學模型
• 環境工程
• 水汙染控製
• 建模與仿真
• 環境科學
• 過程工程
• 活性汙泥
• 生物反應器

齣版社： 中國建築工業齣版社

ISBN：9787112161843

版次：1

商品編碼：11416414

包裝：平裝

外文名稱：Modeling and Application for Biological Wastewater Treatment

開本：16開

齣版時間：2014-01-01

用紙：膠版紙

頁數：295

字數：48000

內容簡介

　　《汙水生物處理的數學模型與應用》共分13章，第1章概述瞭汙水生物處理數學模型的發展曆史，第2章和第3章對化學計量學和酶催化反應動力學進行瞭介紹，第4章係統地介紹瞭汙水生物處理的經典模型及其應用，第5章和第6章分彆介紹瞭厭氧生物處理的反應動力學和生物膜反應器的動力學，第7章介紹瞭二次沉澱池的模型。從第8章到第11章介紹瞭由國際水質協會（IAWQ）提齣的ASM係列模型，包括ASM1、ASM2、ASM2d和ASM3模型，工藝概化模型的建立與模型求解，ASM模型的水質錶達與動力學參數估值，運用ASM模型進行模擬的方法與流程。鑒於汙水生物處理的數值模擬技術主要應用於設計和優化運行，第12章和第13章分彆提供瞭汙水生物處理工藝復算和工藝參數優化的算例。
　　《汙水生物處理的數學模型與應用》可作為給水排水和環境工程專業的教材和參考書。

內頁插圖

目錄

第1章 概述
1.1 汙水生物處理技術的發展
1.2 汙水生物處理的數學模型
1.3 活性汙泥模型（ASM）
1.4 汙水生物處理的其他數學模型
1.4.1 固定生長好氧生物處理過程的數學模型
1.4.2 厭氧生物處理過程的數學模型
1.5 小結

第2章 汙水生物處理的化學計量學與能量轉化
2.1 微生物細胞的經驗分子式
2.2 汙水生物處理的化學計量學基礎
2.3 廣義反應速率與多重反應的錶達
2.4 細胞生長與基質利用
2.5 小結

第3章 酶和酶催化反應動力學
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 酶催化反應的動力學模型
3.2.1 酶促反應與米一門公式
3.2.2 酶促反應動力學參數的估值
3.2.3 酶促反應的抑製
3.3 小結

第4章 活性汙泥法的經典模型
4.1 汙水生物處理的經典模型
4.2 Eckenfelder模型
4.3 Grau模型
4.4 Lawrence-McCarty模型
4.5 McKinney模型
4.6 基質降解與生物增長量之間的關係
4.7 基質降解與需氧量之間的關係
4.8 pH條件
4.9 對營養的要求
4.1 0溫度的影響
4.1 1生物處理係統汙泥最佳沉降條件
4.1 1.1 概述
4.1 1.2 錶示活性汙泥沉降性能的主要參數
4.1 1.3 汙泥的最佳沉降條件
4.1 2活性汙泥法經典模型的應用
4.1 2.1 概述
4.1 2.2 傳統活性汙泥法
4.1 2.3 完全混閤活性汙泥法
4.1 3小結

第5章 厭氧生物處理的反應動力學
5.1 厭氧生物反應動力學
5.1.1 厭氧生物反應動力學模型
5.1.2 厭氧係統中的細胞閤成
5.1.3 顆粒有機物水解
5.1.4 水解産物的厭氧反應
5.1.5 産甲烷過程
5.1.6 溫度對厭氧生物反應動力學的影響
5.1.7 對溫度影響和溫度係數的錶達
5.2 厭氧過程中自由能的釋放
5.2.1 釋放的標準自由能
5.2.2 標準狀態與環境條件
5.2.3 氫分壓對轉化自由能的影響
5.3 厭氧過程的化學計量學
……
第6章 生物膜反應器的動力學
第7章 二次沉澱池的模型
第8章 IAWQ活性汙泥法模型
第9章 活性汙泥工藝的建模基礎與模型求解
第10章 IAWQ模型的水質錶達與動力學參數估值
第11章 ASM模型用於汙水處理過程模擬的方法與流程
第12章 ASM模型在汙水處理工藝設計中的應用
第13章 ASM模型在汙水處理廠優化運行中的應用

前言/序言

結構生物學基礎與蛋白質摺疊動力學研究 圖書名稱：結構生物學基礎與蛋白質摺疊動力學研究 (Structural Biology Fundamentals and Protein Folding Dynamics) 內容簡介 本書深入探討瞭生命科學領域中兩個核心且緊密關聯的前沿分支：結構生物學的基礎原理及其在解析復雜生物分子結構中的應用，以及蛋白質摺疊這一生命活動中最基本、最精妙的動態過程的機製與動力學研究。全書以嚴謹的科學態度和詳實的實驗數據為基礎，旨在為高等院校的生物學、生物化學、生物物理學以及計算生物學專業的師生和研究人員提供一本全麵、深入、具有高度參考價值的學術專著。 第一部分：結構生物學的基石與技術前沿 本部分聚焦於解析生命大分子三維結構所依賴的關鍵理論框架、實驗方法及其在解析復雜生物係統中的最新進展。 第一章：生物大分子結構層級與物理化學基礎 本章首先迴顧瞭生物大分子（蛋白質、核酸）的化學組成和基本結構特徵，重點闡述瞭分子間作用力（氫鍵、範德華力、疏水作用、靜電相互作用）在維持和確定生物分子特定構象中的決定性作用。深入分析瞭熱力學和動力學原理在理解分子穩定性與構象變化中的地位，為後續的結構解析技術奠定理論基礎。同時，討論瞭結構生物學中常用概念，如構象、拓撲結構、結構域（Domain）的定義及其生物學意義。 第二章：X射綫晶體學：從晶體生長到高分辨率結構解析 X射綫晶體學是結構生物學“三駕馬車”中最成熟的技術。本章詳細介紹瞭晶體衍射的基本原理，包括布拉格定律、倒易空間的概念。重點闡述瞭高質量單晶的製備技術，包括蛋白質的篩選、優化結晶條件（如沉澱法、蒸汽擴散法）的係統策略。在數據收集方麵，詳細描述瞭同步輻射光源的使用優勢、數據收集流程與質量控製。結構解析部分，著重講解瞭相位問題（Phase Problem）的解決之道，如同晶置換法（MIR/SIR）、超高壓晶體學、SAD/MAD技術，並配以大量的實例說明如何通過電子密度圖的解析來構建和優化原子模型，以及後處理（如R因子、RMSD評估）的規範要求。 第三章：冷凍電子顯微鏡（Cryo-EM）：結構生物學的新範式 Cryo-EM已成為解析大分子復閤物和膜蛋白結構的主導技術。本章係統介紹瞭冷凍電鏡成像的基本原理，包括電子束與樣品的相互作用、像差對圖像質量的影響，以及自動采集係統的操作流程。核心內容在於三維重構算法的演進，從早期的隨機傾轉法到現代的迭代優化算法。詳細剖析瞭如何處理低信噪比數據、如何進行精確的粒子挑選和分類（Classification），以及如何進行局部精修以獲得高分辨率結構。特彆關注瞭Cryo-ET（電子斷層掃描）在解析細胞內結構和動態過程中的應用前景。 第四章：核磁共振波譜學（NMR）：在溶液中捕獲動態信息 NMR技術提供瞭在接近生理狀態的溶液環境中研究分子結構和動態的獨特視角。本章從原子核自鏇的基本概念入手，講解瞭二維、三維乃至四維NMR實驗的設計原則，如COSY, TOCSY, NOESY, HSQC等。重點闡述瞭如何利用距離約束（NOE）和角度約束（J耦閤常數）來構建蛋白質的三維模型。此外，本部分深入討論瞭NMR在研究分子柔性、構象平衡、以及蛋白質-配體相互作用動力學（如弛豫時間分析）方麵的獨特優勢，是理解分子功能動態性的關鍵技術。 第二部分：蛋白質摺疊的原理、模型與計算模擬 本部分從宏觀功能需求齣發，追溯到微觀的分子摺疊過程，探討蛋白質如何高效、準確地獲得其天然三維結構。 第五章：蛋白質摺疊的能量景觀與熱力學驅動力 本章係統地闡述瞭描述蛋白質摺疊過程的能量景觀（Energy Landscape）理論，包括漏鬥形模型（Folding Funnel）。詳細分析瞭驅動蛋白質摺疊的四大主要熱力學貢獻：疏水效應、氫鍵形成、範德華作用和熵變。重點討論瞭摺疊的“隱藏信息假設”（The Secondary Structure Nucleation Hypothesis）和“關鍵中間態”（Crucial Intermediate State）理論，並對比瞭它們在解釋快速摺疊與慢速摺疊機製上的異同。 第六章：摺疊路徑動力學：中間體與關鍵決定步驟 摺疊過程並非一步到位，而是涉及一係列快速反應的中間體。本章聚焦於如何通過實驗手段（如紫外吸收、熒光猝滅、圓二色譜等）解析摺疊路徑。詳細介紹瞭一級結構決定三級結構（Anfinsen範式）在現代研究中的修正與發展。對“快速摺疊”與“慢速摺疊”的分子機製進行瞭深入比較，並探討瞭分子伴侶蛋白（Chaperones）在協助錯誤摺疊或聚集的蛋白質重新摺疊中的關鍵作用。 第七章：從序列到結構：計算摺疊預測的算法演進 本部分探討瞭利用計算機模擬預測蛋白質結構的方法學進展，這是結構生物學和藥物設計交叉領域的核心。首先迴顧瞭基於同源模版（Template-based Modeling）的分子替換法（Homology Modeling）的精確性提升。隨後，深入講解瞭Ab Initio（從頭算）預測方法，特彆是濛特卡洛模擬（Monte Carlo Simulation）和分子動力學（Molecular Dynamics, MD）在構象空間搜索中的應用。重點討論瞭接觸圖（Contact Map）預測算法、基於機器學習的殘基間距離和二麵角預測（如AlphaFold的Transformer架構基礎），以及MD模擬在研究摺疊過程（如加速采樣技術，如Metadynamics）中的關鍵地位。 第八章：錯誤摺疊、聚集體形成與疾病機製 蛋白質的錯誤摺疊是多種神經退行性疾病（如阿爾茨海默病、帕金森病）和部分癌癥的共同病理基礎。本章專門分析瞭錯誤摺疊動力學中關鍵的成核聚閤步驟，特彆是澱粉樣縴維（Amyloid Fibril）的形成機製。討論瞭聚集體的結構特徵（如交叉$eta$片層結構），並結閤結構生物學數據，探討瞭突變、氧化應激或pH變化如何影響摺疊路徑，從而加速錯誤摺疊和毒性寡聚體的産生。理解這些病理摺疊過程的動力學，是開發針對性藥物乾預的前提。 本書力求在嚴謹的理論基礎上，全麵覆蓋現代結構生物學的實驗技術體係，並深入剖析蛋白質摺疊這一生命核心謎題的動力學本質，為讀者提供一個從靜態結構到動態功能的完整認知框架。

評分☆☆☆☆☆

工程應用視角下的模型簡化與集成化思考 雖然數學模型是基石，但在實際的汙水處理廠設計和控製中，我們不可能永遠使用最龐大、參數最多的復雜模型。時間成本和計算資源的限製，要求我們在精度和效率之間做齣權衡。這本書如果能從一個資深工程師的角度齣發，探討“恰當”的模型選擇策略，那將非常有價值。比如，對於一個初級工程師來說，如何判斷當前項目是隻需使用簡化的零階或一階模型，還是必須引入ASM3級彆的復雜性？我期待看到關於模型簡化方法的討論，例如如何通過穩態分析或降階技術來提煉齣關鍵控製變量。更進一步，這本書是否探討瞭模型與高級控製策略（如模糊控製、模型預測控製MPC）的集成？如果能展示如何將處理單元的模型嵌入到整個工廠的優化控製框架中，指導實時曝氣量調整、汙泥齡優化等決策，那麼這本書的實用價值將得到質的飛躍。它不應該隻停留在“描述”係統，而更應該指導我們如何“控製”係統。

評分☆☆☆☆☆

結構嚴謹性與跨學科視角的融閤度 從排版和章節安排來看，這本書似乎試圖構建一個邏輯嚴密的知識體係，從最基礎的反應動力學原理，過渡到單元過程的建模，再到整個係統的集成模擬。這種由微觀到宏觀的推進方式，對於係統學習者來說至關重要。然而，優秀的教材往往還能展現齣一種跨學科的視野。汙水生物處理本質上是多相反應、傳質與速率控製的復雜耦閤體。我非常好奇，作者是如何處理“傳質”這一關鍵環節的？例如，氧氣在氣相、水相和生物膜內部的傳遞阻力是如何在數學模型中被量化的？如果書中能將生物反應動力學與流體力學（CFD）的初步概念進行有效整閤，哪怕隻是作為一個高級選讀章節，也會極大地拓寬讀者的思維邊界。一個成功的模型，必須能準確反映齣物理限製，而非僅僅是化學理想狀態。期待這本書能提供這種廣闊的視角，將工程上的“瓶頸”用數學清晰地錶達齣來。

評分☆☆☆☆☆

關於模型驗證與參數辨識的深度探究 真正考驗一本建模書籍水平的地方，往往在於它如何處理模型的不確定性和實際應用中的“失真”問題。生物係統本身的隨機性和環境的波動性，使得任何模型都隻是對現實的一種簡化逼近。因此，我對書中關於模型驗證（Validation）和參數辨識（Parameter Identification）的部分抱有極高的期望。我希望看到的是，作者是否提供瞭係統性的、可操作的流程指導。例如，如何選擇閤適的指標來評估模型預測的準確性？在麵對大量監測數據時，如何運用統計學方法，比如敏感性分析或貝葉斯方法，來辨識那些難以直接測量的關鍵動力學參數，比如微生物的生長速率和衰減係數？很多教材在這一步往往草草帶過，隻給齣一個理想化的例子。如果這本書能深入探討如何處理數據噪聲、如何應對模型結構誤差，並提供一些實際操作中可能遇到的“陷阱”和規避策略，那麼它對於希望將模型應用於實際運行優化的工程師來說，就具有不可替代的價值瞭。它應該能教會我如何“馴服”那些在實驗室裏看起來完美，一到現場就“失控”的數學模型。

評分☆☆☆☆☆

內容的前沿性與未來展望的深度 任何關於建模的書籍，如果不能反映齣學科的最新進展，其時效性都會大打摺扣。鑒於當前汙水處理領域對新興汙染物（如微量有機物、抗生素）的關注日益增加，我非常希望看到書中能有所涉及。例如，現有的ASM模型框架如何擴展以納入對這些新型難降解物質的模擬？此外，隨著人工智能和大數據技術的發展，數據驅動的模型（如神經網絡或深度學習模型）是否已開始與傳統的“基於第一性原理”的模型進行融閤？這本書是否探討瞭這種混閤建模的潛力與挑戰？我希望作者不僅僅是介紹經典內容，更應提供一個清晰的“未來地圖”，指齣當前數學建模研究的前沿熱點和未來的研究方嚮。這種對未來的洞察力，往往是區分一本優秀教科書和一本傑齣參考書的關鍵所在。它應該能激發讀者在閱讀完現有知識後，思考“下一步該往哪裏走”。

評分☆☆☆☆☆

對《汙水生物處理的數學模型與應用》的初步印象與期待 初次翻開這本書，那種厚重感和嚴謹的學術氣息立刻撲麵而來。從書名來看，它似乎直指汙水處理領域中最核心也最復雜的部分——數學建模。我一直覺得，要想真正理解和優化汙水處理過程，僅僅依靠經驗操作是遠遠不夠的，必須深入到其背後的生物化學反應和傳輸現象中去。這本書的定位似乎就是為瞭架起一座橋梁，連接理論數學與工程實踐。我特彆期待它能詳盡地闡述那些經典模型，比如ASM1、ASM2d乃至更復雜的模型是如何從基礎的質量守恒和動力學方程推導齣來的。畢竟，理解模型的假設前提和局限性，比僅僅會套用公式要重要得多。如果書中能用清晰的圖示和詳實的案例來解釋，例如活性汙泥中不同微生物種群間的相互作用、溶解氧的分布與消耗的耦閤關係，那無疑會極大地提升閱讀體驗。我希望它不僅僅是公式的堆砌，而是能真正引導讀者學會如何根據實際的工程數據，去“構建”和“校準”一個屬於特定汙水廠的模型，這纔是“應用”的精髓所在。這感覺就像是拿到瞭一本高級的工程“設計手冊”，但其內核是深刻的科學原理。