[发明专利]一种基于分子动力学模拟筛选剩余污泥调理剂的方法

说明书

本发明提供了一种基于分子动力学模拟筛选剩余污泥调理剂的方法。该方法根据污泥中的有机质与调理剂的分子结构进行建模，使用GROMACS软件包根据实际处理条件过程中的投加情况对调理剂和有机质的相互作用进行模拟，通过轨迹快照直观地观察材料与有机质的相互作用情况以及有机质分子结构的变化，对决定污泥脱水性能的溶剂可及表面积、溶剂化自由能、均方根旋转半径等有机质相关性质进行计算分析，基于调理剂作用前后有机质亲疏水性及团聚性的变化评价调理剂的作用效果。从而可以根据不同污泥有机质性质提出合适的调理剂，为提高污泥脱水性能的调理剂选型和改性优化方法提供理论依据，缩短材料优化与调理试验周期，提高污泥的处理处置效率。

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种基于分子动力学模拟筛选剩余污泥调理剂的方法。

背景技术

作为污水生物处理的副产物，剩余污泥中通常含有大量的有毒有害物质，如果得不到合适的处理处置，会对环境造成严重的二次污染，污泥减量化是降低其储存、运输和处置成本的主要手段。在污泥减量化处理过程中，脱水过程尤为关键，脱水后的污泥体积可以大幅度减小，极大地提高后续的处理处置效率。因此，研究经济、高效的污泥脱水工艺，使其达到稳定化与减量化具有重要的环境意义。

剩余污泥中有机质形成的具有高度亲水性的凝胶网络结构导致污泥中大量的结合水在常规脱水过程中难以释放，因此通常需要采用调理剂对污泥进行预处理，破坏凝胶网络结构，降低有机质亲水性，同时增强污泥絮体的团聚能力，提高污泥的脱水性能。不同来源污泥的有机质组成及其对于污泥脱水性能的影响机制存在较大差异，所以在实际处理过程中通常需要耗费大量时间对各种调理剂进行预实验以评价其对于未知性质污泥的调理效能。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供了一种基于分子动力学模拟筛选剩余污泥调理剂的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供一种基于分子动力学模拟筛选剩余污泥调理剂的方法，包括以下步骤：

步骤S1，构建剩余污泥中含有的有机质分子结构；所述有机质包括蛋白质结构、多肽和多糖；

步骤S2，进行有机质与调理剂相互作用分子动力学模拟

步骤S21，选择版本为2020.6的GROMACS软件进行模拟和计算，选择charmm36力场；

步骤S22，根据步骤S1中的蛋白质信息从蛋白质数据库获得结构文件；

步骤S23，根据步骤S1中的多糖与多肽信息建立对应的有机质结构模型；

步骤S24，使用packmol软件将步骤S22和S23中建立的有机质模型随机添加到盒子中；使用GROMACS软件将盒子中充满水分子，添加12个Na⁺平衡体系内的负电荷，随后分别进行能量最小化、NVT平衡与NPT平衡，得到污泥体系；

步骤S25，然后向所述污泥体系中添加调理剂，随后分别进行能量最小化、NVT平衡与NPT平衡，得到调理剂体系；

步骤S26，分别对所述污泥体系和所述调理剂体系各进行不少于30ns的模拟，积分步长为2fs，每10ps记录一次能量与轨迹坐标；

步骤S27，对步骤S26中获得的体系轨迹进行分析，计算有机质体系中原子的均方根偏差RMSD，分别判断所述污泥体系和所述调理剂体系的稳定情况；

步骤S3，数据处理与分析