新型生物膜载体在污水处理中的研究现状

生物处理法是污水处理领域的核心技术,其中的生物膜法因具有耐冲击负荷、污泥产量少、运行管理方便等优势,已在全球范围内得到广泛关注。生物膜载体作为微生物附着生长材料,在生物膜处理工艺中起到关键作用,直接影响工艺的处理效果。然而,目前所开发的生物膜载体大多只能为微生物提供适宜稳定的生态位,并不具有强化污水处理效果的能力。为此,本文围绕五种能够提高污染物降解效率的新型生物膜载体(缓释生物膜载体、氧化还原介体生物膜载体、磁性生物膜载体、亲水改性生物膜载体、亲电改性生物膜载体)进行讨论,详细阐述了其具体分类与作用机理,并针对其今后研究方向与未来发展提出建设性建议,以期为未来大范围提标改造污水处理厂提供理论参考。

含环氧基亲水性固定化青霉素酰化酶共聚载体的合成与性能研究

环氧基团可以在温和条件下与酶分子的氨基反应使其固定于载体表面 .选用含有活性环氧基团的甲基丙烯酸缩水甘油酯 ( GMA)和亲水性的 N -乙烯吡咯烷酮 ( NVP)两种单体 ,以 N ,N′-亚甲基双丙烯酰胺( MBAA)为交联剂 ,甲醇水溶液作致孔剂 ,液体石蜡为主介质 ,通过反相悬浮聚合技术成功地合成了亲水性大孔 GMA-NVP-MBAA三元共聚物载体 ( GNM) .通过调节交联剂的用量和单体 NVP与 GMA的比例 ,可以调节载体的孔径、比表面积及在水中的溶胀性能 .将巨大芽孢杆菌青霉素酰化酶共价偶联于平均孔径为1 6.5 nm、表面环氧基含量为 0 .90 6mmol/g的 GNM共聚物载体 ,制成固定化酰化酶 ,其表观活性高达 62 5U/g,水解青霉素 G钾盐的最适宜温度为 5 0℃ ,p H值为 8.0 .固定化酶在 4℃保存 40 d,活性保持不变 .经3次使用后 ,活性达到稳定值 ( 60 1 U /g左右 ) ,再经 1 2次使用 。

亲水性聚合物多孔载体的制备及其性能研究

为了提高载体的生物挂膜性能,采用葡萄糖接枝发泡法制备了亲水性聚合物多孔载体,研究了单体组成、催化剂、发泡剂用量与载体密度、孔隙率、吸水率的关系;利用红外光谱(IR)、热重(TG)和气质联用(GC—MS)表征了亲水性多孔载体的结构性能;并通过4种不同载体的生物流化床挂膜试验考察了载体表面特性对生物挂膜量、生物活性的影响,同时揭示了亲水性多孔载体生物挂膜性能的机理。结果表明,制备约1 L的亲水性多孔载体的较佳组分:聚醚三元醇用量为50g、TD I为20 g、葡萄糖为7 g、辛酸亚锡为0.2 g、三亚乙基二胺为0.4 g、水为1.5 g;在该组分下制备的载体具有丰富的孔隙结构,孔隙率达到91.8%,吸水率为326.2%;通过接枝葡萄糖增加了亲水性基团羟基,附着的生物量达到4.30 gVSS/L、生物活性SOUR值为101 mgO2/(gVSS.h),均高于其他3种载体。这说明亲水性多孔载体的高孔隙率、高亲水性及引入的营养元素均有助于载体表面微生物的生长,是一种适合于流化床反应器的载体。

亲水性多孔载体在流化床中的生物膜形成过程分析

采用实验制备的一种新型亲水性多孔聚合物作为流化床反应器中生物膜附着生长的载体，实现流态化水力条件下的生物挂膜过程。在3个结构尺寸相同的流化床反应器中考察了接种污泥浓度、进水有机负荷及载体粒径对亲水性多孔载体生物挂膜量的影响，试验结果表明，接种污泥浓度为30g VSS／L、进水TOC值为350mg／L、载体粒径为5～8mm时载体表面的附着生物量最大，反应器运行12d的载体附着生物量达到4．45 gVSS／L，膜结构稳定，表现出较活性污泥法更高的活性。在进水TOC、氨氮浓度分别为350mg／L、50mg／L，HRT为6h的情况下，两者的去除率分别达到了97．1％和64．3％，表明载体上的生物膜对污水中TOC及氨氮的去除表现出高效率。挂膜后载体表面上的微生物以丝状菌为主，孔壁上的微生物以球菌和杆菌为主要生物相，证明载体内外表面皆适宜微生物的生长，并且形成合理的生物相分布。

亲水性固定化酶载体EH-HEMA/NVP的制备及性能研究

制备了微米级甲基丙烯酸β-羟乙酯和N-乙烯基吡咯烷酮聚合物微球HEMA/NVP,再利用微球羟基与环氧氯丙烷发生亲核取代反应将环氧基引入微球表面,制得了表面含有环氧基的固定化酶载体EH-HEMA/NVP.利用红外光谱和化学分析法对载体进行表征,并考察载体对青霉素酰化酶的固定化效果.研究结果表明:载体EH-HEMA/NVP的溶胀性能优越,能较好的保持酶的活性;亲核取代反应时间会影响载体表面环氧基的含量;该载体对酶的固定较为牢固,重复使用14次以上仍然保持较高的相对活性.

基于ATRP法制备的触角状亲水性羟胺树脂的吸硼性能的研究

以大分子引发剂氯乙酰化聚苯乙烯微球(PS-acyl-Cl)经原子转移自由基聚合(ATRP)法引发丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)单体的共聚接枝,制得一种触角状亲水性环氧载体(PS-acyl-g-P(AM-co-GMA)),再经二乙醇胺(DEA)的环氧基开环胺化反应,得到一种含多个-NCH2CH2OH螯合配基的多齿-五元螯合环的触角状亲水性羟胺树脂(PS-acyl-g-P(AM-co-GMA)-DEA)。将此树脂用于硼吸附研究,结果表明,PS-acyl-g-P(AM-co-GMA)-DEA树脂对硼的吸附满足Langmuir方程,为单分子层吸附;饱和吸附量约为37.7 mg·g-1,且树脂5 min即可达到吸附平衡,与其它已报道的吸硼树脂相比,该树脂具有更高的吸附量和吸硼速率。吸附动力学研究表明,树脂吸附硼的过程主要由颗粒扩散过程控制。重复使用5次后该树脂的吸附量基本不变,解吸率均在90%以上,重复使用性能良好。

亲水性交联聚合物载体的合成及其固定化青霉素酰化酶

选用含环氧基团的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和亲水性的N-乙烯吡咯烷酮(NVP)单体,以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,甲酰胺作致孔剂,通过反相悬浮聚合技术成功合成了一系列大孔、珠状GMA-NVP-MBAA三元共聚物载体.N-乙烯吡咯烷酮介入共聚物体系,使共聚物载体具有较强的亲水性,有利于青霉素酰化酶的固定化.通过调节交联剂的用量和单体NVP与GMA的比例,可以调节共聚物载体的孔结构与表面性能.用合成的平均孔径为15.7nm、表面环氧基含量1.11mmol·g-1亲水性珠状载体固定青霉素酰化酶,固定化酶水解青霉素G钾盐的活性达491U·g-1;在4℃保存30d,活性保持不变.经4次使用后活性达到稳定(444U·g-1),再经14次使用后,活性没有明显变化.

联苯双酯固体分散体处方及体外性质评价

目的应用不同亲水性载体材料制备联苯双酯固体分散体,提高联苯双酯体外溶出。方法应用溶解度参数法初步筛选载体材料,采用热熔挤出法制备联苯双酯固体分散体,采用差示扫描量热法、X射线粉末衍射法和傅立叶变换红外光谱法对所制备的固体分散体进行表征。对固体分散体进行溶出度测定,以体外累积溶出度为主要指标,分别考察不同载体、不同载药量对固体分散体中联苯双酯溶出度的影响。结果应用不同亲水性载体材料制备的固体分散体均可提高联苯双酯溶出度,其中以Soluplus对联苯双酯溶出度的提高最为显著,累积溶出度可达到90%左右。优选Soluplus为固体分散体载体材料,并且当载药量为20%时,溶出度最高。结论应用载体材料Soluplus制备固体分散体可以显著提高联苯双酯溶出度。载体材料的性质及载药量的高低都会影响固体分散体中药物的溶出度。

一种柔性链状L-Phe树脂的合成与对铜离子的吸附

以氯乙酰化聚苯乙烯微球(PS-acyl-Cl)为大分子引发剂,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和丙烯酰胺(AM)为单体,以原子转移自由基聚合法合成了链状的亲水性环氧聚苯乙烯微球载体(PS-acyl-g-P(AM-GMA)),并与L-苯丙氨酸(LPhe)反应制得一种柔性链状L-Phe树脂。研究了反应时间、原料树脂溶胀时间、溶剂体系、催化剂添加量等对反应的影响。结果表明,随反应时间延长至20 h,增重率增至最大;原料溶胀时间延长至24 h,增重率增至最大;溶剂水较之N,N-二甲基甲酰胺经济且效果好;使用且增加催化剂至20%时,结果最好。在此优化条件下,可得环氧基转化率72%、担载量2.4 mmol/g的L-Phe树脂。研究了L-Phe树脂对Cu2+的吸附,得到最佳条件:Cu2+浓度为100mmol/L,pH为5.8~8.0,饱和吸附时间80 min。树脂最高吸附量为2.0 mmol/g。

NaA 沸石膜的制备及在一氯甲烷脱水中的应用

以氢氧化钠、铝酸钠和硅溶胶为原料,利用热浸渍提拉法预涂晶种,在孔径为2～3μm的亲水性α-Al2O3载体和孔径为800nm的疏水性炭载体上制备NaA沸石膜。借助于X射线衍射和扫描电子显微镜对合成的沸石膜进行了表征,采用单组分气体渗透法对NaA沸石膜的气体渗透性能进行了检测。结果表明:当H2渗透通量相近时,在亲水性α-Al2O3载体上制备的NaA沸石膜对H2/n-C4H10的分离因数为27.6,远远高于在疏水性炭载体上制备的NaA沸石膜的分离因数。NaA沸石膜在α-Al2O3载体上的生长速率为1.0μm/h,比在炭载体上生长速率快1倍,说明亲水性α-Al2O3载体更适合作为制备致密的强亲水性NaA沸石膜的载体。将在α-Al2O3载体上制备的NaA沸石膜用于一氯甲烷脱水实验,当进料水含量为0.252%(质量分数)时,水/一氯甲烷的分离因数为7.5×104。