硫酸盐还原菌对酸性废水中重金属的生物沉淀作用研究

在小型连续搅拌槽式反应器(CSTR)中,研究了持续低pH条件下,硫酸盐还原菌的生物沉淀作用对人工配制酸性重金属废水的处理效果。试验设置反应器进水pH值依次为4.3,3.5和2.6三个处理,进水中Cu2+、Zn2+和Cr3+含量分别为65、36和10mg·L-1,SO42-含量约为6200mg·L-1,接种物为经耐酸驯化的混合硫酸盐还原菌,试验时控制水力停留时间为36h,通过定期测定反应器出水pH、氧化还原电位(ORP)、碱度、SO42-、S2-以及重金属含量变化等指标来考察废水生物沉淀的处理效果。研究结果表明:对于进水pH值为2.6～4.3的酸性重金属废水,硫酸盐还原菌的生物沉淀作用均有较好的处理效果。处理后,反应器出水pH值大幅升至6.5～8.0,碱度由起始的300～2000mg·L-1增至7500～4600mg·L-1,废水中SO42-还原率达72%～80%,Cu2+和Zn2+的去除(沉淀)率达99.9%,Cr3+去除率达99.1%。此外,随着进水pH值由4.3降至2.6,反应器出水pH和碱度均呈现逐步下降的趋势,而SO42-的生物还原和重金属的去除效果变化不大。从反应器运行稳定性考虑,控制酸性重金属废水的进水pH值为3.5较适宜今后的实际应用。

共存重金属和含氧阴离子对U(VI)生物沉淀过程的影响

以硫酸盐还原菌生物还原法消除模拟地浸废水中的放射性铀污染,分别研究了主要共污染离子Zn2+、Cu2+、SO42-和NO3-对铀生物沉淀过程的影响。厌氧序批式实验结果表明,初始Cu浓度低于10 mg/L或Zn浓度低于20 mg/L时对铀生物沉淀过程影响不大,当初始Cu浓度超过15 mg/L或Zn浓度超过25 mg/L时,该过程会因重金属的生物毒性作用被完全抑制。初始SO42-浓度低于4000 mg/L时对铀生物沉淀过程影响很小,超过5000 mg/L时会产生明显的抑制作用,且抑制作用随着SO42-浓度的上升而加强。研究还表明,含有NO3-的氧化性环境不利于铀的生物沉淀过程,通过反硝化反应彻底去除环境中的NO3-成为消除环境中铀污染的前提。本实验结果可望为我国核污染水环境的修复提供生物技术思路。

黄酒非生物沉淀澄清新工艺技术研究

通过对影响黄酒非生物浑浊的因素和机理的研究,探索黄酒中蛋白质的含量和分子量与黄酒非生物沉淀的相关性,采用食品级D300CE硅胶良好的孔径和巨大的比表面积对黄酒进行处理。结果表明:硅胶D300CE对于吸附引起沉淀物质选择性强,基本上对酒体的呈味物质的含量没有影响,同时能较为完全去除了金属离子特别是铁离子含量,解决了黄酒非生物沉淀的技术问题,提升了酒体的品质。

苹果酒生物沉淀处理对策

苹果酒的沉淀多为生物性沉淀。处理对策为:①树立严格的无菌观念,严格遵守生产操作规程。保持车间、环境、设备的清洗、灭菌。②在洗涤水中添加0.1%的KMnO4,以洗净水果。破碎时流加0.2%～0.3%的Vc及30～50mg/kg的SO2,以抑制杂菌。③发酵用水为无菌水或深井水(总硬度≤0.5度)。果汁入罐后调整SO2为50～80mg/kg。在陈酿期保持该浓度。④采用无菌膜过滤系统。⑤灌装工序严格杀菌,无菌灌装。(丹妮)

微生物诱导碳酸钙沉淀技术的工程应用进展与评述

基于微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcium carbonate Precipitation,MICP)技术的土体胶结固化技术是21世纪以来岩土工程、地质工程领域研究的热点之一。本文系统阐述了MICP技术的加固机理,从MICP加固效果和应用实践的角度出发,对MICP技术工程应用的研究现状进行评述。结果表明:MICP固化后的场地强度呈现出不均匀性明显、碳酸钙含量分布随深度递减的趋势;沙漠环境中,原位提取的菌种诱导生成的碳酸钙覆膜较传统的巴氏芽孢杆菌,具有更好的强度表现和稳定性;新型MICP技术应用(如微生物水泥、微生物砖)在强度、耐久性上表现出良好的应用前景,有望为实现我国双碳目标注入新的活力。基于MICP技术碳酸钙沉淀特质的影响因素,现场尺度下如何提高碳酸钙分布的均匀性以及在季节性变化下的碳酸钙骨架的耐久性、不同环境下的固化效率改进方案应该成为日后研究的重中之重。

微生物诱导碳酸钙沉淀固沙对典型沙生植物叶片性状和生理特性的影响

微生物诱导碳酸钙沉淀(microorganism induced carbonate precipitation,MICP)能够填充土壤孔隙,减少水分蒸发和增强风沙土的抗风蚀性,其防风固沙效果已得到证实,但其对沙生植物叶片性状和生长生理过程的影响尚不明确,为揭示微生物诱导碳酸钙沉淀固沙对沙生植物叶性状和光合生理特征的影响,以沙蓬(Agriophyllum squarrosum)、斜茎黄芪(Astragalus laxmannii)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、蒙古羊柴(Corethrodendron fruticosum)4种沙生植物为研究对象,开展室内盆栽试验,对比分析不同菌剂施用量(高、中、低)和固结层位置(下、中、上)处理下沙生植物的叶性状和生理特性。结果表明,①微生物诱导碳酸钙分布在风沙土颗粒间,且呈立方体形、菱形、球形和不定形等多种晶态,能够胶结风沙土颗粒。②菌剂处理显著提高了4种沙生植物土壤的有机质和碳酸钙含量;施加高水平菌剂时,固结层下处理组沙蓬和斜茎黄芪土壤的有机质和碳酸钙含量显著高于其他处理组;其中斜茎黄芪土壤有机质含量的增幅最大,为90.19%,柠条锦鸡儿土壤碳酸钙含量增幅最大,为41.47%。③高水平菌剂处理组沙蓬的比叶面积显著高于其他处理组,平均提高0.98%;低水平菌剂处理组沙蓬和斜茎黄芪的叶干物质含量显著高于其他处理组,分别平均提高34.11%和24.18%。固结层中处理组沙蓬、斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的比叶面积显著低于其他处理组。④高水平菌剂处理组沙蓬、斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的叶绿素含量显著高于其他处理组,分别平均提高9.01%、12.97%和31.77%;中水平菌剂处理组沙蓬、高水平菌剂处理组斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的最大净光合速率显著高于其他处理组,分别平均提高55.70%、48.39%和13.24%。综上,施加菌剂能够提高土壤有机质和碳酸钙含量,为植物生长提供充足的养分,因此沙蓬、斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的光合生理特性显著高于对照组,但植物叶性状对土壤有机质和碳酸钙含量响应不显著。微生物诱导碳酸钙沉淀固沙对中水平菌剂处理沙蓬、高水平菌剂处理斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的叶性状和光合生理特性有促进作用,但是对蒙古羊柴的叶性状和光合生理特性有抑制作用。以上研究结果为丰富完善微生物诱导碳酸钙沉淀固沙技术提供理论依据和科学支撑。

低pH值下微生物诱导碳酸盐沉淀加固尾矿砂试验研究

开展低pH值下微生物诱导碳酸盐沉淀(microbially induced carbonate precipitation,简称MICP)加固尾矿砂试验,研究了菌液浓度、pH值对碳酸钙生成量和絮凝滞后期的影响。采用渗透性、保水性、抗雨滴侵蚀、抗风蚀、贯入度试验评价该方法加固尾矿砂效果。通过分析pH值对脲酶活性和碳酸盐体系平衡的影响,结合扫描电子显微镜和X射线衍射试验观察尾矿砂微观结构,揭示低pH值下MICP加固尾矿砂机制。结果表明,低pH值下MICP方法可以显著提高尾矿砂力学性能,一轮喷淋处理后尾矿砂的风蚀质量为0,渗透系数最大可降低一个数量级,pH值为4的高浓度菌液处理后的尾矿砂风雨侵蚀质量也为0。低pH值暂时抑制了脲酶活性,打破了碳酸盐体系的平衡,延缓了碳酸钙的生成,使得方解石均匀填充于粒间孔隙,将尾矿砂颗粒胶结为整体。提出的尾矿库加固及尾矿砂治理新技术及其加固机制,为低pH值下MICP加固尾矿砂应用提供了理论与试验依据。

基于微生物诱导碳酸钙沉淀技术加固珊瑚砂试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)广泛应用于土木工程领域,为更好地了解微生物加固钙质砂场地的作用效果,本文通过采用低pH一相注浆加固的方法,开展对加固后的钙质砂场地的室内分析测试以及现场加载测试。通过钻孔取样开展了无侧限压缩试验、剪切波速试验以及扫描电镜试验。试验结果表明,在相同的加固条件下,碳酸钙沉淀作用形式不同将会导致较大的强度差异性;现场加载试验在微生物场地加固、养护结束后,且场地保持干燥时进行平板载荷试验,通过荷载板试验可以发现,当荷载逐渐增大时,承压板周边土开始出现裂缝延展,最终破坏时土体发生了较大的位移沉降和裂缝扩展,也证明了携带菌种现场扩培的方法在岛礁微生物加固中的可取性。

纳米四氧化三铁对微生物诱导碳酸钙沉淀的作用效果与机理研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是环境岩土工程领域一项新型的土体加固技术。微生物的生长及活性会受到外部磁场的影响,改变MICP中碳酸钙的晶型晶貌及沉淀方式,从而对碳酸钙的胶结性能产生影响。采用纳米四氧化三铁(Nano-Fe_(3)O_(4)),设计了Nano-Fe_(3)O_(4)作用下的微生物诱导碳酸钙沉淀的水溶液及MICP砂土固化试验,对比分析了Nano-Fe_(3)O_(4)含量对微生物诱导生成的碳酸钙晶体含量(CCC)、类型、比例以及MICP固化砂土力学强度等参数的影响规律,并结合扫描电镜(SEM)试验分析了溶液环境及砂柱中碳酸钙的微观形貌特征,系统归纳了Nano-Fe_(3)O_(4)对MICP的作用效果及机制。结果表明:(1)Nano-Fe_(3)O_(4)能够有效改善细菌的新陈代谢性能,显著提高细菌OD_(600)及脲酶活性;(2)溶液环境中,MICP产生的碳酸钙晶体类型以球霰石为主,含少量方解石,且Nano-Fe_(3)O_(4)含量增加能够促进球霰石的生成及增大MICP沉淀物中稳定相碳酸钙所占的比例;(3)Nano-Fe_(3)O_(4)可以显著提高MICP固化砂土的无侧限抗压强度和CCC;(4)SEM分析结果表明,溶液环境中,碳酸钙晶体以球型堆积为主,MICP固化砂柱中碳酸钙晶型随Nano-Fe_(3)O_(4)含量的增加逐渐呈菱柱状堆积。

微生物诱导碳酸钙沉淀技术对花岗岩残积土渗透性的影响规律研究

用花岗岩残积土填筑的路基具有水稳性差、渗透系数大、易受降雨冲刷等特点。为探讨微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced calcite precipitation,MICP)技术对花岗岩残积土渗透系数的影响规律及作用机理,测定MICP固化前后重塑花岗岩残积土试样的渗透系数,并对固化前后的试样进行碳酸钙质量分数测定、核磁共振扫描、电镜扫描以及X射线衍射分析。结果表明:1) MICP技术能使花岗岩残积土试样的渗透系数降低两个数量级,且在试验范围内,将各因素按照对渗透系数的影响程度从大到小排列,依次为:胶结液浓度、固化次数、灌注液量。同时,最佳固化条件为灌注液量40 mL、胶结液浓度1.0 mol/L、固化16次。2)固化产生的沉淀填充在花岗岩残积土孔隙中,致使孔隙间的连通性变差,孔隙率下降。总体上,越靠近注入端碳酸钙的质量分数越大,固化效果越好。3)簇状的方解石碳酸钙有效胶结了原本松散的土颗粒,堵塞了土颗粒孔隙间的渗流通道,降低了试样的渗透系数。

铝离子絮凝剂对微生物加固砂土效果的影响试验研究

灌注次数过多制约了微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)在实际工程中的应用。为了减少灌注次数、提高胶结效率,提出一种MICP加固强化方法,即在胶结液中添加铝离子絮凝剂,以提高MICP加固速率和增强加固效果。开展MICP砂柱试验,在胶结液中加入不同浓度AlCl3·6H2O进行灌注试验,然后测试加固砂柱碳酸钙含量及无侧限抗压强度(UCS)。在水溶液试验中,观察不同溶液条件下沉积物生成情况及溶液的pH值变化,并通过XRD、SEM试验研究铝离子絮凝剂对沉积碳酸钙的成分及形态的影响。结果表明:与常规方法的对照组比较,胶结液中加入适量铝离子絮凝剂,灌注3次后砂柱即可形成有强度的固结体,灌注5次后砂柱无侧限抗压强度可达到1.7MPa,而常规对照组达到相同的强度需要灌注9次。铝离子絮凝剂的掺入有效减少了MICP灌注处理次数,对实际应用有重要意义。

新型放射性废水处理技术:微生物诱导碳酸盐沉淀技术

微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术具有固定/去除水体放射性核素潜力,具有成本低、环境友好等优势。本文介绍该技术的研究历史和应用现状,并以铯-137和锶-90去除为例阐释该技术处理放射性废水的两种机理,最后综述MICP技术可利用的常见微生物途径,为应用提供借鉴。

生物絮凝沉淀—氧化沟工艺处理造纸中段废水

采用生物絮凝沉淀—氧化沟工艺处理造纸中段废水的工程实践表明,在不加药和少加药的情况下,该工艺出水水质良好,可分别达到《造纸工业水污染物排放标准》(DB37/366—2003)的第1和第2阶段标准,且运行成本适中,经济效益明显。

产脲酶微生物诱导钙沉淀及其工程应用研究进展

产脲酶微生物诱导的碳酸钙沉淀是自然界生物矿化的重要组成部分,这一过程依靠微生物代谢产生的脲酶,高效催化尿素水解产生的碳酸根离子进而与钙离子形成碳酸钙沉淀.从产脲酶MICP矿化机理、微生物分布和工程应用三个方面,探讨了相应的最新进展,并对产脲酶MICP的进一步研究提出了思路和建议.MICP微生物属于氨化细菌的范畴,大都分布在厚壁菌门,然而在变形菌门、放线菌门和真菌界等亦发现了产脲酶菌,芽孢杆菌科的细菌是目前发现的具有前景的一类产脲酶微生物,如Bacillus和Sporosarcina属.产脲酶MICP在微生物建筑材料、土体性能的改善和重金属及放射性金属的治理方面有着广泛的应用前景.

黄酒非生物浑浊和沉淀的特点与解决方法

黄酒产品在货架期容易发生非生物浑浊和沉淀,浑浊沉淀形成的机理主要有蛋白质沉淀、铁沉淀和氧化沉淀。参与沉淀的物质有单宁、多糖、蛋白质、多酚等物质及Fe,A l,M g,C a等金属元素。解决黄酒沉淀的方法有:①过滤处理法,包括膜过滤法、微滤与冷冻处理法和管式膜超滤法;②澄清助剂处理法,包括吸附型澄清助剂、酶制剂型澄清助剂、稳定型澄清助剂和复合型澄清助剂处理法。(孙悟)

解决澄清型稠酒非生物性沉淀的研究

主要进行了酶制剂、硅藻土、膨润土、PVPP、明胶等澄清剂解决澄清型稠酒的非生物因素沉淀的研究。结果表明,硅藻土、PVPP和明胶是最佳澄清剂。

猕猴桃酒陈酿期非生物性沉淀成分分析

为提高猕猴桃酒品质,以实验室自酿猕猴桃酒为原料,研究分析了猕猴桃酒陈酿期非生物性沉淀成分。采用化验分析的方法对猕猴桃酒在陈酿期出现的沉淀进行分析,结果表明:猕猴桃酒中非生物性沉淀成分主要有蛋白质、多糖、红色素和金属铁离子。

微生物诱导碳酸钙沉淀填充裂隙岩体渗流规律试验研究

利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)填充裂隙岩体,采用自主研发的三轴压缩渗流试验装置,进行了不同裂隙宽度、充填率、围压条件下MICP充填裂隙岩体渗流试验,同时测量岩体横波波速。研究结果表明:MICP充填裂隙岩体试样渗透系数受裂隙宽度的影响,也受填充率影响。不同宽度的MICP充填裂隙岩体渗透系数随围压升高呈下降趋势,最高可下降58.03%;当围压较小时,渗透系数下降较快,随着围压增大,渗透系数下降速度逐渐减慢;同一岩性MICP充填裂隙岩体渗透系数随波速增加而减小。MICP充填裂隙岩体渗透系数计算公式可拟合为自然对数横波波速与负指数围压之和形式。研究结果对于MICP充填技术在裂隙岩体注浆应用具有重要意义。

基于微生物诱导碳酸盐沉淀的微生物抑尘剂

为研制出绿色环保的新型扬尘抑制剂,利用微生物诱导碳酸钙沉淀技术,研发出抗冻耐温、抗风能力强、抑尘效率高的巴氏芽孢杆菌抑尘剂,其成分最优配比为细菌菌液浓度OD_(600)=1.5、尿素和氯化钙皆为0.8 mol·L^(-1)。还对比了纯水、高分子吸水树脂抑尘剂、氯化钙抑尘剂与微生物抑尘剂的性能,实验显示:微生物抑尘剂的渗透速度为3.13mm·min^(-1)、抗风指数27.4、抑尘效率79.1%,均优于纯水、高分子吸水树脂抑尘剂、氯化钙抑尘剂。

反应沉淀一体式矩形环流生物反应器的传氧特性研究

设计制作了一种新型的反应沉淀一体式矩形环流生物反应器,通过清水实验研究了其结构特性（环流区内导流板顶端与液面的距离,固定宽度下环流区长度变化）对反应器充氧性能、气含率、气体上升速度和液体循环速度的影响,并在优选结构的反应器中进行了模拟污水试验.结果表明,当升流区截面长度、降流区截面长度、内导流板顶部液流截面高度三者相等时,传氧性能较好,在进水COD为300～400 mg/L的情况下,污泥浓度可以稳定保持在6000 mg/L左右.