Mass transport model of ions within biofilms under the effect of external field

A mass transport model was developed to predict the transport rate of ions within biofilms, which was experimentally verified using the fluxes of NH4^＋ and Ca^2＋ through the heterotrophic biofilms with the thickness varying from 230 to 1430μm under the effect of external field in the range of-20 V/m to 60 V/m. It is found that the result predicted by the model is in agreement with the experimentally obtained one, with the error less than 5 percent for the thin biofilms. The error increases with the increase of the biofilm thickness. The transport rate of ions caused by electric migration is affected by the charges, field strength, and biofilm thickness and so on.

菌藻生物膜反应器处理养猪废水机制研究

利用菌藻共生生物膜系统处理畜禽养殖废水,反应器是关键的工序和重要的限制因素。设计菌藻生物膜反应器运行处理养猪废水,通过调节进水氨氮质量浓度探究其对污染物去除效率及微藻生物量的影响,扫描电镜观察载体上菌藻生物膜的形成情况,然后利用高通量测序进一步探究微生物群落的变化,从而揭示菌藻生物膜污水处理系统的污染物去除规律和微生物响应机制。结果表明,当进水氨氮质量浓度为200 mg/L时,氨氮的日去除速率最高可达到35.60 mg/(L·d),并在载体上观察到大量微藻和细菌的团簇体,表明菌藻生物膜形成,优势菌属为Prevotella_9、Clostridium_sensu_stricto_1、Acinetobacter和Bifidobacterium;当进水氨氮质量浓度为300 mg/L时,氨氮的日去除速率显著提高,最高可达到45.70 mg/(L·d),但持续的高氨氮负荷会对菌藻生物膜造成一定冲击,优势菌属演替为Comamonas和Christensenellaceae_R-7_group。

初始pH调控对MEC脱硫性能的影响及其微生物作用机制

采用微生物电解池(MEC)工艺,在阳极电活性微生物的协同作用下实现硫化物的脱除,是沼气脱硫新工艺和研究热点。针对长期运行的脱硫MEC工艺,由于非特异性阳离子竞争使阳极产生的质子向阴极转移受阻,造成MEC脱硫效率低、稳定运行难,本研究采用不同初始pH调控脱硫MEC的质子平衡,通过脱硫性能、电化学性能和微生物动力学解析,阐明pH调控对MEC脱硫性能的影响和微生物作用机制。结果表明,初始pH在7~9时均可形成稳定且具有高效脱硫功能的阳极生物膜,最大电流密度相近,脱硫效率均达95%以上,COD去除率80%以上。与初始pH为8、9相比,初始pH为7时,脱硫过程pH波动最小,MEC运行稳定,S^(2-)去除最高达100%;阳极生物膜的氧化还原峰最显著,质子与电子转移速率加快;优势微生物Thiomonas与Desulfovibrio丰度更高,主要参与硫化物的氧化脱除。可见,通过脱硫MEC阳极室初始pH的调控,可有效提高MEC脱硫工艺性能和运行稳定性,为沼气微生物电化学脱硫的应用提供技术支撑。

高回流比对序批式生物膜反应器脱氮性能的影响

硝化液回流是污水生物脱氮工艺实现前置反硝化脱氮的重要手段,通常回流比为200%~400%。本文研究了高回流比对序批式生物膜反应器(SBBR)脱氮性能的影响,结果表明,在回流比为300%、1000%、3000%三种条件下回流比为3000%的总氮去除率最高,稳定运行期间TIN平均去除率为98.69%±0.81%,同时也使NH_(4)^(+)-N得以完全氧化。推测在高回流比引起的强对流环境下,生物膜内传质效率得以加强,从而提高了同步硝化反硝化(SND)效果。本研究结果对集成分散式污水处理装置的研发及改善市政污水处理生物脱氮效率具有重要意义。

2种消毒剂对牙周超声洁牙机独立水路消毒效果的比较

目的 比较体积分数3%过氧化氢溶液和500 mg/L含氯消毒液分别用于牙周超声洁牙机独立水路的消毒效果,为口腔科临床水路消毒管理工作提供参考。方法 将牙周科18台超声洁牙机随机分成3组,1个对照组和2个实验组,每组6台。对照组更换无菌水源和供水管,对机器及手柄连接线内不可更换的水路管道不做处理;实验组更换无菌水源和供水管,对不可更换的水路管道采用消毒剂消毒处理。实验1组采用3%过氧化氢溶液消毒,实验2组采用500 mg/L的含氯消毒液消毒。3组均在当天消毒前、消毒后即刻、消毒后1~10 d每天开诊前在洁牙机工作端出水口取水检测,进行水样细菌培养及菌落计数,比较组内及组间消毒前后菌落数,水中菌落数不超过100 CFU/mL为合格。消毒后在每组菌落数首次出现超标时进行一次细菌种类质谱鉴定分析。在消毒后第10天时扫描电镜观察3组水路管道内壁生物膜情况。结果 消毒前,3组细菌菌落计数均不合格,差异无统计学意义(F=2.549,P=0.111)。消毒后,各时间点对照组洁牙机出水口水样细菌菌落数均超标,培养出瓜类鞘氨醇单胞菌、哈特草螺菌、皮氏罗尔斯通氏菌3种细菌。实验1组消毒后第1、2天的水样菌落数达标,与对照组相比,差异有统计学意义(P<0.05),消毒后第3天起菌落数超标,同时培养出鞘氨醇单胞菌、哈特草螺菌、皮氏罗尔斯通氏菌3种细菌。实验2组消毒后第1~6天菌落数达标,与对照组比较,差异有统计学意义(P<0.05),消毒后第7天起每日菌落数超标,同时培养出哈特草螺菌和皮氏罗尔斯通氏菌2种细菌。实验2组消毒后的10 d平均菌落数少于实验1组(P<0.001)。电镜下见2个实验组生物膜厚度明显低于对照组。结论 牙周超声洁牙机独立水路存在污染;3%过氧化氢溶液和500 mg/L含氯消毒液两种消毒剂对洁牙机内水路均有消毒作用,500 mg/L含氯消毒液消毒效果优于3%过氧化氢溶液;采用3%过氧化氢溶液消毒牙周超声洁牙机独立水路建议隔日消毒1次,采用500 mg/L含氯消毒液则建议每周消毒1次。

废水生物处理中生物膜的形成及动力学模型研究进展

综述了生物膜法处理废水中生物膜的形成及其动力学模型。概述了反应器中微生物的固定化即生物膜的形成过程 ;影响生物膜形成的因素 ,生物膜的结构及其对生物膜中生化反应和传质过程的影响 ;并叙述了几种典型的生物膜模型 ;提出生物膜法废水处理以后的研究重点。

不同营养配比下生物膜特性的试验研究

为了考察不同C、N、P营养配比下生物膜生长情况,以生物膜量、生物膜好氧呼吸率、生物膜多聚糖含量、生物膜沉降性能和生物膜含磷量等为生物膜特性指标,利用弹性立体填料作为生物膜载体进行试验研究,试验结果表明,当C:N:P为200:10:2时,生物膜特性较好,生物膜与载体表面有良好的附着性,不易脱落,不会引起堵塞,生物膜较薄,溶解氧和营养物质能够充分到达生物膜深处,对COD、总氮、总磷的去除率较好;在C:N:P=200:5:2时,生物膜整体状态也较好,但是生物膜总量过高,可以通过提高气水比,对生物膜总量进行控制,降低操作成本;其它营养配比下生物膜状况较差,对污染物的去除率较低。

三相流化床生物反应器在降解有机废水方面的应用研究

简述了三相流化床在生物降解有机废水方面的优势与应用潜力。

A/O复合式生物膜工艺缺氧段的动力学模型

对A/O复合式生物膜工艺的缺氧段进行了深入研究,并以物料平衡理论为基础,结合莫诺方程和Fick定律,建立了相应的底物降解和微生物增殖的动力学模型。算例结果表明,理论值与试验所得数据有相似的变化趋势,但两者间存在一定的偏差,而且随着进水有机物浓度的增加,其偏差逐渐加大,不过最大偏差率仅为13%,说明模型与实际情况符合较好,比较准确地预测了缺氧段的运行效果,这为该工艺的设计、运行和控制提供了较好的理论基础。

外电场作用下的生物膜传质模型

对外电场作用下生物膜传质速率进行了理论和实验研究,建立了电场生物膜传质模型.应用此模型可以计算出一定电场强度下离子在生物膜中的扩散通量.计算结果与实验数据吻合,表明此模型较好地描述了生物膜的实际传质过程.

水动力对生物膜净化性能影响的研究进展

在水处理领域中,生物膜起到了吸附、降解水体污染物的作用,可表征水体净化能力。研究水动力对水体生物膜净化功能的影响机制,可为提高生物膜净化性能、改善水体自净能力提供重要依据。从生物膜群落、形态结构及其传质能力等3个方面综述了近年来国内外对水动力影响水体生物膜净化性能方面的研究进展,并在此基础上提出了生物膜研究领域今后可开展的研究方向。

无介体微生物燃料电池阳极生物膜传质分析

针对无介体微生物燃料电池阳极侧生物膜内的传递过程建立了一维稳态扩散传输模型,模型认为底物氧化产生的电子以直接方式传递至阳极,并考虑了生物膜内电势及pH的变化,计算获得了微生物燃料电池生物膜内的底物浓度、电势、电流密度以及pH值分布,讨论了生物膜的电导率、阳极电势和缓冲液浓度对生物膜内传质特性及产电性能的影响。计算结果表明随着生物膜电导率和阳极电势的增大,生物膜内底物浓度及pH值均降低,电池电流密度升高;进口缓冲液浓度越大,生物膜内pH值越高,有利于维持阳极生物膜内微生物的活性。

水力学条件对硫酸盐还原菌生物膜传质的影响

针对自行设计的硫酸盐还原菌(SRB)生物膜反应器,以底物去除反映生物膜传质,考察了水力学条件对SRB生物膜传质的影响.发现底物比去除速率随水力停留时间(HRT)增大呈指数衰减趋势降低,当HRT从4·3h增大至26h时,底物比去除速率降低约11倍;在低流速下(μb<0·01cm·s-1),液相表面流速与SRB生物膜传质速率间呈线性正比关系;确定了SRB生物膜底物比去除速率与HRT以及液相流速间的经验方程.

环流型光纤生物膜制氢反应器的底物传输与降解特性

以连续流产氢为目标,采用高透光性弥散光纤作为导光介质和光合细菌吸附成膜的载体,构造了环流型光纤生物膜制氢反应器。在实验研究的基础上,根据传质原理和Monod生化反应动力学建立了描述连续流反应器中底物传输和降解的二维数学模型。以强化底物传输和提高底物降解效率为目标,对反应器的实际操作参数进行了优化。研究结果表明,反应器的底物传输特性对反应器的底物降解效率有显著影响。反应器的底物降解效率随进口底物质量浓度的增加呈现先增大后减小的趋势。反应器的底物降解效率随流速的增加呈现逐渐减小的趋势。当反应器的进口底物质量浓度为10 g/L,流速为100 m L/h时,底物消耗速率最大,底物降解效率达到43.5%。合理地控制反应器中的底物传输使得生物膜区域具有适合的底物质量浓度分布,是维持反应器较高底物降解效率的有效途径。

生物膜微环境和传质现象研究进展

生物膜法污水处理工艺对污染物的降解去除主要依赖活性生物膜,研究生物膜的结构和传质特性是揭示反应机理和提高反应器处理效率的重要手段。综述了近年来国外在生物膜微环境和微观传质过程中的研究进展,包括对生物膜微观结构的解析、膜内不同菌系的分布特征及其功能以及生物膜的传质现象和数学模型。在此基础上,提出了生物膜研究领域今后应开展的研究方向。

微槽透光板式光合制氢反应器连续产氢性能研究

从增加反应器中光合细菌的细胞持有量并强化光能利用和底物传输的角度出发,构造了新型的微槽透光板式光合制氢反应器。通过沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)的连续流产氢实验研究表明:当以葡萄糖为碳源底物时,在反应器光波长为590 nm、光照强度为9 W/m2、进口底物浓度为55 mmol/L、流速为960 m L/h运行工况下,产氢速率、底物降解效率和光能转化效率均有显著增加,分别达到1.17 mmol/(L·h)、77.5%和20.15%。研究表明,选择与光合细菌产氢代谢相适应的光波长和光照强度以强化光合磷酸化过程,并通过传质强化以促进底物的传输,是提高连续流光合制氢反应器产氢性能的有效方法。

移动床生物膜反应器内气液传质性能研究

采用移动床生物膜反应器,利用清水进行了在不同悬浮填料体积含率和曝气强度时反应器内气液传质性能研究。结果表明,随着曝气强度增加,传质系数增大,但曝气强度过大,并不利于移动床操作;当填料体积含率大于40%时,氧传质系数出现最大值后逐渐减小。在填料体积含率为30%~50%、曝气强度为4.5~7 m3/(h.m)时,传质效果良好,氧转移效率较高。

紊流脉动对生物膜法污水处理效果的影响

通过构建振动格栅生物反应器,模拟生物膜表面剪切流诱发的紊流脉动,研究紊流脉动速度对污水处理与氧气传质效果的影响。结果表明,与对照的静止格栅反应器相比,振动格栅反应器中的格栅低频振动所形成的紊流脉动能明显提高生物膜法污水处理的效果。当振动频率为0.25 Hz时,在HRT分别为3、2.5、2、1.5 h和气水体积比分别为4:1、5:1、6:1、7:1时,振动格栅反应器对COD、TN的平均去除率分别比对照组高13个、9.1个百分点;在曝气体积流量分别为50、100、200 L/h时,清水充氧水中DO的质量浓度比对照组高出超过10%。

不同培养基对白念珠菌生物被膜产生法尼醇的影响

目的:检测不同培养基对白念珠菌生物被膜产生法尼醇的影响。方法:白念珠菌标准株SC5314分别接种到含有RP-MI1640、YPD、RPMI1640+10%胎牛血清(fetal calf serum,FCS)培养基的培养皿中,形成白念珠菌生物被膜。在接种1.5～48h内,使用气相色谱-质谱联用法检测法尼醇产生的情况。结果:在RPMI1640、YPD培养基中,法尼醇分泌量随生物被膜的成熟而逐渐增加,在生物被膜形成后期至成熟期达到高峰;在RPMI1640+10%FCS培养基中,法尼醇的产生在48h内呈增长趋势。12h时,YPD培养基中法尼醇的分泌量高于其它两组(P<0.05);48h时,RPMI1640+10%FCS培养基中法尼醇分泌量最高(P<0.05)。结论:白念珠菌生物被膜法尼醇分泌量与培养基种类存在相关性。

微槽透光板式光生物制氢反应器底物操作参数优化

从连续流产氢的目标出发,采用在高导光性载体表面刻制微槽的方法,构造了具有高比表面积的微槽透光板式光生物制氢反应器,完成了光合细菌的快速成膜并实现细胞固定化。用Box-Behnken的响应曲面分析方法,对影响微槽透光板式光生物制氢反应器连续流产氢性能的相关底物操作参数进行了3因素3水平的实验。结果表明,对反应器产氢速率的单因素影响显著顺序依次为水力停留时间、初始pH值和初始底物浓度。对反应器产氢速率具有显著交互作用的影响因素是初始底物浓度和初始pH值。当初始底物浓度、水力停留时间和初始pH值分别为54.3 mmol/L、21.5 h和7.1时,微槽透光板式光生物制氢反应器的产氢速率达到最大值2.242 mmol/(L·h)。