生物活性炭技术在水处理中的研究与应用进展

介绍了生物活性炭技术的原理、生物再生机理以及形成方法、间歇期保存方法和微生物泄漏控制措施,综述了该技术在微污染原水、工业废水、生活污水处理中的研究与应用进展。认为今后的主要研究内容包括活性炭的生物再生机理,建立污染物去除的吸附、解吸、生物降解、传质等过程的数学模型,活性炭自身的材质、孔径分布、表面性状以及吸附能力对生物膜的形成、有机物去除效果的影响,以及生物膜厚度的控制措施等。     

什么是生物过滤池?

正生物过滤池是利用微生物摄取水中的溶解或悬浮状态的营养物质,使水中胶体及溶解状态的有机物被生物膜所吸附,并为微生物所分解最终成为微生物代谢产物CO_2和H_2O而除去,因此生物过滤池大都用于污水处理领域。微生物被固定在滤料的固体表面上,微生物在充氧的情况下不断增殖而形成生物膜。生物过滤池的构造有圆形和方形的:圆形大都使用旋转布水器;方形一般使用固定喷嘴式布水器。由于滤池净化水时,     

典型金属材料在模拟海水微生物环境中的腐蚀行为(Ⅰ)模拟生物膜对钢在海水中腐蚀性能影响

根据生物膜的结构特征 ,以含羧酸官能团的 β -D -甘露糖醛酸单元等构成的天然高分子多糖凝胶沉积于电极表面 ,形成模拟生物膜 ,初步建立起模拟微生物腐蚀环境的实验方法 .采用极化曲线及电化学阻抗谱等电化学方法研究了A3钢、 10CrMoAl和E2低合金钢及 1Cr18Ni9不锈钢等材料的腐蚀电化学行为 ,并首次用环境扫描电镜 (E -SEM )表征了附着生物膜金属材料表面 .模拟微生物环境的方法可为揭示复杂的海水环境早期腐蚀过程中微生物因素的作用提供信息     

微生物分散剂TS-830的研究与应用

在循环冷却水系统中,存在着大量的有机物和无机化合物。适宜的环境和充足的营养使得微生物在水中大量繁殖,吸附在管壁形成生物膜。生物膜能捕获有机体和无机杂质产生复杂的生物黏泥,生物黏泥能引起热交换器的堵塞式泄漏,影响热交换并产生腐蚀环境。作者对冷却水系统中的生物膜的形成机理进行了探讨。并开发出微生物分散剂TS-830。它对细菌、菌藻、生物黏泥具有极佳的剥离、杀灭、清洗效果,兼具缓蚀效果。     

生物膜胞外聚合物对代表性抗生素迁移转化的作用机制

从移动床膜生物反应器获取生物膜混合液,研究了代表性抗生素磺胺甲噻二唑(STZ)和四环素(TC)在生物膜混合液中的迁移转化过程,分析了原始生物膜和脱除胞外聚合物(EPS)生物膜对抗生素冲击的响应情况,进而研究了生物膜EPS与抗生素的相互作用规律。结果表明:STZ的去除是吸附和生物降解共同作用的结果,而TC的去除主要作用是EPS吸附(占总吸附的89.1%)。光谱实验结果证实TC与生物膜EPS的相互作用强度更高。EPS的赋存能有效吸附储存抗生素,缓解抗生素对生物膜微生物起到的毒害作用。     

锰铁氧体/生物炭复合材料的制备及吸附Cd2+性能

以核桃壳生物炭为原料,利用一步水热法合成锰铁氧体/生物炭复合材料(BMFC),采用SEM、XRD和FTIR对BMFC进行了表征,并研究了pH、吸附时间、起始浓度等对BMFC吸附Cd~(2+)性能的影响,通过XPS对BMFC吸附Cd~(2+)机理进行了研究。结果表明:在25℃下,BMFC对Cd~(2+)的最佳吸附pH为7.0,吸附平衡时间为80min,最大饱和吸附量为32.74mg/g;吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程,对Cd~(2+)的吸附过程属于单分子层化学吸附;根据XPS分析表明,Cd~(2+)的去除是因其与BMFC表面的官能团发生作用。解吸-吸附实验发现,BMFC进行5次循环吸附后,仍对Cd~(2+)表现出较好的再生吸附性能。     

交流阻抗谱研究钙磷陶瓷电沉积层的结构

用交流阻抗技术研究了不同电沉积时间的钙磷陶瓷沉积层。结果表明，沉积时间不同的陶瓷沉积层的交流阻抗谱存在显著的差别。采用双层结构物理模型，对不同沉积时间陶瓷沉积层的交流阻抗谱进行计算机拟合，得到的等效电路各元件拟合值显示：电极表面钙磷陶瓷为内密外疏型梯度沉积层。在陶瓷电沉积过程中，钙磷晶粒同时沉积于距电极表面不同距离的部位，沉积层厚度增加的同时内层密度也在逐渐增加，整个 只层的梯度结构处于动态变化之中。     

生物渗滤床内生物膜形态及微生物种群构成研究

研究了生物渗滤床处理生活污水稳定运行时介质表面的生物膜形态和微生物种群分布特征,分析了生物膜及微生物种群的空间变化规律.结果表明,生物渗滤床内的生物膜颜色、形态和微生物种群分布受渗滤介质质地、介质层深度影响,沿水流方向呈现不同变化规律.河沙介质表面生物膜颜色沿水流方向由黑色渐变为土黄色,其表面形态由起伏层叠渐变为平缓;除磷专用介质表面生物膜呈黑色,其表面凹凸交错,与河沙介质表面生物膜形态大相径庭;微生物种群构成多样,共检出包括细菌类、放线菌类、后生动物等三大群类20个种属的微生物;系统营养结构复杂,不同代谢类型的微生物在不同位置渐次形成优势群落.     

载镁香蕉秆基生物炭对养猪废水中磷的吸附性能

以香蕉秸秆为原料,氯化镁(MgCl_2)为改性剂,通过批量吸附实验,研究了镁改性香蕉秆基生物炭(MgBC)对养猪废水中磷(P)的吸附过程。利用等温吸附模型和动力学模型揭示吸附行为,并利用表征技术探究MgBC对养猪废水中P的吸附机制。结果表明,MgBC对P的理论最高吸附量为60.98 mg/g,吸附过程符合Freundlich模型,为多分子层的化学吸附;动力学吸附均符合准2级动力学,吸附过程主要包括表面吸附、颗粒内扩散以及液膜扩散。MgBC吸附养猪废水中P的主要机理是形成Mg-O-P低结晶度的化合物以及生物炭表面C-H、C=O、C-OH等官能团参与PO_4~(3-)反应。     

表面粗糙度对氧化锆固体电解质电性能的影响

介绍了交流阻抗谱技术对不同表面粗糙度的氧化锆固体电解质的电性能的研究,利用3YSZ粉体,分别制备出三种表面粗糙度的样品:抛光机粗抛15min,磨床磨削,1mol/L的硫酸腐蚀表面3.5h。然后涂覆上铂电极,分别测试出其交流阻抗谱图,然后利用电化学阻抗拟合软件Z-VIEW对交流阻抗谱图进行拟合,探讨了粗糙度对其阻抗的影响。实验表明,表面经过粗抛的样品的体阻抗最小。     

胞外DNA在生物膜形成及发展过程中的作用

生物膜是微生物为适应环境变化而形成的特殊的微生物聚合体,包括微生物细胞和胞外聚合物(EPS)等。胞外DNA(eDNA)是EPS的关键组成成分之一。它通过细菌主动分泌、细胞溶菌作用等释放到胞外,吸附在细菌细胞表面并开始向外延伸,从而促进生物膜的形成。另外,它可以为细菌代谢提供营养物质,作为基因水平传递的"基因仓库",与胞外蛋白及胞外多糖等交联,维持生物膜空间结构。因此,关于生物膜中eDNA的研究,对水处理、生物冶金、医学及食品安全等领域具有重要的意义。文章系统性地综述了eDNA的产生途径、调节机制、功能及目前研究的局限性等,并对未来的研究方向作了分析。     

蛋白质分子与固体表面相互作用的分子模拟

蛋白质分子和固体表面的相互作用在与生物有关的材料以及工程领域有着重要的影响.两者相互作用的复杂性使得单纯依靠实验无法得到完整的信息.利用分子模拟，从分子尺度上对蛋白质和固体表面的相互作用进行研究，有助于更清楚地了解决定蛋白质在固体表面行为的原因.本文综述了蛋白质与固体表面相互作用的分子模拟研究，主要介绍有关蛋白质模型的选择、表面对蛋白质吸附能力的机理以及蛋白质在吸附表面的取向和构型变化的研究现状和成果.     

沼渣制备生物炭吸附沼液中氨氮

以生物产甲烷的副产物沼渣为原料,用5种不同的方法通过化学活化法制备生物炭,实验结果表明5种生物炭对沼液中的氨氮都有吸附效果,而氢氧化钾活化制备的生物炭(KOH-CC)对氨氮的吸附效果相对较好,吸附剂对氨氮的吸附符合准二级吸附动力学,吸附等温线表现为Langmuir型,通过拟合计算最大吸附容量能达到120 mg·g-1。对生物炭进行BET、扫描电镜及红外等表征,分析了KOH-CC生物炭吸附氨氮过程的作用机理。     

沼渣制备生物炭吸附沼液中氨氮

以生物产甲烷的副产物沼渣为原料,用5种不同的方法通过化学活化法制备生物炭,实验结果表明5种生物炭对沼液中的氨氮都有吸附效果,而氢氧化钾活化制备的生物炭（KOH-CC）对氨氮的吸附效果相对较好,吸附剂对氨氮的吸附符合准二级吸附动力学,吸附等温线表现为Langmuir型,通过拟合计算最大吸附容量能达到120 mg·g^-1。对生物炭进行BET、扫描电镜及红外等表征,分析了KOH-CC生物炭吸附氨氮过程的作用机理。     

脱硫石膏改性固体胺复合材料的制备及脱碳性能

将榴莲壳碳化制备生物炭(BC),与硅钙渣混合作复合载体,在其表面浸渍负载五乙烯六胺(PEHA),并加入含水分的脱硫石膏(FGDG),得到胺功能化的含水CO_2固体吸附剂,与不含脱硫石膏的吸附剂相比吸附活性明显改善。通过FT-IR、TGA、SEM及N2吸脱附等手段对吸附剂进行了表征,并在固定床反应器中考察了吸附剂脱硫石膏含量、吸附温度和CO_2浓度对吸附性能的影响。结果表明,脱硫石膏中水的存在改变了氨基与CO_2的相互作用机理。当脱硫石膏含量为30%、吸附温度为85℃时,CO_2最大吸附量为2.33 mmol/g。经12次循环再生后吸附量仅下降了4.2%,表现出良好的吸附稳定性。Clausius-Clapeyron方程计算的等量吸附热介于物理与化学吸附热之间,说明吸附过程中物理与化学作用同时进行。用多个动力学模型对实验数据进行拟合,pseudo-first-order与pseudo-second-order模型均不能准确拟合实验数据,而Avrami模型可较好地拟合整个吸附过程,进一步验证BC/SCS-PEHA-30%FGDG的CO_2吸附过程并非单纯的物理或化学吸附,而是两者同时发生。     

饮用水中有机物的生物活性炭工艺处理机理与应用

生物活性炭技术发挥活性炭的物理吸附作用以及生物膜表面微生物降解作用去除有机物,广泛地应用于去除饮用水中的臭味、有机化合物等微污染物,是一种有效的饮用水深度处理方法。文中对生物活性炭技术进行了简要介绍,论述了活性炭表面生物膜及其影响因素。重点阐述了生物活性炭降解有机物的机理,分析了生物活性炭技术与其他工艺组合在饮用水处理的应用现状以及应用展望,对生物活性炭技术处理饮用水的后续研究有参考价值。     

阴极电化学极化抑制微生物污损机理研究

以天然海水为电解质,利用电化学交流阻抗测试手段和荧光显微镜、扫描电镜等表征方法研究了阴极极化过程中氧还原抑菌机制及不同阴极极化电位对不锈钢表面微生物附着的影响。结果表明阴极氧还原反应是阴极极化抑菌的主要机制且适当电位的阴极极化能有效抑制微生物在304不锈钢表面的附着。     

氨基磺酸体系Co-Ni合金电化学共沉积行为及动力学机理

通过稳态阴极极化和电化学交流阻抗(EIS)等方法,研究了在不同钴镍金属离子比例的氨基磺酸电解液中,Co-Ni合金的电化学共沉积行为。结果表明在氨基磺酸体系中,导致Co-Ni合金异常共沉积行为的原因和在硫酸盐,或氯化物体系中的不同。不是由于Co^2 抑制了Ni的沉积,而是由于NH2SO3^-作为双齿配体形成的异核络合物在电极表面吸附,阻滞了镍离子的还原过程。并且以晶体场理论为基础解释了Co^2 和NH2SO3^-形成的高自旋络合物,比Ni^2 所形成的络合物具有较高的晶体场稳定化能(CFSE),容易分解。因此吸附在电极表面的氨基磺酸根离子对Co2^2 沉积的阻滞作用小于对Ni2^ 的。这样就导致了在氨基磺酸电解液体系中Co^2 的优先沉积。阳极线性扫描曲线表明．钴镍合金中镍含量越高,沉积层在热力学上越稳定,耐蚀性也越好。同时通过EIS的测试,利用等效电路的分析方法和交流阻抗谱解析理论,提出了氨基磺酸电解液中Co-Ni合金共沉积的动力学机理,较好地解释了实验结果。     

脱硫石膏改性固体胺复合材料的制备及脱碳性能

将榴莲壳碳化制备生物炭（BC）,与硅钙渣混合作复合载体,在其表面浸渍负载五乙烯六胺（PEHA）,并加入含水分的脱硫石膏（FGDG）,得到胺功能化的含水CO₂固体吸附剂,与不含脱硫石膏的吸附剂相比吸附活性明显改善。通过FT-IR、TGA、SEM及N₂吸脱附等手段对吸附剂进行了表征,并在固定床反应器中考察了吸附剂脱硫石膏含量、吸附温度和CO₂浓度对吸附性能的影响。结果表明,脱硫石膏中水的存在改变了氨基与CO₂的相互作用机理。当脱硫石膏含量为30%、吸附温度为85℃时,CO₂最大吸附量为2.33 mmol/g。经12次循环再生后吸附量仅下降了4.2%,表现出良好的吸附稳定性。Clausius-Clapeyron方程计算的等量吸附热介于物理与化学吸附热之间,说明吸附过程中物理与化学作用同时进行。用多个动力学模型对实验数据进行拟合,pseudo-first-order与pseudo-second-order模型均不能准确拟合实验数据,而Avrami模型可较好地拟合整个吸附过程,进一步验证BC/SCS-PEHA-30% FGDG的CO₂吸附过程并非单纯的物理或化学吸附,而是两者同时发生。     

移动床生物膜反应器挂膜影响因素研究进展

介绍了移动床生物膜反应器(MBBR)生物膜形成附着的过程,并分析了载体填充率、C/N、水力停留时间、水力剪切力、温度和酸碱度等因素对挂膜的影响。提出MBBR今后发展的方向是生物膜微观系统的研究及载体的改性应用:针对调节悬浮载体本身性质的手段不再限于简单的酸碱刻蚀与覆盖阳离子等表面改性和接枝,而是在填料制备过程中更多地采用共混技术来提高填料的生物强度;MBBR与其他工艺的耦合联用;微观表面形态、微生物群落的更替及各项生物行为的变化,以及生物膜相关动力学等。