合成生物学方法改造电活性生物膜研究进展

电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA（extracellular DNA, eDNA）、菌毛等成分聚集，与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现，在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医疗等领域中具有至关重要的作用，是微生物电催化系统研究的核心之一。但自然状态下的电活性生物膜因厚度、结构稳定性、生物量等因素的限制，严重制约了电子传递效率。综述了近五年利用合成生物学改造电活性生物膜的研究进展，系统探讨了工程生物膜的构建、结构成分、导电性能以及应用，为将来进一步实现高效电催化奠定基础。     

环流型光纤生物膜制氢反应器的连续产氢性能

采用使光合细菌生物膜直接附着生长在具有高导光性的弥散光纤表面的方法,构造了环流型光纤生物膜制氢反应器,用于解决目前固定化细胞连续流光生物制氢反应器研究中存在的难以同时实现细胞固定化和保持细胞固定化区域具有良好光分布性的问题。通过连续流产氢实验研究发现该反应器在以葡萄糖为有机底物,入射光波长为530 nm,弥散光纤表面光照强度为4.15 W·m^-2,进口底物浓度为10 g·L^-1,流速为100 ml·h^-1的条件下,反应器的光能转化效率和产氢速率得到显著提高,分别达到47.9%和0.83 mmol·(g dry cell)^-1·h^-1。实验结果表明,采用适合光合细菌产氢的入射波长,保持固定化细胞区域均匀的光强分布和强化传质的操作方法都有助于提高反应器的产氢性能。该研究可以为规模化光生物制氢反应器的探索提供一定参考。     

A/O1/O2生物膜系统污染物降解特性

将传统A/O工艺的好氧单元分为两段,在各反应器中设置填料,构建了A/O₁/O₂生物膜系统,对锦纶废水进行处理,研究了污染物在系统各段的降解情况,并借助红外光谱分析方法探讨了污染物中官能团的变化规律。结果表明,A/O₁/O₂生物膜系统处理锦纶废水的效果良好,COD、NH₄⁺-N和TN的平均去除率分别为92.70%、85.35%和58.85%。当有机负荷从1.64～4.61 kg/(m³·d) 变化时,A段、O₁段和O₂段中COD、NH₄⁺-N和TN的降解变化趋势均不相同。对于COD的去除,A段、O₁段和O₂段的平均贡献率分别为63.08%、29.72%和4.16%;对于NH₄⁺-N的去除,O₁段和O₂段的平均贡献率分别为23.80%和75.99%;对于TN的去除,A段、O₁段和O₂段的平均贡献率分别为74.97%、19.77%和4.09%。经A段缺氧、O₁段和O₂段好氧处理后,废水中酰胺化合物、氨基酸和脂肪族化合物含量减少,出现了无机的NH₄⁺、NO₃^－、HCO₃^－以及碳水化合物。     

板式换热器混合微生物污垢特性的实验研究

为探讨铁细菌与黏液形成菌混合微生物污垢的结垢特性,进而为微生物污垢阻垢和抑垢的研究打下基础。本文以微生物污垢中最常见的铁细菌和黏液形成菌为研究对象,实验研究了板式换热器中两种细菌在形成混合微生物污垢时相互协同抑制的关系以及不同工况下的结垢特性。结果表明,微生物污垢存在明显诱导期,铁细菌的污垢热阻渐近值约为2×10^-4m²·K/W,黏液形成菌的污垢热阻渐近值约为1.2×10^-4m²·K/W,铁细菌相比黏液形成菌有较强的致垢能力,1∶1比例混合菌的热阻值介于二者之间;无论哪种细菌量占据主导时,它们之间的互相协同作用会促使混合污垢的致垢能力增强。30℃时混合菌的热阻渐近值低于35℃时的情况,达到渐近值的时间约为35℃时的2倍;流速对混合菌污垢特性的影响明显,流速为0.1m/s时的污垢热阻渐近值约为0.15m/s时的2倍,达到渐近值的时间约为0.15m/s时的2.7倍。     

微生物生物膜下的钢铁材料腐蚀研究进展

综述了近年来有关SRB引起的钢铁腐蚀研究进展,分析了SRB生物膜的形成机制,介绍了传统SRB腐蚀机理、生物催化硫酸盐还原阴极反应腐蚀机理,以及SRB诱导生物矿化作用形成的沉淀垢膜下的碳钢腐蚀研究现状,着重介绍了生物能量学和生物电化学在推动SRB导致的微生物腐蚀机理研究中的重要作用,并在此基础上介绍了目前最新的对生物膜下SRB的控制技术和方法,为SRB腐蚀及控制提供参考。     

强化除磷BAF处理石化二级出水

为强化曝气生物滤池(BAF)的除磷效果,以石化二级出水为处理对象,研究了投加FeSO₄·7H₂O对BAF除磷性能的强化作用并对投量进行了优化,同时分析了FeSO₄·7H₂O投加对BAF除碳、脱氮和生物膜活性的影响。结果表明:投加少量FeSO₄·7H₂O(3~15 mg·L^-1)能有效强化BAF的除磷性能;BAF除磷的效果随FeSO₄·7H₂O投加量的增加而提高,但在投量高于9 mg·L^-1时增加趋势逐渐变缓,当FeSO₄·7H₂O的投加量为9 mg·L^-1时,TP的去除率达到57.0%以上,而同期平行运行的BAF除磷效率为7.1%。BAF中少量投加FeSO₄·7H₂O对COD的去除没有不良影响,COD的去除率比对比装置平均提高了5.4%左右,对相对分子质量较大的有机物去除明显。FeSO₄·7H₂O投加量低于12mg·L^-1时对 的去除没有不良影响,高于15 mg·L^-1时由于生物膜中微生物活性的下降 去除率有所降低。投加FeSO₄·7H₂O对TN的去除影响甚微。Fe²⁺的投加使得BAF中附着微生物的量有所降低,但在12 mg·L^-1以下时不会造成大的影响,FeSO₄·7H₂O投量在3~9 mg·L^-1时BAF中生物膜的脱氢酶活性和比好氧呼吸速率有所增加,可弥补生物量降低的影响,因此BAF的运行状况未受到影响。     

循环复氧生物膜工艺在农村分散式污水处理中的应用研究

针对农村分散式生活污水的治理,提出了一种新型循环复氧生物膜一体化处理工艺,并开发了智能网关和物联网管理平台,用于构建分散式农村污水处理设施智能化管理模式。利用实验室小试探索了循环复氧比这一关键参数对工艺运行效果的影响;在单户场景中,试验装备对COD和NH₃-N的去除率分别可达到72.4%和75.4%,在高氨氮进水条件也能满足相应排放标准。在联户场景中,出水COD、NH₃-N和TN分别为13～38 mg/L、0.4～4.8 mg/L和1.8～7.2 mg/L,均能稳定达到海南省地方标准的一级标准,不加药剂情况TP平均去除率为59.8%,同时对智能化管理模式进行了验证。研究表明,循环复氧生物膜一体化处理工艺具有低成本、易维护、抗水量和水质冲击性强的特点,能够适应多种复杂场景。     

间歇流人工湿地处理废水试验中生物膜组成细菌的分离与鉴定

通过试验,分析了间歇流人工湿地生物膜细菌的组成。分离、纯化、检索的结果,共得到7种菌株,7种菌株中有5种是严格的好氧菌,2种是兼性菌,降解废水中有机物的能力都很强。同时,根据7种菌株的生理生化特性,必须保证适宜的环境条件和溶解氧量。     

生物膜厚度影响含酚废水处理效果的研究

应用生物接触氧化法水处理模型,对含酚废水的处理进行了试验研究,结果表明生物膜厚度对废水中酚和COD去除效果影响显著。试验模型适宜的生物膜厚度在96.5～165.8μm,运行稳定期8～18d,COD去除率>75%,酚去除率>85%。