炭纤维的微生物固着机制及在污水处理中的应用研究

【摘要】：本论文主要借助表面元素含量、表面官能团、平衡含水率、比表面积、表面电极电位的测 定,系统研究了载体表面物化特性对不同菌种的固着及活性的影响。论文内容包括三个部分: 兼性反硝化微生物在炭纤维与其它载体表面的固着性对比研究及影响因素和在炭纤维表面的 动力学研究;厌氧甲烷菌在炭纤维与其它载体表面的固着性对比研究及影响因素;载体尤其是 炭纤维表面特性对好氧、兼性厌氧及厌氧等三种不同菌种固着(固着量和固着速度)的影响规 律,探讨炭纤维表面对菌种的广谱适应性。 第一部分研究表明:改性聚丙烯腈(PAN)高强炭纤维(CF)和活性炭纤维(ACF)对兼 性反硝化微生物固着化速度快,这与炭材料优异的生物相容性有关;ACF 的固着化速度大于 CF,与其比表面积大表面微孔多,吸附速度快有关。通过滴定法和 XPS 研究表明,在表面 C, O 元素含量相差不大的情况下,N 元素含量对微生物固着的影响较为重要。N,O 元素含量越 大载体的表面润湿性越大,CF 表面润湿性适中对兼性菌固着最好。适量的表面含氮、含氧官 能团能使微生物的固着量达到最大,并且极性较大的含氧官能团对兼性微生物附着的影响较 大。对兼性反硝化微生物动力学研究表明反硝化速率与硝氮浓度呈零级反应,反硝化菌浓度与 反硝化速度成正比;改性 PAN 基高强度炭纤维做生物膜载体时,相对与其它有机类载体,可 以在低温或少加碱仍能保持较高的反硝化速率。 第二部分研究表明:疏水性表面的 CF 载体对厌氧甲烷菌的固着有一定优势。并且 CF 载体 固着化速度比有机高分子载体快。 第三部分研究表明:比表面积对微生物的吸附速度影响较大,适当改性的 PAN 基高强度 CF 对好氧硝化菌、兼性反硝化菌和厌氧甲烷菌的固着化速度比较快,并且 ACF 的固着化速度 快于高强度 CF;好氧菌、兼性菌和厌氧菌对载体表面润湿性要求依次降低;相应的,对与润 湿性密切相关的表面 N、O 元素含量的要求也依次降低。 总之,本实验表明作为一种软性填料,经过适当改性的 PAN 基高强度炭纤维是一种生物 相容性好、固着化速度快、固着量大、耐微生物分解及化学腐蚀、再生能力强、相对成本较低 的优异新型微生物固着化载体。 【关键词】：生物膜 炭纤维 固着 表面特性 反硝化菌 厌氧甲烷菌
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：X703
【目录】：

• 1 文献综述8-19
• 1.1 课题来源及项目名称8
• 1.2 生物膜法废水处理概况及特点8
• 1.3 生物膜载体的发展概况及研究进展8-13
• 1.3 1 生物膜法废水处理用载体的发展概况8-10
• 1.3 2 生物膜载体的性能及研究进展10-13
• 1.4 以 BCF 为生物膜载体的废水的脱氮处理13-15
• 1.4.1 生物膜法反硝化脱氮14-15
• 1.4.2 废水的生物膜法硝化-反硝化处理15
• 1.5 载体表面特性对厌氧甲烷菌固着的影响及应用研究15-17
• 1.6 论文选题的目的和意义17-19
• 2 实验部分19-24
• 2.1 反硝化菌、硝化菌及厌氧甲烷菌的培养驯化19
• 2.2 实验主要试剂19-20
• 2.3 实验测试仪器及方法20-22
• 2.4 实验工艺流程22
• 2.5 载体材料及其挂膜前的预处理22-24
• 3 结果讨论24-67
• 3.1 载体表面特性对反硝化微生物固着化的影响24-28
• 3.1.1 反硝化微生物在各种不同载体上的挂膜速度比较25-27
• 3.1.2 反硝化微生物在不同载体上的的生物膜干重及对硝态氮处理能力27-28
• 3.2 载体表面特性对硝态氮处理的影响28-53
• 3.2.1 反硝化菌在比表面积不同的炭纤维与活性炭纤维载体表面的固着29-31
• 3.2.2 炭纤维载体表面酸性含氧官能团对润湿性及反硝化生物膜的影响31-33
• 3.2.3 不同基体的碳纤维及其各表面含氧官能团对反硝化菌挂膜的影响33-34
• 3.2.4 PAN 基炭纤维表面元素含量对反硝化微生物平均生物膜厚度的影响34-38
• 3.2.5 PAN 基炭纤维表面含氧官能团与反硝化菌的固着生物膜厚的关联38-47
• 3.2.6 PAN 基炭纤维表面含氮官能团对反硝化菌固着膜厚影响47-52
• 3.2.7 载体表面氧化还原性能及电性能对微生物固着的影响52-53
• 3.3 反硝化菌生物膜动力学研究53-58
• 3.3.1 反硝化动力学实验54-55
• 3.3.2 有机碳源对反硝化微生物活性的影响55-56
• 3.3.3 环境因素的影响56-58
• 3.4 厌氧甲烷菌的固着58-62
• 3.4.1 厌氧甲烷菌在不同塑料类载体和炭纤维单丝上的固着化速度59-60
• 3.4.2 厌氧甲烷菌在不同塑料类载体和炭纤维单丝表面固着生物膜厚度60-61
• 3.4.3 不同炭纤维对厌氧甲烷菌的固着化情况61-62
• 3.5 厌氧甲烷菌对废水中 CODCr 处理的影响62-63
• 3.6 好氧硝化菌、兼性反硝化菌和厌氧甲烷菌在炭纤维和活性炭纤维上的固着的比较63-67
• 3.6.1 不同类型微生物在载体表面的固着化速度和稳定的附着量63-64
• 3.6.2 载体表面对微生物的附着产生影响及影响大小的因素64-67
• 4 结论67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 学术论文目录74

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