环境功能材料界面性质对生物膜形成过程与代谢功能的调控机制

材料表面生物膜形成对环境与人类生产的影响纷繁复杂,关于环境功能材料与微生物之间的界面作用关系尚无系统阐述。介绍了材料表面生物膜的形成过程,重点解析了材料表面疏水性、形态特征、表面电荷、磁性、物质释放与电子传递等物理化学性质对生物膜形成的调控机制;综述了材料对生物膜微生物群落结构与代谢功能的影响,并且论证了不同环境功能材料与生物膜在水处理系统、废气生物处理和土壤生态修复领域协同降解污染物的潜在机制和应用情况;最后展望了材料与微生物相互作用的未来研究方向。拟为环境功能材料表面生物膜的形成与控制调控,充分发挥两者协同作用以及定向指导材料合成提供理论和技术支撑。     

高浓度含氮废水生物脱氮新工艺研究

采用厌氧氨氧化-UASB工艺处理高浓度含氮废水,这是一种全新的生物脱氮工艺。厌氧氨氧化-UASB反应器、厌氧氨氧化-UASB-生物膜反应器在相同的进水条件和温控条件下稳定运行,实现了对氮素的持续去除能力,NH4^＋-N、NO2^--N、TN去除率分别保持在99．9％、99．9％、90．0％以上,稳定运行阶段出水pH值均保持在8．5附近。NH4^＋-N去除量与NO2^--N去除量、NO2^--N生成量的比值可以指示厌氧氨氧化反应器性能的演变。ANAMMOX菌在生长过程中需消耗碱度,因此反应器内pH值的变化可以反映生物反应的相对强度。生物膜的培养有利于ANAMIVIOX菌积累,UASB-生物膜反应器运行效果明显优于不具有生物膜的普通UASB反应器。     

SPG膜曝气-基因工程菌生物膜反应器处理阿特拉津废水研究

膜曝气-生物膜反应器(MABR)是一种新型的膜-生物废水处理工艺,在MABR中采用基因工程菌生物膜可以强化难降解污染物的生物去除.本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜,运行SPG膜曝气-生物膜反应器(SPG-MABR)处理阿特拉津废水,考察了气压、挂膜生物量和液体流速对SPG-MABR运行性能的影响,以及基因工程菌生物膜的变化.结果表明,提高气压可以增大透氧系数,从而提高阿特拉津和COD的去除速率以及复氧速率.提高挂膜生物量能够加快阿特拉津和COD的生物去除,但生物膜厚度增加使得氧传质阻力增大,复氧速率降低.层流状态下减小SPG-MABR中的液体流速,有利于污染物向生物膜扩散传质,从而提高污染物去除速率.气压为300 kPa、生物量为25 g·m-2、液体流速为0.05 m·s-1时,SPGMABR反应器对阿特拉津5 d的去除率可以达到98.6%.在SPG-MABR运行过程中,基因工程菌生物膜呈现微生物多态化趋势.生物膜表面逐渐被其他微生物细胞覆盖,基因工程菌分布减少,生物膜内部仍以基因工程菌细胞为主.     

对生物膜载体相关问题的探讨

生物膜法作为一种水处理方法已广泛应用于处理城市污水和工业废水,生物膜是生物膜法处理的基础.而生物膜的产生和生长离不开载体材料的使用,载体在废水处理中是起净化作用的主体部分.文章就生物膜载体的类型以及载体表面性能对微生物附着的影响因素进行了详细的介绍,并分析了不同的载体以及不同材料的同一载体对生物固着量以及硝态氮的处理能力的影响,最后简单介绍了一种新型的生物膜载体-新型软性纤维载体,提出了今后生物膜法研究的重点.     

PHBV表面疏水改性用作吸油材料的研究

利用多种表面改性剂对生物可降解材料PHBV进行了表面改性实验研究，测定了不同改性剂改性后PHBV的吸油率以及温度对其吸油效果的影响，并探讨了改性机理，研究结果表明：不同改性剂对PHBV的改性效果有所差异，从疏水和吸油的共同效果来看，最佳疏水改性剂为添加量5％时的硅油，温度对未改性PHBV和改性PHBV的吸油率及吸油速度均有影响。     

生物流化床中生物膜特性与反应器效率的关系

综述了生物流化床处理有机废水时生物膜的特性及其对反应器效率的影响。包括反应器中生物膜的形成及影响生物膜形成的因素；生物膜的活性及膜厚，基质浓度和不同种群微生物在生物膜中的分布对其活性的影响；生物膜的传质特性，生物膜厚度与反应器效率的关系；生物膜的脱膜及其数学模型；提出了生物流化床今后的研究重点。     

内循环三相生物流化床处理生活污水

对内循环三相生物流化床处理生活污水进行了中试研究,探讨了生物膜的形成和水力停留时间及供气量对处理效果的影响．结果表明：在气水比4：1、水力停留时间40min、进水COD150～1000mg/L条件下,平均COD去除率为89％、平均去除容积负荷为10.4kgCOD/m³·d,氧利用率为13％．     

新型移动床膜生物反应器处理PVA废水的实验研究

将移动床生物膜反应器（MBBR）与膜生物反应器（MBR）有机结合,形成一体化式新型移动床膜生物反应器（M—MBBR）。采用M—MBBR对PVA废水的处理效果进行了研究,介绍了反应器的结构,并考察了水力停留时间、COD容积负荷及曝气量等操作条件对处理效果的影响。实验结果表明,在水力停留时间8h,气水比为120：1,COD容积负荷在1．4—2．8kg／（m^3·d）范围内变化时处理效果最佳且出水保持稳定。在此操作条件下,M—MBBR对PVA和COD的去除率可分别达到54％和69％左右。     

高流速海水中舰艇常用材料腐蚀实验研究

介绍了舰艇常用材料在海水环境动态高流速条件下自然电位、自然腐蚀率、电偶腐蚀等多方面的腐蚀实验方法及实验结果，得出了舰艇常用系列材料在动态海水中的腐蚀基本数据以及变化规律．为在舰船设计中材料的选择及腐蚀防护方案的制定提供参考。     

生物法净化低浓度挥发性有机废气的动力学问题探讨

依据对生物膜填料塔净化低浓度甲苯废气过程的生物化学反应类型、过程控制因素和生物膜作用等机理问题的分析研究，定义其为一个以生物膜为有效吸附表面、以活菌体为生物反应活化中心的吸附生物化学反应过程，并据此建立了“吸附生物膜”理论及相应的动力学模式．该模式计算值与实验值之间有较好的相关性（相关系数Ｒ＞０．９５）．结果将为相关的理论研究和实际操作研究提供有益的资料．     

混合单体对等离子体法改性PTFE膜微生物亲和性能的影响

膜材料氧传质性能和微生物亲和性对MABR（膜曝气生物膜反应器）的稳定运行及处理效果有重要影响,为探究混合单体对等离子体法改性PTFE（聚四氟乙烯）膜微生物亲和性能的影响,采用两步等离子体法分别在PTFE膜表面接枝聚合DOPA（左旋多巴）/GMA（甲基丙烯酸缩水甘油酯）、Lys（赖氨酸）/GMA、BA（苯胺）/GMA和DEA（乙二胺）/GMA四种混合单体,测定改性前、后PTFE膜的微生物亲和性,并进一步确定最佳混合单体改性PTFE膜的氧传质性能.结果表明:与未改性PTFE膜和仅接枝聚合GMA单体改性复合膜相比,DOPA/GMA、Lys/GMA、BA/GMA和DEA/GMA混合单体改性复合膜表面的微生物亲和性均有提高;Lys/GMA混合单体改性复合膜表面的微生物亲和性最佳,显著高于未改性PTFE膜,膜表面的生物量用ρ（DNA）和ρ（TOC）表示,分别为9.67 ng/μL和103.44 mg/L,比未改性PTFE膜高出34.7%和286.0%,同时其膜表面的生物量增加速度最快;DOPA/GMA和DEA/GMA混合单体改性膜表面的微生物亲和性相近,且高于BA/GMA混合单体改性膜;Lys/GMA混合单体改性复合膜的最大氧传质系数为1.17 m/d（操作压力为35 kPa）,显著高于未改性PTFE膜的0.48 m/d（操作压力为11 kPa）.研究显示,两步等离子体法接枝聚合的混合单体改性能够同时改善PTFE膜的微生物亲和性和氧传质性能,更适合于制备MABR复合膜,可为开发MABR专用膜材料提供理论基础和技术支持.      

孔隙介质中生物膜空间分布及其对渗透性影响研究

孔隙介质地下水污染的生物修复过程中,微生物附着在介质颗粒表面,造成生物堵塞,影响生物修复的效率.对二维砂箱中的生物堵塞实验数据进行了统计分析,统计结果表明生物膜厚度在空间上服从正态分布.现有的定量刻画多孔介质生物膜与渗透率的模型一般均假设生物膜均质等厚地覆盖在颗粒表面,与实验结果不符.为探讨多孔介质中生物膜厚度变化对渗透率计算结果的影响,本文选择常用的Taylor模型中二大类六种模型进行比较分析研究.计算结果表明:生物膜厚度参数对模型计算结果影响显著,利用最小生物膜厚度计算得到的相对渗透率比利用最大生物膜厚度计算时的结果大1～4个数量级;不同模型对生物膜厚度参数的敏感性不同,其中Mualem模型最为敏感;Mualem Model利用平均值计算所得相对渗透率与实验测量结果相符,基于正态分布的生物膜厚度统计均值具有一定的代表性;Mualem模型更适用于计算孔隙介质中生物堵塞时对渗透率的影响.     

城市生态健康评价方法比较与研究

文章从评价模型、指标的选择、权重的计算、评价等级等方面比较了模型评价模型和复合生态系统健康评价模型,并分别利用两种评价模型对唐山四年的生态健康状况进行了评价,为唐山的可持续发展提供了科学依据。     

活性炭吸附有机蒸气性能的研究

吸附法在油气回收技术中运用很广泛.吸附剂的选择对吸附分离效果起到了决定性作用.选用3种商用活性炭,以正己烷和正庚烷为吸附质,在温度为293.15 K下进行了静态和动态吸附实验,并研究了活性炭孔结构对其吸附性能和吸附能的影响,同时利用Logistic模型的回归公式对活性炭的吸附穿透曲线进行拟合.结果表明,活性炭的比表面积和孔容是其吸附性能主要影响因素;正己烷和正庚烷的吸附行均符合Langmuir吸附等温模型;3种活性炭对正己烷和正庚烷的吸附能都随其比表面积变大而变大;Logistic模型拟合曲线与实验结果具有高度相似性,可用于活性炭吸附穿透曲线的预测.     

微生物堵塞过程中生物膜生长特征对多孔介质渗流特征影响

为研究回灌水刺激下生物膜在砂柱中的生长规律,并分析生物膜生长特征对堵塞介质典型渗流特征的影响,采用室内土柱实验方法,供给营养液刺激砂柱内生物膜生长,模拟入渗介质生物堵塞的过程,监测介质渗透系数的变化,并开展不同回灌时长下介质水分吸持实验和弥散试验,并对其内生物膜形态进行表征.结果显示,在0~5h时,渗透系数呈先下降后回升趋势;在回灌至18h前,渗透系数急剧衰减,水力弥散系数明显增大,水分吸持能力的变化并不明显;18h后渗透系数降低速率减缓,水分吸持能力明显升高,溶质运移过渡到以弥散作用为主导机制.综上,可将生物膜在介质内的生长分为三个阶段:菌适应期,接种菌体并未生长繁殖,单纯由于菌体的流入与流出引起渗透系数的变化;菌体大量生长繁殖期,大量生长繁殖的菌体占据了部分介质孔隙体积;胞外聚合物大量分泌期,逐渐形成具有透水性的生物膜,生物膜的生长与回灌水提供的养分形成动态平衡.     

基于树模型的北京市PM2.5预测效果对比分析

在城市空气质量预测中,ρ（PM_2.5）会受到气象条件和时间周期的影响。选取北京市全市为实验区域,对多种污染物浓度特征、时间特征及天气特征等进行分析,采用2019年33个空气质量监测站逐小时数据开展PM_2.5预测实验,建立了基于特征的LightGBM （light gradient boosting machine） PM_2.5质量浓度预测模型,分别与随机森林模型（RF）、梯度提升树模型（GBDT）、 XGBoost模型3个PM_2.5浓度预测模型进行对比。结果表明:在PM_2.5浓度预测精度方面,LightGBM模型最高,XGBoost模型次之,RF模型最差。LightGBM模型的PM_2.5污染浓度预测准确率高于其他模型,R2为0.9614,且具有训练快、内存少等优点。LightGBM模型的5个评估指标均优于其他模型,说明其在PM_2.5逐时预测上具有很好的稳定性和应用前景。     

半经验生物滴滤器模型研究

生物滴滤(BTF)净化有机废气是一个复杂的过程,其数学模型往往形式繁琐、参数众多,实际应用比较困难.半经验生物滴滤模型是基于生物酶促反应基本原理(米-门方程),并在含苯废气的生物滴滤净化动态实验和生物膜静态实验等研究的基础上建立和完善的一个应用模型.为了符合生物滴滤器内的实际状况,在建模过程中引入了微生物质量浓度沿床层深度变化的函数等合理假设.模型的检验采用将静态实验所得参数代入模型计算,并与生物滴滤动态实验结果进行对比的方法.检验结果表明:在较宽的负荷、表观过滤气速范围内,该模型对滴滤器的模拟值均较符合实验值.该模型的数学形式简单,参数也较少,且主要参数,如生物膜最大净化速率,K值及微生物质量浓度分布等均可通过生物膜静态实验测得.      

给水管网多相界面中微生物表面疏水性研究

采用疾病控制中心（CDC）生物膜反应器模拟给水管网系统,选取聚氯乙烯（PVC）和聚碳酸酯（PC）2种材质的挂片,通过微生物粘附碳氢化合物（MATH）实验和Illumina高通量测序相结合的方法,对反应器水相、生物膜相和颗粒物相中微生物的疏水性进行了研究.结果显示,PVC材质挂片反应器中优势菌为厚壁菌门,相对丰度为68.31%~81.00%,PC材质挂片反应器中优势菌为变形菌门,相对丰度为24.39%~64.40%.PVC材质挂片反应器中优势菌包含3类致病菌,PC材质挂片反应器中包含8类致病菌.PC材质挂片生物膜相较于PVC材质疏水性更高,利于微生物吸附形成生物膜,而PVC材质不易形成生物膜,对控制输送过程中的二次污染具有积极作用,但在管网实际应用中还应考虑其他工程因素的影响.     

污水生物处理中生物膜传质特性的研究进展

生物膜法处理污水,起主要作用的是附着于填料表面形成的生物膜,因此研究生物膜的传质特性对于提高处理效率、探究处理机理具有重要意义.本文综述了生物膜传质特性在污水生物处理中的研究进展,包括生物膜结构模型、传质微环境,以三相传质体系为研究重点的传质特性,以及影响生物膜传质的因素包括生物膜结构和水力条件等,并对以后应着重开展的...