地下水人工回灌水化学因素对生物堵塞的影响

通过室内砂柱实验及扫描电镜,红外光谱,光电子能谱等技术,研究回灌水中离子强度及回灌过程中水-岩作用对细菌在饱和多孔介质中迁移及滞留的影响,揭示回灌过程中离子强度对介质生物堵塞演化规律及其作用机理的影响.结果表明,适宜的离子强度刺激细菌的生长及胞外聚合物（EPS）的生成,导致介质渗透性下降幅度达到99%,离子强度过高或过低都会抑制微生物的生长;Na⁺可以中和介质与细菌表面的负电荷,通过压缩双电层及减少静电斥力,进而增强细菌在介质表面的附着能力;介质中的碳酸盐矿物水解可导致环境pH值升高,诱导介质中的微量SiO₂,Al₂O₃等矿物溶解,促使介质孔隙度增大,延缓生物堵塞的发生时间并缓解堵塞程度;外源Na⁺及内源介质溶解产生的Ca²⁺,Mg²⁺,Al （III）,刺激细菌产生更多的EPS,同时化学离子与EPS的官能团以新的官能团和化学键结合,形成新的物质,对堵塞的发生和演化起促进作用;溶解产生的Mg²⁺,Ca²⁺与细菌呼吸产生的CO₂,在微碱性条件下反应形成新的沉淀,也对堵塞产生促进作用.     

MFC处理人工湿地生物堵塞物及同步产电研究

为探究MFC（microbial fuel cells,微生物燃料电池）对人工湿地（constructed wetland,CW）堵塞物EPS（extracellular polymeric substances,胞外聚合物）组分的处理效果和产电性能,构建双室MFC,设置闭路组（closed circuit MFC,MFC-C）和开路组（open circuit MFC,MFC-O）对EPS中的主要组分〔PN（protein,蛋白质）和PS（polysaccharide,多糖）〕及人工湿地堵塞物进行处理,分析底物类型、底物浓度和外阻（R_ex）对MFC系统产电性能的影响及系统对底物的处理效果.结果表明:①MFC系统的产电性能受底物类型、底物浓度及R_ex的影响较大,底物浓度增加1.5倍（由200 mg/L增至500 mg/L）时,MFC系统最大电压（V_max）增加5.8%（PN）,最大功率密度（P_max）分别增加188.30%（PN）和124.21%（PS）;保持底物类型和底物浓度不变,R_ex增加9倍（由100 Ω增至1 000 Ω）时,MFC的V_max分别增加110.26%（PN）和92.81%（PS）,P_max分别增加109.19%（PN）和7.51%（PS）.②PN可全部被阳极微生物利用,但同时阳极微生物会分泌PS,底物浓度增加1.5倍时,出水中ρ（PS）分别增加107.85%（MFC-C）和78.55%（MFC-O）;R_ex增加9倍时,ρ（PS）分别增加415.85%（MFC-C）和294.29%（MFC-O）;底物为PN时,出水中ρ（PS）均表现为MFC-C < MFC-O,说明MFC形成的微弱电场在一定程度上可抑制PS的分泌.③人工湿地堵塞物可作为MFC的底物,随着投加量的增加（除堵塞物投加量为0.500 g/L外）,V_max（约750 mV）变化不大,但电压稳定时间随投加量的增加而略有延长;堵塞物投加量为6.667 g/L时,MFC的P_max为12.25 mW/m2,内阻（R_int）为1 112.5 Ω,MFC产电性能下降.研究显示,人工湿地堵塞物EPS可以作为MFC的阳极底物并同步实现能源回收.      

氧化石墨烯抑制填埋场土工布初期生物结垢

为研究氧化石墨烯对初期填埋场土工布生物结垢的影响,采取2种不同方法改性土工布,测试了改性前后土工布的Zeta电位、接触角和抑菌性能以及模拟填埋场渗滤液的微生物群落结构,并以土工布EPS含量评估生物结垢.结果表明,改性前后土工布都具有疏水性,但表面电位存在一些差异;渗滤液微生物含有细菌Paraclostridium和古菌Methanoculleus;氧化石墨烯对渗滤液微生物表现出抑菌性,细胞死亡率比空白组更高;氧化石墨烯加入萘酚胶水进行改性明显抑制了土工布生物结垢,EPS量比空白组减少了49%.