重金屬有機(jī)廢水電生物修復(fù)及生物膜結(jié)構(gòu)與生物吸附模擬

【摘要】： 電生物技術(shù)作為一項(xiàng)綠色高新技術(shù)在環(huán)境污染治理領(lǐng)域的應(yīng)用已初見端倪，深入開展有關(guān)研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 針對(duì)污染嚴(yán)重的重金屬有機(jī)廢水，提出了全新電沉積-生物膜復(fù)合工藝進(jìn)行綜合治理，關(guān)鍵在于一是篩選高效功能菌，二是確定生物體系中最佳的電沉積電位。本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 培養(yǎng)與馴化后混合微生物TEM、SEM分析表明，不同于混合培養(yǎng)，馴化后微生物種群數(shù)量急劇減少，但適應(yīng)性個(gè)體數(shù)量明顯增加，且細(xì)胞結(jié)構(gòu)，表面形態(tài)均發(fā)生了變化。同時(shí)，降解動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，盡管混合培養(yǎng)與馴化后微生物均能將葡萄糖降解到很低水平，但比降解速率曲線差異很大。 對(duì)于重金屬電沉積過(guò)程中的極化現(xiàn)象，從理論與實(shí)驗(yàn)兩方面進(jìn)行了探討，并確定了不同金屬的還原峰電位。 采用新型復(fù)合工藝連續(xù)處理重金屬有機(jī)廢水，同時(shí)，與單一電沉積法和生物膜法對(duì)比發(fā)現(xiàn)，復(fù)合工藝具有更高的凈化效果。 生物膜形成過(guò)程一直是關(guān)注的焦點(diǎn)，本文運(yùn)用離散-微分結(jié)合法進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，其形態(tài)特征如厚度、密度和表面粗糙性等以輸出量形式反映出來(lái)，并研究了模型參數(shù)改變對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的影響。 最后，建立了電場(chǎng)強(qiáng)化重金屬傳遞與生物膜吸附模型，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。進(jìn)而，探討了電遷移速度、廢水進(jìn)口流速、重金屬初始濃度對(duì)平衡吸附量的影響。 【關(guān)鍵詞】：重金屬離子 生物降解 極化曲線 復(fù)合工藝 生物膜 非均勻性 生物吸附
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 前言8-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-32
• §1．1水體中有機(jī)物與重金屬污染概況10-11
• 1．1．1 有機(jī)物污染及其危害性10-11
• 1．1．2 重金屬污染及其毒理效應(yīng)11
• §1．2生物膜概述11-17
• 1．2．1 生物膜的形成11-13
• 1．2．2 生物膜生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)13-15
• 1．2．3 生物膜微觀結(jié)構(gòu)與模型預(yù)測(cè)15-17
• §1．3重金屬元素與生物膜的相互作用17-18
• 1．3．1 重金屬元素與混合微生物的相互作用17-18
• 1．3．2 重金屬元素與胞外聚合物的相互作用18
• §1．4降解有機(jī)污染物理論發(fā)展概況18-22
• 1．4．1 反應(yīng)-擴(kuò)散模式19-20
• 1．4．2 表面反應(yīng)模式20-22
• §1．5重金屬有機(jī)廢水凈化工藝發(fā)展概況22-29
• 1．5．1 傳統(tǒng)處理工藝22
• 1．5．2 生物膜法22-24
• 1．5．3 電解法24-28
• 1．5．4 電-生物復(fù)合法28-29
• §1．6本文主要的實(shí)驗(yàn)與理論研究工作29-31
• §1．7本章小結(jié)31
• 本章符號(hào)說(shuō)明31-32
• 第二章 混合微生物的培養(yǎng)、馴化及其TEM、SEM圖像研究32-46
• §2．1混合微生物接種、培養(yǎng)與馴化32-34
• §2．2鏡檢樣品制備34-35
• 2．2．1 電鏡標(biāo)本預(yù)處理34
• 2．2．2 透射電鏡樣品制備34-35
• 2．2．3 掃描電鏡樣品制備35
• §2．3混合微生物樣品TEM、SEM分析35-45
• 2．3．1 培養(yǎng)后微生物原樣35-37
• 2．3．2 重金屬馴化樣品37-43
• 2．3．2．1 Cr~(3+)離子馴化后混合微生物樣品37-39
• 2．3．2．2 Cu~(2+)離子馴化后混合微生物樣品39-41
• 2．3．2．3 Cu~(2+)與Cr~(3+)離子馴化后混合微生物樣品41-43
• 2．3．3 難降解有機(jī)物馴化樣品43-45
• 2．3．3．1 苯馴化后混合微生物樣品43-44
• 2．3．3．2 三氯乙烯馴化混合微生物樣品44-45
• §2．4本章小結(jié)45-46
• 第三章 培養(yǎng)或馴化后混合微生物降解有機(jī)物動(dòng)力學(xué)46-54
• §3．1混合微生物降解有機(jī)物速度模型46-47
• §3．2葡萄糖生物降解實(shí)驗(yàn)流程47-48
• §3．3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論48-52
• 3．3．1 培養(yǎng)后混合微生物48-50
• 3．3．2 Cu~(2+)馴化后混合微生物50
• 3．3．3 Cr~(3+)馴化后混合微生物50-51
• 3．3．4 Cu~(2+)與Cr~(3+)馴化后混合微生物51-52
• §3．5本章小結(jié)52-53
• 本章符號(hào)說(shuō)明53-54
• 第四章 金屬電沉積過(guò)程中的極化現(xiàn)象54-72
• §4．1極化現(xiàn)象54-56
• 4．1．1 電極過(guò)程的不可逆性54
• 4．1．2 電極的極化54-55
• 4．1．3 電極過(guò)程的速度控制步驟55
• 4．1．4 金屬的電沉積55-56
• §4．2電流-過(guò)電位方程56
• §4．3平板電極表面附近的質(zhì)量傳遞模型56-58
• 4．3．1 平板電極表面附近的擴(kuò)散56-57
• 4．3．2 平板電極附近的一維非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散解57-58
• §4．4平板電極上的LSV響應(yīng)58-63
• 4．4．1 可逆反應(yīng)58-59
• 4．4．2 不可逆反應(yīng)59-61
• 4．4．3 準(zhǔn)可逆反應(yīng)61-63
• §4．5平板電極上的CV響應(yīng)63
• §4．6金屬電沉積過(guò)程極化現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究63-70
• 4．6．1 實(shí)驗(yàn)原理63-64
• 4．6．2 實(shí)驗(yàn)裝置與流程64-65
• 4．6．3 結(jié)果與討論65-70
• §4．7本章小結(jié)70-71
• 本章符號(hào)說(shuō)明71-72
• 第五章 電沉積-生物膜復(fù)合工藝處理重金屬有機(jī)廢水72-98
• §5．1實(shí)驗(yàn)裝置與工藝流程72-78
• 5．1．1 混合微生物的掛膜過(guò)程72-75
• 5．1．2 電沉積工藝流程75-76
• 5．1．3 生物膜工藝流程76-77
• 5．1．4 電沉積-生物膜復(fù)合工藝流程77-78
• §5．2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論78-95
• 5．2．1 電沉積工藝處理重金屬?gòu)U水78-85
• 5．2．1．1 電解法間歇處理含Cu~(2+)廢水78-79
• 5．2．1．2 電解法間歇處理含Cr~(3+)廢水79-81
• 5．2．1．3 電解法間歇處理含Cu~(2+)與Cr~(3+)廢水81-82
• 5．2．1．4 操作條件對(duì)重金屬電沉積的影響82-85
• 5．2．2 生物膜工藝凈化重金屬有機(jī)廢水85-89
• 5．2．2．1 培養(yǎng)后混合微生物生物膜處理有機(jī)廢水85-86
• 5．2．2．2 馴化后混合微生物生物膜處理含Cu~(2+)有機(jī)廢水86-87
• 5．2．2．3 馴化后混合微生物生物膜處理含Cr~(3+)有機(jī)廢水87-88
• 5．2．2．4 馴化后混合微生物生物膜處理含Cu~(2+)與Cr~(3+)有機(jī)廢水88-89
• 5．2．3 復(fù)合工藝凈化重金屬有機(jī)廢水89-95
• 5．2．3．1 復(fù)合工藝處理有機(jī)廢水89-91
• 5．2．3．2 復(fù)合工藝處理含Cu~(2+)有機(jī)廢水91-92
• 5．2．3．3 復(fù)合工藝處理含Cr~(3+)有機(jī)廢水92-94
• 5．2．3．4 復(fù)合工藝處理含Cu~(2+)與Cr~(3+)有機(jī)廢水94-95
• §5．3本章小結(jié)95-98
• 第六章 混合微生物好氧生物膜形成與發(fā)展動(dòng)態(tài)模擬98-116
• §6．1生物膜模擬發(fā)展背景98-101
• §6．2混合培養(yǎng)好氧生物膜形成、發(fā)展動(dòng)態(tài)模擬101-106
• 6．2．1 生物膜形成與發(fā)展模型的建立101-104
• 6．2．2 細(xì)胞自識(shí)別算法104-105
• 6．2．3 生物膜形成與發(fā)展模型求解步驟105-106
• §6．3模擬結(jié)果與討論106-114
• 6．3．1 生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)生物膜形成與發(fā)展的影響106-108
• 6．3．2 初始接種數(shù)對(duì)生物膜形成與發(fā)展的影響108-111
• 6．3．3 初始接種密度分率對(duì)生物膜形成與發(fā)展的影響111-114
• §6．4本章小結(jié)114-115
• 本章符號(hào)說(shuō)明115-116
• 第七章 電場(chǎng)強(qiáng)化好氧生物膜吸附廢水中重金屬二維穩(wěn)態(tài)模擬116-179
• §7．1生物膜吸附重金屬機(jī)理116-117
• §7．2電場(chǎng)強(qiáng)化重金屬傳遞與生物膜吸附模型建立117-120
• §7．3電場(chǎng)強(qiáng)化重金屬傳遞與生物膜吸附模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證120-122
• §7．4模型計(jì)算結(jié)果與討論122-125
• 7．4．1 電遷移速度對(duì)生物膜吸附重金屬的影響123-124
• 7．4．2 重金屬初始濃度對(duì)生物膜平衡吸附量的影響124
• 7．4．3 廢水溶液最大入口流速對(duì)生物膜吸附重金屬的影響124-125
• §7．4本章小結(jié)125
• 本章符號(hào)說(shuō)明125-179
• 參考文獻(xiàn)179-190
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明190-194
• 致謝194

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煙道氣微生物脫硫反應(yīng)器研究    馬巖巖

紅壤土壤腐蝕直接、連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究    李新義

城市生活污水中低溫高效苯酚降解菌的生理生化機(jī)制和降解特性的研究    李鳳敏

哈爾濱市城郊菜地土壤重金屬污染的研究    羅嬌贏

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短期低濃度混合重金屬污染對(duì)鯽魚乳酸脫氫酶活性的影響    閆永峰;任培麗;曹張俊;

電極-SBBR對(duì)污水的脫氮效應(yīng)研究    馬麗莉;肖廣全;陳玉成;郭玲;劉靜;

Cu脅迫下電極-SBBR的反硝化脫氮研究    楊平;楊志敏;劉靜;郭玲;熊海靈;

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電化學(xué)腐蝕法預(yù)處理難生化的染料中間體廢水研究    肖羽堂,王繼徽,張盼月

活性污泥與生物膜復(fù)合工藝處理石化廢水的研究    李敬美;金若菲;周集體;劉萬(wàn)濤;滕麗曼;

生物吸附/曝氣生物濾池處理城市污水的研究    郭保華,劉志強(qiáng),苗群,王偉,劉永峰

利用剩余活性污泥的生物吸附降低城市污水污泥重金屬含量    吳啟堂,蔣成愛,林毅,勞偉雄

pH對(duì)厭氧顆粒污泥吸附4-氯酚的影響    郜瑞瑩;王建龍;

膠質(zhì)芽孢桿菌對(duì)水中Pb~(2+)生物吸附-浮選性能研究    代淑娟;周東琴;魏德洲;劉文剛;

活性污泥對(duì)重金屬離子的吸附研究    程永清;楊晶華;胡權(quán)剛;

兩種微藻生物吸附鎘的實(shí)驗(yàn)研究    伍盈盈;

處理含重金屬離子有機(jī)廢水的研究    李天成,曹宏斌,李鑫鋼,黃國(guó)強(qiáng),王宇新

藻類對(duì)重金屬的生物吸附技術(shù)研究及其進(jìn)展    楊芬

生物吸附及含鈾廢水生物處理技術(shù)簡(jiǎn)介    胡凱光,廖建軍,黃曉乃

植物凝集素對(duì)口腔細(xì)菌凝集粘附和生物膜形成的作用    劉源;楊燃;李繼遙;周學(xué)東;

大紅釣鐘柳抑制生物膜活性成分的研究    葉淼;趙蕓;Matt Goering;Gary Eldridge;胡金鋒;

從分子到細(xì)胞——生物膜研究發(fā)展的動(dòng)力    隋森芳;

解脲脲原體生物膜與多重耐藥    葉曉敏;陸春;

生物膜納米管網(wǎng)絡(luò)中的力學(xué)    殷雅俊;

白念珠菌生物膜的形成及其耐藥機(jī)制的研究進(jìn)展    江文;楊繼君;陳興平;

新生隱球菌生物膜動(dòng)物模型構(gòu)建及PMT4對(duì)生物膜的影響    徐瑞宏;廖萬(wàn)清;

生物膜與后基因組時(shí)代    陳佺;

微電解-生物膜復(fù)合工藝處理工業(yè)電鍍廢水    靳路山;姜斌;李鑫鋼;

自然水體生物膜各組分吸附鉛鎘時(shí)共存鉛鎘間影響研究    董德明;花修藝;鄭娜;費(fèi)姍姍;李魚;

頂級(jí)專家聚蓉 研討防治“生物膜”    記者 孫琪

生物膜讓“老慢支”久治不愈    遼君

生物膜為污水處理提供新模式    田建軍

生物膜：污水處理新技術(shù)應(yīng)用的先鋒    建軒

解除細(xì)菌感染的武裝    嶺

印刷復(fù)合工藝點(diǎn)滴    

美科學(xué)家設(shè)計(jì)出硅半導(dǎo)體膜    記者 毛黎

生物膜+微孔曝氣 凈化水體初戰(zhàn)告捷    本報(bào)記者 李穎

功能性多層共擠復(fù)合工藝在食品和醫(yī)藥軟包裝中的應(yīng)用    朱根林

改變復(fù)合工藝減少殘留物確保醫(yī)藥食品包裝安全    曹春寶 李滿宏

重金屬有機(jī)廢水電生物修復(fù)及生物膜結(jié)構(gòu)與生物吸附模擬    李天成

生物膜的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的模擬研究    李雙陽(yáng)

電—微生物技術(shù)處理含重金屬離子及難降解有機(jī)物廢水    王韜

硫酸鹽還原菌生物膜電活性及腐蝕機(jī)理研究    于林

復(fù)合生物反應(yīng)器—膜分離技術(shù)處理城市污水的試驗(yàn)研究    曹斌

活性污泥和生物膜復(fù)合工藝的特性及運(yùn)行效能研究    丁永偉

生物復(fù)合工藝處理寒冷地區(qū)城市污水試驗(yàn)研究    許春生

利用磁生物效應(yīng)凈化含Cr（VI）廢水的效果及機(jī)理研究    許燕濱

生物富集/細(xì)胞萃取在痕量重金屬分離富集及形態(tài)分析中的應(yīng)用研究    鄒愛美

絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶Stk在表皮葡萄球菌生物膜形成中的作用及其機(jī)制研究    劉倩

電磁場(chǎng)—趨磁性細(xì)菌復(fù)合工藝處理含重金屬離子廢水    蔣應(yīng)平

白腐真菌對(duì)多環(huán)芳烴的生物吸附與生物降解及其修復(fù)作用    丁潔

生物膜滴濾床內(nèi)兩相流動(dòng)與傳輸特性    陳蓉

自然水體生物膜有機(jī)組分對(duì)鉛、鎘吸附特征研究    趙宇俠

大鼠銅綠假單胞菌慢性肺部感染生物膜的致病作用研究    閆萍

好氧BACF膜的形成機(jī)制與水處理應(yīng)用    何振坤

粘性放線菌在生物膜和浮游狀態(tài)合成胞外多糖的比較研究    葛劍平

變形鏈球菌單菌種早期生物膜的結(jié)構(gòu)和胞外多糖作用的初步探討    寧美芝

Ni～（2+）對(duì)變異鏈球菌單菌種生物膜影響的研究    黃弘

溶解氧和銨微電極的研制及在生物膜中的應(yīng)用研究    孟千秋