硫酸鹽還原菌生物膜在廢水中生長與傳質機理研究

《硫酸鹽還原菌生物膜在廢水中生長與傳質機理研究》是依託天津大學，由康勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：硫酸鹽還原菌生物膜在廢水中生長與傳質機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：康勇
• 依託單位：天津大學

項目摘要

利用超聲精密測厚和雷射共聚焦顯微技術研究硫酸鹽還原菌生物膜在處理含重金屬離子酸性廢水時的生長動力學並以此為基礎進行過程模擬；利用離子探針技術研究硫酸鹽還原菌生物膜內部的金屬離子、硫酸根離子、硫離子、底物和產物在膜內外的傳質過程、膜內產物累積對生物膜活性的影響；分析硫酸鹽還原菌對硫酸鹽進行還原反應時體系的溶液化學特徵，尤其是生物膜內的溶液化學特徵，提出有效控制S 元素轉化形態的具體方法和措施；建立硫酸鹽還原菌生物膜三維雙向傳質動力學方程，並利用該組模型和CFD 技術對生物膜的傳質過程進行計算機模擬。

結題摘要

目前，SRB生物膜技術已廣泛的用於礦山廢水的工業化處理，但由於SRB生物膜對環境的變化和重金屬等條件比較敏感，因此需要深入研究SRB生物膜的生長及傳質過程。本項目考察各因素對SRB生物膜生長和傳質的影響，以及重金屬離子對SRB生物膜生長的傳質的影響。同時建立數學模型以模擬SRB生物膜中SO42-和硫化物的傳質過程。 首先，通過分析SRB生物膜的比生長速率，考察溫度、pH、液相流速、SO42-濃度以及C/S對SRB生物膜生長的影響。同時對比Monod單底物模型和雙底物模型對SRB生物膜生長的預測，確定Monod雙底物模型對SRB生物膜生長的描述更加準確。在SRB生物膜的生長過程中，以EPS作為SRB生物膜的代謝產物，利用Monod雙底物模型描述生物膜生長過程，建立EPS產生模型預測其產生過程。結果表明，EPS產生的動力學模型可以很好的描述SRB生物膜生長過程中EPS的產生。 其次，從巨觀角度考察SRB生物膜傳質過程，並利用傳質通量、傳質效率和傳質係數分析溫度、pH、液相流速、SO42-濃度、乳酸鹽濃度以及生物膜厚度對SRB生物膜傳質的影響。隨著溫度、pH和液相流速的升高，SO42-的傳質效率以及傳質通量增加，但傳質係數與這些操作條件的關係相對複雜。隨初始SO42-始濃度增加，傳質係數先增加後降低。當與乳酸根共同傳遞時，兩種離子的傳質過程複雜。SO42-的傳質效率，傳質通量以及傳質係數隨乳酸根濃度的增加而減小。乳酸根的傳質效率隨其濃度的增加在上升。不同厚度的SRB生物膜中的傳質存在很大差異，當SO42-單獨傳遞和與乳酸根同時傳遞的過程中，其傳質效率，傳質通量以及傳質係數都隨生物膜厚度的增加而降低。 再次，以Cu2+作為重金屬離子，考察其對SRB生物膜生長和傳質過程的影響。結果表明，Cu2+的出現影響生物膜內細胞的形態和EPS的分布，Cu2+對SRB生物膜的生長具有顯著的影響。Cu2+的出現對SO42-和乳酸根的傳質過程產生顯著影響，隨著Cu2+濃度的增加，SO42-和乳酸根的傳質效率和傳質係數逐漸減小，而Cu2+的傳質效率和傳質通量同樣隨Cu2+濃度的升高而逐漸減小。 最後，利用2-D數學模型模擬SRB的生長過程，當SO42-濃度低時容易導致SRB生物膜產生異質性，增大硫酸根濃度或Re都可以降低SRB生物膜異質性，SRB生物膜孔洞中的漩渦可以促進SO42-傳遞。