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关键词： ASM2D   工艺优化   能耗分析   印染废水   DE-ASM3   模型  

摘要： 本文采用活性污泥数学模型ASM2D对南方某污水处理厂的多模式AAO工艺进行模拟,优化工艺运行参数,建立能耗分析数学模型,分析了不同水量下的工艺运行规律,以及垃圾渗滤液进入污水处理厂的一级A达标率;同时研究了膜生物反应器工艺对活性染料废水的处理效果,基于ASM3模型建立染料废水降解DE-ASM3数学模型,通过DE-ASM3模型模拟MBR对活性染料RB5的降解过程。利用ASM2D构建多模式AAO工艺模型,对相关参数进行灵敏度分析和校正,实现对多模式AAO工艺的模拟,并建立了活性污泥数学模型参数集。通过改变工艺运行模式、DO值、排泥量、内回流比和外回流比,优化多模式AAO运行工艺,并通过建立能耗分析的数学模型,分析工艺优化的节能潜力。该污水处理厂的最优工艺运行模式为改良式AAO模式;控制排泥量为2,000 m3·d-1时,内回流比为100%,外回流比为50%时,出水CODCr、氨氮和TN等指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》一级B标准。对比工艺优化前后DO、排泥、内回流和外回流的能耗,其优化后DO和内回流能耗分别降低22.58%和0.84%,综合能耗可降低23.42%。通过ASM2D模型模拟三组5×104 m3·d-1改良AAO工艺不同水量分配下出水CODCr、TN和NH4+-N的达标情况。结果表明,总水量为5.0～10×104 m3·d-1时,出水CODCr和NH4+-N均符合GB18918-2002一级A标准,随着总水量增加其达标率逐渐下降。水量分配组数越多,各组水量越均匀,其出水水质更佳。单组工艺水量低于污水处理厂水量设计范围时,TN一级B达标率在90%以上。在进水无垃圾渗滤液的条件下,每天运行水量超过6.0×104m3,需要运行三组工艺才能保证一级A的达标率达到90%,三组工艺运行极限为10×104 m3·d-1。采用MBR处理不同浓度的活性染料废水,脱色率、CODCr、氨氮和总氮的去除率均值分别达到64.97%、94.70%、76.47%和59.98%以上。在染料浓度为0～30 mg·L-1范围内,整个降解过程中的平板膜阻力为5～50×1012 m-1。通过Monod方程建立染料的降解过程动力学模型,测出其最大比降解速率为(vmax)0.073 d-1和底物饱和常数为(KS)41.12 mg·L-1;以ASM3模型为基础,建立DE-ASM3模型,运用该模型对出水水质中的CODCr、氨氮和总氮浓度进行模拟,该模型可有效模拟膜生物反应器工艺处理染料废水。

关键词： 水稻秸秆   预处理   热冲击污泥   木质纤维素的性质   热冲击   响应面方法  

摘要： 矿石燃料所带来的环境污染和其总量逐渐减少等问题越来越引起人们的重视,各国科学家都在寻找无污染且可再生的替代燃料。氢气因其122kJ/g的高能量值和氧化过程只产生水的环境无害性而得到科学家们的更多关注。因水稻收获时产生的大量秸秆1.35吨秸秆/吨水稻)可以为暗发酵生物制氢提供底物,所以水稻秸秆很适合用于生物制氢。此外,以污泥形式存在的梭状芽孢杆菌联合体是最好的微生物。本文研究水稻秸秆进行生物制氢的方法。首先设计并制造了 20L的厌氧生物发生器,然后将固体含量(TS)在10%的条件下预处理的秸秆和污泥进行等比例混合消化进行生物制氢,在此过程中底物随着水添加到反应器。为了剖析温度对制氢的影响,整个过程分别在中温和高温条件下进行。研究了整个潜育期的生物制氢、pH下降值和挥发性脂肪酸生产。通过修正的Gompertz方程来计算生物制氢过程的动力学参数。生物制氢产量和比产氢速率(SHPR)分别由累积生物制氢量和生物产氢率除以挥发性固体去除量(VSrem)计算。响应面方法通过正方形模型来更好的展示结果。研究结论概括如下;1、在中温和高温条件下,研究水稻秸秆、稻壳、稻糠和大米废弃物与热冲击污泥在厌氧反应器中共同消化时的生物制氢能力。据观察,除了大米废弃物,所有废弃物的生物制氢能力随着温度从37°C至55 C°的升高而增加。在中温情况下,水稻秸秆、稻壳、稻糠和大米食物废弃物的生物制氢产量分别为36. 62、23.05、31. 25和30. 54 mL/ VSrem;高温情况下分别为 40. 04,30.27,38. 60 和 23.75 mL/ VSrem。除了大米食物废弃物,所有废弃物的生物制氢最佳pH值在7-6。水稻作物废弃物在中温和高温环境下得到的平均产量是30. 36和33. 16 mL/VSrem。2、研究了三种常见预处理(机械,汽爆和化学)对水稻秸秆在中温(37°C)和高温(55°C)条件下的生物制氢能力的影响。结果表明,固体NaOH预处理后的水稻秸秆LCH (木质素、纤维素和半纤维素)值降低最多,水稻秸秆的生物制氢能力最强。孵化温度从37℃增至55C°时生物制氢产量也增加,化学预处理方式下当温度为55°C时的产量最高,为60.6ml/VS。最佳生物制氢需要的时间基于动力学参数:36h-47h的孵化时间,这可作为水稻秸秆连续生物制氢的水力停留时间。在中温和高温环境下,生物制氢的最佳pH范围分别为6. 7±0. 1到5. 8±0. 1和7. 1 ±0. 1到5. 8±0. 1。3、研究了三种不同固态NaOH浓度(3%, 6%和9%)对水稻秸秆的纤维性能和生物制氢能力的影响。结果显示,相较于未处理的秸秆,当NaOH浓度从3%增加至9%时,纤维素、半纤维素和木质素的还原率分别为3.82%-10.332%, 10.78%-50.40%,8.12%-43.31%。NaOH浓度从3%增加到6%时,生物制氢产量在中温条件下从43.53增加到51.18mL/VSrem,在高温条件下从49. 10增加至60.60 mL/VSrem。继而当NaOH浓度从6%增加到9%时,中高温条件下的生物制氢产量分别降低11.5%和6. 4%。这是由于可能超剂量的NaOH导致了高含量的Na+。总的说来,对于NaOH处理过得秸秆而言,pH值从7. 3到5. 6为最佳范围。另一方面,VFA产量也随着时间、NaOH浓度和温度的增加而增加。4、为节约能量输入,在高温条件下研究了加热12h/天和24h/天对6%的NaOH预处理后的秸秆的影响。结果发现,在加热时间从24h/天降至12h/天时,累积生物制氢降低39%。相应的生物制氢产量由于减少加热时间下降了17%,即从60. 60 mL/VS rem降至mL/VS rem。加热时间从24h/天减到12h/天适于控制VFA产量,VFA的产量在12h/天比24h/天增加了21. 11%±2. 14%。整体而言,区间加热因其能省50%的输入能量而被认为是一个合适的选择,不过VS去除率只降低了 27%。5、用二次模型来建立累积生物制氢量、PH下降值和挥发性脂肪酸量的表面曲线,从而更好的表达生物制氢的不同预处理、PH下降值和挥发性脂肪酸量间的关系。

摘要： Bioreactors capable of subjecting cells and tissues to time-varying mechanical strain are one aspect of simulating in vivo conditions. A bioreactor to impart arbitrary strain waveforms on cells or tissue scaffolds for loading conditions found in the airway was designed and developed and, in the process, it was determined that there are sources of experimental error which could invalidate bioreactor experiments if not properly mitigated. Without effective design and validation, bioreactors can impart significantly different stimuli than the assumed experimental conditions. Cyclic strain is thought to play a role in airway remodeling by mediating cytoskeletal contraction of the airway smooth muscle. In vitro experiments have demonstrated varying changes to the cytoskeleton depending on experimental conditions. Based on literature review, the strain waveform, magnitude, mechanical properties of the substrate, and anisotropy of the strain stimulus may all affect airway smooth muscle (ASM) differentiation. A bioreactor capable of imparting a broad range of strain stimulus was developed using stepper motors as actuators to allow open-loop control. Any changes in the cells subjected to cyclic strain in these bioreactors would be assumed to correlate with cyclic strain, but a poorly designed bioreactor could introduce confounding experimental stimuli which could easily invalidate the experiment. Heat generated by the actuators can overheat the cell cultures. Vibration might alter the cytoskeletal response. Strain response across the substrate can drastically vary from modeling predictions depending on the loading conditions and how the substrate has been constrained. Methods of mitigating heat generation and transfer were developed. The vibrations emitted by the two stepper motor options were evaluated. A method of mapping the substrate was developed such that nonplanar strains across the substrate surface could be characterized to validate the experimental conditions prior

关键词： 吸附剂   活性污泥   耦合   砷  

摘要： 随着工业的快速发展,砷污染成为现代社会最严重的水污染问题之一,其治理一直是水环境领域研究的重大课题。本文采用了活性炭、改性活性炭、磁性氧化铁以及活性污泥分别处理不同浓度的含砷废水,探究其吸附动力学和吸附热力学方程,分析吸附机理,除此之外还探究了砷在活性污泥上的迁移转化规律。为了进一步改善活性污泥对砷的处理效果,将3种物理吸附剂添加到活性污泥中,与活性污泥作用单独去除砷进行比较,从实验数据中分析得出下面的结论:所研究的三种吸附剂对水中的砷都具有一定的去除效果,但吸附剂种类不同,其对砷的吸附效率不同。同时探究了初始浓度、吸附剂用量、吸附平衡时间对吸附效果的影响作用。3种吸附剂随着溶液中含砷浓度的增大,去除率略有下降。活性炭和改性活性炭在150分钟基本达到吸附平衡状态,磁性氧化铁在20分钟左右达到吸附平衡状态。活性炭、改性活性炭、磁性氧化铁随着投加量的增大,去除率增大。吸附剂的吸附动力学与热力学研究说明,在实验的浓度与温度控制范围中,活性炭、改性活性炭、磁性氧化铁对砷的吸附和二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型相吻合。活性污泥处理水中砷是一种生物去除方法。活性污泥对砷的去除是一个相对迅速的吸附过程,在2小时左右里吸附质在固液相的表面基本达到平衡状态。并且在活性污泥最大吸附量范围里,吸附量随初始砷浓度的变大而变大。在研究的浓度和温度控制范围中,活性污泥对砷的去除与二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型相吻合。因此,活性污泥对砷的吸附是一个相对复杂的过程,包含许多种不同的吸附原理。活性炭、改性活性炭、磁性氧化铁与活性污泥耦合后,对0.25mg/L砷溶液的去除率比活性污泥单独作用效果好,其中磁性氧化铁与活性污泥耦合后的效果最好,并且可以持续较长时间,能达到稳定状态。其与二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型相吻合,并且吸附剂耦合活性污泥后仍对砷吸附表现出具有良好的亲和力。同时磁性氧化铁与活性污泥耦合后的最大吸附饱和量最大,提高了处理水中砷的能力。

关键词： 双膜生物反应器   生活污水   制浆中段废水   氨氮   COD  

摘要： 本文通过研究双膜生物反应器处理模拟生活污水和制浆中段废水,并与普通生物反应器作对比,以期为双膜生物反应器的工业化应用提供参数。首先,本文实验先用模拟生活污水对污泥进行驯化,驯化结束后对污泥内优势菌种进行纯培养和鉴定。同时,通过实验过程中各类指标的检测,调整反应器处理周期,得出结论双膜生物反应器的处理周期为32h,好氧段运行周期为8h,厌氧段运行周期为24h。然后,通过调整生活污水的溶解氧(DO)浓度和pH值,研究双膜生物反应器的抗冲击能力及运行时的最佳条件。结果表明双膜生物反应器在外界条件改变时能更好的适应条件,对环境条件冲击表现出更好的抗击能力。双膜生物反应器处理生活污水的合适溶解氧(DO)浓度为3mg/L,pH值为7-8。最后实验通过不断改变中段废水与营养液的混合比例冲击反应器,考察了双膜生物反应器处理制浆造纸中段废水时的效果。结果表明双膜生物反应器在不断改变中段废水与营养液后可以很好的恢复处理能力,与普通好氧活性污泥反应器相比,化学耗氧量(COD)去除率、污泥体积指数(SVI)及混合液污泥浓度(MLSS)能在更短的时间内恢复至正常的水平。最终两反应器内化学耗氧量(COD)分别达90.6%和82.4%,混合液污泥浓度(MLSS)分别为3.876/L、3.135g/L,污泥体积指数(SVI)分别为60.33ml/g和70.28ml/g。

关键词： 国家自然科学基金   学术刊物   科学院   生物反应器   核心期刊   重点期刊   生物工程学报   酶工程   细胞工程   发酵工程   微生物工程   生物制药  

摘要： 《生物工程学报》是由中国科协批准,中国科学院主管,中国科学院微生物研究所和中国微生物学会共同主办的综合性的学术刊物,系中国自然科学核心期刊。主要报道我国生命科学领域科学和技术的新进展和新成果,刊登的内容包括:基因工程、细胞工程、组织工程、酶工程、蛋白质工程、发酵工程、生物制药、生物反应器、基因芯片等各个方面,涉及工业、农业和医学等诸多领域。刊载的文章有70%以上是获"863"、"973"、国家自然科学基金资助或属"十二五"攻关及省部级重

关键词： 钝顶螺旋藻   平板式光生物反应器   葡萄糖   抗氧化剂   通气量   光照度   高密度培养  

摘要： 螺旋藻作为保健食品或食品添加剂被广泛的人工培养并被制成片状和粉状广泛应用。生物反应器是一个进行涉及到生物或生物活性物质生产的容器。用光生物反应器高密度培养微藻也成为国内外研发的热点。中国养殖的螺旋藻主要为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)。本研究中,以钝顶螺旋藻为试材,用三角瓶和平板式光生物反应器培养,并设计不同的培养条件(添加不同浓度的葡萄糖和抗氧化剂,设置不同通气模式和光照条件),探讨其培养工艺参数的优化。结果显示,在三角瓶中,分别适当添加葡萄糖、Na2S2O3和Na2SO3,均可显著提高钝顶螺旋藻的生物量,其最适浓度分别为3、3和2 g/L;光反应器培养下,随着通气处理强度的上升,藻生物量显著增加;而逐步增大通气强度的处理下,藻生物量促进效果则更为明显;单面光源(4 500 lx)培养下的藻生物量要显著高于双面光源(9 000 lx)培养的,但是先单面光源培养,在微藻进入对数期生长时,转变为双面光源培养,其培养产量更高。进一步研究表明,与Na2S2O3相比,Na2SO3与葡萄糖组合效果更好,进一步对各条件优化显示,在葡萄糖浓度4 g/L和Na2SO3浓度3 g/L时,藻生物量达到最大值。上述研究表明,添加葡萄糖、Na2SO3、逐步增加通气强度的模式、先单面光源后双面光源培养的光照模式可明显促进钝顶螺旋藻的产量,综合优化的培养条件下,该藻体的平均生长速率和生物量可高达0.85 g DW/(L·d)和10.02 g DW/L。本生物反应器还具有动力消耗小、占地面积小、造价相对便宜、清洗方便、结构简单和容易在室内扩大规模培养等优点。本研究为扩大螺旋藻的培养规模提供了理论依据和技术方法。

关键词： 膜生物反应器   焦化废水   深度处理  

摘要： 本文对膜生物反应器的技术发展和应用实践进行介绍,根据膜生物反应器在焦化废水深度处理中试工艺的应用效果,对膜生物反应器应用于焦化废水深度处理技术的可行性进行分析.

关键词： AnMBR反应器   低温   性能   膜污染   微生物的群落结构  

摘要： 近年来,随着污水处理厂污染物排放标准的提高,对传统污水处理工艺提出了挑战。膜生物反应器因出水水质好、占地面积小等特点成为污水处理厂提标改造的主要应用技术之一。与好氧膜生物反应器相比,厌氧膜生物反应器(Anaerobic Membrane Bioreacter,AnMBR)则秉承了低能耗可持续的理念,成为污水处理领域的研究热点。但在众多学者的研究中,考察AnMBR反应器在低温条件下运行性能的并不多,此外,膜污染问题也一直限制着AnMBR反应器的工程应用。因此,本研究用孔隙较大的裂帛作为膜过滤材料,以颗粒污泥取代悬浮污泥,开发了新型的AnMBR反应器,通过该反应器低温(15℃)条件下的连续运行,着重考察了AnMBR反应器对有机物的处理效果和膜污染过程,探究了膜表面污染层作用及反应器微生物群落结构特性,以期为控制膜污染问题提供新的解决思路,为AnMBR在污水处理中的实际应用提供理论依据和技术支持。通过研究,本论文得到以下主要结论:(1)以裂帛作为膜过滤材料,以颗粒污泥取代悬浮污泥的AnMBR反应器,在低温15℃,水力停留时间HRT为3 h条件下处理模拟生活污水的挥发酸废水。进水COD平均浓度395.95 mg/L,出水COD平均浓度为39.35 mg/L,去除率为90%。进水挥发酸由乙酸、丙酸和丁酸以COD当量比例2:1:1构成,其中进水乙酸平均浓度为209.94 mgCOD/L,出水未检测到丙酸与丁酸,出水乙酸平均浓度为4.65 mg/L。较低的有机物出水浓度表明AnMBR反应器对有机物的处理效果较好。(2)AnMBR反应器运行期间,随反应器的运行时间的延续,跨膜压差TMP逐渐升高而过滤通量Flux逐渐降低,最高TMP为23.60 kPa,对应Flux为7 L/(m2·h),膜清洗时间间隔400 d,TMP增长速率为0.47.59 kPa/d,TMP增长速率与膜组件选材有关。与中空纤维膜为过滤组件的AnMBR反应器相比,裂帛为过滤材料的AnMBR反应器膜污染速率更缓慢。膜清洗前电镜扫描照片表明,膜表面黏附大量污染物,膜孔隙几乎完全被堵塞。出水颗粒物粒径和膜过滤前溶解性微生物产物SMP浓度变化检测结果表明,膜表面污染层可截留部分颗粒物质、胶体和大分子有机物。(3)低温条件下运行的AnMBR反应器内厌氧颗粒污泥活性较高,最大产甲烷速率为0.39 gCODCH4/(gVSS·d),膜表面微生物的乙酸降解活性活性折算成产甲烷速率为0.21 gCODCH4/(gVSS·d),表明膜表面微生物具有较好的乙酸降解能力。属水平上古菌菌群多样性和群落结构分析结果表明,反应器古菌主要为乙酸营养型的产甲烷毛发菌属(Methanosaeta)和氢营养型的产甲烷杆菌属(Methanobacterium),二者相对丰度分别为79.721.55%、7.379.69%,总相对丰度>98%,产甲烷毛发菌属相对丰度明显高于产甲烷杆菌属,故反应器内产甲烷途径以乙酸产甲烷为主。(4)常温(219℃)与低温(15℃)厌氧反应器内颗粒污泥群落结构对比结果表明,常温和低温条件下的微生物菌属的种类和数量基本相同,但菌属的相对丰度有所变化。低温条件下,反应器微生物菌属相对丰度明显增加的有双歧杆菌(Bifidobacterium)、暖绳菌属(Caldilineaceaencultured)、脱氯菌属(Dechl oromonas)等,相对丰度分别为4.42%、13.82%、5.45%,而常温条件下其相对丰富度接近零,表明这些菌属更适宜在低温15℃条件下生长。

关键词： 高浓度有机废水   COD   去除率   水质污染   厌氧膜生物反应器   厌氧反应器   启动特性  

摘要： 本文研究了在中温条件下厌氧无机陶瓷膜生物反应器（An MBR）处理高浓度有机废水的启动特性。讨论了在启动阶段化学需氧量（COD）、总氮（TN）、氨氮、蛋白质随时间的变化关系,以及系统稳定性指标p H、碱度对启动的影响。系统启动时间为35d。结果表明,中温An MBR系统的耐冲击负荷能力强,COD去除率高,可以稳定在92%;6%之间。反应器共运行了80d,且在较大的进水水质波动下保持系统稳定,未发生酸化现象。