炭纤维的微生物固着机制及在污水处理中的应用研究

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1、北京化工大学硕士学位论文炭纤维的微生物固着机制及在污水处理中的应用研究姓名：马兆昆申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：刘杰2003.5.26北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：马肥甓7-,'01年瑚矽日!主兰堡笙

2、查苎竺竺竺苎兰丝苎!垫型垒至堡堂釜兰!塑垒墨兰墨——一炭纤维的微生物固着机制及在污水处理中的应用研究摘要：本论文主要借助表面元素含量、表面官能团、平衡含水率、比表面积、表面电极电位的测定，系统研究了载体表面物化特性对不同菌种的固着及活性的影响。论文内容包括三个部分：兼性反硝化微生物在炭纤维与其它载体表面的固着性对比研究及影响因素和在炭纤维表面的动力学研究；厌氧甲烷菌在炭纤维与其它载体表面的固着性对比研究及影响因素；载体尤其是炭纤维表面特性对好氧、兼性厌氧及厌氧等三种不同菌种固着(固着量和固着速度)

3、的影响规律，探讨炭纤维表面对菌种的广谱适应性。，／第一部分研究表明：改性聚丙烯腈(PAN)高强炭纤维(cF)和活性炭纤维(ACF)对兼＼性反硝化微生物固着化速度快，这与炭材料优异的生物相容性有关；ACF的固着化速度大于CF，与其比表面积大表面微孔多，吸附速度快有关。通过滴定法和XPS研究表明，在表面C，o元素含量相差不大的情况下，N元素含量对微生物固着的影响较为重要。N，o元素含量越大载体的表面润湿性越大，cF表面润湿性适中对兼性菌固着最好。适量的表面含氮、含氧官能团能使微生物的固着量达到擐大，并

4、且极性较大的含氧官能团对兼性微生物附着的影响较大。对兼性反硝化微生物动力学研究表明反硝化速率与硝氮浓度呈零级反应，反硝化菌浓度与反硝化速度成正比；改性PAN基高强度炭纤维做生物膜载体时，相对与其它有机类载体，可以在低温或少加碱仍能保持较高的反硝化速率。第二部分研究表明：疏水性表面的cF载体对厌氧甲烷菌的固着有一定优势。并且cF载体闯着化速度比有机高分子载体快。第三部分研究表明：比表面积对微生物的吸附速度影响较大，适当改性的PAN基高强度CF对好氧硝化菌、兼性反硝化菌和厌氧甲烷菌的固着化速度比较快，

5、并且ACF的固着化速度快了二高强度CF；好氧菌、兼性菌和厌氧菡对载体表面润湿性要求依次降低；相应的，对与润湿性密切相关的表面N、0元素含量的要求也依次降低。总之，本实验表明作为一种软性填料，经过适当改性的PAN基高强度炭纤维是一种生物相容性好、固着化速度快、固着量大、耐微生物分解及化学腐蚀、再生能力强、相对成本较低的优异新型微生物固着化载体。jp^一关键词：生物膜，炭纤维歹固着，表面特性，反硝化菌i厌氧甲烷菌÷篓妻兰苎篓查，曼黧堡墼篓妻塑黧烹釜整悉塞竺童釜登耋黧竖黧黧兰一——lmmobillzed

6、mechnismOfmicroorganismontheCFandtheapplizationinsewagetreatmentAbstraet：B譬{鞋基鞠lsofammeasurementof爆econtentofsurfaceelement,surfacefunctionalgroups，degreeofmoisture，specificarea，surfaceelectrode，theeffectofcarrier'ssurfacecharacteristicsoninlfnobiliza

7、tiortandactivityofdifferentbacteriumisinvestigatedsystemicinthispaper．Therearethreeaspectsinthepapehwhichareimmobilizationoffacultativedenitfifyingaerobesonthedifferentcarriers,immobilizationofanaerobeonthedifferentca牲iers，androleabouteffectofcarrier’

8、ssurfacecharacteristics，especiallyincarbonfiber(C聩Ontheimmobillzafionofdifferentmicroorganismst：chasaerobes，facult艇iveanaerobesandanaerobes．ThefirstpartofthepaperSHOWSthattheimmobilizedspeedinfaeuTtativedenimlyingaerobesisrapideronthesurfaceof