环境化学工程第4-5 生物膜强化ppt课件

1、4.5 生物膜传质过程的强化生物膜传质过程的强化1.;2021-03-28强化方式增大基质向生物膜传递过程的浓度梯度提高基质的传质速率常数加压纯氧曝气深井曝气外电场强化外电场强化#提高氧气的浓度梯度总论21 外电流对生物膜结构的影响0.00.20.40.60.81.05060708090100Porosity (%)Normalized distance within biofilms0.00.20.40.60.81.01.01.11.21.31.41.51.6Fractal dimension (-)Normalized distance within biofilms0.00.20.40.

2、60.81.05060708090100Porosity (%)Normalized distance within biofilms0.00.20.40.60.81.01.01.11.21.31.41.51.6Fractal dimension (-)Normalized distance within biofilmsC/N=0C/N=2 Distribution of porosity and fractal dimension within biofilms under various current (: 0.0A/m2 : 10.0A/m2 : 25.0A/m2) 从表层向内部：

3、空隙率由 90%逐渐减少到 55%； 分形维数由1.1逐渐增大到 1.4。 电流通过： 外层空隙率略有下降， 分形维数略有增大； 一定深度处， 空隙率比没有电流作用时略有增大， 分形维数略有减少。 3I=15A/m2 I=25A/m2 Effects of current density on the distributions of NH4-oxidizers within a biofilm： T=4d ：T=13d0100 200 300 400 5001E-41E-30.010.1110NH4-oxidizers density (*106 MPN/cm3)Distance from

4、substratum (m) 0100 200 300 400 5001E-41E-30.010.1110NH4-oxidizers density (*106 MPN/cm3)Distance from substratum (m) 电流对亚硝化细菌分布的影响电流对亚硝化细菌分布的影响2 外电流对生物膜微生物分布的影响4 电流对硝化细菌分布的影响电流对硝化细菌分布的影响2 外电流对生物膜微生物分布的影响0100 200 300 400 5001E-41E-30.010.1110NO2-oxidizers density (*106 MPN/cm3)Distance from substrat

5、um (m) 0100 200 300 400 5001E-41E-30.010.1110NO2-oxidizers density (*106 MPN/cm3)Distance from substratum (m) I=15A/m2 I=25A/m2 Effects of current density on the distributions of NO2-oxidizers within a biofilm： T=4d ：T=13d5较大电流对细菌，尤其是亚硝化细菌和硝化细菌， 有抑制作用， 使它们进一步远离生物膜表层。 结论：亚硝化细菌和硝化细菌在生物膜中呈抛物线状分布，它们在表层膜

6、中含量要远远低于其在生物膜中的平均含量。 5.0A/m2以下的直流电对生物膜中各细菌的活性和分布几乎没有影响。 63 外电场对基质在生物膜内传质的影响dxdCDCRTzFDJbbbbCvCDVCRTzFDJbbbb简化简化73外电场对基质在生物膜内传质的影响Effect of the electric field strength and the initial substrate concentration in compartment 1on the its concentration of compartment 2 020406002468C2,1.0 (mg/l) (V/m)Ca2+

7、, 1h: C10=20mg/l, : C10=40mg/l, : C10=60mg/l, : C10=80mg/l,: C10=100mg/l 随 着 电 场 强 度 增大，基质通过生物膜的速率在增加 80110iinjjjinjxjjifffdxfdxdf 微生物：01ipnjjpjpipffB. C.：物料衡算方程：sisibifiisibibfiiLxiSSSDRTzFSSLDdxdSf,2DD0,22,dxdSRTzFDdxSdDRibiibii00 xidxdS基质：物料衡算方程：B. C.：niLiidftniiifdxfbfbLYJ10det11稳定性条件： 模型方程模型方程4

8、 电流、电迁移作用下的生物膜模型90.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0HeterotrophsAutotrophsInert biomassPercentage of each speciesNormalized distance within biofilms0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0HeterotrophsAutotrophsInert biomassPercentage of each speciesNormalized distance within biofilms0.00.20.40.60.81.00

9、.00.20.40.60.81.0HeterotrophsAutotrophsInert biomassPercentage of each speciesNormalized distance within biofilms0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0HeterotrophsAutotrophsInert biomassPercentage of each speciesNormalized distance within biofilmsEffects of field strength on the steady-state species d

10、istribution 20A/m240V/m40V/m-40V/m-40V/mC/N=1C/N=24 电流、电迁移作用下的生物膜模型10正向电场将导致外层生物膜中自养菌分率增加，异养菌减少，而且越靠近生物膜表面，变化幅度越大。 4 电流、电迁移作用下的生物膜模型11102030400.10.20.30.40.5J (g COD m-2d-1)Eletric field strength (V/m)102030400.20.30.40.50.6J (g N m-2d-1)Eletric field strength (V/m)Effects of electric field strength on the fl