探析电场强化生物膜传质及胞外聚合物提取效率的研究

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1、天津大学硕士学位论文电场强化生物膜传质及胞外聚合物提取效率的研究姓名：钟方丽申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：李鑫钢2000.12.1、摘要‘有关生物膜胞外聚合物的提取、生物膜传质过程的强化是废水处理、微生物发酵、生物医学材料表面灭菌所面临和急需解决的问题∥本文从实验和理论上研究了电场对生物膜传质及胞外聚合物提取效率的强化作用。本文首先研究了电场对生物膜胞外聚合物提取效率的影响。t实验结果证实，在交流电流、频率不影响生物膜内微生物形态的前提下，交流电场可以加速提取剂离子的运动速率，从而促进提取效率的提高。电压一定的条件下，电流强度越大，离子的运动速率越快，提取效果越好。

2、但电流强度也不宜过高。当电场条件一定时，提取剂的选择、提取剂的浓度、pH值均对提取效率有影响。，本文又研究了生物膜内部结构特性。在生物膜内部，层密度、曲率随膜深度而增加；孔隙率随膜深度而减小。De／Db比率表示基质在生物膜内有效扩散系数相对于基质在本体溶液中扩散系数的下降程度。层密度、曲率的增加使De／D。比率下降，而孔隙率的增大使De／Db比率相应增加。根据生物膜的结构特点，本文建立了非电场条件下生物膜多孔扩散模型，模型的理论预测与实验结果吻合较好，表明所建的模型能很好地描述基质的有效扩散系数随生物膜结构的变化规律一通过电场作用下生物膜传质实验研究发现：正向电场作为加速离子扩

3、散的外推动力，可以强化生物膜传质过程。f在外加电场条件下，随正向电场强度的增加，离子扩散速率迅速增加，使传质强化幅度增大。相同电场强度下，随生物膜厚度的增加，增强系数增大4本文建立了电场作用下生物膜传质模型，并将模型的理论预测与实验结果进行了比较，两者吻合较好，表明所建模型能较好地反映电场对生物膜传质过程的影响√‘该模拟结果进一步证实电场对生物膜传质具有强化作用。～、／关键词：外加电场强化传质提取生物膜胞外聚合物。}本课题为国家自然科学基金资助项目(29976030)和教育部骨干教师资助项目Abstract‘Thestudiesontheextractionofwatersol

4、ubleextracellularpolymericsubstancesfEes)frombiofilmandthemasstransfermechanismofsubstratewithinbiofilmaretwourgentprojectstoWOrkoninthefieldsofwastewatertreatment，fermentationandsterilizationofbiomaterialsurface．Inthispaper,theenhancementofEPSextractionandmasstransferofsubstrateunderexterna

5、lelectricfieldhavebeenstudiednotonlyexpefimentallybutalsotheoretically．Itwasfoundthattheionmigrationrateincreasedunderalternatingelectricfieldandtheextractionratewasimprovedaccordinglyonthepremisethatbothelec，triccurrentand疗equeneydidnotaffecttheactivityofmicroorganisms．111eh啦erthe疳equencyWa

6、sandthestrongerthecurrentwas，thefastertherateofionmigrationandextractionwere．However'theappliedelectilecurrentand丘equencyshouldnotexceedthefixedrailge．Thechoiceofextractionagent，theconcentrationandthepHofagentweremajorinfluentialfactorsifbothelectriccurrentandf}equencyweredetermined．Thespati

7、8ldistributionofbiofilmpropertiesWasalSOinvestigatedinthisPaper．ThePorosityandtheratioofDJDhofbiofilmdecreased讯t}lthedepthofbiofilm，whilethedensityandtortuosityincreasedwiththedepth．ItWasfoundthattheresultsevaluatedbytheporousdiflusionmodel(PDM)wer