限外ろ過における生物代謝産物の生成特性と膜面付着層の形成機構に関する研究

超滤过程中生物代谢产物的产生特性及膜表面粘附层形成机制研究

基本信息

批准号：
06650602
负责人：
桃井清至
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究において,生物代謝産物(SMP)の蓄積特性を調べるとともに,膜面付着層の形成機構及び膜透過流束の変化について検討を行った。得られた結果が以下のように要約される。1.SMPの蓄積及び膜分離システムに与える影響微生物分解過程で生成された高分子SMPは運転時間の経過とともに,反応槽内に蓄積することが確認された。蓄積成分は,主に400万より大きい分子量の有機物である。この高分子成分は,微生物代謝及び膜透過性能の主な影響因子として,反応槽内微生物活性度と膜透過流束を大きく影響することが分かった。2.膜面付着層性状の時間的変化膜透過流束の減少と対応になって,ろ過抵抗及び膜面付着物量は時間的に増加することが判明した。また,付着物TOC成分の粒径分布を調べたところ,分離対象液中の溶解性成分と固形性成分は,各ろ過段階において互いに優先的に膜面に付着することが分かった。膜面付着層形成機構の解明膜面にSMPと生物菌体の付着及び付着層表面自由エネルギーに関する解析により,膜面付着層の形成が次のような三段階と推定される。(1)SMPのような溶解性成分の初期付着により膜表面自由エネルギーが低下し,菌体は付着しやすい膜面が形成される。(2)SMPの存在で界面自由エネルギーが低いレベルに保たれ,菌体が迅速に膜面に付着しろ過抵抗は時間とともに増加する。(3)膜面の付着菌体が増殖し,ECPなど細胞外物質を分泌した結果,ゲル層抵抗は大きくなる。4.膜透過流束の変化に関する数学的解析及び膜分離バイオリアクターの設計・操作条件の体系化濃度分極モデルとろ過抵抗モデルに基づき,膜透過流束の時間的変化及び操作条件による変化をモデル化した。各影響因子及びパラメーターを整理し,生物反応系と膜分離工程の最適化を行い膜分離バイオリアクターの設計・操作の体系を構築した。

在这项研究中，我们研究了生物代谢产物（SMP）的积累特性，并检查了形成膜曲面层的机理和膜渗透通量的变化。所获得的结果总结如下：1。SMP的积累及其对膜分离系统的影响，证实了在微生物分解过程中产生的聚合物SMP会随着时间的推移积聚在反应容器中。积累成分主要是有机物，分子量大于400万。已经发现该聚合物成分对反应堆中的微生物活性和膜渗透通量有重大影响，这是微生物代谢和膜渗透性能的主要影响因素。 2。膜表面粘附层的特性中的时间变化，发现过滤性和膜表面粘附的量会随时间增加，这与膜渗透通量的降低相对应。此外，当检查了粘附TOC成分的粒径分布时，发现目标液体中的可溶性和固体成分在每个过滤阶段都在膜表面优先粘附在目标液体中。基于对SMP和生物细胞在膜表面上的粘附和粘附层的自由能的分析，阐明了形成膜表面粘附层的机制，据估计，膜表面粘附层的形成在以下三个阶段。（1）诸如SMP之类的可溶成分的初始附着会降低膜表面的自由能，并形成容易粘附在细菌上的膜表面。（2）在SMP存在的情况下，界面自由能保持在低水平，并且细菌迅速粘附在膜表面，并且过滤耐药性随着时间的推移而增加。（3）由于膜表面上的粘附细胞增殖并分泌细胞外物质（例如ECP），对凝胶层的耐药性增加。 4。基于浓度极化模型和过滤抗性模型的膜渗透通量的变化以及膜分离生物反应器的系统化设计和操作条件的数学分析，对膜渗透通量的时间变化以及操作条件引起的变化进行了建模。组织了每个影响因子和参数，并优化了生物反应系统和膜分离过程，以创建用于膜分离生物反应器的设计和操作的系统。