“三合一”微生物燃料电池的产电特性研究

为了降低内阻,尽可能提高微生物燃料电池的输出功率,提出了一种将阳极、质子交换膜和阴极热压在一起的"三合一"膜电极形式的微生物燃料电池,并考察了其在接种厌氧污泥条件下对乙酸自配水的产电特性.该"三合一"电池在稳定运行条件下电池内阻约为10～30Ω,远低于现已报道的其它形式的微生物燃料电池的内阻.目前该"三合一"型微生物燃料电池最大输出功率密度约300 mW·m-2,库仑效率约50%.试验结果表明,在一个间歇运行周期中,电池内阻增加是引起输出电压降低的最主要原因.同时在不同的外阻条件下,需要降低极化的重点不同.     

榨菜废水MFC多周期运行产电性能及COD降解

构建了双室微生物燃料电池系统(MFC)处理高盐高浓度榨菜废水,实现了污水处理与能量回收的双重目的.高盐高浓度榨菜废水MFC多周期运行过程中性能研究表明,该MFC可长期、高效、稳定运行.在1000Ω外接电阻间歇运行条件下,电池运行至第5周期时产电性能达到最佳,最大功率密度、电池内阻及开路电压分别为:7.44W/m~3、88Ω、746mV,COD去除率及库伦效率分别为:(65±2.5)%、(19.3±1)%.启动成功后污染物去除效果随运行时间的延长缓慢提高,运行至第8周期时COD去除率为(73±3.3)%,而库伦效率缓慢降低,最大库伦效率为(19.3±1)%.此外,随着运行时间的延长阳极出水pH值不断减小,酸化程度不断加重.在长期运行过程中系统稳定功率输出所对应的外阻为500Ω左右.实验过程中功率密度和极化曲线出现了回折现象.     

微生物燃料电池表观内阻的构成和测量

将微生物燃料电池内部各种阻力用表观内阻统一表征,在建立其等效电路的基础上将表观内阻分为欧姆内阻和非欧姆内阻2部分.通过稳态放电法测量微生物燃料电池表观内阻,在改变外电阻后稳定时间需要60 s以上方能保证测定准确性,通过稳态放电法测定一室型微生物燃料电池的表观内阻为289 Ω,当外电阻等于表观内阻时微生物燃料电池对外输出功率达到最大,为241 mW/m²;通过电流中断法测量一室型微生物燃料电池的欧姆内阻为99 Ω,测定结果与断电前电流强度无关;当一室型微生物燃料电池对外供电分别处于活化极化区、欧姆极化区和浓差极化区时,非欧姆电阻占总内阻的比例分别为93％、66％和75％,在电池对外供电达到最大时非欧姆占总内阻比例最低.提高微生物燃料电池产电能力需要同时降低电池的欧姆内阻和非欧姆内阻.     

地铁运行状态变化下杂散电流对埋地管道干扰数值模拟

目的 研究地铁系统运行状态多变性导致地铁杂散电流对埋地管道的干扰规律.方法 构建具有多个牵引区间、排流网、地铁站接地系统及停车场的地铁系统,埋地管道及其阴极保护系统等模型,基于数值模拟方法,采用专业软件计算地铁机车数量、位置及牵引电流变化,地铁排流网、站内接地系统和停车场与线路轨道电导通状况等地铁运行状态变化下轨道对地电位分布,轨道和排流网泄漏杂散电流密度分布,接地系统和停车场杂散电流量、以及杂散电流干扰时的埋地管道电位分布,分析确定地铁运行状态变化下杂散电流对埋地管道干扰规律.结果 地铁系统采用焊接而成的长走行轨回流时,任何牵引供电区间内运行的机车及电流变化,均会对靠近地铁线路的埋地管道造成干扰,干扰有叠加效应.干扰最大位置出现在埋地管道与轨道的交叉点或并行段,且并行间距越小,最大干扰水平越接近交叉点处的干扰水平.当地铁排流网、站接地系统和停车场轨道不与线路轨道电连接时,能够一定程度降低干扰水平,当与轨道在局部电连接时,会使得邻近埋地管道所受干扰程度剧增.结论 地铁运行状态变化致使埋地管道电位波动,且波动程度与机车运行状态、接地系统或停车场轨道频繁与线路轨道电连接状态、排流网性能及工作状态等地铁运行状态息息相关,在干扰检测和防护中应关注地铁运行状况变化.     

曝气稳定塘处理农村生活污水曝气控制条件研究

通过试验研究曝气稳定塘处理农村生活污水水力停留时间、曝气过程中塘内溶解氧和污泥浓度分布以及不同曝气周期对处理效果影响等问题,以期获得较好的处理效果和经济的能耗.结果表明,本试验曝气稳定塘条件下,4 d为本曝气稳定塘的最佳水力停留时间,间歇运行中曝气时间应该大于15 min,曝气稳定塘中各点在2～10 min内污泥浓度可逐渐达到平稳,各污染物去除效果最好的曝气周期为0.5 h曝气/1.0 h停气.     

微生物燃料电池表观内阻的构成和测量

将微生物燃料电池内部各种阻力用表观内阻统一表征,在建立其等效电路的基础上将表观内阻分为欧姆内阻和非欧姆内阻2部分。通过稳态放电法测量微生物燃料电池表观内阻,在改变外电阻后稳定时间需要60s以上方能保证测定准确性,通过稳态放电法测定一室型微生物燃料电池的表观内阻为289?,当外电阻等于表观内阻时微生物燃料电池对外输出功率达到最大,为241mW/m2;通过电流中断法测量一室型微生物燃料电池的欧姆内阻为99?,测定结果与断电前电流强度无关;当一室型微生物燃料电池对外供电分别处于活化极化区、欧姆极化区和浓差极化区时,非欧姆电阻占总内阻的比例分别为93％、66％和75％,在电池对外供电达到最大时非欧姆占总内阻比例最低。提高微生物燃料电池产电能力需要同时降低电池的欧姆内阻和非欧姆内阻。     

MBR系统内丝状菌污泥膨胀的分子生态学解析

膜 生物反应器 (MembraneBioreactor ,MBR)工艺是目前污水处理技术的研究的热点之一 .以前大部分研究集中于宏观工程参数控制和活性污泥特性对系统运行的作用过程 ,针对系统内活性污泥的分子生态学研究尚少 .本文在长期试验运行基础上 ,发现丝状菌在MBR运行过程中容易大量增殖形成污泥膨胀 ,对系统的处理效率及膜污染造成一定影响 .为了对其膨胀发生过程及变化进行深入的机理解析 ,本研究利用荧光原位杂交 (FluorescentinSituHybridization ,FISH)分子生物学分析技术 ,对MBR系统内丝状菌污泥膨胀的发生过程进行了跟踪研究 .发现引起膨胀的丝状菌主要是 0 2 1NⅡ型丝状细菌 ,G2M探针杂交后的丝状菌相对量的变化逐渐升高 .     

基于微生物燃料电池的污泥热值检测系统

针对现有的污泥热值分析方法所需仪器复杂、检测步骤繁琐、耗时长等问题,开发了一种基于微生物燃料电池(MFC)的污泥热值检测系统,考察了该系统用于污泥热值检测的可行性.结果表明,以污泥为底物的MFC运行良好,在最佳外阻(300Ω)下可以得到较高的输出功率.MFC可在较短的时间内(2~14h)完成启动,并在最大电流下持续稳定运行56h以上.污泥热值与MFC的产电电流呈现良好的线性相关性,由此确定出估算污泥热值的计算公式,可以准确估算污泥热值.     

污泥微膨胀状态下短程硝化的实现

为了实现"低氧丝状菌活性污泥微膨胀"和短程硝化的结合,本试验采用SBR反应器,研究了在微膨胀状态下,短程硝化的启动方法和短程硝化启动过程中污泥沉降性的维持策略.分析了水质、pH、DO和温度等环境因素以及混合液流态、曝气方法和进水方式等运行条件对污泥沉降性的影响.结果表明,在pH处于7.2~8.0,温度处于20~25℃时,通过维持低溶解氧和准确控制曝气时间可以逐步在污泥微膨胀状态下实现短程硝化.系统运行160个周期后,亚硝酸盐积累率可从28%逐步上升到80%.通过改变进水体积交换率和辅助调节曝气量的方法可以有效维持活性污泥的沉降性.在污泥微膨胀状态下,VER在0.25~0.33适时调节,可控制污泥容积指数在150 mL/g附近小幅波动.在好氧阶段后期,会出现溶解态总氮浓度的小幅上升.     

缺氧条件下进水时间与溶解氧对底物贮存的影响

采用6个缺氧-好氧SBR反应器,考察了进水时间及溶解氧(DO)浓度对活性污泥系统中底物贮存的影响.缺氧进水条件下,进水时间的长短对底物贮存影响并不明显.进水时间由10min延长至60,90,120min时,各SBR系统内聚-β-羟基烷酸(PHA)贮存量依次小幅下降,最大差值为0.21mmolC/L, fPHB/HAc值在0.84~0.90范围内波动. 好氧曝气阶段控制低DO(0.5mg/L)运行比高DO(2.0mg/L)运行条件更有利于提高PHA的贮存量,90min进水时,高、低DO条件下PHA的平均合成量分别为3.1,5.0mmolC/L.而突然将进水时间90min缩短至10min,使得高、低DO系统中底物贮存量均增大,而高DO系统中底物贮存量的增长更为明显.     

沉积物扰动持续时间对悬浮物中磷形态数量分布的影响

为了探讨沉积物扰动时间(分别扰动10 min和9 h)对悬浮物中形态磷转化的影响,以太湖月亮湾沉积物和上覆水为对象,开展室内模拟试验,分析悬浮物中不同形态磷间的转化过程.结果表明,扰动时间越长,上覆水溶解性总磷(DTP)含量越高.对照试验中,上覆水中DTP含量远高于扰动试验.磷形态分析表明,随着试验时间的延长,扰动作用下(10 min,9 h),铁铝结合态磷(Fe/Al-P)占总磷(Tot-P)的质量分数逐渐降低,第10 d分别降至42.5%(10 min)和38.1%(9 h).试验结束,则有所升高.相反,钙结合态磷(HCl-P)占Tot-P的质量分数则在第10 d分别达到最大(48.9%,10 min)和(53.7%,9 h).这说明沉积物扰动促进了悬浮物中易释放态磷向难释放态磷的转化.     

游离氨(FA)协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响

采用3个序批式反应器(SBR)(R0:硝化结束时停曝气;R_(0-30):硝化结束提前30 min停曝气;R_(0+30):硝化结束延迟30 min停曝气),控制3种游离氨(FA)浓度梯度(0.5,5.1,10.1 mg/L)协同3种曝气时间(t0:硝化结束时停曝气;t0-30:硝化结束提前30 min停曝气;t0+30:硝化结束延迟30 min停曝气)的条件下,研究了FA协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响。结果表明:整个试验过程,在初始FA浓度相同条件下,R0和R_(0+30)系统NH+4-N平均去除率分别为98.6%和99.3%,而R_(0-30)系统NH+4-N平均去除率仅为72.3%。在较低FA浓度(0.5,5.1 mg/L)条件下,随着曝气时间增加,活性污泥的污泥沉降比(SV30)值和污泥体积指数(SVI)值均逐渐降低,污泥沉降性能趋好。在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,随着运行周期的增加,污泥沉降性能逐步变好,R_(0-30)系统的SVI平均值最大,R_(0+30)系统次之,R0系统最小,其值分别为165.1,152.5,134.5 m L/g,且污泥活性f平均值大小顺序fR_(0-30)>fR0>fR_(0+30),其值分别为0.77、0.70和0.65。这表明在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,曝气时间延长,导致污泥活性降低。     

不同构型人工湿地基质中土著菌的耐药性及整合子丰度调查

采用Kirby-Bauer纸片琼脂扩散法分析了夏、冬季节9个不同构型人工湿地中的葡萄球菌(Staphylococcus)、假单胞菌(Pseudomonas)两种土著菌对7种常用抗生素的耐药性,并通过荧光定量PCR检测人工湿地基质中Ⅰ型整合子(int1)的丰度.结果表明,共分离出的522株葡萄球菌和543株假单胞菌,约84%的菌株对所测试的抗生素具有耐药性,多重耐药率达到68%以上,MRI指数平均为0.22,与某些环境中人源或动物源细菌耐药水平相当,表明人工湿地基质土著菌具有较高水平的耐药性;两种土著菌对氨苄西林和复方新诺明的耐药率较高,四环素、庆大霉素和环丙沙星的耐药率均极低(3%),而对头孢他啶和氯霉素的耐药性呈现差别.湿地基质中int1基因的浓度为1.14×105~5.66×105copies·g-1,其相对丰度为0.54%~3.68%.季节和湿地工艺对细菌耐药和整合酶基因分布有较大影响.夏季2种细菌的抗生素耐药率、多重耐药指数和int1丰度均显著高于冬季;下行垂直流湿地中的抗生素耐药率、多重耐药指数(MRI)最高,而在水平潜流湿地中int1丰度最高.研究表明人工湿地基质的土著菌长期暴露在一定浓度抗生素和耐药肠道菌的生活污水环境下获得了耐药性,人工湿地中抗生素耐药菌和耐药基因的污染及环境风险不容忽视.     

香溪河库湾底泥营养盐释放规律初探

受水库调度带来的扰动影响,河道型水库支流库湾河口底泥营养盐释放为水体富营养化和水华暴发增加了风险。文章通过在香溪河库湾河口采集底泥和水样,室内模拟扰动条件下,藻类外吸收源、扰动及底泥-水界面浓度梯度对底泥营养盐释放的影响。结果表明:扰动及外吸收源并存时,底泥氮磷释放量增大;扰动作用对磷释放影响较底泥-水界面浓度梯度弱,但对氮释放影响较底泥-水界面浓度梯度影响大;底泥释磷量随底泥-水界面浓度梯度升高而增大,释氮量则受其影响较小。三峡水库泄水和水华暴发、藻类大量繁殖将促进香溪河库湾底泥营养盐释放。     

沉淀时间及生物膜对实际生活污水形成好氧硝化颗粒污泥的影响

利用3个间歇式活性污泥反应器（sequencing batch reactor,SBR,命名为R1、R2、R3）和1个间歇气提式内循环反应器（sequencing batch airlift reactor,SBAR,命名为R4）,处理低碳氮比实际生活污水,系统考察改变沉淀时间的方式及器壁生物膜对快速启动硝化好氧颗粒污泥（aerobic granular sludge,AGS）反应器的影响.结果表明,R1、R2、R4的沉淀时间骤降为2、4、2 min,由于一次性施加的沉速选择压过强,造成污泥大量流失,反应器崩溃,而后反应器器壁不断长出生物膜,混合液和出水中出现大量絮状、棒状、颗粒状污泥,经过35～40 d的培养,出水NH⁺₄-N小于1 mg/L,这主要是器壁生物膜的作用.反应器中的松软颗粒状污泥并非AGS,但它和AGS周围都有大量的轮虫等原生动物和后生动物,这表明生物膜和AGS同源.根据污泥沉淀的实际情况,逐步降低R3反应器的沉淀时间为8、6、5、4 min,当沉速达到10 cm/min时,污泥开始颗粒化;沉速达到12 cm/min时,污泥颗粒化基本完成,共经历了33 d.AGS与絮状污泥长期共存,以0.3 mm为界,两者质量比约为2∶1,AGS平均粒径在0.5　mm左右, NH⁺₄-N降解速率是污泥未颗粒化之前的5倍.     

底泥间歇扰动-沉降过程对静止水体中生物有效磷的影响

通过模拟试验研究了底泥间歇扰动-沉降过程(每天底泥扰动10 min,然后静置沉淀1 430 min,共持续17 d)上覆水中生物有效磷(BAP)的变化规律.结果表明,每次底泥扰动后0 h,BAP含量显著升高,并在第1 d(第1次扰动)达到最高值(2.82mg.L-1);然而,随着静置沉淀时间的延长(1、6、24 h),BAP呈逐渐下降的趋势.另外,随着底泥扰动次数的增加,各采样时段(0、1、6、24 h)的BAP均明显降低,但每次扰动后0 h时的BAP含量仍远高于其它时段(1、6、24 h),这主要是由于底泥扰动导致BAPP的"瞬间释放"所致,试验过程中此时段的BAPP/BAP平均值高达95.3%.随着静置沉淀时间的延长,这一比值逐渐降低.试验开始后的第5 d,每次底泥扰动后0、1、6、24 h时的TDP达到平衡浓度(0.053、0.062、0.051、0.045 mg.L-1),而且TDP在BAP中所占的比重也逐渐降低.说明底泥扰动抑制了BAPP向TDP的转化,"延缓"了静止水体富营养化发展进程.底泥中内源磷形态分析也表明,底泥扰动后,难释放态磷占总磷的百分比由原底泥中的72.8%升至77.3%,其主要与闭蓄态铁铝结合态磷含量增加有关.说明底泥扰动促使易释放态磷向难释放态磷转化.     

扰动强度对太湖水华微囊藻群体生长和叶绿素荧光的影响

风浪扰动在湖泊和水库中频繁发生,是影响湖泊生态系统的重要因素之一.为了解太湖风浪扰动对水华微囊藻群体生长的影响,并探究其影响机理,利用室内摇床试验,设置不同的扰动强度（0、50、100、200、400 r/min）来模拟太湖风浪扰动,扰动时间为24 h,并测定不同扰动强度下水华微囊藻群体生长和叶绿素荧光参数.结果表明,所有试验组中,100 r/min组的ρ（Chla）、微囊藻数量、F_v/F_m（潜在最大光合效率）、ETR_max（潜在最大光合速率）、I_k（半饱和光强）和α（光能利用效率）增加最快,试验结束时分别为扰动前的3.29、10.75、1.20、2.30、2.21和1.21倍;并且扰动结束后,100 r/min组中3~10细胞群体细胞数量占比由25.80%降至20.70%,显著低于对照组（P < 0.05）,而>10细胞群体细胞数量占比由0增至25.55%,显著高于对照组（P < 0.05）.方差分析表明,试验第7~11天,100 r/min组的ρ（Chla）、水华微囊藻数量、F_v/F_m、ETR_max和α显著高于对照组（P < 0.05）;第1~5天,400 r/min组的ρ（Chla）、ETR_max和I_k显著低于对照组（P < 0.05）.研究显示,适宜的扰动强度（100 r/min）促进水华微囊藻群体生长和光合活性,过高的扰动强度（400 r/min）则抑制水华微囊藻群体生长和光合活性.