过硫酸盐活化耦合微生物燃料电池的降解结晶紫性能

利用Fe0活化Na_2S_2O_8产生具有强氧化性的SO-4·催化降解目标物结晶紫。研究不同因素(阴极液初始pH值、S_2O_8~(2-)浓度、共存离子Cl-浓度)对Fe~0/~(-1)-微生物燃料电池(MFC)体系中结晶紫降解率及产电性能的影响。结果表明,阴极液初始pH值降低和~(-1)浓度增加有利于体系中结晶紫的降解和最大功率密度的提高,阴极液共存离子Cl~-浓度的增加会阻碍结晶紫的降解,最大功率密度随Cl-浓度增加呈现先增加后降低的趋势。综合体系中结晶紫的降解率和最大功率密度,在温度为30℃,Fe~0投加量为1 mmol·L~(-1),阴极液初始pH值为3、~(-1)浓度为2 mmol·L~(-1)时,180 min后浓度为0.16 mmol·L~(-1)的结晶紫降解率达到95.62%,最大功率密度为637.245 m W·m~(-3),内阻约为400Ω。降解过程符合一级动力学方程。     

串联补给式微生物燃料电池加速处理含铜废水

微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC)可用于处理有机废水并同时处理污水中的重金属。为了对MFC处理含铜废水进行优化,采用了KMnO_4-MFC与Cu-MFC串联,通过前者产生的较高电压对后者处理含铜废水过程提供电压和功率的补给并获得额外电能,结果表明,KMnO_4-MFC在KMnO_4浓度为0.5、1、2 g·L~(-1)时输出最大功率密度分别为288、433、700 mW·m~(-2),而Cu-MFC在Cu~(2+)浓度为10 mg·L~(-1)时最大功率密度仅为218.75 mW·m~(-2),二者串联能够明显加快Cu-MFC对Cu~(2+)的回收速率,串联时Cu~(2+)的回收率可达98%,24 h回收率可达91.7%,与单独Cu-MFC相比速率提高1倍。串联后,该种方法在加速铜回收过程的同时还能获得额外的电能,其最高输出功率可达143 mW。     

微生物燃料电池降解邻苯二甲酸酯及同步产电特性

构建双室微生物燃料电池(MFC)装置,研究了分别以乙酸钠(NaAc)作单一燃料和乙酸钠+邻苯二甲酸酯(PAEs)作混合燃料条件下,MFC的产电性能及其对邻苯二甲酸酯的去除效果。结果显示,微生物燃料电池对邻苯二甲酸酯类废水的化学需氧量(COD)的总去除率可达89%~94%,对邻苯二甲酸酯的去除率均在70%以上。以2 g·L~(-1)NaAc+10 mg·L~(-1)PAEs作混合燃料时,MFC获得最大(面积)功率密度58.78 mW·m~(-2),电池内阻213.50Ω。实验结果表明,MFC能够利用高浓度邻苯二甲酸酯作燃料在实现高效降解的同时稳定地向外输出电能这为环境激素类难降解有机物的高效低耗处理提供了一种新的研究思路。     

高PHAs合成性能菌株的筛选及其条件优化

通过尼罗蓝荧光筛选,从活性污泥体系中筛得Ace-6、But-1和But-17。经DNA分子鉴定,Ace-6缺陷短波单胞菌(Brevundimonas diminuta),But-1约氏不动杆菌(Acinetobacter Johnsonii),But-17蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。采用摇瓶平行发酵实验,确定了各自的最佳碳源和氮源,并通过多因素正交实验对其进行合成条件优化。结果表明,Ace-6菌株合成条件为温度30℃、乙酸钠30 g·L~(-1)、酵母粉0.35 g·L~(-1)、pH 7.0、接种量5%,PHAs的总量可达412.02 mg·L~(-1);But-1菌株的合成条件为温度35℃、乙酸钠20 g·L~(-1)、硫酸铵0.35 g·L~(-1)、pH 7.5、接种量8%,PHAs的合成量可达392.39 mg·L~(-1);But-17菌株合成条件为温度35℃、淀粉20 g·L~(-1)、氯化铵0.35 g·L~(-1)、pH 7.5、接种量5%,PHAs可达304.70 mg·L~(-1)。     

原位生产芬顿试剂处理石油采出水

为了降低石油采出水毒性,提高其可生化性,对阴极电芬顿反应器通过电极即时产生芬顿试剂处理石油采出水进行了研究。通过实验研究分析各因素对电芬顿体系原位生产芬顿试剂效果的影响。结果表明,阴极电芬顿法处理石油采出水的体系中,在反应条件为Fe~(2+)投加量1 mmol·L~(-1),pH值3,电解质浓度5 g·L~(-1),曝气强度1 L·min-1时,阴阳两极原位生产芬顿试剂的效果最好,此时阳极自产Fe~(2+)的浓度为46.2 mg·L~(-1),阴极自产H_2O_2的浓度为6.02 mg·L~(-1),此时对石油采出水COD的去除率达到78.4%,油脂的去除率达到89.6%。     

转底炉粉尘酸浸净化液电沉积锌

对转底炉炉灰酸浸净化液电沉积锌的工艺条件和参数进行了研究,获得的电积锌最佳电积条件与参数为:锌离子浓度50 g·L~(-1),电解液pH=2,电解温度40℃,电流密度600 A·m~(-2),骨胶浓度6 mg·L~(-1)。在最佳条件下,锌电沉积电流效率接近90%,电积出的锌表面光滑平整,其纯度可达99.9%。     

硫酸铜类芬顿法去除双酚A

在水处理应用中,为解决Fenton法通常需较低pH的局限性,提出了以硫酸铜为催化剂的类芬顿反应体系,以双酚A(BPA)为目标污染物,分别考察了催化剂用量、H_2O_2用量、反应温度、BPA初始浓度和pH对BPA去除效果的影响,分析了反应过程中pH和羟基自由基浓度的变化。结果表明:在催化剂用量为0.8 g·L~(-1)、H_2O_2为78 mmol·L~(-1)、BPA为152 mg·L~(-1)、反应温度为75℃、反应时间为65 min的条件下,BPA和TOC的去除率分别为95.4%和85.9%;所建立的硫酸铜类芬顿反应体系,相比Fenton反应体系具有更宽的pH适应范围,可以在pH=3.0～10.1下进行反应,无需调节反应液的pH,且出水水质颜色好,成本低。以上研究结果可为有机废水的高效处理提供理论与技术支持,具有广阔的应用前景。     

抗坏血酸对三价铁/过氧化钙体系降解头孢氨苄的影响

通过添加抗坏血酸(AA)能够缓解铁离子形成沉淀和加速Fe~(3+)转化为Fe~(2+),催化CP产生活性氧物质(ROSs),对CFX降解起到促进作用。研究了Fe~(3+)/AA/CP体系降解CFX的Fe~(3+)浓度、AA浓度、CP浓度、初始pH等主要影响因素。结果表明:在Fe~(3+)浓度0.60 mmol·L~(-1)、AA浓度0.15 mmol·L~(-1)、CP浓度0.144 g·L~(-1)、CFX的初始浓度0.15 mmol·L~(-1)和初始pH=3.00的室温条件下,20 min内CFX的降解率可达到100%。随着初始pH升高,CFX的降解率随之降低。反应过程中降解CFX的活性物质为羟基自由基(HO·)和超氧自由基(O2-·),其中HO·对CFX降解起到主导作用。水中阴离子的影响表明,SO_4~(2-)、Cl~-对CFX的降解影响较小;但HCO3-对CFX的降解有明显的抑制作用。在处理成分较复杂的实际养殖废水实验中,发现只有提高药剂量才能达到有效降解实际废水中头孢氨苄的目的。     

电催化氧化降解水体中抗生素磺胺

采用电催化氧化方式降解水体中抗生素磺胺(sulfonamide,SA),考察SA初始浓度、溶液pH、电流强度、电解质种类和浓度对SA降解的影响,运用循环伏安法和水杨酸自由基捕获法研究电催化降解SA的作用机制,并通过LC-MS分析电催化SA的降解产物。结果表明:SA初始浓度0.12 mmol·L~(-1)、溶液pH为3.0、电流强度20 mA·cm~(-2)、电解质Na_2SO_4浓度为50 mmol·L~(-1)时,电催化氧化降解3 h后SA降解率为89.2%;电催化氧化降解SA的一级反应是直接氧化和间接氧化共同作用的过程,一部分SA分子在阳极表面通过电子转移直接氧化生成一级产物,另一部分SA分子与电解体系产生的·OH发生间接氧化,2种一级产物继续被·OH氧化,生成马来酸和富马酸。     

多羧酸改良硫代光-Fenton处理有机染料废水

使用EDDS(乙二胺二琥珀酸)螯合Fe(Ⅲ),在光照过程中活化过硫酸盐/亚硫酸盐产生硫酸根自由基,并用于处理水体中的染料橙黄Ⅱ,考察过硫酸盐/亚硫酸盐初始浓度,Fe(Ⅲ)-EDDS初始浓度以及溶液初始pH对橙黄Ⅱ降解效果的影响,并获得处理效果较好的优化体系。结果表明,Na_2SO_3-Fe(Ⅲ)-EDDS体系中,[Na_2SO_3]=5 mmol·L~(-1),[Fe(Ⅲ)-EDDS]=0.05 mmol·L~(-1),pH=3.0时,60 min内橙黄Ⅱ降解效率达98%;Na_2S_2O_8-Fe(Ⅲ)-EDDS体系中,[Na_2S_2O_8]=10 mmol·L~(-1),[Fe(Ⅲ)-EDDS]=0.50 mmol·L~(-1),pH=7.0时,120 min内橙黄Ⅱ降解效率达99%。两个体系中,Fe(Ⅲ)-EDDS均存在最佳浓度,增大或减小均导致效率降低。Na_2SO_3-Fe(Ⅲ)-EDDS体系中,溶液初始pH越大,橙黄Ⅱ降解效率越低。Na_2S_2O_8-Fe(Ⅲ)-EDDS体系中,pH高于或低于7.0时橙黄Ⅱ降解效率均降低。Na_2SO_3-Fe(Ⅲ)-EDDS体系中,亚硫酸钠浓度越大橙黄Ⅱ降解效率越高。Na_2S_2O_8-Fe(Ⅲ)-EDDS体系中,过硫酸钠存在最佳浓度,增大或减小均导致降解效率降低。     

人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水

采用人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水,考察了啤酒生产废水中不同COD浓度条件下(475、1 968、5 640 mg·L~(-1))人工湿地型微生物燃料电池对COD和氨氮的去除效果,评估了在此过程中微生物燃料电池的产电性能。研究表明,当COD浓度为1 968 mg·L~(-1)时,人工湿地型微生物燃料电池对COD的去除率最高,达到93.5%;氨氮去除率随COD起始的增加而增加,当进水浓度为5 640 mg·L~(-1)时,氨氮去除率达到70.8%。对产电性能而言,当进水COD浓度为1 968 mg·L~(-1)时,人工湿地型微生物燃料电池产电量最高,其最大电压、功率密度和电流密度分别达到280 mV、24.2 mW·m~(-2)和220 mA·m~(-2)。利用人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水具有一定的可行性,在处理污染物的同时产电,弥补了处理过程中的能源消耗,对废物资源化具有很好的应用前景。     

蒸发浓缩预处理黄姜皂素水解废液

针对黄姜皂素水解废液有机物浓度高、酸度高、可生化性差等特点,采用常压蒸发浓缩法预处理黄姜皂素水解废液,研究了初始pH值和浓缩倍数对废液主要污染物蒸发浓缩效果的影响。结果表明:初始pH值对蒸出液COD、氨氮、VFA浓度变化影响较大。pH7时,COD和乙酸浓度分别由4 045 mg·L~(-1)、1 742 mg·L~(-1)快速降低到980 mg·L~(-1)、82.9 mg·L~(-1);氨氮浓度在25 mg·L~(-1)处波动;pH7时,COD浓度在1 000 mg·L~(-1)处波动,乙酸由82.9 mg·L~(-1)缓慢降低到6.4 mg·L~(-1),氨氮浓度由26.2 mg·L~(-1)快速升高到207 mg·L~(-1)。浓缩倍数对蒸出液污染物浓度影响也很大。浓缩2~10倍,COD、氨氮、乙酸浓度分别由980、26.2、82.9 mg·L~(-1)升高到3 372、141、2 250 mg·L~(-1),对应占其污染物总量的百分比由0.66%、1.91%、1.46%升高到4.08%、18.5%、71.5%。考虑工艺设备耐腐蚀性、蒸发能耗、耗时和处理效果等因素,选择初始pH=7、浓缩5~7倍比较适宜。蒸出液经过适当处理可做工艺回用水,达到废水处理资源化、减量化的目的。     

响应面法对泡沫铜阴极电芬顿产H_2O_2与·OH性能优化

泡沫金属因其三维结构及优良导电性,使其作为电芬顿阴极开始引起学者关注。选择泡沫铜为阴极、石墨棒为阳极,搭建微孔曝气均匀的玻璃反应器,提高体系传质效率,并通过响应面探索体系产H_2O_2和·OH的机理。用响应面设计3因素(pH、电流、Fe~(2+)初始浓度)3水平实验,得到体系产H_2O_2和·OH与3种因素之间的非线性回归方程,得到最优条件:当pH=2、电流0.25 A、Fe~(2+)初始浓度为15μmol·L~(-1)时H_2O_2产量最大,为457.27μmol·L~(-1);当pH=2、电流0.25 A、Fe~(2+)初始浓度为20μmol·L~(-1)时·OH产量最多,可达18.56μmol·L~(-1)。根据方差分析,二次模型显著性很高(R_(H_2O_2)~2=0.977 8,R_(·OH)~2=0.964 2),能够很好地模拟实验结果。通过铜溶出实验分析得出铜溶出量在0.4~1.8 mg·L~(-1)之间,符合现行污水排入城镇下水道水质标准(CJ 343-2010)。     

磁性还原氧化石墨烯负载Fe~0对罗丹明B的类芬顿降解

合成了磁性还原氧化石墨烯负载零价纳米铁材料(Fe~0-MF-RGO),并在双氧水(H_2O_2)的作用下构成类芬顿试剂用于对罗丹明B(Rh B)的吸附-催化降解。通过正交实验研究了pH值、Fe~0-MF-RGO用量、Rh B初始浓度、温度和H_2O_2浓度5个影响因素。在15℃、pH值为7.0、Fe~0-MF-RGO投加量1.0 g·L~(-1)、Rh B初始浓度为50 mg·L~(-1)以及H_2O_2浓度为0.8 mmol·L~(-1)的条件下,150 min后模拟废水中Rh B的去除率达到98.17%,经5次循环使用后去除率为72.97%。     

Cu~(2+)对有机废物联合发酵产乳酸的影响

利用剩余污泥和厨余垃圾2种有机废物联合发酵,研究了在pH 7.0,温度为35℃,Cu~(2+)投加量分别为0、20、40和100 mg·L~(-1)时,乳酸的含量及其手性的变化规律。同时,探讨联合发酵过程中多糖、蛋白质、氨氮、VFA和pH与乳酸的变化关系。结果表明Cu~(2+)在低浓度时可以促进乳酸的产生:当投加量为20 mg·L~(-1),发酵第3天总乳酸最高浓度为23.22 g·L~(-1),较空白提高了77.06%,其中L-及D-乳酸浓度分别达到6.95 g·L~(-1)和16.27 g·L~(-1)。随着Cu~(2+)含量继续提高,总乳酸产量随之下降:在Cu~(2+)100 mg·L~(-1)时,乳酸最高浓度下降至16.55 g·L~(-1),获得最高值的发酵时间滞后至第6天。响应面分析表明,发酵体系中D-乳酸的光学纯度随Cu~(2+)投加量整体呈上升趋势。深入研究发现,适量Cu~(2+)在厌氧发酵体系过程中促进了多糖和蛋白质的溶出水解速度,从而提高了酸化的发酵潜力。     

含铁黏土矿物与电子传递体强化生物还原固定地下水中Cr(Ⅵ)的过程和机理分析

为了提高微生物还原固定Cr(Ⅵ)的速率,实现地下水Cr(Ⅵ)污染物的快速有效去除,采用添加黏土矿物与电子传递体的方法,考察了含铁黏土矿物NAu-2和电子传递体AQDS单独/共存条件下对希瓦氏菌Shewanella oneidensis MR-1还原固定地下水中不同浓度Cr(Ⅵ)(0.1～2.0 mmol·L~(-1))的影响。结果表明:单独添加NAu-2对不同浓度Cr(Ⅵ)生物还原过程均无促进作用;单独添加AQDS对不同浓度Cr(Ⅵ)(0.2～2.0 mmol·L~(-1))生物还原过程均产生强化作用,强化系数达到1.33～3.90;同时添加NAu-2和AQDS时,不同浓度Cr(Ⅵ)(0.2～2.0 mmol·L~(-1))生物还原时的强化作用均得到明显提升,强化系数达到2.02～10.49。此外,对比NAu-2和AQDS共存时对MR-1还原不同浓度Cr(Ⅵ)的协同促进作用,发现在低浓度Cr(Ⅵ)(0.1～0.5 mmol·L~(-1))体系中未产生协同作用(协同系数1.0),中、高浓度Cr(Ⅵ)(0.8～2.0 mmol·L~(-1))体系中产生了明显的协同作用(SF1.0),且在Cr(Ⅵ)浓度为1.2 mmol·L~(-1)时,协同效果最为明显(协同系数为2.98),说明NAu-2和AQDS对中、高浓度Cr(Ⅵ)(0.8～2.0 mmol·L~(-1))还原过程的协同促进作用差异较大。通过对不同Cr(Ⅵ)浓度条件下NAu-2、AQDS与MR-1共存的复杂体系中Cr(Ⅵ)迁移转化过程和机理进行研究,可为实际Cr(Ⅵ)污染场地修复提供新的修复思路及参考数据。     

磁性OMS-2/SBR耦合处理活性染料X-3B废水

为了深度处理印染废水,将基于硫酸根自由基的高级氧化法与序批式活性污泥法(SBR)相耦合;采用磁性氧化锰八面体分子筛(OMS-2)作为活化过硫酸氢钾(PMS)的催化剂,结果表明:当X-3B初始浓度为50 mg·L~(-1)时,PMS=0.25 g·L~(-1)、磁性OMS-2=0.25 g·L~(-1),4 h之内去除率可达93.66%。磁性OMS-2/PMS的浓度对SBR系统处理效果影响明显,低浓度磁性OMS-2/PMS(低于0.5 g·L~(-1))对SBR系统处理效果具有促进作用,高浓度OMS-2/PMS(大于或等于0.5g·L~(-1))则会抑制SBR系统处理效果;此外,低浓度磁性OMS-2/PMS能提升SBR系统的缓冲能力。     

基于UASB-缺氧好氧-混凝沉淀工艺处理印染废水的中试研究

采用UASB-缺氧好氧-混凝沉淀组合工艺处理以印染纯棉纤维、涤纶、腈纶和棉混纺织物为主的综合性印染废水。结果表明,控制UASB反应器水力负荷为0.4 m~3·(m~2·h)~(-1)冬季反应器温度低于15℃时降至0.3 m~3·(m~2·h)~(-1))、UASB进水pH=7.0~8.0、活性污泥A反应器D0=0.5~0.8 mg·L~(-1)、B反应器DO=0.2 mg·L~(-1)、接触氧化反应器采用渐减曝气且气水比12:1、混凝剂PAC(配制浓度10%)和PAM(配制浓度0.1%)投加1.2 mL·L~(-1)和0.9 mL·L~(-1)、絮凝30 min,可以实现COD、色度、氮和硫化物的同步去除,出水指标达到并优于《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)表2的直接排放标准,处理效果好。同时,工艺直接运行成本仅为0.624元·m~(-3)废水,普遍低于同类印染废水处理     

Fe~0/S_2O_8~(2-)异相芬顿与生物组合工艺处理煤化工废水尾水

为实现煤化工废水尾水低成本达标排放,采用零价铁/过硫酸盐(Fe~0/S_2O_8~(2-))异相芬顿与气升环流反应器(ALR)组合工艺对其进行深度处理并分析处理成本。结果表明,在pH为6.8、Fe~0和S_2O_8~(2-)投加量分别为2g·L~(-1)和15 mmol·L~(-1)的条件下,Fe~0/S_2O_8~(2-)体系对COD和色度去除率分别为56%和50%。气相色谱-质谱和气相色谱分析显示,尾水中难降解芳香化合物被转化成小分子有机酸,这些小分子有机酸虽然在异相芬顿反应中难以进一步降解,但容易被好氧微生物吸收和利用;出水经ALR处理后,COD和色度进一步从150 mg·L~(-1)和75倍降到48 mg·L~(-1)和25倍,总去除率达到86%和83%。由于异相芬顿反应不需调节pH且出水铁离子浓度小于9mg·L~(-1),该组合工艺在避免大量铁泥产生的同时可低成本地实现煤化工废水尾水达标排放。     

CoFe_2O_4/TiO_2/鳞片石墨粒子电极光电催化降解罗丹明B

采用溶胶-凝胶法制成CoFe_2O_4/TiO_2/鳞片石墨粒子电极,用电子扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和X-射线光电子能谱仪(XPS)对该粒子电极的形貌、晶体结构和元素组成进行分析,并将其应用于罗丹明B(Rh B)的光电催化实验;考察电解质浓度、粒子电极投加量、电压、pH和初始浓度等因素对罗丹明B降解的影响,并研究了罗丹明B的光电催化降解动力学。结果表明:光催化和电化学联合作用时,产生协同作用;在电解质Na_2SO_4溶液浓度为0.03 mol·L~(-1),粒子电极投加量为6.67 g·L~(-1),外加电压为8 V,pH为3,反应时间为45 min时,浓度为15 mg·L~(-1)的罗丹明B的去除率达到97.6%;罗丹明B的光电催化降解反应符合假一级动力学模型。