FeS对CW-MFC系统降解活性艳红X-3B效果及过程的影响

在自行构建的人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)系统中,以砾石填料为对照,研究了FeS对活性艳红X-3B脱色效果及降解过程的影响.结果表明,加在底层区域的FeS能够显著提高CW-MFC对活性艳红X-3B的脱色效果和系统产电性能.FeS的投加使得系统脱色率在进水活性艳红X-3B浓度200mg/L、葡萄糖浓度100mg/L条件下达到99.83%.在进水活性艳红X-3B浓度100mg/L、葡萄糖浓度200mg/L条件下,FeS组最大功率密度达到0.849W/m³.活性艳红X-3B在系统中的脱色主要发生在底层和阳极区域,由紫外-可见全波长扫描图谱和GC-MS扫描图谱可知FeS在该区域促进了偶氮双键的断裂,并有利于脱色产物苯胺、三嗪结构、萘环结构的进一步降解.     

对苯二酚强化多相类-Fenton过程降解活性艳红MX-5B的效能与机理

用碱沉淀法制备的硅羟基氧化铁(Si-FeOOH)作多相类-Fenton反应的催化剂,探讨了室温条件下投加还原剂对苯二酚(HQ)对其催化H2O2降解活性艳红MX-5B的影响,同时考察了pH、H2O2浓度、催化剂Si-FeOOH投量及活性艳红浓度对活性艳红MX-5B脱色率的影响,并从溶铁量方面初步探讨了Si-FeOOH/H2O2/HQ体系降解活性艳红MX-5B的机理.结果表明,对苯二酚强化以Si-FeOOH为催化剂的多相类-Fenton反应降解活性艳红的效果显著.在pH=3,活性艳红初始浓度为10mg·L-1,对苯二酚浓度为0.55mg·L-1,Si-FeOOH投量为100mg·L-1,H2O2浓度为51mg·L-1的反应条件下,活性艳红MX-5B的脱色率达94.69%.研究还发现,活性艳红脱色率与反应体系里的铁离子浓度关系密切,表明多相类-Fenton反应中除了催化剂表面吸附催化作用外,也可能存在类似均相类-Fenton的溶液催化作用.     

耐盐菌GTY对偶氮染料活性艳红X-3B的脱色研究

为了选择耐盐菌GTY对偶氮染料活性艳红X-3B的最佳脱色条件,研究了不同环境条件对脱色效果的影响,结果表明耐盐菌GTY对偶氮染料活性艳红X-3B有较好的脱色效果,能够适应较宽范围的pH值以及污染物负荷,当pH值在7～9之间,活性艳红X-3B初始浓度在600mg/L以下,GTY菌液生长期在对数末期时脱色效果达到最佳状态,24h脱色率能达到90%左右。同时考察了GTY的不同初始接菌量对活性艳红X-3B脱色的影响,结果发现高的初始接菌量可以提高脱色速率,但是一定时间后,初始接菌量对最终脱色效果并无太大影响,兼顾节约成本和脱色效果选择最佳初始接菌量为5%。     

醌化合物强化偶氮染料的生物脱色

考察了醌还原菌群利用氧化还原介质对偶氮染料脱色的强化作用.结果表明,该菌群以AQDS(2,6-二磺酸蒽醌)作为氧化还原介质可强化多种偶氮染料的生物脱色,其中,对活性艳红KE-3B脱色的适宜条件为pH6～9;外加葡萄糖浓度0.05%～0.10%;AQDS浓度10～100mg/L;染料起始浓度≤600mg/L.在此条件下,最大脱色率约为90%,达到最大脱色率的时间<18h.该菌群能以多种蒽醌染料中间体作为氧化还原介质强化偶氮染料活性艳红KE-3B的生物脱色.     

营养源对活性艳红脱色降解体系的影响研究

选择活性艳红X-3B为脱色和降解对象，将白腐真菌固定在生化填料上构建白腐真菌生物膜反应器，并以接种活性污泥的生物膜反应器为对照，考察了营养源对活性艳红脱色降解的影响。实验表明，对白腐真菌Shu-13采用查氏培养基预培养和在反应器中投加适量蔗糖及酱油废水，均能明显提高活性艳红X-3B的脱色率。城市污水中的营养源，不足以满足白腐真菌对活性艳红X-3B的脱色降解需要，白腐真菌Shu-13对富氮条件存在依赖性。在富营养条件下，白腐真菌Shu-13生物膜反应器对活性艳红X-3B的脱色效果明显优于活性污泥。营养源及其浓度、菌种是影响pH变化的重要因素，活性污泥和酱油曲霉生物膜反应器的出水pH变化规律，与Shu-13存在明显不同，Shu-13对活性艳红X-3B的脱色过程中发生了明显的降解作用，而这种作用对生物膜恢复其污染物净化功能是至关重要。另外，酱油废水中存在的酱油曲霉属于半知菌纲的白腐真菌，其对活性艳红X-3B也有较显著的脱色降解效果。     

Al-Cu双金属体系对活性艳红X-3B的脱色研究

以典型偶氮染料活性艳红X-3B为模型污染物,采用测定染料去除率、TOC去除率、苯胺生成量的方法及添加EDTA的对照试验,考察Al-Cu双金属体系对偶氮染料废水的脱色机理和脱色动力学.结果表明,在近中性条件下处理30min后脱色率就可达到83%左右;处理120min后脱色率高达96.4%,其中约为34%的色度去除是由于活性艳红X-3B被还原为苯胺,约为20%和30%的色度去除是由于铝离子混凝和铝刨花表面吸附.染料废水脱色是一个先大量吸附再进行内电解还原逐步降解的过程,铝离子的絮凝-吸附作用能有效促进色度的去除.脱色反应可视为表观一级反应,提高反应温度可以加快脱色速率.     

不同共基质条件下3-硝基酚的好氧降解研究

采用SBR反应器,研究分别以葡萄糖和乙酸钠为共基质时3-硝基酚的好氧降解.试验结果表明:在SBR反应器中,以葡萄糖为共基质的3-硝基酚好氧降解效果比以乙酸钠为共基质的要好;保持反应器内初始COD浓度1 000 mg/L左右,在葡萄糖共基质条件下,初始浓度120 mg/L以内的3-硝基酚可完全降解;在乙酸钠共基质条件下,初始浓度40 mg/L 以内的3-硝基酚可完全降解;相同的初始3-硝基酚浓度、相同的硝基酚去除率下,葡萄糖共基质条件下3-硝基酚的平均降解速率大于乙酸钠共基质条件下的平均降解速率.     

提高平菇深层培养木质素降解酶活性和对直接湖蓝5B脱色率的探索性研究

以稻草为主要营养基质对平菇进行深层培养,研究了不同浓度(100、200、400、600、800 mg·L-1)直接湖蓝5B对平菇菌丝体产量的影响,以及平菇对不同浓度(100、150、200、250、300、400 mg·L-1)直接湖蓝5B的脱色率.此外,还研究了平菇分别与3种酵母菌(酿酒酵母、产朊假丝酵母和热带假丝酵母)混菌培养及用不同浓度(50、100、200、300、400 mg·L-1)直接湖蓝5B预适应培养的平菇菌种对木质素降解酶活性和直接湖蓝5B脱色率的影响.结果表明:100~400 mg·L-1的直接湖蓝5B均可显著提高了平菇菌丝体产量,而800 mg·L-1的染料对菌丝体的生长有显著抑制作用;染料浓度越高,平菇对其的脱色率越低,发酵时间越长,脱色效果越好.与平菇单菌发酵相比,平菇分别与酿酒酵母和产朊假丝酵母混菌培养可显著提高发酵体系漆酶的活性,平菇分别与所试3种酵母菌混菌培养时锰过氧化物酶活性均有显著增加,与产朊假丝酵母混菌培养时两种酶活性的增加量最大;用50、100、200 mg·L-1直接湖蓝5B预适应培养的菌种接种可显著提高平菇分泌的漆酶的活性,而50mg·L-1和100 mg·L-1的则显著提高锰过氧化物酶的活性.平菇分别与所试3种酵母混菌培养,以及用50 mg·L-1和100 mg·L-1直接湖蓝5B预培养的平菇菌种接种,发酵体系对直接湖蓝5B的脱色效果有显著促进作用,其中,平菇与产朊假丝酵母混菌培养时脱色率最高,达96.3%.通过比较直接湖蓝5B脱色率与漆酶、锰过氧化物酶活性之间的关系可以看出,漆酶、锰过氧化物酶活性与脱色率间基本呈正相关关系.     

染料活性艳红X-3B的微生物脱色研究

实验研究了以葡萄糖为外加碳源、由酵母膏提供氮源时不同的影响条件下紫色非硫光合细菌的混合菌种对染料活性艳红X-3B的脱色效果。结果表明,随着葡萄糖浓度的增大,脱色率反而下降;酵母膏的浓度对脱色效果影响很大,它在脱色过程中起到氮平衡的作用;当葡萄糖和酵母膏的浓度分别为0.125%和0.3%时,X-3B的脱色效果最佳。所选实验条件下,染料浓度在500mg/L以下X-3B脱色效果很好,对菌种没有明显的抑制作用;染料浓度在500～1000mg/L之间变化时,虽然对菌种有抑制作用,染料最终仍能完全脱色。温度在30℃时,pH在3～10范围内染料均有较好的脱色效果。     

酵母Candida krusei对合成染料的脱色

通过筛选实验,从土壤中新分离到1株对活性艳红K-2BP具有明显脱色效果的酵母菌株Y-G-1,经鉴定为克鲁斯假丝酵母Candida krusei.该菌株对含活性艳红K-2BP起始浓度为200mg/L的培养基,最大脱色率为99%,达到最大脱色率的时间是12h.克鲁斯假丝酵母的最佳接种量应不低于5%(体积分数),培养基最适pH在4～9之间,氮源(NH₄)₂SO₄浓度不低于0.1%,相对应的碳源葡萄糖浓度不低于0.5%.对脱色机理的研究表明,该菌株对活性艳红K-2BP的去除属于降解脱色.此外,该菌株对另外9种染料(50mg/L)的脱色率在62%～96%之间.其中,对偶氮染料弱酸艳红B、活性黑KN-B和活性红M-3BE的脱色率都达到了90%以上,对三苯甲烷染料(酸性媒介漂蓝B)的脱色率达到了93%.表明克鲁斯假丝酵母在染料废水的处理上可能具有较好地应用潜能.     

中高温条件下活性红KE-3B厌氧脱色特性和机理初探

以活性红KE-3B为例,考察了中高温条件下盐度、VFAs(挥发性脂肪酸)、污泥的吸附等对其厌氧脱色的影响,从产气量和生物气组分来探讨活性红KE-3B厌氧脱色的形式和程度,并对活性红KE-3B的厌氧脱色机理作初步探讨.结果显示,高温更有利于活性红KE-3B的脱色,脱色率可以达到98%以上,维持高脱色率的最高盐度为600mmol·L-1,并且在脱色过程中,没有发现活性红KE-3B被矿化,其主要脱色形式为初级降解.     

零价铁对脱色希瓦氏菌S12偶氮还原的促进作用

以脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)S12为实验菌株,研究了零价铁(ZVI)存在条件下微生物的厌氧偶氮还原特性及其最佳反应条件.结果表明,ZVI可显著促进菌株S12的厌氧偶氮还原速率.培养30 h后含有20 mmol.L-1微米级ZVI和S12菌的培养体系中,菌株S12对1 mmol.L-1苋菜红的脱色率达100%,比不含ZVI的S12菌培养体系和只含ZVI的体系的偶氮还原率分别提高了23.16%和94.66%;在额外含20 mmol.L-1甲酸钠的培养体系中,ZVI的存在也使S12菌对苋菜红的脱色率提高了20.54%.此外,ZVI的存在可显著提高培养体系对偶氮染料的耐受能力.在投加ZVI和菌株S12培养体系中,连续批量投加浓度为1 mmol.L-1的苋菜红可在276 h内实现11次有效脱色,而不含ZVI的S12菌培养体系中只能实现3次有效脱色.进一步的研究发现,ZVI与菌株S12协同培养体系的最适反应pH为9.0,最适ZVI投加量为60 mmol.L-1.与毫米级和纳米级ZVI颗粒相比,微米级ZVI颗粒具有更强的促进作用.本研究结果将为利用ZVI协同促进偶氮染料的生物治理效果提供科学参数.     

黄曲霉A5p1对偶氮染料的降解特性和降解途径

以黄曲霉菌株A5p1为生物材料,研究其脱色染料的广谱性,并选择偶氮染料直接蓝71（DB71）为模型底物,探讨脱色特性及降解产物.该菌株对15种染料的脱色测试结果表明,染料浓度为100mg/L时脱色效率为61.7%~100%.该菌对偶氮染料DB71具有生物吸附和生物降解的双重作用,在pH值7.0,温度30℃,染料浓度300mg/L,蔗糖为碳源时对DB71 脱色率为100%.酶分析显示葡萄糖氧化酶和锰过氧化物酶参与染料的降解.FTIR、GC-MS和LC-MS分析确定代谢终产物为萘胺、叠氮萘、2-羟基-6-草酰-苯甲酸和1-萘酚.     

湿地基质及阴极面积对人工湿地型微生物燃料电池去除偶氮染料同步产电的影响

本研究采用人工湿地型微生物燃料电池处理偶氮染料X-3B,实现降解偶氮染料同步产电的效果.为了构建性能最优的人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)系统,本研究主要从湿地基质和阴极面积两个方面研究系统构型对去除X-3B同步产电的影响,提高系统性能.研究表明以粒径10 mm、孔隙率30%的小石子作为湿地基质构造的CW-MFC系统微生物生物量最大,去除X-3B效果最好,脱色率高达92.70%,但其产电性能最差.较小的粒径和孔隙率使底层微生物生物量增加,促进X-3B的去除,但随着湿地基质粒径和孔隙率的减小,导致阴阳极营养物质不足,系统传质阻力增加,抑制了系统产电性能.X-3B的去除效果随着阴极面积的增加而提高直到阴极面积为594 cm~2时取得最大脱色率99.41%.当阴极面积继续增加时,CW-MFC系统产电性能上升趋势趋于平缓,X-3B去除效果呈现下降趋势,这是因为阴极反应过快导致更多的阳极电子输送到阴极用于产生电流,与X-3B发生反应的电子减少,阳极成为提高CW-MFC系统性能的限制因素.     

双氰胺甲醛型改性脱色絮凝剂的合成、表征及脱色性能

为提高双氰胺甲醛型脱色絮凝剂的脱色性能,以尿素、三聚氰胺为交联剂,以双氰胺、甲醛为原料制备了改性脱色絮凝剂,并用其处理模拟染料废水.研究了不同染料的初始浓度、p H值、投加量、无机盐以及与聚合氯化铝(PAC)复配使用等条件对脱色率的影响.实验结果证明改性的脱色剂具有较好的脱色性能.相同投加量条件下,未改性脱色剂的最大脱色率为89.7%,而改性脱色剂的脱色率能达到94.6%.红外光谱图表明染料分子和脱色剂发生了相互作用.单因素试验研究表明单独使用改性脱色剂时,最佳投加量为120 mg·L~(-1),单独使用PAC时,最佳投加量为60 mg·L~(-1).正交试验法确定了最优适用条件为:改性脱色剂加入量70 mg·L~(-1),聚铝加入量为50 mg·L~(-1),改性脱色剂和PAC的复配使污水处理成本下降约20%.脱色剂的改性和改性脱色剂与PAC的复配显著提高了脱色剂的耐盐性.     

Evaluation of Bacillus sp. MZS10 for decolorizing Azure B dye and its decolorization mechanism

To evaluate decolorization and detoxification of Azure B dye by a newly isolated Bacillus sp. MZS10 strain, the cultivation medium and decolorization mechanism of the isolate were investigated. The decolorization was discovered to be dependent on cell density of the isolate and reached 93.55%(0.04 g/L) after 14 hr of cultivation in a 5 L stirred-tank fermenter at 2.0 g/L yeast extract and 6.0 g/L soluble starch and a small amount of mineral salts. The decolorization metabolites were identified with ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectroscopy(UPLC-MS). A mechanism for decolorization of Azure B was proposed as follows: the C=N in Azure B was initially reduced to –NH by nicotinamide adenine dinucleotide phosphate(NADPH)-dependent quinone dehydrogenase, and then the –NH further combined with –OH derived from glucose to form a stable and colorless compound through a dehydration reaction. The phytotoxicity was evaluated for both Azure B and its related derivatives produced by Bacillus sp. MZS10 decolorization, indicating that the decolorization metabolites were less toxic than original dye. The decolorization efficiency and mechanism shown by Bacillus sp. MZS10 provided insight on its potential application for the bioremediation of the dye Azure B.     

蒽醌-2-磺酸盐强化电辅助微生物体系对偶氮染料的脱色效果

为了提高微生物对偶氮染料的降解效率,将电辅助引入微生物还原降解过程,对比研究了EAMS（电辅助微生物体系）、ECS（电化学体系）和MS（微生物体系）对偶氮染料活性艳红X-3B的降解效果,并考察了不同摩尔浓度的AQS（蒽醌-2-磺酸盐）对电微生物体系降解染料的强化作用.结果表明:反应24 h时,EAMS对活性艳红X-3B的去除率达到99.8%,比MS（去除率为61.9%）和ECS（去除率为27.1%）二者之和还要大10.8%;EAMS对活性艳红X-3B的降解过程符合一级反应动力学特征.当c（AQS）为0.050 mmol/L时,降解最快,一级动力学常数为1.962 h-1,是未添加AQS（0.2644 h-1）的7.42倍.加入AQS后,体系中电流升高,说明AQS加快了降解过程中电子传递速率.研究显示,AQS的加入实现了电极-远离电极的微生物-染料之间多相反应界面远程电子传递过程,使整个体系的微生物都可以快速发挥作用,达到强化降解偶氮染料.      

降解喹啉的微生物燃料电池的产电特性研究

通过构建双极室微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),对喹啉的降解及MFC的产电性能进行了研究.试验结果表明,当喹啉初始浓度为500 mg·L-1,葡萄糖与喹啉浓度之比为1:1,3:5,1:5时,MFC的最大输出电压分别为558 mV、469 mV、328 mV,运行周期分别为56.4 h、70h、82.5 h;最大功率密度分别为173 mW·m-2、122 mW·m-2、60 mW·m-2(按阳极截面积计算)或者35 W·m-3、24 W·m-3、12 W·m-3(按阳极室有效容积计算).MFC可实现对喹啉的高效降解,但葡萄糖的浓度对喹啉的降解速率有较大影响.当葡萄糖浓度分别为500 mg.L-1、300mg·L-1和100 mg·L-1时,使500 mg·L-1喹啉完全降解的时间分别为6 h、24 h和72 h.MFC闭路条件下对喹啉的降解速率高于开路厌氧条件下的喹啉降解速率约10%.MFC对喹啉的降解与产电速率之间存在差距,喹啉被快速降解至较低浓度(<5rag·L-1)后,MFC的产电性能才达到最优.MFC以用喹啉和葡萄糖作为混合燃料时,可以在实现高效降解喹啉的同时可稳定地向外输出电能,这为杂环芳烃类难降解有机物的高效低耗处理提供了新的途径.     

不同结构阳离子染料好氧生物脱色性能的研究

采用好氧驯化活性污泥对5种不同结构阳离子染料的生物脱色效果进行了动态观察,并在不同醋酸浓度下对脱色效果的影响进行了研究,结果表明,在好氧条件下,活性污泥对阳离子染料的脱色率较高,阳离子红GTL和阳离子艳蓝2RL(浓度为2 0mg L)的脱色率分别达93%和98% ;提高污泥浓度对染料脱色率的影响不明显;醋酸(2 0 0～12 0 0mg L)和染料(2 0～10 0mg L)浓度的改变对阳离子红2GL、阳离子红GTL、阳离子艳蓝2RL、碱性绿染料的脱色率影响不大,揭示这几种结构阳离子染料的生物脱色是吸附和后续生物降解共同作用的结果;而随醋酸浓度增加,阳离子红6B的脱色率增加,是与醋酸产生共代谢作用的结果。