Cu2+对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响

短程生物脱氮工艺在废水处理中已经得到较为广泛的应用,其反硝化过程是实现氮去除的关键步骤,而关于废水中常见重金属离子Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响尚无系统研究.选取A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,通过批次试验及SBR长期试验分别探究了Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的短期及长期影响.短期试验结果表明,Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程具有明显抑制作用,对污泥反硝化活性的半抑制浓度EC50为4. 79 mg·L-1.在长期影响试验中逐渐提高污泥对Cu~(2+)的耐受浓度,当Cu~(2+)浓度为0. 5 mg·L-1和1 mg·L-1时,污泥反硝化活性降低后均能够通过驯化恢复至原有水平;而Cu~(2+)浓度升高至3 mg·L-1后污泥反硝化性能遭到破坏且难以恢复,NO_2~--N去除率降低至10%以下,反硝化系统遭到严重抑制.但是,停止投加Cu~(2+)后污泥反硝化活性在第14 d恢复至原有水平.同时,在Cu~(2+)的长期影响过程中,EPS含量增多,对微生物抵御Cu~(2+)的毒害起到重要保护作用,促使污泥粒径增大,污泥沉降性得到提高.     

金属离子诱导Trichoderma sp.WL-Go合成纳米金特性研究

生物法合成纳米金是一种环境友好且经济高效的合成途径,受到广泛关注.普遍认为微生物合成纳米金是通过胞外分泌生物大分子而实现的一种自发脱毒过程.同时,相关研究表明低浓度的重金属离子对菌株胞外酶的活性会产生一定的影响,进而会对菌株合成纳米金的能力产生影响.基于此,本研究选择一株前期筛选得到的真菌Trichoderma sp. WL-Go,探究不同金属离子诱导菌株对其合成的纳米金特性的影响.结果表明,经Co~(2+)、Al~(3+)、Zn~(2+)、Sn~(2+)、Ni~(2+)等金属离子诱导后,菌株WL-Go合成纳米金的能力均有所提升,而Pb~(2+)、Cu~(2+)、Fe~(3+)与对照组相比,其合成的纳米金浓度及转化率都无明显变化.此外,Co~(2+)诱导菌株合成的纳米金呈现肉眼可见的团簇状,发生明显的团聚现象.本实验还考察了生物合成纳米金对4-硝基苯酚还原的催化特性,结果表明,Sn~(2+)和Pb~(2+)的诱导使菌株WL-Go合成的纳米金催化速率得到明显提升,而其他金属离子均有所抑制.最后选取革兰氏阳性菌Arthrobacter sp. W1和革兰氏阴性菌Escherichia coli BL21 (DE3)验证了不同金属离子诱导后合成的纳米金均具有良好的生物相容性.综上,本研究为对于拓宽纳米金的工业化应用前景有着重要意义.     

一种高效回收水环境中汞的方法

高效合成了3种新型芳酰胺类萃取剂(编号为1、2、3),利用原子吸收和原子荧光手段,研究了它们对水环境中Pb~(~(2+))、Fe~(2+)、Hg~(2+)、Cd~(~(2+))、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Mn~(2+)、Ni~(2+)这8种金属离子的液-液萃取性能,并横向比较了这类萃取剂结构中配位基数目对萃取性能的影响。结果发现,这3种萃取剂对Hg~(2+)较其他金属离子均具有较高的萃取率和分离因子,其中萃取剂1可将Hg~(2+)从这8种金属离子中完全分离出来;三聚体2能从Hg~(2+)、Cd~(~(2+))、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Mn~(2+)、Ni~(2+)这6种金属离子中完全分离出Hg~(2+);除Fe~(2+)外,二聚体3能从其余7种金属离子中完全分离出Hg~(2+)。这3种萃取剂的萃取能力随配位基数目增加而增强,但未呈现出正比关系,并对可能原因进行了初步分析。这类新型萃取剂的选择性能,在高效回收水环境中的汞离子方面具有潜在应用价值。     

自养脱氮污泥的亚硝化活性恢复策略

为考察自养脱氮污泥亚硝化活性快速恢复的策略,在3个反应器内分别采用不同的方法对经过长期冷冻保存后的污泥进行了恢复活性的研究.其中R1为MBR(膜生物反应器),采用低ρ(DO)(0.30 mg/L)连续流恢复策略;R2为SBR(序批式反应器),采用低ρ(DO)(0.30 mg/L)间歇流恢复策略;R3为SBR,采用低ρ(NH₄+-N)预培养-高曝气-低ρ(DO)运行三阶段的恢复策略.结果表明,R1的恢复时间为46 d,NH₄+-N氧化速率达到4.99 mg/(h·g)(以N计),最终ρ(MLSS)达到5.43 g/L;R2的恢复时间为39 d,NH₄+-N氧化速率达到4.61 mg/(h·g),最终ρ(MLSS)达到4.47 g/L;R3的恢复时间为48 d,NH₄+-N氧化速率达到5.64 mg/(h·g),最终ρ(MLSS)达到5.16 g/L. 3个反应器均能长期抑制亚硝酸盐氧化细菌的活性,使亚硝化稳定运行. 3个反应器中,R3恢复所需时间最长,但污泥活性最好; R1中的污泥活性较低,但是膜组件有效截留了污泥,达到了最高的ρ(MLSS).研究显示,通过厌氧预培养后转为膜生物反应器连续流运行的策略,可有助于污泥的极大保留及污泥活性的最大恢复.      

改性污泥基生物炭的制备及其对Cd2+的吸附特性研究

为了提高废水中Cd~(2+)的去除效率并获得高效、低成本吸附剂,以市政污泥为原料,在300℃和500℃条件下限氧热解制备生物炭(BC300和BC500)并用NaOH进行改性(NC300和NC500)。通过元素分析、扫描电镜和傅里叶红外光谱等方法对污泥基生物炭进行表征,运用吸附动力学和吸附等温线系统研究了改性前后污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明:与未改性的污泥基生物炭相比,改性污泥基生物炭的极性降低,疏水性增强;碱改性炭表面具有更多的-CH_2-,C=O和C-O等官能团,有利于水体中Cd~(2+)的吸附; 4种污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型,NC300和NC500对于Cd~(2+)的最大平衡吸附量较改性前分别提高了2倍和1.1倍。     

新型钛酸钠填料对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的竞争吸附研究

以钛酸钠纳米纤维为原材料制备新型钛酸钠填料,对水体中常见的重金属(Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+))进行竞争吸附实验研究,分析了四元、三元及双组分竞争吸附的选择性吸附特性,并探讨了4种金属离子在钛酸钠填料上的相互作用关系.结果显示,初始浓度较低时,4种离子之间的相互影响差异性不明显;随着初始浓度的升高,4种离子的竞争吸附分配系数都呈下降的趋势,竞争吸附系数大小顺序为:Pb~(2+)Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+),这与重金属离子的第一水解常数大小顺序一致.竞争吸附结果表明,水中存在Pb~(2+)时,其余3种离子的吸附都会被抑制,尤其对Zn~(2+)和Cd~(2+)的抑制更显著,即在钛酸钠填料上Pb~(2+)的竞争吸附能力最强,Cu~(2+)次之,而Zn~(2+)和Cd~(2+)的竞争吸附能力较弱,其吸附过程容易受到其他二价金属离子的抑制.     

Hg~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)胁迫下罗非鱼离体肝脏中GSH和GST的响应

以罗非鱼(Mossambica tilapia)为实验材料,研究了不同浓度的4种金属离子(Hg2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+)体外暴污对其肝脏上清液中谷胱甘肽(GSH)含量和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活性的影响,以探讨其用于污染暴露的生物标记的可能性。结果表明:暴露于上述4种金属离子的罗非鱼肝上清液中,GSH含量均为低浓度升高,高浓度降低。Hg2+、Cu2+、Zn2+处理组均在100 nmol/L时,GSH含量上升至最大值,与对照组相比,均差异极显著(p≤0.01)。GST的活性则均随着4种金属离子浓度的升高总体呈下降趋势,4个处理组GST活性的变化在整个浓度范围内的剂量-效应关系均存在一定的线性规律。实验结果表明鱼类肝上清液中GSH含量和GST活性的变化很有潜力运用于环境监测系统中,成为环境中金属离子污染的早期生物预警标志物。     

磷和金属对荣成天鹅湖水体碱性磷酸酶活性和动力学性质的影响研究

磷酸酶催化水解有机磷是水体生物有效磷的重要补充途径.以天鹅湖富营养化水体为研究对象,研究了磷和金属对水体中碱性磷酸酶的活性(APA)和动力学性质的影响.结果表明:磷酸根(PO_4~(3-))、六偏磷酸根((PO_3)_6~(-6))、焦磷酸根(P_2O_7~(4-))、β-甘油磷酸根((C_3H_4O_6P)~(2-))在0.01～1 mmol·L~(-1)范围内对APA表现为抑制作用,并且抑制作用随浓度的升高而增强:浓度为1 mmol·L~(-1)时,与对照相比,水体中APA分别降低50.8%、55.8%、52.4%和14.4%.金属Al~(3+)、Co~(2+)、Pb~(2+)和Cr~(6+)对APA的激活作用随浓度增大而增强,浓度为1 mmol·L~(-1)时,水体APA分别是空白的2.8、3.1、2.3和2.7倍.重金属Cu~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)对水体中碱性磷酸酶表现出抑制作用,3种重金属中Cu~(2+)抑制作用最显著.当Cu~(2+)浓度为1 mmol·L~(-1)时,碱性磷酸酶相对活性仅为空白的62.3%.随着Cu~(2+)、PO_4~(3-)、(PO_3)_6~(-6)、P_2O_7~(4-)浓度增大,碱性磷酸酶的最大反应速率Vmax保持基本稳定,米氏常数Km增大,因此,它们对碱性磷酸酶的抑制为竞争性抑制类型.同时,V_(max)/K_m值随Cu~(2+)、PO_4~(3-)、(PO_3)_6~(-6)、P_2O_7~(4-)、(C_3H_4O_6P)~(2-)浓度的增大而降低,催化效率降低,说明V_(max)/K_m可作为水体磷酸酶催化能力的有效指标.总体而言,含磷基团和金属离子会显著影响富营养化水体APA,将间接影响水体有机磷的转化和供磷效率.     

Ca2+对污泥硝化活性和絮凝沉降性能的影响

Ca~(2+)是微生物重要的生长因子,影响污泥的活性和絮凝沉降性能.为了研究Ca~(2+)在活性污泥体系中的作用,采用比耗氧速率(SOURAOB和SOURNOB)分析硝化菌和亚硝化菌活性的变化,利用傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和三维荧光光谱(three-dimensional excitation emission matrix fluorescence spectroscopy,3D-EEM)分析胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)组分和结构的变化,考察Ca~(2+)对污泥硝化活性和代谢产物的影响.结果表明,当Ca~(2+)浓度由0. 45 mmol·L-1逐渐提高至3 mmol·L-1时,SOURAOB和SOURNOB分别由6. 3 mg·(g·h)-1和2. 3 mg·(g·h)-1升高至10. 4 mg·(g·h)-1和3. 7 mg·(g·h)-1,EPS总量由68 mg·g-1增加至93 mg·g-1,污泥重絮凝能力(FA)增强.当Ca~(2+) 3mmol·L-1时,SOURAOB和SOURNOB均下降,FA维持在30%左右,污泥粒径持续增大.随着Ca~(2+)浓度的增加,由FTIR分析可知,LB-EPS和TB-EPS的主要组成基团均未发生明显变化,以氨基、酰胺Ⅰ和羧基为主;由EEM分析可知,LB-EPS组成未发生变化,在低硝化速率下,TB-EPS中存在腐殖酸类物质.低浓度的Ca~(2+)促进污泥硝化活性和絮凝性,高浓度的Ca~(2+)导致污泥硝化活性降低.     

养猪废水和污泥中11种兽用抗生素的同时分析技术及其在生物降解过程的应用

优化了固相萃取与高效液相色谱串联质谱联用的分析条件,使之适用于检测长三角地区养猪废水和污泥中常见的11种兽用抗生素(包括4种四环素类、2种磺胺类、3种喹诺酮类和2种大环内酯类).该分析方法对养猪废水的平均加标回收率(n=3)为73.0%~105.2%,相对标准偏差为3.1%~10.2%;对污泥的平均加标回收率(n=3)为57.4%~104.6%,相对标准偏差为1.9%~10.9%.研究膜生物反应器中抗生素的浓度变化,发现废水中抗生素以四环素类和磺胺类为主,而污泥中以四环素类为主.反应器对废水中四环素类抗生素的去除率为85.2%,其中最主要的去除途径是生物分解(51.9%),其次是污泥吸附(33.2%);而磺胺类抗生素去除率为95.8%,几乎全部是依靠生物分解,污泥吸附很少.摇瓶实验结果显示,污泥中积累的抗生素未对活性污泥的有机物降解活性和硝化活性产生明显影响.     

离子交换技术在重金属废水处理中的应用

重金属废水由于所含重金属对人类和环境的危害,需要对其进行处理。化学沉淀法被广泛应用于重金属废水的处理过程,但采用化学沉淀法处理重金属废水时,会产生大量的重金属污泥,需要妥善处理或处置。离子交换技术处理重金属废水,既可实现废水中重金属的去除,有可回收废水中的重金属,避免化学沉淀法处理重金属废水时产生大量的污泥。离子交换树脂对废水中重金属离子的选择性分离,可以更好的实现废水中重金属离子的处理和重金属离子的回收。     

硫杆菌对固化污泥中重金属浸出的影响

污泥固化后能够降低重金属的浸出风险,但是污泥中硫杆菌的活动存在再次将重金属浸出的可能。针对这种问题采用生物反应器强化固化污泥中硫杆菌的活性,研究了污泥固化前后硫杆菌的活性及重金属浸出的变化。试验结果表明污泥经过固化处理后其中的硫杆菌仍然存在一定的活性,硫杆菌的活动能够降低固化污泥的pH值同时造成氧化还原电位的升高,重金属的浸出量有所增加;但是随着固化水平的提高硫杆菌的活动受到抑制的程度越来越高,当固化水平达到5:2:2时硫杆菌已基本停止活动,不能对重金属浸出产生影响;随着固化龄期的增加硫杆菌的活性也在减弱,达到某一龄期时其活性趋于稳定,重金属浸出也趋于稳定;固化污泥中硫杆菌生物量小于某一极限值时生物沥滤难以启动,不会对重金属的浸出产生显著影响。     

典型重金属离子对厌氧氨氧化脱氮体系的影响研究进展

厌氧氨氧化工艺具有无须外加碳源、产泥量少和能耗低等优势,应用前景较为广阔。但厌氧氨氧化菌对环境条件敏感,阻碍了该工艺的推广应用。重金属离子是影响厌氧氨氧化工艺的重要环境影响因子,且不同种类、价态和浓度的重金属离子造成的影响存在较大差异。选取含氮废水中的4种典型重金属离子（Cu2+、Zn2+、Fe2+和Fe3+）,综述了其对厌氧氨氧化工艺脱氮效能的长短期影响,并从抗性基因和功能基因响应、胞外聚合物生成与微生物群落动态3个方面系统分析了重金属离子作用于厌氧氨氧化微生物菌群的内在机制。旨在全面分析重金属离子对厌氧氨氧化工艺及微生物菌群的影响,为提升厌氧氨氧化生物脱氮效能提供参考依据。     

重金属对2-氯酚厌氧降解及微生态结构的影响

研究了Cu²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺对2-氯酚(2-CP)厌氧降解及其微生态结构的影响.结果表明,重金属冲击对连续流厌氧系统具有明显的抑制作用,抑制程度为Cu²⁺>Ni²⁺>Cd²⁺;300mg/L重金属冲击使系统降解率低于30%,需驯化40d左右才能恢复,其中受Ni冲击的体系恢复较快;不同浓度金属离子对2-CP间歇降解系统的抑制作用同样为Cu²⁺>Niv²⁺>Cd²⁺;低浓度重金属离子的驯化能提高污泥对重金属的抗性,驯化后300mg/Lcu²⁺和Ni²⁺对降解速率的抑制均降低了45%左右.重金属对厌氧体系的抑制作用和对厌氧污泥微生态结构的影响之间具有很大相关性,厌氧微生态结构受Cu²⁺冲击后影响最大,受Ni²⁺影响后恢复最快.     

酵母菌与两种硫杆菌复合对污泥中三价铬的去除

研究了氧化亚铁硫杆菌LX5(Thiobacillus ferrooxidans LX5)、氧化硫硫杆菌TS6(Thiobacillus thiooxidans TS6)和耐酸性酵母菌R30(Rhodotorula sp.R30)对重金属铬(Cr³⁺)的耐受性.结果表明,700mg/L的Cr³⁺对硫杆菌LX5、TS6的生长和氧化活性影响不大,但Cr³⁺浓度大于500mg/L时明显抑制酵母菌R30的生长.酵母菌R30与硫杆菌LX5和TS6复合能明显加速污泥淋滤的进程,最佳复合比为酵母菌R30接种量2.0%,硫杆菌LX5和TS6接种量10%.分别用含酵母菌R30数量为10⁴个/mL和102个/mL的酸化污泥作接种物进行污泥淋滤,发现淋滤过程中pH值下降的速度没有明显差异,而在淋滤起始时添加2.0%的酵母菌R30,则淋滤反应提前36h结束.由此可见,在其它条件相同的污泥淋滤中,污泥中所含耐酸性酵母菌的数量是加快淋滤的关键.     

电镀污泥水热利用技术研究

采用连续式水热设备处理电镀污泥并进行重金属的分离纯化,试验研究了水热条件对污泥破解效果的影响.结果表明:每100g污泥加入150mL20%的硫酸溶液,反应温度为250℃,压力为7MPa,反应时间为8min时,电镀污泥毒性降低至一般固体废弃物标准.重金属分离纯化工艺研究表明:硫化沉铜的沉铜剂加入量为理论量的1.25倍,pH=2.0,反应温度为80℃时,沉铜率达98.1%;萃取除锌的有机相浓度为30%,O/A=2,萃取平衡时间为4min时,锌的萃取率达到94%以上;0.50倍理论用量的碳酸钙可有效促进铬镍的富集,铬的回收率达到92%以上,镍的回收率达到88%以上.     

Chemodynamics of heavy metals in long-term contaminated soils：Metal speciation in soil solution

The concentration and speciation of heavy metals in soil solution isolated from long-term contaminated soils were investigated. The soil solution was extracted at 70% maximum water holding capacity (MWHC) after equilibration for 24 h. The free metal concentrations (Cd2+, Cu2+, Pb2+, and Zn2+) in soil solution were determined using the Donnan membrane technique (DMT). Initially the DMT was validated using artificial solutions where the percentage of free metal ions were significantly correlated with the percentages predicted using MINTEQA2. However, there was a significant difference between the absolute free ion concentrations predicted by MINTEQA2 and the values determined by the DMT. This was due to the significant metal adsorption onto the cation exchange membrane used in the DMT with 20%, 28%, 44%, and 8% mass loss of the initial total concentration of Cd, Cu, Pb, and Zn in solution, respectively. This could result in a significant error in the determination of free metal ions when using DMT if no allowance for membrane cation adsorption was made. Relative to the total soluble metal concentrations the amounts of free Cd2+ (3%–52%) and Zn2+ (11%–72%) in soil solutions were generally higher than those of Cu2+ (0.2%–30%) and Pb2+ (0.6%–10%). Among the key soil solution properties, dissolved heavy metal concentrations were the most significant factor governing free metal ion concentrations. Soil solution pH showed only a weak relationship with free metal ion partitioning coefficients (Kp) and dissolved organic carbon did not show any significant influence on Kp.     

INT-ETS活性及AUR和SOUR表征污泥活性的比较

为探索快速评价重金属对污泥活性抑制情况的方法,通过投加不同体积的重金属溶液进行活性污泥培养试验,研究Cd2+、Zn2+和Cr6+对活性污泥降解NH₄+-N和COD_Cr的影响,并分别采用INT-ETS(碘硝基四氮唑脱氢酶)活性、AUR(氨摄取速率)和SOUR(比耗氧速率)3个指标分析污泥活性受重金属抑制的情况. 结果表明:重金属对活性污泥去除NH₄+-N的抑制作用比去除有机物的抑制作用更加显著,说明硝化细菌比异养菌对重金属的毒害作用更为敏感,并且NH₄+-N去除率比COD_Cr去除率更能反映出重金属对污泥活性的影响. 通过NH₄+-N去除率的抑制情况对比发现,AUR是最能有效地用于表征重金属对微生物活性毒害作用的指标. 对于Cd2+,INT-ETS活性的EC₅₀最小,为19.164 mg/L,灵敏度最高,是表征Cd2+抑制污泥活性的最佳指标;对于Zn2+和Cr6+,AUR的EC₅₀最小,分别为40.691和27.117 mg/L,灵敏度最高,是表征Zn2+和Cr6+抑制污泥活性的最佳指标. 由3种重金属的EC₅₀可以判断其毒性大小为Cd2+>Cr6+>Zn6+.      

重金属对好氧颗粒污泥性能的影响

以葡萄糖为碳源,以絮状污泥为接种污泥,以序批式污泥反应器为反应装置,考察了重金属离子锌、铜和铅对好氧颗粒污泥的稳定性及去除有机物、氨氮的影响.结果表明,在温度为25℃,pH值为7时,成功实现了好氧颗粒污泥的培养.重金属的加入使得污泥颗粒变小,在重金属离子浓度2～50mg/L范围内,三种金属离子锌、铜和铅对COD的去除率...     

Immobilization study of biosorption of heavy metal ions onto activated sludge

Activated sludge was immobilized into Ca-alginate beads via entrapment, and biosorption of three heavy metal ions, copper(Ⅱ), zinc(Ⅱ), and chromimum(Ⅱ), from aqueous solution in the concentration range of 10-100 mg/L was studied by using both entrapped activated sludge and inactivated free biomass at pH≤5. A biphasic metal adsorption pattern was observed in all immobilized biomass experiments. The biosorption of metal ions by the biosorbents increased with the initial concentration increased in the medium. The adsorption rate of immobilized pre-treated activated sludge(PAS) was much lower than that of free PAS due to the increase in mass transfer resistance resulting from the polymeric matrix. Biosorption equilibrium of beads was established in about 20 h and the adsorbed heavy metal ions did not change further with time. No significant effect of temperature was observed in the test for free biomass while immobilized PAS appeared to be strong temperature dependent in the test range of 10 and 40℃.Besides, the content of activated sludge in the calcium alginate bead has an influence on the uptake of heavy metals. The sorption equilibrium was well modeled by Langmuir isotherm, implying monomolecular adsorption mechanism. Carboxyl group in cell wall played an important role in surface adsorption of heavy metal ions on PAS.