电气石负载聚氨酯泡沫作为生物载体强化2,4,6-三氯酚还原

2,4,6-三氯酚在环境中广泛分布,是典型的持久性有机污染物.脱卤呼吸菌能还原分解氯酚,使其毒性大大降低,继而被其他微生物氧化分解并矿化.然而脱卤呼吸菌在自然环境中丰度较低,代谢速率慢,对电子利用能力较差,因此传统的生物添加或生物激活等原位修复方法往往导致效能受限,可应用性差.本研究驯化富集了具有稳定厌氧还原脱氯2,4,6-三氯酚能力的混合菌群,在添加乙酸钠（5 mmol·L^-1）和氢气（10 mL）的情况下,在6 d内将2,4,6-三氯酚还原脱卤为4-氯酚.研究采用聚氨酯泡沫作为生物载体材料,在聚氨酯泡沫表面负载电气石,发现在无氢气额外添加的情况下,2,4,6-三氯酚的还原脱氯速率提高了6倍,且脱卤性能稳定.对强化后混菌的群落结构及潜在核心脱氯功能菌属进行分析,16S rRNA测序鉴定结果表明假单胞菌属（Pseudomonas sp.）在混合菌群中的占比超过90%,为体系中的核心脱氯功能菌.本研究为地下水中还原脱卤菌群的应用提供了理论技术.     

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.     

生物炭对含As(Ⅲ)水铁矿还原过程中砷形态及矿物转化的影响

生物炭的施用对土壤铁（氢）氧化物还原、砷（As）的形态转化有重要作用,极大地影响了As的环境行为.本文研究了生物炭/AQDS （蒽醌-2,6-二磺酸盐）对含As （Ⅲ）水铁矿化学还原和异化还原的影响,探索了由此产生的非生物和生物过程中Fe和As的形态转化及次生矿物的形成.结果表明,生物炭和AQDS的添加可以促进水铁矿的化学还原和As （Ⅲ）的化学氧化,AQDS促进水铁矿化学还原和As释放的能力强,生物炭促进As形态转化的能力强;生物组在添加Shewanella oneidensis MR-1后发现,生物炭和AQDS的添加可以促进Fe （Ⅱ）的生成,AQDS的添加促进Fe （Ⅱ）的生成、As形态转化和释放的能力要高于生物炭.EEM结果表明,生物炭产生的DOM可以与溶液中的物质发生氧化还原作用从而被消耗.循环伏安曲线在0.25 V处观察到一个小而宽的阳极峰（B）,可能对应了As （Ⅲ）氧化为As （V）.XRD结果显示AQDS处理的非生物组和生物组出现了蓝铁矿,表明AQDS可以促进次生矿物的生成.EDX-SEM结果表明,新矿物的生成有利于As的固定（BCF：0.73%相似文献   

驯化污泥厌氧还原脱氯促进2,4,6-三氯酚矿化及胞外呼吸脱氯途径

厌氧条件下,以乳酸钠为电子供体,2,4,6-三氯酚为电子受体对活性污泥进行驯化,考察了驯化污泥厌氧脱氯的代谢特性.结果发现,污泥可对2,4,6-三氯酚进行高效脱氯,乳酸钠、2,4,6-三氯酚初始浓度为20 mmol·L-1、40~80μmol·L-1时,9~24 h内可实现2,4,6-三氯酚100%初始性降解.中间产物有2,4-二氯酚,但检出浓度较低(4.22μmol·L-1),4-氯酚和苯酚为主要产物.驯化污泥以脱邻位氯(2,4,6-三氯酚,2,4-二氯酚)降解菌为优势种群,对4-氯酚和苯酚的进一步转化有限.厌氧代谢残留物经好氧污泥处理后,4-氯酚(初始浓度33μmol·L-1)2 h实现100%去除.驯化污泥可快速将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),并具有较强的腐殖质(AQDS)还原能力,说明驯化污泥中富集了异化铁还原菌.电子介体[Fe(Ⅲ)和AQDS]明显地加速了脱氯速率,在电子介体的介导作用下,污泥可同步进行胞外呼吸脱氯.     

纳米Fe0粒子对产乙烯脱卤菌群脱氯性能和多样性影响研究

为探讨纳米Fe0粒子对产乙烯脱卤菌群脱氯性能和物种多样性的影响,采用纳米Fe0粒子与产乙烯脱卤菌群联合脱氯,并通过气相色谱、PCR-DGGE和TEM等技术手段进行相关表征.结果表明:当纳米Fe0粒子浓度为0~0.50 g·L-1时,体系的脱氯速率提高较小,低于40%,且菌种数量无明显变化;当其浓度为0.50~1.00 g·L-1时,体系的脱氯速率由0.31μmol·h-1提高到0.77μmol·h-1,体系的脱氯速率提高了60%,部分DGGE条带消失,多样性减少.TEM结果显示,产乙烯脱卤拟球菌在与纳米Fe0粒子接触部位有轻度破损,但细胞没有破裂.纳米Fe0粒子浓度较高时对产乙烯脱卤菌群的脱氯有明显的促进作用,但会使产乙烯脱卤菌群物种多样性减少.     

还原脱氯-生物联合降解2,4-二氯苯氧乙酸

采用Pd/Fe双金属对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)进行催化还原脱氯,以活性污泥对2,4-D脱氯产物进行生物氧化,考察初始pH、活性污泥量、污染物初始浓度、温度等因素对生物氧化的影响情况.通过PCR-变性梯度凝胶电泳分析污泥体系菌群变化情况,高效液相色谱测定来推测目标污染物的降解过程.结果表明:1 Pd/Fe双金属可有效还原2,4-D,其主要先还原为2-氯苯氧乙酸(2-CPA),最终顺序脱氯为苯氧乙酸(PA).2 2,4-D具有较大生物毒性,其脱氯产物毒性下降,更易被生物降解.3 pH=7、污泥量50 mL/200 mL、适量的初始PA浓度(14.6 mg·L-1)和30℃均有利于PA的去除.在该条件下反应96 h,PA去除率可达84.3%.     

基于ACF-Fe/Ni的还原-氧化耦合体系对四氯化碳的去除

针对氯代烃的去除,铁的双金属纳米材料被证实具有十分广阔的应用前景。然而,大量研究表明基于铁的双金属材料在还原条件下对低氯代烷烃活性不高。因此,该研究基于ACF-Fe/Ni构建还原-氧化耦合体系,系统地探究对四氯化碳(CT)降解及其脱氯产物矿化的效能及机制,并深入地探讨ACF-Fe/Ni剂量、CT初始浓度、H_2O_2的浓度及环境温度对CT去除效率的影响。结果表明,基于ACF-Fe/Ni的还原-氧化耦合体系能够高效地去除CT。在ACF-Fe/Ni投加量为0.50 g/L、溶液初始pH为7.0、6.0 mg/L的CT及20.0 mmol/L的H_2O_2反应条件下,CT及其脱氯产物之间的碳平衡值仅为17.2%,TOC去除率达到18%,相比较单独ACF-Fe/Ni还原体系下CT的矿化度(6%),有了较大的提升。ACF-Fe/Ni投加量的增加能够明显地提升CT的降解效率及其脱氯产物DCM的去除率;H_2O_2浓度最优值为20.0 mmol/L;羟基自由基(·OH)为氧化体系中主要存在的活性自由基,对DCM的降解矿化起到了主导作用。     

Shewanella oneidensis MR-1和Shewanella putrefaciens对V(V)的还原及其影响因素

在实验室模拟培养条件下,研究Shewanella oneidensis MR-1和Shewanella putrefaciens在厌氧体系中对V（V）的耐性试验,探讨在不同的V（V）浓度、接菌量、pH值和不同蒽醌-2,6-二磺酸（AQDS）浓度下对V（V）还原的影响,并通过扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）进行表征.结果表明V（V）浓度低于10mg/L时对S.oneidensis MR-1和S.putrefaciens的生长影响较小,V（V）浓度超过20mg/L则会抑制其生长和V（V）的还原;随着接菌量的增加,2种微生物对V（V）的还原能力逐渐增强;2种微生物最适生长pH值均为7.0左右,弱碱性环境下2种微生物对V（V）的还原率高于弱酸性环境;添加1mmol/L AQDS会加快2种微生物对V（V）的还原.菌株培养3d后通过SEM分析,S.oneidensis MR-1和S.putrefaciens进行V（V）还原的同时也伴有少量的吸附作用.利用XPS能谱分析表明S.oneidensis MR-1和S.putrefaciens将V（V）还原为V（IV）.     

低C/N(<3)条件下SNEDPR系统启动及其脱氮除磷特性研究

为了解同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统处理低C/N（<3）污水的脱氮除磷特性,采用厌氧/低氧（溶解氧0.5~1.0mg/L）运行的SBR反应器,以低碳城市污水为处理对象,考察了C/N对SNEDPR启动、脱氮除磷性能优化与菌群结构变化的影响.结果表明：进水C/N由4.3提高至5.15时,系统脱氮除磷性能均逐渐增强,系统总氮（TN）和PO₄^3--P去除率最高达89.3%和90.6%;降低进水C/N <3后,系统脱氮、除磷性能均呈现先降低后逐渐升高的趋势,但低C/N对PAOs（聚磷菌）除磷性能的影响高于其对反硝化聚糖菌（DGAOs）内源反硝化脱氮性能的影响,表现为TN和PO₄^3--P去除率分别先降低至21.4%和3.4%后逐渐升高至92.9%和94.1%.系统稳定运行阶段,单位COD平均释磷量和SNED率达437.1mgP/gCOD和89.1%,出水NH₄⁺-N、NO_x^--N和PO₄^3--P浓度平均为0,4.4,0.2mg/L.经136d的运行,系统内PAOs,GAOs,AOB（氨氧化菌）和NOB（亚硝酸盐氧化菌）分别占全菌的（16±3）%,（8±3）%,（7±3）%和（3±1）%,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能.此外,系统好氧段存在同步短程硝化内源反硝化,是实现低C/N（<3）污水高效脱氮除磷的原因.     

掺杂镍的纳米铁及其转化产物—FeOOH耦合去除对氯硝基苯及其还原产物效能与机制

以掺杂了Ni的纳米铁及其转化产物耦合去除对氯硝基苯及其脱氯产物,探讨了耦合去除的效能、历程和机制.结果表明,m（Ni）/m（Fe）分别为8%和12%的纳米铁/镍（n-Fe/Ni）不仅能在20 min内将对氯硝基苯的硝基还原产物—对氯苯胺近乎100%脱氯还原为苯胺,而且在反应36 h后,其转化产物可将苯胺的浓度降至接近于0 mg·L^-1. X-射线衍射和透射电镜的表征结果表明,反应8 h后,Fe（0）主要被氧化为板条状纤铁矿（γ-FeOOH）和针状的针铁矿（α-FeOOH）.耦合去除历程与机制为：Fe（0）提供电子使对氯硝基苯被还原为对氯苯胺,其腐蚀产物H₂在Ni催化下解离为活性氢原子（H*）.H*进攻对氯苯胺的C—Cl键使其脱氯还原为苯胺,苯胺随后被Fe（0）的转化产物α/γ-FeOOH吸附固定,从而使对氯硝基苯及苯胺从水中彻底去除.     

萘厌氧降解菌群的富集及氧化还原介体的强化

为揭示氧化还原介体（ROMs）对萘厌氧降解的强化作用,以萘为唯一碳源富集到中温萘厌氧降解菌群.通过Illumina MiSeq测序对接种污泥和富集培养物进行了细菌群落结构解析,并考察了固定化蒽醌-2,6-二磺酸（AQDS）、蒽醌-2-磺酸（AQS）和腐殖酸强化萘厌氧降解的特征.Illumina MiSeq测序结果表明,Pseudomonas、Thauera、和Georgfuchsia是该富集培养物中的优势萘降解菌,其相对丰度分别为52.4%、13.8%和17.6%.在污泥接种量为0.23g/L和萘初始浓度10mg/L条件下,富集菌群9d内对萘的降解率约为64%.ROMs强化试验结果表明,3种ROMs对萘的厌氧降解均有一定的促进作用.其中,AQDS的强化效果最为显著,当AQDS浓度为0.8mmol/L,培养至第7d时,萘的去除率为92.0%,比同期的对照组高1.2倍.此外,硝酸盐对ROMs强化萘厌氧降解的影响研究结果表明,在NaNO₃浓度为0~0.8g/L范围内,萘的降解速率随着硝酸盐浓度增加呈现先增加后降低的趋势.当NaNO₃浓度为0.6g/L时,萘的去除率在第6d就达到了91.0%,比对照组提高了15.2%.由此可见,在厌氧条件下添加适量硝酸盐可提高ROMs对萘降解的强化效果.     

微米铁复合生物碳源对地下水中1,2-二氯乙烷的高效去除

1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)是一类地下水中常见的难降解饱和氯代烃,为探究厌氧条件下零价铁(ZVI)协同生物作用对其降解规律,采集北京市某氯代烃污染场地地下水及含水层土壤,利用微宇宙实验体系,通过添加由微米级零价铁(mZVI)、生物碳源及营养组成的复合药剂,考察不同条件下1,2-DCA的去除效果,并对地下水理化参数的变化进行长期监测.结果表明:复合药剂添加量为3%时,恒温、避光、匀速振荡的反应条件下,15 d内地下水中的1,2-DCA即可降至低于检出限.中性pH及SO_4~(2-)的存在更有利于1,2-DCA的脱氯降解. 30 d后仅检测到体系中明显的乙烯产生,推测双脱氯消除为1,2-DCA在该体系内的主要降解途径.此外,复合药剂加入后,地下水可长时间维持较低的氧化还原电位(-100～-300 m V)、溶解氧(0. 5 mg·L~(-1))以及适宜的pH值(6. 5～7. 5),利于厌氧微生物活性的维持及脱氯反应的进行.     

针铁矿、磁铁矿和石膏对2,4-二氯苯酚厌氧降解的影响

2,4-二氯苯酚(2,4-dichlorophenol,2,4-DCP)常用于农药生产,在水体和土壤中广泛分布,具有难降解、高毒性的特点.通过模拟自然过程,在厌氧反应体系中投加铁氧化物和硫酸盐矿物,重点考察了不同矿物对2,4-DCP降解的影响.结果发现,厌氧体系中针铁矿、磁铁矿和石膏对2,4-DCP均没有明显的吸附作用;质量衡算结果表明所有反应体系中仅发生2,4-DCP向4-氯苯酚(4-chlorophenol,4-CP)的转化;与无外加碳源组相比,乙酸钠的加入使得2,4-DCP的还原脱氯反应速率增大一倍.分析表明针铁矿和磁铁矿加入可刺激脱氯功能菌的生长或活性,进而提高微生物的电子传递能力和2,4-DCP的降解速率;石膏加入强烈抑制脱氯功能菌的生长或活性,进而抑制2,4-DCP的降解.研究结果对认识难生化降解卤代酚在厌氧环境中的迁移转化及环境工程中此类物质的处理具有潜在意义.     

氢基质自养微生物还原降解水中溴酸盐的可行性

BrO₃-（溴酸盐）作为饮用水中存在的2B级潜在致癌物已引起社会公众的广泛关注.微生物还原降解是一种净化水中BrO₃-的有效途径.基于序批式试验,研究了厌氧条件下微生物利用氢气作为电子供体还原降解水中BrO₃-的可行性及关键影响因素.结果表明,氢自养微生物能利用氢气为电子供体、BrO₃-为电子受体,将BrO₃-完全还原成一种稳定的无毒的终产物Br-.在120 h的反应期内,ρ（BrO₃-）从初始时的1.02 mg/L降至0.56 mg/L（去除率为44.5%）,最高去除速率达0.26 mg/（L·d）,出水ρ（Br-）相应地升至0.29 mg/L.对照处理中,ρ（BrO₃-）和ρ（Br-）均没有明显的降低和升高趋势.影响因素试验表明,NO₃--N和SO₄2-作为常规氧化性污染物（电子受体）,反硝化和SO₄2-还原对BrO₃-还原耗氢产生了竞争,致使BrO₃-生物还原过程受到电子供体的竞争性抑制.反硝化对BrO₃-还原效率的影响程度比SO₄2-还原更加强烈.初始ρ（BrO₃-）对氢自养微生物还原降解BrO₃-效率有较大影响.氢自养微生物还原降解BrO₃-最适宜的pH范围处于7.0~7.5之间.研究显示,利用氢气作为电子供体的氢自养微生物将BrO₃-还原成无毒的Br-是一种较为可行的生物处理技术或手段.      

纳米Fe/Ni还原水中2,4-二氯酚途径及pH的影响

利用改性纳米Fe/Ni双金属还原降解2,4-二氯酚(2,4-DCP),考察了p H对Fe/Ni还原降解2,4-DCP的效率的影响。结果表明:当p H=5.5,反应时间为120 h时,由于吸附及还原2种作用,Fe/Ni对水中2,4-DCP的去除率接近100%,且47.0%的2,4-DCP被脱氯还原为苯酚。p H5.5时,Fe0被腐蚀消耗较多,且H+会与2,4-DCP争夺电子,不利于还原反应的进行;p H5.5时,因参与脱氯还原的H+不足及铁氢氧化物沉淀覆盖活性位点,导致还原降解效率随着p H升高而降低。通过分析中间产物和最终产物的浓度变化,明确了2,4-DCP的还原降解途径:(1)2,4-DCP被Fe/Ni还原脱去一个氯生成2-氯酚或4-氯酚,然后继续脱氯生成苯酚;(2)2,4-DCP直接被脱去2个氯生成苯酚。     

2-羟基-1,4-萘醌介导Fe2+-STPP厌氧还原对硝基酚

通过投加Fe²⁺、三聚磷酸钠（STPP）、2-羟基-1,4-萘醌（LQ）,研究了厌氧水体环境中三者对对硝基酚（PNP）还原转化的作用规律,探究了不同因素对LQ介导Fe²⁺-STPP还原PNP的影响.结果表明,该实验体系在初始pH值为3~9时对PNP均有一定的还原效果;改变STPP浓度对还原PNP几乎无影响;随着LQ浓度或Fe²⁺浓度的增加,PNP的还原效果增强.机理研究表明,10min内Fe²⁺迅速将电子转移给LQ,58.4%的LQ接受电子后生成非醌类副产物,其余部分LQ接受电子变成半醌自由基中间体再将电子转移给PNP.Fe²⁺提供的电子仅有小部分用于PNP的还原,实验体系总体的电子利用率较低.     

钯/铁双金属对土壤中2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯的催化脱氯研究

采用Fe⁰还原、钯催化法对土壤中2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯的的还原特性进行了实验研究.结果表明,Pd/Fe双金属能有效地进行2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯的催化脱氯.在钯化率为0.05%、钯/铁加入量1g、初始pH为5.6、反应时间5 d的条件下,钯/铁双金属对土壤中2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯去除率达54%.实验还考察了钯化率、初始pH、反应时间、钯/铁投加量、2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯初始浓度等参数对2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯脱氯效果的影响.研究表明,较高的钯化率、钯/铁加入量,较低的2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯初始浓度及弱酸性等条件更有利于Pd/Fe对2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯的还原脱氯.在Pd/Fe双金属表面,2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯的脱氯符合一级动力学反应,反应速率常数为0.014 2/h,其半衰期为49h.利用实验数据,对钯/铁双金属作用下的2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯还原脱氯的反应机制也进行了分析.     

贵金属/BaO催化剂上NOx的储存-还原

运用模拟配气方法考察了贵金属(Noble Metals,NM)/BaO催化剂的氮氧化物(NO_x)储存-还原性能. 采用热重-差热分析(TG-DTA)法对催化剂的NO_x吸附-脱附性能进行了研究. 结果表明:NO₂比NO更易于在催化剂上储存,O₂的存在极大地促进了NO_x储存反应的进行. 温度对催化剂上的NO_x储存行为有较大影响,在φ(O₂)为16%,φ(NO)为5×10-4的氧化气氛下,NO_x在NM/BaO上储存的适宜温度为300 ℃. 300 ℃下催化剂的NO_x吸附量可达15 mg/g,当温度升到600 ℃时,催化剂上的NO_x能够完全脱附. 使用H₂在催化剂上进行NO_x还原过程中,当φ(H₂)为1%或3%时,还原反应速率随温度的升高而变化;φ(H₂)为5%时,还原反应速率几乎不受温度影响.      

氧化还原介体调控亚硝酸盐反硝化特性研究

采用实验室驯化的亚硝酸盐反硝化菌群作为菌种,优化亚硝酸盐降解条件,探究在氧化还原介体蒽醌-2-磺酸钠(AQS)存在条件下亚硝酸盐反硝化的特性.结果表明,反硝化菌群降解亚硝酸盐的最适条件为:温度35℃,pH为8,丁二酸钠为碳源,碳氮比4∶1,初始亚硝酸盐浓度100 mg.L-1;AQS的最佳投加量为0.16 mmol.L-1,介体调控的反硝化体系氧化还原电位略有降低,维持在-400～-500 mV之间,pH随亚硝酸盐降解速率增加而增大,最终稳定到9～10之间;通过分析反硝化中间代谢产物,推测AQS在亚硝酸盐反硝化过程中不仅起到辅酶CoQ的作用而且加速了细胞色素传递电子的全过程.本研究可为氧化还原介体调控亚硝酸盐反硝化实际应用提供理论基础和优化参数.     

排水速率对潮汐流人工湿地中CANON作用的强化

为强化潮汐流人工湿地（TFCW）中基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）作用,探究了不同排水速率（v_d）下系统中氮素的迁移转化机制与微生物特征.结果表明,v_d可显著影响TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当v_d由1.00降至0.50L/min时,填料层中逐渐形成较为严格的限氧环境,有利于短程硝化的稳定和厌氧氨氧化菌的富集,进而有助于CANON反应体系在TFCW中形成.而当v_d小于0.50L/min时,填料层中溶解氧相对不足,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量随之减少,CANON作用的强化效果有限,系统脱氮性能受到影响.当v_d为0.50L/min时,TFCW中的CANON作用可得到最大限度的强化,系统脱氮性能达到最佳,其TN和NH₄⁺-N的去除负荷分别为（116.79±13.16）和（102.75±4.35） mg/（L·d）.对v_d的合理设置可实现TFCW中CANON作用的强化,有利于CANON型人工湿地的构建.