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.     

氯酚溶液的γ辐照还原降解研究

氯酚由于氯取代基产生的诱导效应,使其容易受到亲核粒子的攻击而被还原降解.通过测定γ辐照前后氯酚母体、Cl-离子以及反应中间产物的浓度变化,研究了4种氯酚水溶液(4-CP、2-CP、2,4-DCP、2,4,6-TCP)与水合电子ea-q反应的降解脱氯过程.结果表明,在水合电子ea-q还原体系中,4种氯酚的降解脱氯顺序依次为:2,4,6-TCP>2,4-DCP>2-CP>4-CP,多氯酚比单氯酚容易降解脱氯,邻位上的氯原子要比对位上的氯原子更容易去除,苯酚和Cl-是氯酚反应降解的最终产物.另外,4种氯酚的降解和脱氯过程皆遵循一级反应动力学特征,4-CP、2-CP、2,4-DCP和2,4,6-TCP的降解反应常数分别是0.154、0.253、0.750和1.188 kGy-1,脱氯反应常数分别为0.137、0.219、0.251和0.306 kGy-1.     

Pd/Ti电极上2,4,6-三氯酚还原脱氯:条件优化及降解途径

利用电沉积法制备了Pd/Ti电极,用于2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)的电还原脱氯.采用单因素实验和响应面分析法,探讨了2,4,6-TCP脱氯试验条件;根据实验结果,拟合出了脱氯中各步骤的反应速率常数.结果表明,2,4,6-TCP初始浓度为80mg/L时,优化的脱氯参数为电流为5mA,支持电解质Na2SO4浓度为0.05mol/L,阴极电解液初始pH值为2.40.在优化条件下, 2,4,6-TCP在80min内完全脱氯; 2,4,6-TCP的还原脱氯符合准一级反应动力学,主要脱氯途径为2,4,6-TCP→2,6-DCP→2-CP→苯酚.     

纳米四氧化三铁对2,4-D的脱氯降解

采用纳米四氧化三铁(Fe3O4)降解水溶液中的2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),考察了2,4-D初始浓度、纳米Fe3O4投加量、溶液pH和温度等因素对2,4-D降解率的影响.结果表明,纳米Fe3O4对2,4-D有显著的降解效果,初始浓度为10 mg/L的2,4-D, 48 h内降解率可达48%.纳米Fe3O4对2,4-D的降解是一个还原脱氯过程,反应体系中氯离子浓度随2,4-D浓度降低而升高.LC/MS分析表明,2,4-D降解的主要产物是苯酚,其他中间产物是2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、4-氯苯酚(4-CP)和2-氯苯酚(2-CP).溶液中2,4-D的降解符合准一级反应动力学,产物4-CP、2,4-DCP和苯酚的反应速率常数K分别为0.0043、0.0026和0.0032 h -1.环境条件对降解效率有显著影响,2,4-D初始浓度在0～10 mg/L、纳米Fe3O4投加量0～300 mg/L的范围内,2,4-D降解率随初始浓度和纳米Fe3O4投加量的增加而增大;pH对2,4-D的脱氯降解有显著影响,在pH为3.0时,纳米Fe3O4对2,4-D的还原脱氯效果最好;温度升高,可以提高脱氯反应速率.     

"Fe0/优势脱氯菌"体系降解2,4,6-TCP特性及机制研究

采用批处理实验方式,对"Fe0/优势脱氯菌"体系降解2,4,6-TCP过程进行研究,探讨了零价铁与微生物的协同作用及其机制.结果表明,Fe0对微生物具有促进生长和界面富集的作用,"Fe0/优势脱氯菌"体系菌浓度(D600表示)是单独优势脱氯菌体系的约1.7倍,反应96 h铁表面有大量细菌附着生长,其形态呈现短杆状或类球状;Fe0腐蚀产生的OH-对体系酸化起平衡调节作用,在pH值7.0、Fe0浓度5 g.L-1、2,4,6-TCP浓度30 mg.L-1的初始条件下,体系pH值稳定在7.8左右,有利于2,4,6-TCP还原脱氯反应的进行和优势脱氯菌的生长;2,4,6-TCP的主要降解路径为2,4,6-TCP→2,4-DCP→4-CP.     

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。     

斑马鱼对3种氯酚的富集作用及其SOD酶活性应激反应研究

为了研究对氯酚(4-CP)、2,4-二氯酚(2,4-DCP)、2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)对斑马鱼的生理毒性作用,以7 d富集系数(KBCF)和超氧化物歧化酶(SOD)活性为评价指标,采用半静态试验法对斑马鱼进行驯养和试验,测定斑马鱼对3种氯酚的7 d KBCF,同时测定不同浓度条件下,暴露1 d和7 d,斑马鱼体内SOD酶活性。结果表明,4-CP、2,4-DCP和2,4,6-TCP的7 d KBCF分别为33.65±5.29、65.54±10.49和128.05±39.83,富集能力表现为4-CP(无富集)2,4-DCP(轻度富集)2,4,6-TCP(轻度富集);斑马鱼对氯代酚类物质的富集性与氯酚类物质氯原子取代个数正相关。3种氯酚胁迫斑马鱼结果表明,暴露1 d表现为诱导-抑制效应,暴露7 d表现为抑制效应,酶活性变化显著。     

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.     

铜质量比对Fe/Cu还原2,4-二氯酚影响及还原途径

针对Fe/Ni、Fe/Pd双金属成本高,疏水性较差的问题,采用改性纳米Fe/Cu双金属还原水中2,4-二氯酚(2,4-DCP),考察了铜质量比(ω(Cu))对Fe/Cu还原降解2,4-DCP效果的影响,结果表明:反应进行到80 h时,ω(Cu)=10%的Fe/Cu还原效果最佳,对2,4-DCP的去除率接近100%,中间产物4-氯酚(4-CP)也基本转化为终产物苯酚(CA),CA产率达91.8%。还原通过2种途径进行:(1)2,4-DCP先被还原脱去一个氯生成中间产物4-CP,随着反应进行再被脱去一个氯生成CA;(2)2,4-DCP被直接脱去2个氯生成终产物CA。XRD分析表明:反应后Fe/Cu中的Fe~0被氧化为Fe_3O_4和Fe_2O_3,Cu~0被氧化为CuO。     

纳米Fe0颗粒对三种单氯酚的降解

采用化学还原法制备了纳米Fe0颗粒,研究了不同条件下纳米Fe0对3种单氯酚(2-CP, 3-CP, 4-CP)的去除作用.结果表明,纳米Fe0对单氯酚具有良好的去除效果,主要降解途径为先脱氯后开环,实现氯酚分子与Fe原子间的电子转移,达到还原脱氯的效果.3种单氯酚的脱氯难易程度为2-CP＞3-CP＞4-CP,脱氯反应活性与其分子最低空轨道能量(ELUMO)有关.随着氯酚初始浓度的增大,其相对去除率略有降低, 但绝对降解量有较大提高.温度不仅影响脱氯速率,而且影响氯酚去除的途径,温度较高时,氯酚先脱氯后开环;温度低时,较易产生氧化产物.     

不同基质作为电子供体时四氯乙烯的降解研究

将取回的厌氧污泥进行培养、驯化,并用驯化好的厌氧污泥进行PCE的厌氧生物降解研究。实验选用甲醇、乳酸盐和醋酸盐作为电子供体,对PCE的降解进行研究。实验结果表明:PCE通过还原脱氯实现其降解,在本实验条件下PCE的降解均符合一级反应动力学。通过对反应速率常数(k)的比较发现,乳酸盐是最有效的电子供体。     

电子供体刺激下厌氧微生物对1, 2-二氯乙烷的降解效果

通过添加电子供体进行原位生物刺激可有效降解地下水中的氯代烃,目前国内外常采用接种高效微生物的方法强化这一降解过程,鲜见仅利用实际污染场地含水层土著菌开展的生物降解试验.从北京市某氯代烃污染场地采集地下水样品,仅接种场地含水层沉积物,利用微宇宙实验体系,初步探讨了添加不同种类和质量浓度的电子供体对地下水中1,2-二氯乙烷的去除效果影响.结果表明:①同时添加初级生长基质和电子供体对反应体系进行生物刺激可显著降解地下水中的1,2-二氯乙烷.60 d后,添加1 g/L醋酸钠的反应体系中1,2-二氯乙烷的去除率最高,可达93.9%;添加1 g/L的乳酸钠反应体系次之,去除率为82.2%;添加1 g/L的乳酸的反应体系去除率最低,为61.8%.并且添加醋酸钠的试验体系可长时间维持中性pH及较低的氧化还原电位.②相同条件下,对同种电子供体来说,添加量为1 g/L的试验组中1,2-二氯乙烷的降解效果优于添加量为2 g/L的试验组,推测较高质量浓度的电子供体可对微生物的生命活动产生抑制.③对反应体系中间产物进行监测,仅监测到了乙烯的产生,表明在试验周期内无明显毒副产物积累,1,2-二氯乙烷的降解较为彻底.研究显示,醋酸钠为该试验体系中最适电子供体,添加适宜质量浓度醋酸钠对土著菌进行生物刺激可实现对1,2-二氯乙烷的绿色降解.      

光合细菌对2,4,6-三氯苯酚的降解特性研究

研究了混合光合细菌PSB-DR在不同光照、接种量和pH值下对2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)的生物降解特性,确定了PSB-DR生物降解2,4,6-TCP的优化控制条件.结果表明,光照培养下,接种量30%,初始pH值7.0时2,4,6-TCP降解效率最高.在此条件下,50mg/L的2,4,6-TCP经5d后降解率达到82.3%.培养基中醋酸钠的加入对2,4,6-TCP降解有明显的抑制作用.PSB-DR静息细胞对2,4,6-TCP的降解符合高浓度底物抑制的酶促反应类型,其降解动力学参数rmax=1.746h-1,Km=38.333mg/L,Ki=260.87mg/L.     

好氧与厌氧交替加速2,4,6-三氯酚的生物降解

2,4,6-trichlorophenol（TCP）是一种较难生物降解的有机化合物,而TCP还原脱氯是其生物降解的关键,该过程通常在厌氧条件下进行。TCP对位的氯离子比邻位难脱除,所形成的中间产物4-氯酚（4-CP）在厌氧条件下很难得到进一步降解。然而,此时将反应体系切换成好氧条件时4-CP则可得到有效降解。基于好氧和厌氧交替可共存的特点,采用垂直折流板式生物反应器降解TCP。相比单纯厌氧降解,厌氧和好氧交替模式可明显加速TCP的生物降解。对于初始浓度为50 μmol/L的TCP,完全去除的时间可从34 h缩短至12 h。该运行模式可缓解中间产物对TCP降解的抑制,4-CP的代谢产物苯酚在好氧条件下可得到迅速降解,缓解了其抑制作用,加速TCP在厌氧条件下的生物降解。     

Effect of electron beam irradiation on the degradation of monochlorophenols in aqueous solution

Electron beam was successfully used for the degradation of 2-chlorophenol (2-CP) and 4-chlorophenol (4-CP) in aqueous solutions in this research. The effect of radiation dose on substrate degradation and dechlorination of solutions with concentration of 50mg/L was investigated. The effect of initial concentration, pH and presence of oxygen was also investigated. The concentration of 2-CP and 4-CP remaining in solution after irradiation were measured by HPLC. The results showed that increased radiation dose led to increased degradation of the chlorophenols and increased CI^- yield. Deaeration was also found to significantly increase the rate of degradation of chlorphenols in water while degradation and dechlodnation under alkaline condition was lower than at low to neutral pH.