剩余污泥燃料电池处理含铬废水的效能及机理

采用剩余污泥为阳极底物,六价铬为阴极电子受体,构建双室微生物燃料电池(MFC).MFC启动成功后,考察阳极室污泥初始浓度和阴极室六价铬初始浓度对MFC产电性能及六价铬还原速率的影响.较高的污泥浓度(8~12g/L)对六价铬的还原速率影响均较小,且去除率均可达99%以上.污泥浓度为10g/L的MFC具有较高的产电性能,内阻为108Ω,最大功率密度输出为3621mW/m3.阴极室较高的Cr(VI)初始浓度可维持较长时间的高输出电压,但对阳极污泥降解并无明显影响.XPS测试结果表明,阴极Cr(VI)的还原产物为Cr(III),因电场作用被吸附在电极片上,使得阴极溶液中的总铬浓度降低.研究表明,剩余污泥为底物的微生物燃料电池可以在产电的同时实现剩余污泥的资源化及电镀废水的无害化.     

“Achromobacter sp. CH-1-Cr(Ⅵ)-H2O”体系Cr(Ⅵ)还原的电化学行为

采用循环伏安法探明了"Achromobacter sp.CH-1-Cr(Ⅵ)-水"体系的电化学行为.结果表明:循环伏安曲线上-0.62V(相对于SCE)的电流峰对应的反应为Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)的反应,在电势为-0.82V时Cr(Ⅲ)开始还原为零价铬.体系中的电极反应为不可逆过程,阳极扫描时Cr(Ⅲ)不会被重新氧化为Cr(Ⅵ).细菌的存在使Cr(Ⅵ)的还原更容易进行,其还原峰电势正移约0.2 V,细菌对体系中的电化学反应起了催化作用.随细菌量的增加,氢气的析出、六价铬还原为三价铬及三价铬进一步还原为零价铬的电势均发生了正移,过高的细菌量主要影响三价铬还原沉积为金属铬的过程.铬浓度对细菌还原Cr(Ⅵ)溶液的循环伏安曲线的影响不大.初始pH值为10是细菌还原Cr(Ⅵ)的最佳pH值.     

绿色合成纳米零价铁铜淋洗修复Cr(Ⅵ)污染土壤

采用自制的绿色合成纳米零价铁铜(GT-nZVI/Cu)对Cr(Ⅵ)污染土壤进行淋洗修复。分别测定了土壤浸出液中Cr(Ⅵ)浓度、pH值和电导率,并使用改进的BCR连续提取法分析了淋洗前后污染土壤中铬的形态变化。结果表明:淋洗过程分为2个阶段,Cr(Ⅵ)的释放主要在前3个孔隙体积(PV)内;浸出液中电导率的变化趋势与Cr(Ⅵ)浓度变化一致;浸出液pH值随着淋洗体积的增加而增加,土壤的平衡作用变得稳定;土壤中Cr(Ⅵ)浓度、悬浮液pH值和GT-nZVI/Cu浓度对铬污染土壤的修复效果均有一定影响。铬的形态分析表明:铬污染土壤在淋洗后可还原态铬含量降低,氧化态铬和残渣态铬的含量增加。GT-nZVI/Cu悬浮液对污染土壤淋洗后,土壤中铬形态更加稳定。     

层状双氢氧化物即时合成处理含Cr(Ⅵ)废水

利用LDH合成原理,提出了即时合成层状双氢氧化物去除Cr(Ⅵ)的新方法.其基本原理是,在废水处理中由于Mg²⁺、Al³⁺水解共沉淀形成LDH,Cr(Ⅵ)阴离子优先进入LDH结构层间平衡结构电荷,从而使Cr(Ⅵ)阴离子以LDH沉淀的形式被去除.这一原理已为模拟废水实验和沉淀物结构分析证实.研究结果表明,影响处理效果的因素是Mg/Al比值、pH值以及Cr(Ⅵ)浓度,当pH值为8.5～9、Mg/Al为1∶1～2∶1时Cr去除率最高,Mg、Al利用率也比较高,出水水质满足工业排放要求,从而显示这种废水处理技术具有非常好的效果.     

外控电势对Ch-1菌株生长及Cr(Ⅵ)还原的影响

为进一步优化Ch-1菌株对碱性含铬废水的处理及铬渣的解毒效果,以细菌总数和6价铬的还原率为指标,详细考察了外控电位对Ch-1菌株生长及Cr(Ⅵ)还原的影响.结果表明,电极材料对细菌生长及其活性有一定的影响,不锈钢电极和铂电极体系对细菌生长及活性的影响基本相同,而采用石墨电极细菌的培养效果欠佳.静态培养和动态培养Ch-1菌株时,Cr(Ⅵ)的最终还原率与初始Cr(Ⅵ)浓度无关,24h时Cr(Ⅵ)的还原率均达到了100%;但就还原过程而言,动态培养对Cr(Ⅵ)的还原速率明显优于静态培养,外控电势能够增强或抑制Ch-1菌株的生长及活性,0～-900 mV的负电位可以促进细菌的生长,而400 mV以上的正电势对Ch-1菌株的生长有抑制作用.在-800～ 200 mV的电势范围内,Ch-1菌株还原6价铬的能力得到增强,在此范围外其还原能力受到抑制.     

胶质气体泡沫气浮分离含Cu(Ⅱ)废水的试验研究

用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)制备胶质气体泡沫并将之引入浮选柱,以胶质气体泡沫为浮选载体并通入常规浮选气泡对预先装入浮选柱的模拟含Cu(Ⅱ)废水进行浮选分离实验,考察了pH值、铜离子初始浓度、SDS用量和絮凝剂的添加对Cu(Ⅱ)去除率的影响。实验结果表明,采用胶质气体泡沫与常规柱浮选气泡相结合的方法处理含Cu(Ⅱ)废水,铜离子去除率可达99%以上。     

利用微生物燃料电池回收含铜废水中的铜

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物新陈代谢作用将化学能转化为电能的装置。实验以石墨为电极材料,有机废水为阳极底物,以厌氧活性污泥为厌氧菌种,含铜废水为阴极液,构建了双室MFC反应器。研究了利用双室MFC产电的同时从含铜废水中回收单质铜的可行性,结果表明:连续流MFC最大电流密度可达0.63 mA/m2,产电性能略好于间歇流MFC。加入磷酸盐缓冲溶液的连续流MFC,其最大电流密度可达4.44 mA/m2,是加入磷酸盐缓冲溶液的间歇流MFC的7.05倍,是未加入磷酸盐缓冲溶液的连续流MFC的1.92倍。间歇流MFC阴极石墨棒上的沉积物为Cu2O,连续流MFC阴极石墨棒上的沉积物为Cu和Cu2O的混合物。MFC对含铜废水中Cu2+去除率均可达80%左右,尤其是连续流MFC,对Cu2+去除率可达99%以上。     

不同价态铬和土壤理化性质对大麦根系毒性阈值的影响

三价铬和六价铬的化学性质不同,对植物的毒性也不同,但我国土壤质量标准中铬的限值未区分三价和六价.因此,选取8种土壤,基于土壤溶液中铬的变化趋势,通过模型计算,分析8种土壤中土壤性质对大麦根部Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)毒性阈值的影响.结果表明,不同价态铬和土壤性质对大麦根长的影响均显著.同一土壤条件下,Cr(Ⅲ)的10%抑制浓度的毒性阈值(EC_(10))、半抑制浓度(EC_(50))和无观察效应浓度(no-observed-effect concentrations,NOEC)显著高于Cr(Ⅵ), Cr(Ⅲ)的EC_(50)比Cr(Ⅵ)高2.8～101.7倍.添加Cr(Ⅲ)时,EC_(50)的变化范围为298.8～2 014.1 mg·kg~(-1), 8种土壤间相差6.7倍;添加Cr(Ⅵ)时,EC_(50)的变化范围为8.0～126.6 mg·kg~(-1), 8种土壤间相差15.8倍.回归分析结果表明,土壤pH和土壤有机质是影响铬对大麦根部毒害的主要因子,而土壤阳离子交换量和土壤黏粒含量对铬的毒性无显著影响.当Cr(Ⅲ)添加量低于1 280 mg·kg~(-1)时,其土壤溶液中铬的质量浓度均低于检测限;而在Cr(Ⅵ)添加量高于40 mg·kg~(-1)时土壤溶液中能检测到铬的存在.因此,土壤固定Cr(Ⅲ)的能力显著强于Cr(Ⅵ),土壤中Cr(Ⅵ)的生物毒性显著高于Cr(Ⅲ),土壤理化性质对铬的生物毒性影响显著.     

利用双室微生物燃料电池处理模拟废水的产电特性研究

本实验通过研究电池的启动过程、阳极有机物降解率和阴极Cu2+的去除率,评价了微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的产电和处理废水性能.以模拟糖蜜废水作为阳极基质,模拟电镀废水作阴极电子受体,建立简单的双室微生物燃料电池.结果表明在外电阻为800Ω的情况下,电池得到最大电压417.00 mV,从极化曲线上获得最大输出功率密度44.17mW.m-2,内阻为293Ω.电池在第五周期时,COD去除率也达到最高47.31%.在第四周期内,Cu2+最大的去除率为59.76%.综上所述,MFC在处理有机废水和电镀废水方面具有可行性.     

Cr(Ⅵ)在Fe(Ⅲ)-柠檬酸盐体系中紫外光还原研究

研究了在紫外光照射下,Fe(Ⅲ)-柠檬酸盐溶液对Cr(Ⅵ)的光还原反应.同时,考察了溶液pH值、Fe(Ⅲ)浓度、柠檬酸盐浓度、Cr(Ⅵ)初始浓度对光还原效率的影响,并分析了光还原反应的动力学.研究结果表明,Fe(Ⅲ)-柠檬酸盐体系能光还原Cr(Ⅵ),在pH为2.0～6.0的范围内,Cr(Ⅵ)的还原率随着溶液初始pH值的降低而增大.当pH值为2.0、Fe(Ⅲ)浓度为10μmol·L-1、柠檬酸盐浓度为250μmol·L-1及Cr(Ⅵ)初始浓度为19.2μmol·L-1时,光照反应8min后Cr(Ⅵ)的最大还原率达到100%,但当pH值增加到6.0时,Cr(Ⅵ)的最大还原率下降到19%;当Cr(Ⅵ)的初始浓度在9.6～96.0μmol·L-1的范围内时,Cr(Ⅵ)光还原反应的初始速率随着Fe(Ⅲ)、柠檬酸盐(cit3)、Cr(Ⅵ)初始-浓度的增加而增加.表观动力学方程为:-dCCr(Ⅵ)/dt=0.1019[Cr(Ⅵ)]0.[Fe(Ⅲ)]0.[cit3]0..536-25     

连续流微生物燃料电池处理含重金属废水研究

该实验的研究对象为连续流双室微生物燃料电池,同时考察连续流微生物燃料电池的污水处理、发电和重金属离子(Cu~(2+)、Ni~(2+)、Cr~(6+)、Cd~(2+)电镀废水,500 mg/L)的处理回收效果并与传统单室微生物燃料电池进行对比。在厌氧环境下以微生物本身作为催化剂,利用人工配成的糖蜜废水作为阳极底物,不同有毒重金属离子溶液作为阴极底物。试验结果表明,在外电阻(1 000Ω)相同的情况下得到Crr~(6+)电镀废水作为阴极时的产电性能最佳,获得最大电压U=114.2 mV,功率密度P=35.648 8 mW/m~2,库伦效率CE=44.13%,同时得到最高金属离子去除率66%。相比之下Cu~(2+)阴极液组产电效果较差,电压稳定值不足0.01 V,功率密度P=6.059 m W/m~2与库伦效率CE=3.78%均为最低值。在阳极均实现了对模拟糖蜜废水的降解,处理效果最显著的是Cd~(~(2+))阴极液组,COD去除率达到78%。最后对MFC阴极还原产物进行了X射线衍射分析,得到Cu~(2+)还原产物包括Cu_2O与铜单质,Crr~(6+)主要被还原成Cr_2O_3,Cd~(2+)与Ni~(2+)主要生成单质状态。采用X射线衍射分析阴极电极还原物质,经计算机检索与国际标准PDF对照。得到4组不同阴极液中,Cu~(2+)被还原生成Cu_2O晶体与单质铜。Ni~(2+)被还原生成镍单质。而Cr~(6+)与Cd~(2+)阴极液组中分别出现Cr_2O_3与单质镉的晶体衍射峰。     

污染河流中Cr(Ⅵ)对浅层地下水的影响研究

为了研究污染河流中Cr(Ⅵ)对浅层地下水的影响,选用3种天然砂土作为渗透介质进行室内试验,以生活污水模拟污染河水,发现铬在粗砂中第13d发生穿透,此后粗砂对铬的去除率为77%～99%;2种中砂对铬的去除率始终大于91%和96%,铬很难进入地下水.凉水河野外试验表明,凉水河沿岸的1#、2#、3#采样点和煤厂井中Cr(Ⅵ)浓度均不大于地下水中Cr(Ⅵ)的背景浓度,凉水河中的Cr(Ⅵ)对地下水影响较小.还原和沉淀反应是Cr(Ⅵ)去除的主要机理,由于长期污染河流下部渗透介质始终处于厌氧环境,其中富含还原性物质,Cr(Ⅵ)可以通过沉淀反应大部分得以去除,本次试验研究表明污染河流不是地下水铬污染的来源.     

棓花青褪色光度法测定电镀废水中的铬(Ⅵ)

在硫磷混酸介质 ,10 0℃恒温水浴中 ,铬 (Ⅵ )能氧化花青显著褪色 ,据此建立了测定铬 (Ⅵ )的新方法。铬(Ⅵ )的浓度在 0～ 1 0 4μg mL范围内符合比耳定律 ,表观摩尔吸光系数为 1 90× 10 4L mol·cm。此法用于测定电镀废水中铬 (Ⅵ )的含量 ,结果令人满意     

剩余污泥为底物的微生物燃料电池处理含铜废水

以剩余污泥作为阳极底物,CuSO4溶液为阴极溶液构建了双室有膜微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),研究了MFC的启动,污泥的降解,Cu2+的去除和阴极还原产物的性质.结果表明,Cu2+可作MFC的阴极电子受体,在外电路电阻为1 000 Ω,Cu2+浓度为6 400 mg/L的条件下获得的稳...     

新型高分子絮凝剂对废水中Cr(Ⅵ)的捕集性能

研究了新型高分子絮凝剂聚乙烯亚胺基黄原酸钠(PEX)对废水中Cr(Ⅵ)的捕集性能,考察了Cr(Ⅵ)初始浓度、p H值、共存无机物以及共存浊度对PEX处理含Cr(Ⅵ)废水的影响.结果表明,PEX在强酸条件下对废水中不同浓度的铬均具有很好的去除效果,体系p H值为2.0时,Cr(Ⅵ)和总Cr的最高去除率可分别达到99.1%和96.6%.废水中共存的影响物质Na Cl、Na F、Na2SO4、Ca Cl2和浊度均会抑制Cr(Ⅵ)的去除,促进总Cr的去除.红外光谱显示,PEX高分子链上的二硫代羧基可将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),还原产物Cr(Ⅲ)进一步与PEX分子链上的二硫代羧基、胺基发生螯合反应.     

Fe(Ⅲ)-EDTA作为阴极电子穿梭体的微生物燃料电池持续产电机制

阴极氧还原反应（ORR）是影响微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）性能的重要因素.采用双室MFC以Fe(Ⅲ)-EDTA为阴极液进行持续产电试验.结果表明,添加Fe(Ⅲ)-EDTA作为阴极液可显著加速氧还原反应速率,降低内阻,提高输出电压与功率.当阴极液中存在20.0 mmol/L的Fe(Ⅲ)-EDTA时,电池内阻仅为300　Ω,比对照降低了900　Ω,其输出电压（1 000　Ω下）与功率密度可维持在200.1 mV、 16.0 mW/m²左右,比不加的对照分别提高73.2%、 70.1%. Fe(Ⅲ)-EDTA氧化再生与持续产电试验表明,Fe(Ⅲ)-EDTA可通过曝气氧化再生、循环利用,即Fe(Ⅲ)-EDTA可作为阴极电子穿梭体加速电子至氧气的传递.Fe(Ⅲ)-EDTA首先接受阴极电子被还原成Fe(Ⅱ)-EDTA,在阴极室充分曝气条件下,Fe(Ⅱ)-EDTA将电子传递给O₂同时被氧化再生成Fe(Ⅲ)-EDTA,从而完成电子从电极传递到氧气的穿梭过程,MFC得以长期稳定运行.进一步优化试验显示,Fe(Ⅲ)-EDTA作为阴极电子穿梭体强化MFC产电的适宜条件为：浓度20.0 mmol/L、pH=5.0左右.在此条件下MFC的最大功率密度达100.9 mW/m².     

石英砂负载β-FeOOH (ACS)吸附除Cr(Ⅵ)的机理分析

研究了吸附材料石英砂负载β-FeOOH(ACS)对Cr(Ⅵ)的吸附机理.结果表明,Cr(Ⅵ)在ACS表面的吸附率随ACS表面Zeta电位的降低而显著降低,说明Cr(Ⅵ)的吸附以静电作用为主.石英砂负载β-FeOOH后表面Zeta电位由负变正,说明β-FeOOH在石英砂表面的负载改变了石英砂表面的电荷性质,也表明ACS能对Cr(Ⅵ)产生静电吸附.ACS吸附除Cr(Ⅵ)的能量色散X射线光谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)测定结果表明,ACS吸附Cr(Ⅵ)的过程发生了一定的离子交换作用,且吸附反应伴随着部分氧化还原反应的进行,氧提供电子,铁、铬接受电子,氧、铁分别起Lewis碱和Lewis酸的作用.     

外阻对三室MFC产电性能和Cu迁移特性的影响

构建一种新型的三室微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）对重金属Cu污染的土壤进行修复,研究不同外阻条件下MFC的产电性能和土壤中Cu的迁移去除情况.结果表明,当外接电阻从100Ω增大到1000Ω时,三室MFC的输出电压从0.1V提高到0.4V,最大功率密度从1.10W/m³降低到0.71W/m³,且阴极极化现象也随外阻增大而更加显著.装置运行63d后,MFC外接电阻越大,近阳极土壤区的Cu的去除率越高,外阻为1000Ω的MFC近阳极土壤区的Cu去除率达到39.7%.通过改进欧共体标准（BCR）连续提取法分析重金属的形态,发现乙酸可提取态和可还原态为Cu迁移的两种主要形态.此外,土壤的性质也发生变化,pH值呈现由阳极到阴极逐渐升高的趋势,而电导率则相反.阴极电极的扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）结果也表明部分迁移到阴极的Cu（Ⅱ）被还原成单质Cu.     

膨润土-PTFE碳布电极对微生物燃料电池的影响

空气阴极MFC是一种无需添加曝气装置的MFC构型,它是利用大气中的氧气作为阴极的电子供体,相比其它构型的MFC节省了装置运行的能耗。该文以膨润土作为修饰碳布电极的材料,以PTFE为粘结剂将膨润土粘附于碳布上,然后通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、线性扫描伏安曲线(LSV)和循环伏安曲线(CV)表征电极的微观结构以及电化学性能。然后以制备的电极作为空气阴极MFC的阴极材料。其中碳布电极、膨润土单侧修饰的碳布电极和膨润土双侧修饰的碳布电极分别为空气阴极MFC反应器1、2和3的阴极材料,考察经过膨润土修饰的碳布电极对空气阴极MFC的影响。电池的电压、极化曲线、功率密度等电化学参数的结果表明MFC反应器2的性能最佳。控制外电阻为1 000Ω,MFC反应器1、2和3的最大电压分别为0.048、0.095和0.056 V,最大功率密度为12、33和17m W/m~2。膨润土修饰的碳布电极作为MFC阴极提高了对氧气的吸附能力和阴极的催化性能,进而提高了空气阴极MFC的性能。     

桔花青褪色光度法测定电镀废水中的铬(Ⅵ)

在硫磷混酸介质,100℃恒温水浴中,铬(Ⅵ)能氧化棓花青显著褪色,据此建立了测定铬(Ⅵ)的新方法.铬(Ⅵ)的浓度在0～1.04μg/mL范围内符合比耳定律,表观摩尔吸光系数为1.90×104L/mol@cm.此法用于测定电镀废水中铬(Ⅵ)的含量,结果令人满意.