二氧化钛纳米颗粒对湖滨沼泽土壤氮矿化的影响

二氧化钛纳米颗粒（TiO₂NPs）的广泛应用使其环境释放量不断增加,从而影响到土壤氮的转化过程.然而,目前关于TiO₂NPs对湖滨沼泽土壤氮矿化的影响机制尚不明确.因此,本研究以典型沼泽土壤为研究对象,通过室内培养实验研究不同剂量TiO₂NPs处理（0 mg·kg^-1（CK）、10 mg·kg^-1（A10）、100 mg·kg^-1（A100）、250 mg·kg^-1（A250）、1000 mg·kg^-1（A1000））对土壤理化性质、酶活性和氮矿化过程的影响,探讨TiO₂NPs输入对土壤氮矿化过程影响的内在机制.结果表明：①不同剂量TiO₂NPs处理显著降低了土壤pH和总有机碳（TOC）含量（p<0.05）,A100、A250和A1000处理显著降低了硝态氮（NO₃^--N）含量（p<0.05）.②A250和A1000处理显著抑制了过氧化氢酶活性（p<0.05）;培养7 d,不同剂量TiO₂NPs处理均显著促进了脲酶活性（p<0.05）,抑制了脱氢酶活性（p<0.05）;随着培养时间延长,TiO₂NPs处理对脲酶和脱氢酶活性的抑制作用逐渐减弱,表明TiO₂NPs的负面作用会随时间减弱.③不同剂量TiO₂NPs处理对氨化速率没有显著影响（p>0.05）,A250、A1000处理对硝化和矿化速率有显著抑制作用（p<0.01）.④土壤氮矿化速率与土壤pH、总磷（TP）、NO₃^--N含量呈显著正相关,与脲酶、过氧化氢酶活性呈显著负相关.TiO₂NPs主要通过改变沼泽土壤NO₃^--N含量影响氮矿化过程.本研究可为湖滨湿地保护和TiO₂NPs环境风险评估提供理论依据.     

Ni掺杂Sb-SnO2瓷环粒子电极电催化氧化磺胺嘧啶

为发展废水中抗生素的处理技术、保护水环境安全,采用浸渍法制备Ni掺杂Sb-SnO₂微孔陶瓷环粒子电极,研究了电极对磺胺嘧啶（SDZ）的电催化氧化能力和动力学特征,初步分析了SDZ的降解途径.结果表明,粒子电极表面负载Ni和Sb-SnO₂晶体,有利于电子传递和吸附SDZ,提高了电催化氧化效率;在NaCl浓度为0.02 mol·L^-1、初始pH为8、电流密度为15 mA·cm^-2、粒子电极投加量为15 g时处理15 min,50 mg·L^-1的SDZ能够被完全去除;处理3 h时,反应液TOC去除率达到80.8%,比二维电极高17.6%;电催化氧化SDZ的动力学过程符合一级反应动力学模型,去除速率常数为0.329 min^-1.采用液相色谱-串联质谱分析法（LC-MS/MS）鉴定SDZ的降解产物,电催化降解SDZ可能包括磺酰胺基S—N键和嘧啶环上C—N键断裂、脱磺酸基、脱氨基和·OH氧化等途径.     

O-NiCoP/Ni2P电催化还原2,4-二氯苯酚性能研究

针对电催化还原工艺处理氯酚类有机废水受到限制等问题,制备了过渡金属O-NiCoP/Ni₂P催化电极,并用于目标污染物2,4-二氯苯酚废水的电催化还原降解.同时,主要考察了2,4-二氯苯酚浓度、电流密度、电解质浓度、pH和温度等因素对O-NiCoP/Ni₂P催化电极降解效能的影响.结果表明,在2,4-二氯苯酚初始浓度为10 mg·L^-1,温度为25℃,溶液pH=7,Na₂SO₄电解质浓度为50 mmol·L^-1,电流密度为10 mA·cm^-2的条件下,O-NiCoP/Ni₂P电极催化降解180 min,对2,4-二氯苯酚去除率可达到72.2%.同时,催化电极循环使用10次,2,4-二氯苯酚的去除效率保持在72.1%~72.7%,表明电极具有良好的稳定性和实际应用的潜在价值.     

MnO2/EGM电极制备及电化学降解罗丹明B的研究

为开发高效的电化学阴极材料,提高溶解氧还原为H₂O₂的产率,利用电沉积法制备出了二氧化锰/膨胀石墨复合基（MnO₂/EGM）电极,并用于罗丹明B（RHB）电化学阴极降解过程的研究.实验以纯石墨电极片为阳极,MnO₂/EGM复合材料为阴极,分别考察了溶液初始pH值、电流密度、电解质浓度、RHB初始浓度和反应温度对RHB脱色效果的影响.结果表明：利用电沉积法在EGM电极表面均匀负载了MnO₂涂层;在二维电极体系中,当初始pH值为2,电流密度为40 mA·cm^-2,电解质浓度为0.15 mol·L^-1,罗丹明B初始浓度为8 mg·L^-1,反应体系温度为25℃时,RHB在电解30 min后达到最大脱色率为94.43%,且其降解过程符合一级反应动力学.运用循环伏安法（CV）研究了复合电极表面的电化学行为,以及在最佳降解条件下对H₂O₂浓度进行跟踪分析,并对降解机理进行了初步推测,发现电解液中的溶解氧在MnO₂/EGM电极表面发生还原反应生成具有强氧化性的H₂O₂,破坏了RHB的发色基团,从而使罗丹明B达到脱色目的.     

Pd-MWCNTs-泡沫镍电极对2,4-二氯苯酚的电催化加氢脱氯研究

为发展废水中氯代酚的处理技术和保护水环境安全,采用"浸渍-干燥-电沉积"法制备钯-多壁碳纳米管-泡沫镍电极,研究电极对2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）的去除能力和动力学特征,并探讨了2,4-DCP的脱氯机理.结果表明,在MWCNTs和Pd负载量分别为0.7 mg·cm^-2和0.01 mmol·cm^-2时制备的电极对2,4-DCP去除效果最好;掺入多壁碳纳米管（MWCNTs）可增大电极的表面积,提高Pd的分散性,增强电极的催化效率.当Na₂SO₄浓度为0.05 mol·L^-1,工作电压为-1 V,反应液初始pH为7时,50 mg·L^-1的2,4-DCP降解90 min的去除率达到99.74%,降解过程符合一级反应动力学模型,速率常数为0.0667 min^-1.采用高效液相色谱法监测2,4-DCP的降解产物,发现苯酚为2,4-DCP还原的最终产物,降解途径包括直接脱去2个氯原子转化为苯酚和分步脱去2个氯原子再转化为苯酚,但以直接脱去2个氯原子为主要途径.活性基淬灭实验证明,电极通过产生的吸附态氢原子（H_ads）对2,4-DCP进行加氢脱氯.     

太湖主要环湖河道沉积物反硝化潜力及其控制因子

河流反硝化作用是水体氮素去除的重要途径,对流域氮负荷削减具有重要意义.为探究河网区河道的反硝化脱氮能力及其主要控制因子,本研究调查了太湖14条主要环湖河道的水质和沉积物特征,通过泥浆培养实验,利用氮氩比的方法和膜接口质谱仪分析技术,测定了14条环湖河道的沉积物反硝化潜力.结果表明,太湖环湖河道的反硝化潜力为-9.93~35.71 μmol·L^-1·d^-1,均值为（20.79±14.79） μmol·L^-1·d^-1,南部河道的反硝化潜力显著低于北部河道,负值代表沉积物的吸附或固氮行为.水柱中的硝态氮浓度、溶解氧、溶解性有机碳（DOC）和沉积物中的碳含量均会对沉积物反硝化潜力产生影响.相关分析结果表明,硝态氮浓度对河道反硝化作用的影响有限,反硝化作用对硝态氮底物的响应遵从米氏动力学模型（R²=0.77）的规律.而在太湖氮负荷严重的西部和北部河道区,水体中的DOC是反硝化潜力的主要限制因素.改善氮的去除环境对促进水体氮去除过程和区域氮管理具有重要意义,在氮负荷严重的流域河道,水体的DOC应该得到更多的关注.     

青岛市农区地下水硝态氮污染来源解析

为了提高作物产量,肥料大量投入在农业种植区日益普遍,导致了农区地下水硝态氮（NO₃^--N）污染.农业面源污染是地下水硝态氮污染的主要原因.为了保障饮用水安全,明确农区硝态氮污染的来源是十分必要的.本研究分别于2009年和2019年在青岛农区随机选取35个采样点,借助反距离加权法（IDW）对硝态氮含量进行空间分布分析,通过测定氮、氧同位素进行溯源,运用SIAR模型量化污染源的贡献率.结果表明,青岛市地下水硝态氮含量（平均值）由2009年的38.49 mg·L^-1降低为2019年的22.37 mg·L^-1,但仍高于世界卫生组织（WHO）规定的饮用水中硝态氮的最大允许含量.2009年和2019年硝态氮含量都呈现由南向北逐渐增加的趋势,南部污染轻,北部污染重.δ15N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-的交叉图显示青岛市地下水硝态氮主要来源是化肥、土壤氮、粪肥和污水.水同位素表明降水是青岛市地下水的主要来源.贝叶斯混合模型（SIAR模型）表明污染源贡献率为：粪肥和污水（47.42%） > 土壤氮（27.80%） > 化肥（14.35%） > 大气氮沉降（10.43%）.从2009~2019年青岛市地下水质量得到了改善,但硝态氮污染状况仍不容忽视,应根据硝态氮污染来源,有针对性地防治以确保农区饮用水安全和农业的可持续发展.     

Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2电极电解氧化含氨氮废水

研究了含氨氮(NH^＋₄-N)废水在循环流动式电解槽中的电化学氧化,其中阳极为Ti/RuO₂-TiO₂-IrO₂-SnO₂网状电极,阴极为网状钛电极.考察了出水放置时间、进水流量和电流密度对氨氮去除的影响,并对能耗、阳极效率和瞬时电流效率（ICE）进行分析.结果表明,在氯离子浓度为400　mg/L,初始氨氮浓度为40 　mg/L时,进水流量对氨氮去除的影响不大,电流密度的影响比较大.在进水流量为600 mL/min,电流密度为20 mA/cm² ,电解时间为90 min时,氨氮去除率为99.37％,去除1 kg氨氮的能耗和阳极效率为500 kW·h和 2.68 h·m²·A,瞬时电流效率（ICE）为0.28.表明电解氧化含氨氮废水具有较好的应用前景.     

两种生物滞留系统脱氮除磷效果比较研究

为提升生物滞留系统的脱氮除磷效果,构建了折流式和直流式两种生物滞留系统,研究了径流流态与降雨强度对生物滞留系统脱氮除磷效果的影响.结果表明：①折流式系统可沿径流路径创造多个好氧、缺氧区块,相较直流式系统,总氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）去除率分别提升29.76%与159.30%.②折流式结构与降雨强度对系统下渗速率产生影响,进而影响系统脱氮除磷效果,低下渗速率（0.99 mm·min^-1）可提升系统脱氮效果（NO₃^--N：160.07%）,高下渗速率（2.96 mm·min^-1）可提升除磷效果（总磷（TP）：5.14%;磷酸盐（PO₄^3--P）：3.96%）.③在折流式系统中,氨氮污染负荷的81.02%通过植物吸收、微生物同化、硝化作用等途径去除,硝态氮污染负荷的52.33%被排出系统.     

移动床生物膜反应器净化模拟水产养殖废水的研究

采用移动床生物膜反应器（MBBR）净化模拟水产养殖废水.结果表明,MBBR净化模拟水产养殖废水效果良好.在水力停留时间（HRT）为8 h,DO为2.0~3.0 mg·L^-1的条件下,反应器启动迅速、运行稳定,能使COD和氨氮去除率均达到80%以上,TP去除率达到50%左右;有机负荷为（0.76±0.03）kg·m^-3·d^-1时,TN及氨氮去除效果最好,去除率分别达到71.73%及98.42%.为达到良好的TN去除效果,有机负荷不宜低于0.5 kg·m^-3·d^-1;DO为（3.00±0.25）mg·L^-1时,TN去除效果最好,最有利于同步硝化反硝化;为保持较高的氨氮去除效率,并减少亚硝态氮积累,DO浓度不应低于2.0 mg·L^-1;HRT过短会使氨氮去除效率降低,且可能出现亚硝态氮积累;采用序批式进水运行方式,对TP的去除效果优于连续进水方式,但运行周期后半段会出现亚硝态氮积累,对鱼类产生危害.     

Bi-PbO2电极电化学氧化去除模拟废水中氨氮的研究

本实验采用钛网作为基体,利用电沉积方法制备了纯PbO2电极和Bi-PbO2电极,通过SEM、XRD、XPS对电极的表面形态进行了表征,利用循环伏安法对Bi-PbO2电极电化学特性进行了研究.同时,以氨氮模拟废水作为研究对象,考察了Bi-PbO2电极的电催化活性,探讨了氨氮电化学氧化降解机理.结果表明,Bi-PbO2电极的形态表征、电催化活性明显高于纯PbO2电极,氨氮的去除效率随电流密度的增加而提高,碱性条件下氨氮的去除效果明显好于酸性条件,适量浓度的Cl-的引入在碱性条件下提高了氨氮的去除效果.当氨氮初始浓度为50 mg·L-1、电流密度为40 mA·cm-2、pH=12、Cl-浓度为600 mg·L-1时,电解120 min后,氨氮100%去除.氨氮的降解机理为:体系中无添加氯离子,酸性条件下氨氮主要是通过间接氧化去除,碱性条件下通过直接电氧化和间接氧化共同完成;体系中添加氯离子,氨氮的去除主要是通过溶液中生成的有效氯间接氧化去除.     

微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO_2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO_2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO~-_3-N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO_2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO_2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO~-_3-N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO~-_3-N初始浓度为25 mg·L~(-1)时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm~(-2)增加至0.67 mA·cm~(-2),平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)~(-1)增大到2.83 mg·(L·h)~(-1).对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO_2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.     

负载多壁碳纳米管的多孔Ti/SnO2-Sb-Ni电极电催化氧化双酚A

为发展废水中双酚A（BPA）的处理技术和保护水环境安全,采用“电沉积-热分解”法制备负载多壁碳纳米管（MWCNTs）的多孔Ti/SnO₂-Sb-Ni电极,研究了电极对BPA的去除能力、动力学特征和矿化效率,初步分析了BPA的降解途径.结果表明,当浸渍液中n（Sn）∶n（Sb）∶n（Ni）为100∶10∶1、ρ（MWCNTs）为0.8g·L^-1时,制备的电极对BPA的去除效果最好;负载MWCNTs使得电极表面的晶体尺寸更小,可增大电极的比表面积,为电催化反应提供更多的活性位点,进而提高电极的电催化效率.当c（Na₂SO₄）为10mmol·L^-1、反应液初始pH为5和电流密度为50 mA·cm^-2时,对50 mg·L^-1的BPA降解60 min时去除效率达到99.76%;去除过程符合一级反应动力学方程,速率常数为0.096 min^-1;电解120 min时,TOC去除率达到67.01%.采用液相色谱-串联质谱分析法（...     

掺硼金刚石电极处理榨菜废水试验研究

掺硼金刚石(BDD)电极在电化学氧化难生物降解性废水时具有电化学性能良好、处理效果好等特点,因而受到广泛关注.本试验采用BDD电极电化学氧化榨菜废水,并考察了稀释比、初始pH值、电流密度、极板间距等参数对COD、氨氮(NH3-N)去除率的影响.试验结果表明:在稀释比为1∶2、电流密度50 mA·cm-2、未调节pH值、极板间距为15 mm的最优工况下,COD、NH3-N去除率分别为96.9%、100%.COD去除率满足线性方程y=0.435t(R2=0.9899),NH3-N去除率满足多项式拟合方程y=0.53+0.936t+0.031t2-3.46×10-4t3(R2=0.9956).研究表明,BDD电极电化学氧化榨菜废水是一种有效的高级氧化工艺.     

pH冲击对海洋厌氧氨氧化菌处理含海水污水脱氮效能的影响

采用ASBR反应器,研究了pH冲击对海洋厌氧氨氧化菌处理含海水污水脱氮效能的影响,并利用Andrew模型和Ratkowsky模型模拟pH冲击下海洋厌氧氨氧化菌的脱氮过程.结果表明,当pH在7~8时,反应器的脱氮效果最佳,氨氮去除负荷(NRR)稳定在(0.30±0.04)kg·(m~3·d)~(-1),总氮去除率(TNRE)在(76.73±5.74)%;当pH为8.5时,游离氨(FA)的平均浓度为14.22 mg·L~(-1),该FA浓度对NRR的影响较小,NRR仍维持在(0.30±0.02)kg·(m~3·d)~(-1)左右,但是NO_2~--N在pH的直接影响下出现了积累,不能够完全去除,此条件不利于反应器的稳定运行;当pH为6.5和9时,FA浓度分别为0.22mg·L~(-1)和37.84 mg·L~(-1),NRR分别低至(0.10±0.02)kg·(m~3·d)~(-1)和(0.15±0.02)kg·(m~3·d)~(-1),且TNRE仅为(23.04±9.88)%和(42.12±5.52)%.海洋厌氧氨氧化菌在碱性条件下的耐受性强于酸性条件.采用修正的Andrew模型进行拟合,得到了NRR与FA之间的相互关系,同时还可以得到NRR_(max)、k_S和k_I等参数,对于表征海洋厌氧氨氧化菌的脱氮过程具有实际意义.     

钛基改性DSA电极氧化法去除水中全氟化合物

为了提高金属氧化物电极(DSA电极)的稳定性及催化活性,实现全氟化合物(PFCs)的高效降解,分别以溶胶涂覆法和电沉积法制备了改性DSA(Ti/SnO_2-ZnO)电极,并用于全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)的电化学降解过程研究.实验分别考察了电流密度、溶液初始pH、 PFOA与PFOS初始浓度对PFCs降解效果的影响.结果表明:两种方法制备的改性DSA电极表面均匀负载了SnO_2-ZnO复合涂层.在二维电极体系中,极板面积约为65.0 cm~2,电流密度为20.0 mA·cm~(-2),极板间距为15.0 mm,电解质为1.30 g·L~(-1)次氯酸钠溶液以及电解时间为150 min时,溶胶涂覆法和电沉积法所制备的Ti/SnO_2-ZnO电极对初始浓度为100 mg·L~(-1)的PFOA和PFOS分别在pH为3.50和6.50时去除效果最佳,分别达到了90.6%、94.6%和91.0%、93.7%;循环使用电极3次,其降解过程均符合准一级反应动力学,且电沉积法制备的电极效果优于溶胶涂敷法,表现出对PFCs类污染物稳定、高效的去除能力.     

电化学处理黄姜生化尾水研究

黄姜提取皂素过程中会产生大量废水,传统的生化方法难以去除这些废水中的难降解有机污染物.因此,本文以黄姜皂素生化尾水为研究对象,分别采用DSA+铁电极组合、不锈钢+铁电极组合、单独钛钌网电极(DSA)对其进行深度处理.结果表明,在原水CODCr为150mg.L-1,色度为200度,Cl-浓度为3338mg.L-1的情况下,不锈钢+铁电极组合、单独DSA电极处理后CODCr去除率分别为35%和43%,色度去除率分别为78.7%和84.6%.相较而言,DSA+铁电极组合在电流密度为95A.m-2、初始pH=7.28时处理30min后,CODCr和色度的去除率分别达到62%和99.5%.采用紫外光谱、三维荧光光谱和凝胶色谱对水质变化进行了详细分析.结果表明,水中难降解有机组分被降解矿化,生成分子量较小的脂肪酸.     

硝酸盐废水的连续流电催化脱氮研究

以高效阴极和形稳阳极为基础构建了电催化同步氧化还原脱氮体系,在还原硝酸盐的同时实现总氮的去除.同时,以电镀锌酸洗废水为例进行了连续流电化学脱氮研究,考察了电流密度和水力停留时间对脱氮效果的影响.结果表明,在电流密度为7.5 mA·cm^-2和水力停留时间为3 h的条件下,硝酸盐氮及总氮去除率分别为89.0%和88.6%,N₂选择性达到99.3%以上.通过对体系稳定性的考察,发现随反应时间的延长阴极的还原效率逐渐降低,但对阴极极板进行酸洗后用砂纸清理阴极表面可使体系脱氮效能恢复至初始状态.自由基淬灭试验表明,阴极的直接还原作用为体系中硝酸盐的主要还原机制.     

阴极原位产H2O2强化光电催化降解水中EDTA的研究

本研究构建了以活性碳纤维(Activated Carbon Fiber,ACF)为阴极,TiO_2/Ti与Ru O_2/Ti为双阳极的光电催化体系.该体系中,Ru O_2/Ti电阳极和TiO_2/Ti光阳极均有氧化作用,可同时氧化降解污染物;且电阳极具有较强析氧作用,能产生大量O_2;ACF阴极具有还原作用,可将体系中产生的O_2原位还原为H_2O_2;H_2O_2在紫外光下产生·OH,进而强化光电催化与电催化氧化过程,实现对水中乙二胺四乙酸二钠(EDTA)的高效去除.本论文详细考察了电流密度、pH、曝气等因素对EDTA降解效果的影响.结果表明,在EDTA初始浓度为300 mg·L~(-1)、溶液初始pH=4.84、电流密度为12 m A·cm~(-2)和光电流密度为0.012 m A·cm~(-2)的条件下,反应90 min后,EDTA降解率高于90%.该催化体系实现了EDTA的高效降解.