Fe2+浓度对生物产氢动力学的影响

研究了Fe²⁺在0～1 500 mg/L 范围内对混合细菌发酵产氢动力学的影响.结果表明,以葡萄糖为底物,在35℃ 和初始pH为7.0时,当Fe²⁺浓度为0～300 mg/L 时,混合细菌发酵葡萄糖的最大累积产氢量和平均产氢速率都随着Fe²⁺浓度的增加而增加;当Fe²⁺浓度为300 mg/L 时,最大累积产氢量和平均产氢速率最高,分别为302.3 mL和30.0 mL/h .当Fe²⁺浓度为0～350 mg/L 时,比产氢率随着Fe²⁺浓度的增加而增加,当Fe²⁺浓度为350 mg/L 时,最大比产氢率为311.2 mL/g .修正的Logistic模型能很好地描述累积产氢量随时间的变化规律.修正的Han-Levenspiel模型能很好地描述Fe²⁺浓度对平均产氢速率的影响.     

Fe^2＋浓度对生物产氢动力学的影响

研究了Fe2 '在0～1 500 mg/L范围内对混合细菌发酵产氢动力学的影响.结果表明,以葡萄糖为底物,在35℃和初始pH为7.0时,当Fe2 浓度为0～300 mg/L时,混合细菌发酵葡萄糖的最大累积产氢量和平均产氢速率都随着Fe2 浓度的增加而增加;当Fe2 浓度为300 mg/L时,最大累积产氢量和平均产氢速率最高,分别为302.3 mL和30.0 ml/h.当Fe2 浓度为0～350mg/L时,比产氢率随着Fe2 浓度的增加而增加,当Fe2 浓度为350 mg/L时,最大比产氢率为311.2 mL/g.修正的Logistic模型能很好地描述累积产氢量随时间的变化规律.修正的Han-Levenspiel模型能很好地描述Fe2 浓度对平均产氢速率的影响.     

K+对Fe(Ⅵ)生成的稳定促进作用和机理研究

研究了在生成高铁酸盐反应过程中K⁺对Fe(Ⅵ)的稳定促进作用和机理.结果表明,当反应温度大于50℃时,K⁺比Na⁺更有利于高铁酸盐的生成.K⁺促进高铁酸盐溶液生成的最佳反应温度为65℃.在生成高铁酸盐反应过程中,增加K⁺浓度能提高高铁酸盐的产率,并且随着硝酸铁投加量的增加,K⁺影响显著.在硝酸铁投加量为85 g/L时,采用4.4 mol/L KOH制备的Fe(Ⅵ)浓度为0.05 mol/L;加入2 mol/L K⁺后,Fe(Ⅵ)浓度增加到0.15 mol/L.K⁺对高铁酸盐溶液生成浓度的影响在硝酸铁投加量大于75 g/L,反应温度低于55℃,ClO^-浓度低于1.16 mol/L时较为显著.K⁺在一定程度上可替代部分碱度,降低OH^-用量.在反应过程中K⁺能包裹在FeO^2-₄周围,减少Fe³⁺与FeO^2-₄接触,从而减缓Fe³⁺对FeO^2-₄的催化分解作用;同时K⁺能与FeO^2-₄生成K₂FeO₄晶体沉淀析出,降低溶液中FeO^2-₄浓度,Fe(Ⅵ)分解速率减缓,稳定性增加,Fe(Ⅵ)生成浓度增加.     

Fe3+和Br-对饮用水氯消毒过程中挥发性卤代烃生成的影响

以腐殖酸模拟天然水体中的活性消毒副产物的前体物,研究了含腐殖酸水样中溴离子和三价铁离子对氯消毒反应过程中挥发性卤代烃三卤甲烷(THMs)的生成量和相对分布的影响.结果表明,水样中的溴离子浓度增加将增加溴代三卤甲烷和总三卤甲烷的生成量, 在Br^-离子浓度1.0 mg/L时,THMs的总量为不含Br^-时的2.7倍;当水样中含有溴离子时,在偏酸性条件下三价铁对三卤甲烷的生成有一定的抑制作用,在偏碱性条件下三价铁离子提高了溴离子与腐殖酸的反应活性,从而提高了三卤甲烷的生成总量.Fe³⁺浓度为5 mg/L时,三溴甲烷的生成量与无Fe³⁺存在时相比,由51.7 μg/L增加到79.4 μg/L, 增加幅度达54%,THMs的总量从113.49 μg/L增加到162.09 μg/L.溴离子对饮用水的安全性具有较大的负面影响,溴离子和三价铁离子共存于偏碱性环境中时对加氯消毒后饮用水的致癌风险的影响显著增大,当Br^-含量为0.2 mg/L、Fe³⁺含量为5 mg/L时,在pH为6和8的条件下,致癌风险比饮用水中不含Br^-和Fe³⁺时分别增加2.5和5.1倍.     

微生物脱硫工艺条件的研究

通过对比酸性水溶液、含Fe³⁺的酸性水溶液及细菌菌液脱除SO₂的效果,研究了Fe³⁺浓度、pH值和通气时间变化对脱硫率的影响.实验表明:酸性水溶液中SO₂的吸收仅为物理吸收;Fe³⁺能催化氧化SO₂,这种催化氧化效果随着Fe³⁺浓度的升高、pH值的增大而变得明显(pH值2.0、Fe³⁺1.5g/L时,通气时间近170min,脱硫率仍高达90%);细菌菌液脱硫的效果同样受Fe³⁺浓度、pH值的影响;氧化亚铁硫杆菌不仅具有氧化Fe²⁺的能力,还具有氧化S(Ⅳ)的能力,在Fe³⁺浓度1.5g/L,pH值1.5时效果最为明显.     

玉米秸秆发酵浸出液模拟废水发酵产氢的放大实验研究

在20 L的半连续流发酵罐中,以牛粪堆肥为产氢菌源,按照玉米秸秆发酵浸出液的主要成分配制模拟废水,考察和分析了几个关键环境因素对发酵产氢的影响.结果表明,HRT、C/N、Fe²⁺浓度和模拟废水浓度对发酵产氢均有不同程度的影响.在本实验条件下,秸秆模拟废水的氢产量、氢浓度和产氢速率分别为11.80 mol/kg、56%和8.81 L/(L·d),底物转化率大于90%,废水中COD去除率为39.40%.在整个发酵产氢过程,液相主要发酵副产物为丁酸、乙酸和丙酸以及少量的乙醇和丁醇.     

聚合多巴胺功能化非织造布增强Fe2+活化过硫酸盐降解酸性红B

为了提高Fe²⁺活化过硫酸盐（PS）过程中Fe²⁺的利用效率,降低其对自由基的淬灭作用.制备了聚多巴胺复合聚丙烯非织造布（PDA-PP）,考察了PDA-PP材料应用于Fe²⁺/PS体系中,对酸性红B（ARB）的氧化降解性能和机理.结果表明：PDA-PP/Fe²⁺/PS体系能够更持续地活化PS氧化降解ARB.一方面聚多巴胺中酚羟基使Fe³⁺还原为Fe²⁺,保持对PS分解的持续性,另一方面聚多巴胺中的邻苯二酚和氨基对Fe²⁺的络合作用控制了Fe²⁺的释放速率,降低了Fe²⁺对自由基的淬灭.自由基淬灭实验与ESR分析结果表明,羟基自由基（·OH）是PDA-PP/Fe²⁺/PS体系的主要活性物种. （SO₄^·-）的产生量少于·OH.研究显示,PDA-PP的加入能有效提高Fe²⁺/PS体系中Fe²⁺ 的利用效率,降低自由基的淬灭作用,PDA-PP在重复使用5次后,催化体系依然保持催化性能.该研究在促进过硫酸盐催化氧化降解有机物方向具有一定的应用潜力.     

微生物法液相氧化SO2

通过对酸性水溶液、含Fe³⁺水溶液、含Fe²⁺水溶液、细菌菌液和细菌培养基水溶液脱除二氧化硫的实验,探讨了微生物液相氧化二氧化硫的途径.以液相中SO₄^2-浓度考察了Fe³⁺浓度、Fe²⁺浓度、进口SO₂浓度以及温度对脱硫成酸的影响.微生物脱硫有2种机制:一是直接氧化作用,即氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)将S(IV)氧化成S(VI);二是间接催化氧化,氧化亚铁硫杆菌在酸性条件下具有快速氧化Fe²⁺成Fe³⁺,增强Fe³⁺对SO₂的液相催化氧化能力,研究表明微生物脱硫以间接催化氧化为主.在浓度0～1.2g/L之间,Fe³⁺和Fe²⁺浓度越高,脱硫效果越好,氧化亚铁硫杆菌表现出对Fe³⁺/Fe²⁺体系氧化SO₂的强化效果.入口SO₂浓度越高,细菌脱硫效率越低,但液相中SO₄^2-浓度随进口SO₂浓度增加变化不大.温度对微生物脱硫影响较大,最佳脱硫温度为30～40℃.     

贵州省务川汞矿区土法炼汞过程中汞释放量的估算

通过对酸性水溶液、含Fe³⁺水溶液、含Fe²⁺水溶液、细菌菌液和细菌培养基水溶液脱除二氧化硫的实验,探讨了微生物液相氧化二氧化硫的途径.以液相中SO₄^2-浓度考察了Fe³⁺浓度、Fe²⁺浓度、进口SO₂浓度以及温度对脱硫成酸的影响.微生物脱硫有2种机制:一是直接氧化作用,即氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)将S(IV)氧化成S(VI);二是间接催化氧化,氧化亚铁硫杆菌在酸性条件下具有快速氧化Fe²⁺成Fe³⁺,增强Fe³⁺对SO₂的液相催化氧化能力,研究表明微生物脱硫以间接催化氧化为主.在浓度0～1.2g/L之间,Fe³⁺和Fe²⁺浓度越高,脱硫效果越好,氧化亚铁硫杆菌表现出对Fe³⁺/Fe²⁺体系氧化SO₂的强化效果.入口SO₂浓度越高,细菌脱硫效率越低,但液相中SO₄^2-浓度随进口SO₂浓度增加变化不大.温度对微生物脱硫影响较大,最佳脱硫温度为30～40℃.     

浮游球衣菌去除废水中Pb2+的研究

以浮游球衣菌为生物吸附剂,考察了菌铅比、pH、温度和时间等因素对Pb²⁺吸附的影响.结果表明,浮游球衣菌对Pb²⁺有很好的吸附效果,该过程10min内即可达到吸附平衡,且温度对吸附效果影响不大.当pH5.5,菌含量0.6 g/L,铅离子初始浓度不大于20 mg/L时,Pb²⁺去除率近100%,浮游球衣菌最大单位吸附量为2.1 mmol/g干菌体.浮游球衣菌对0～60 mg/LPb²⁺的吸附符合Freundlich方程.HCl和EDTA溶液可有效地将Pb²⁺从菌体上解吸下来并可重复使用.     

二价铁离子对UASB反应器厌氧发酵产氢效能的影响

金属离子Fe2+在生物产氢机制中起着重要作用.以红糖为底物,研究了Fe2+在0～1 650 mg·L-1范围内对UASB发酵产氢效能的影响.结果表明,适当浓度的二价铁离子对产氢具有一定的促进作用.当Fe2+浓度为0～450 mg·L-1时,发酵产气量及其氢气含量都随着Fe2+浓度的增加而增加;且当Fe2+浓度为450 mg·L-1时,获得最大生物气体积为17.72 L,较空白组提高了40.75%,此时氢气含量60.01%.而当外加的Fe2+浓度大于450 mg·L-1时,则开始呈下降趋势.因此,Fe2+可以成为调控发酵制氢的工程措施之一.     

黔西南高砷煤矿区钙镁离子对砷酸根联合生物毒性效应的影响研究

以隆线溞为受试生物,研究了黔西南高砷煤矿区水环境中广泛共存的Ca2+、Mg2+对砷酸根(AsO34-)的生物毒性效应的影响.结果表明,砷酸根单独存在条件下,对隆线溞24、48、72、96h的半致死浓度(LC50)分别为5.9817、5.1800、4.1884、3.2015 mg·L-1.Ca2+(20、60、100mg...     

Fe2+、Co2+、Ni2+对渗滤液厌氧过程的影响

通过单因素和正交试验,分别研究了Fe2+、Co2+、Ni2+及其组合对渗滤液厌氧过程中COD去除率和产甲烷量的影响.结果表明,分别投加Fe2+=25 mg·L-1、Co2+=1 mg·L-1、Ni2+=0.5 mg·L-1时对COD去除率和产甲烷量促进显著,3种微量元素均表现出了"低促高抑"的Hormesis效应.微量元素组合投加时,协同促进了甲烷的产生,其中Co2+是影响COD去除率的主要因素,Fe2+是影响产甲烷量的主要因素,但3种微量元素在其各自适宜的投加浓度范围时,对渗滤液厌氧过程的促进效果较为相近.各试验组的pH值维持在7.05~7.53之间,并与产甲烷量呈显著的相关关系.此外,渗滤液成分复杂,微量元素的生物有效性一定程度上受到限制,渗滤液厌氧体系对微量元素的需求较别的体系偏高.     

类芬顿调理污泥用于微生物电解池产氢与磷回收的研究

为提高微生物电解池(MEC)利用剩余污泥产氢气和磷回收的效率,采用Fe~(3+)、原儿茶酸(PCA)和H_2O_2体系预调理污泥,探究中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系的试剂投加量对污泥液相总磷含量和溶解性化学需氧量(SCOD)的影响.在单因素试验的基础上,通过表面响应法(RSM)优化得到Fe~(3+)和H_2O_2投加量分别为12.96 mmol·L~(-1)和0.45 mol·L~(-1),液相总磷含量和SCOD含量实际值分别为(60.14±0.08) mg·L~(-1)和(3357.67±66.37) mg·L~(-1),模拟效果显著.与未处理的剩余污泥MEC反应器出水相比,经过调理后的剩余污泥MEC反应器出水中的总化学需氧量(TCOD)、多糖和蛋白质的去除率分别提高了30.03%、50.16%和97.31%,氢气转化率提升了1.31倍,有效提升了MEC产氢效率.通过鸟粪石结晶回收MEC污泥上清液中的磷,发现在初始pH值为10、Mg~(2+)浓度为0.056 mol·L~(-1)和NH~+_4浓度为0.08 mol·L~(-1)时效果最佳.鸟粪石晶体质量浓度最高可达7.6 g·L~(-1),晶体纯度最大为88.30%,上清液中77.55%的磷以鸟粪石的形式得到回收.在本研究最优化条件下进行中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系调理剩余污泥微生物电解池产氢与磷回收全过程中产出经济价值达到2.36元.实验研究最终表明,经过Fe~(3+)/PCA/H_2O_2体系调理污泥可促进污泥中磷的释放和MEC处理污泥的产氢效率,为探究污泥资源化提供了新的研究思路.     

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌介导的次生铁矿物形成的影响因素分析

酸性矿山废水(AMD)具有酸度高并含有大量可溶性Fe、硫酸根及重(类)金属的特点,采用生物矿化法促使AMD中Fe向羟基硫酸铁次生矿物转变,对AMD后期石灰中和减少氢氧化铁和废石膏的产生,提高中和效率具有实际意义.本研究模拟AMD,考察了初始pH、Fe~(2+)浓度、Fe/Na摩尔比对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)体系中Fe~(2+)氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相的影响.结果表明,高浓度Na~+会抑制A.ferrooxidans的氧化能力,当Na~+浓度在A.ferrooxidans耐受范围内时,其不影响Fe~(2+)氧化及总Fe沉淀去除效果,表现在160、80、20 mmol·L~(-1)的Fe~(2+)分别在72、48、48 h内被完全氧化,培养至终点时平均总Fe沉淀率分别为20.04%、16.43%、0.99%.此外,在Fe~(2+)浓度为160mmol·L~(-1)体系中,当Fe/Na摩尔比为1.0、2.0时,pH为2.0~2.6时获得次生铁矿物均为纯净施氏矿物.而当Fe/Na摩尔比降至0.5时,次生铁矿物的合成途径开始向黄钠铁矾转移,且其特征衍射峰随着Na~+浓度提高而愈加显著.本研究结果可为生物合成次生铁矿物工艺的优化及其在AMD治理领域的有效应用提供必要的参数支撑.     

硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究

为了研究硝酸盐对厌氧生物膜系统同时产甲烷反硝化反应的影响及其机制,拓展生物膜工艺在高氮有机废水中的应用,采用生物膜-污泥厌氧复合反应器和上流式厌氧污泥床培养具备同时产甲烷反硝化反应的功能微生物系统,并以间歇实验方法,对比研究硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能的影响.结果表明,硝酸盐对生物膜和颗粒污泥系统去除COD和反硝化反应均有影响,但硝酸盐浓度变化对颗粒污泥系统的影响比生物膜系统更大,生物膜表现出更强的降解能力和更高的耐性阈值.随着硝酸盐浓度从75 mg·L-1增加到600 mg·L-1,颗粒污泥对COD的降解速率从273.26mg·（h·g）-1降到0.1 mg·（h·g）-1,而生物膜从95 mg·（h·g）-1降至1.7 mg·（h·g）-1;同时,生物膜和颗粒污泥对硝酸盐的降解速率分别从21.43、22.31 mg·（h·g）-1增加到83.72、61.06 mg·（h·g）-1,随着硝酸盐的降解,生物膜表现出更强的恢复能力,最大值为712.44 mg·（h·g）-1.研究还发现亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时脱氮除碳功能的主要原因,在相同的硝酸盐浓度下,生物膜中亚硝酸盐的最大积累量仅为的颗粒污泥的1/10.因此,生物膜-污泥厌氧复合反应器可以作为高浓度含氮有机废水实现同时产甲烷反硝化工艺反应器一种重要选择.     

重金属铜在黑土和棕壤中解吸行为的比较

采用一次平衡法研究吸附态Cu²⁺在黑土和棕壤上的解吸行为并进行了比较.结果表明,与棕壤相比,黑土吸附态Cu²⁺解吸有更长的滞后阶段,黑土在Cu²⁺的吸附量低于729.00mg·kg^-1(Cu²⁺处理浓度小于40 mg·L^-1),棕壤在Cu²⁺的吸附量低于393.29 mg·kg^-1(Gu²⁺处理浓度小于20 mg·L^-1)时,土壤吸附态Cu²⁺几乎不发生解吸.2种土壤吸附态Cu²⁺的解吸率均较低,尤其是黑土.在试验所采用的Gu²⁺处理浓度范围内,黑土与棕壤吸附态Cu²⁺的最高解吸率分别为6.60%和13.56%.Freundlich方程为描述2种土壤Cu²⁺等温解吸过程的最佳方程.黑土和棕壤吸附态Cu²⁺的解吸速率均较快,在40min左右基本达到平衡.描述黑土和棕壤解吸动力学过程的最优模型为双常数速率方程,其次为Elovich方程.     

凤眼莲对二价铁锰离子的吸附及机理研究

利用凤眼莲根、茎、叶粉末吸附水溶液中的Fe2+、Mn2+,并通过一系列的条件优化,确定了最佳的吸附条件.同时,采用等温吸附模型与动力学模型拟合研究了吸附特性.结果表明,凤眼莲根、茎、叶对Fe2+的吸附能力依次为根＞叶＞茎,对Mn2的吸附能力依次为茎＞叶＞根;在Fe2+、Mn2+起始浓度分别为45 mg·L-1和75 mg·L-1,pH分别为4.0和5.0,吸附剂添加量为0.4g,摇床转速为180 r·min-1,温度为50℃的条件下,根对Fe2+的最大吸附量为(21.73±0.38) mg·g-1,茎对Mn2+的最大吸附量为(15.55±0.58) mg·g-1,去除率分别达到96.58％和82.93％.Langmuir模型和准二级动力学模型能够较好地拟合Fe2+、Mn2+的吸附过程,吸附活化能与傅立叶红外光谱等表明该过程为物理化学吸附.与现有的Fe2+、Mn2+吸附生物质相比,凤眼莲粉末吸附水溶液中Fe2+、Mn2+的能力较突出,是一种极具潜力的吸附材料.     

厌氧铁氨氧化处理模拟垃圾渗滤液的影响因素研究

厌氧条件下,微生物将NH~+_4-N氧化和Fe~(3+)还原的反应称为厌氧铁氨氧化(Feammox).试验以处理垃圾渗滤液的厌氧氨氧化污泥(ANAMMOX)为接种污泥驯化Feammox污泥,研究了不同NH~+_4-N及Fe~(3+)浓度对Feammox系统的影响,并采用扫描电镜(SEM)分析了Feammox系统不同运行阶段的污泥形态特征.结果表明:在厌氧序批式反应器中,在常温条件下控制进水NH~+_4-N浓度为50 mg·L~(-1)、pH在7.4～7.6之间,经过88 d厌氧富集培养后NH~+_4-N最大转化率达到52.73%,最大转化量为28.37 mg·L~(-1),出水Fe~(2+)浓度随着运行时间的增加逐渐增加,最高浓度为2.87 mg·L~(-1).高浓度NH~+_4-N(400 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(500 mg·L~(-1))条件下,氨氮转化量分别达到了40.69 mg·L~(-1)和29.23 mg·L~(-1),说明高进水基质条件下仍然有Feammox反应发生.低浓度NH~+_4-N(100 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(50 mg·L~(-1))条件下,NH~+_4-N转化量与Fe~(2+)生成量的线性关系较强,R~2分别为0.86544和0.86034.通过SEM分析可得,Feammox污泥表面附着有不规则矿物,这些矿物沉积在微生物细胞表面阻碍传质,从而降低微生物代谢效率.     

碳酸盐与磷酸盐对Biohydrogenbacterium R3sp.nov.产氢发酵效能的影响

采用NH4HCO3、NaHCO3、Na2CO3、K2HPO4、KH2HPO4、NaH2PO4和Na2HPO4作为碳酸盐和磷酸盐缓冲溶液源,研究其对Biohydrogenbacterium R3 sp.nov.产氢发酵效能的影响.研究发现,碳酸盐对Biohydrogenbacterium R3 sp.nov.反应体系中的pH值都具有较好的缓冲作用,而磷酸盐的添加对其产氢效能的促进作用较明显.反应器内添加了Na2HPO4与K2HPO4的Biohydrogenbacterium R3 sp.nov.的氢气产量与氢气含量达到最高值,分别为1978.56 mL、44.1％与2160.9 mL、45.8％,此时反应器内的pH值分别为3.28和3.41,细胞浓度分别为1.03 g·L-1和1.21 g·L-1,添加了Na2HPO4的Biohydrogenbacterium R3 sp.nov.的乙醇和乙酸产量分别为4841.49 mg·L-1和2064.94 mg·L-1;而添加了Na2CO3的氢气产量、氢气含量、细胞浓度与反应器内pH值分别为1064.42 mL、35.96％、1.23 g·L-1与3.81,此时乙醇、乙酸的产量分别为3862.21 mg·L-1和1930.86 mg·L-1.