The performance of nitrate-reducing Fe(II) oxidation processes under variable initial Fe/N ratios: The fate of nitrogen and iron species

•Bacterially-mediated coupled N and Fe processes examined in incubation experiments. •NO₃⁻ reduction was considerably inhibited as initial Fe/N ratio increased. •The maximum production of N₂ occurred at an initial Fe/N molar ratio of 6. •Fe minerals produced at Fe/N ratios of 1–2 were mainly easily reducible oxides. The Fe/N ratio is an important control on nitrate-reducing Fe(II) oxidation processes that occur both in the aquatic environment and in wastewater treatment systems. The response of nitrate reduction, Fe oxidation, and mineral production to different initial Fe/N molar ratios in the presence of Paracoccus denitrificans was investigated in 132 h incubation experiments. A decrease in the nitrate reduction rate at 12 h occurred as the Fe/N ratio increased. Accumulated nitrite concentration at Fe/N ratios of 2–10 peaked at 12–84 h, and then decreased continuously to less than 0.1 mmol/L at the end of incubation. N₂O emission was promoted by high Fe/N ratios. Maximum production of N₂ occurred at a Fe/N ratio of 6, in parallel with the highest mole proportion of N₂ resulting from the reduction of nitrate (81.2%). XRD analysis and sequential extraction demonstrated that the main Fe minerals obtained from Fe(II) oxidation were easily reducible oxides such as ferrihydrite (at Fe/N ratios of 1–2), and easily reducible oxides and reducible oxides (at Fe/N ratios of 3–10). The results suggest that Fe/N ratio potentially plays a critical role in regulating N₂, N₂O emissions and Fe mineral formation in nitrate-reducing Fe(II) oxidation processes.     

g-C_3N_4/C@Bi_2MoO_6复合光催化剂的制备及其光催化活性

通过水热合成法和液相沉积法制备g-C_3N_4/C@Bi_2MoO_6复合光催化剂,并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸脱附、紫外-可见漫反射等技术对其进行表征。研究了可见光下g-C_3N_4/C@Bi_2MoO_6催化降解罗丹明B(Rh B)的影响因素,并对其光催化反应机理进行初步探讨。实验结果表明:g-C_3N_4掺杂量为60%(w)时g-C_3N_4/C@Bi_2MoO_6的光催化活性最高;在60%g-C_3N_4/C@Bi_2MoO_6的投加量为1.00 g/L、初始Rh B质量浓度为2.50 mg/L、可见光照射150 min的条件下,Rh B的降解率达到97.90%;在g-C_3N_4/C@Bi_2MoO_6光催化降解体系中,h~+和·O_2~-是主要活性物种。     

预氧化聚丙烯腈/g-C3N4光催化降解罗丹明B

以聚丙烯腈(PAN)和g-C_3N_4为原料,采用超声波辅助分散的溶液浸渍法及煅烧法制备了具有共轭结构的预氧化聚丙烯腈/g-C_3N_4复合光催化剂(CPAN/g-C_3N_4),采用XRD、SEM、FTIR、UV-Vis DRS、EIS等技术对光催化剂进行了表征,考察了CPAN/g-C_3N_4对罗丹明B(Rh B)的可见光催化降解性能。结果表明:CPAN与g-C_3N_4具有良好的协同作用,使g-C_3N_4片状结构堆叠体颗粒显著减小,明显增强了光催化剂在全部光谱范围内的光吸收,有效提高了光生电子-空穴分离效率;在PAN与g-C_3N_4质量比为1∶200、煅烧温度250 ℃、煅烧时间1 h条件下所制备的CPAN/g-C_3N_4光催化活性最高,且具有良好的光催化活性稳定性。超氧自由基和光生空穴为CPAN/g-C_3N_4复合光催化剂光降解罗丹明B的主要活性物种。     

SBR法处理低C/N污水的工程应用——以某基地污水处理站改造工程为例

低C/N污水的生化处理过程中,由于碳源不足,不能满足硝化和反硝化的要求,造成出水NH3-N超标。采用SBR工艺对某基地污水处理站厌氧处理后的低C/N污水进行改造,处理后出水COD去除率达到97%以上,NH3-N去除率达到93%以上。     

城镇污水处理厂脱氮除磷好氧污泥颗粒化研究

采用序批式生物反应器(SBR)培养好氧颗粒污泥处理模拟废水,优化好氧颗粒污泥内部好氧-兼氧-厌氧微环境,在反应器的快速启动、稳定运行阶段分别考察不同优化条件下系统的脱氮除磷性能。提出了优化污泥沉降时间、调控曝气方式等好氧污泥快速颗粒化途径,并研究排泥方式对颗粒污泥反应器稳定性的影响,通过强化脱氮除磷功能菌富集,实现氮磷同步高效去除。     

Pd/g-C3N4对水中2,4-二氯酚的催化加氢脱氯研究

分别采用光沉积法和浸渍法制备了载钯石墨相氮化碳催化剂(Pd/g-C3N4-PD和Pd/g-C3N4-IMP),并对其进行了电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和Zeta电位的表征.结果表明,不同载钯量Pd/g-C3N4-PD的等电点均在pH 2.3左右;Pd/g-C3N4-PD表面Pd粒子分散均匀,且Pd粒径小于Pd/g-C3N4-IMP.分别将Pd/g-C3N4-PD和Pd/g-C3N4-IMP用于2,4-二氯酚的催化加氢脱氯研究,Pd/g-C3N4-PD的催化脱氯效果明显优于Pd/g-C3N4-IMP.低pH值利于2,4-二氯酚的催化加氢脱氯过程,但不利于保持催化剂的稳定性.     

不同EPS组成生物膜对Cu2+吸附的研究

采用自行设计的反应器,通过调节培养液的配比对载体进行挂膜,得到蛋白质和多糖含量比分别为7:1、5:1和10:1的3种生物膜作为吸附剂,用其对Cu2+进行吸附试验,同时对吸附机理进行探讨.结果表明,培养8d后,生物膜可挂膜成熟,在C/N=12时,生物膜上的菌落数较C/N=4和C/N=37条件下多.PN/PS值越小,生物膜对铜的吸附量越高,EPS3对Cu2+的吸附量分别高出EPS1 7.37 %, EPS2 7.62%.在生物膜吸附Cu2+后,溶液中Ca2+、Mg2+、K+含量明显升高,表明离子交换对生物膜吸附Cu2+起主要作用,且Cu2+更易与Ca2+和Mg2+产生离子交换作用.当KNO3浓度在0.1~0.6mol/L之间,随着离子强度的增加,生物膜吸附Cu2+的量迅速减少,当KNO3浓度大于0.6mol/L时,生物膜对Cu2+吸附量的变化趋于平缓,说明生物膜对Cu2+的吸附同时包括离子交换吸附和化学吸附.     

汉江上游金水河流域氮湿沉降

汉江上游金水河流域是南水北调工程的重要水源涵养区,但是氮污染已成为该流域水质的主要威胁因素.该研究对汉江的金水河流域开展了为期1 a(2012-02~2013-02)的氮湿沉降观测,并利用氮输出模型估算了氮湿沉降对河流氮负荷的贡献量.结果表明雨水中总氮(DTN)的浓度在0.24~2.89 mg·L-1之间,铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3N)及有机氮(DON)分别占42.8%、13.3%和43.9%;雨水氮浓度随降雨量增大而变小,明显受到降雨的稀释作用.流域内氮湿沉降主要来自人类活动,沉降负荷在4.97~7.00 kg·(hm2·a)-1之间,受降雨量的主要影响,上游地区的氮湿沉降负荷>下游地区>中游地区,春夏两季约占全年氮湿沉降的81%.流域氮湿沉降对河流氮负荷贡献量约为34 000~46 000 kg,只占流域氮肥贡献量的5.05%~6.78%,远小于流域内农业活动化肥氮的贡献量,不是河流氮的主要来源.     

碳磷比对SND过程污染物去除及N2O释放的影响

以两个平行运行的SBR反应器为研究对象,研究了碳磷比对同步硝化反硝化过程中污染物去除及温室气体N2O释放的影响.结果表明:系统对COD和氨氮的去除率均能达到90%以上,总磷和总氮去除率随碳磷比的降低而提高,这是由于低碳磷比下聚磷菌得到富集,同时部分聚磷菌利用NO3-和NO2-为电子受体吸收磷,从而实现脱氮除磷的同步提高.系统的N2O释放量随碳磷比的降低而降低,低碳磷比下N2O释放量仅为高碳磷比的76%.低碳磷比下N2O释放量的减少主要是由于异养反硝化过程对N2O释放的贡献降低导致的.     

小麦-玉米轮作体系农田氮素淋失特征及氮素表观平衡

连续6年采用渗漏计法研究了不同施氮处理下陕西关中小麦-玉米轮作区农田土壤90 cm深度处氮素(N)淋失特征和土壤-作物体系氮素表观平衡状况.结果表明:该地区农田氮素淋溶主要发生在降雨量较多的玉米季,且集中在8月和9月.监测期内,TN和NO-3-N年平均流失量分别为2.72~23.07 kg·hm-2和1.53~18.72 kg·hm-2,年流失率分别为0.65%~3.44%和0.82%~3.32%,且年总氮、硝态氮流失量均随年施氮量增加呈指数增加.氮素淋失形态中,NO-3-N比例较高,可占总氮淋失量的56.00%~81.00%,且随着氮肥用量的降低,其占总氮淋失量的比例也随之减小.可见,施氮量的大小在一定程度上会影响淋失液中各形态氮的比例.氮素表观平衡结果显示,随着施氮量提高,氮素在土壤中的残留和表观氮盈余均呈现指数增加趋势.长期施氮条件下,土壤-作物体系氮素表观损失率的幅度为32.60%~55.20%,土壤表观残留率为-0.17%~8.20%.多年监测结果表明,优化施氮模式下,作物不仅可以获得较高的产量和氮肥利用率,农田氮素淋失量也大幅降低,在节约肥料资源的同时减轻了潜在的环境风险.