g-C3N4/TiO2纳米管阵列光阳极的制备及其光电催化降解邻氯硝基苯

采用阳极氧化-涂覆煅烧法成功制备了g-C₃N₄/TiO₂纳米管阵列（g-C₃N₄/TNAs）光阳极,并通过扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外可见漫反射光谱仪、光致发光光谱仪和电化学工作站等表征分析了g-C₃N₄/TNAs光阳极的形貌、晶形结构、光学特性和光电化学性能.表征结果证实,g-C₃N₄的引入通过缩小禁带宽度扩宽了TNAs的可见光响应范围,提高了光电流密度和光生电子寿命,促进了光生电子和空穴的分离.g-C₃N₄/TNAs光阳极在光电催化体系内对邻氯硝基苯（o-CNB）的降解效率高于其在光催化和电催化体系中对o-CNB的降解效率,且具有良好的稳定性和可重复性.活性物质捕获实验、电子自旋共振测试和能带结构分析表明,g-C₃N₄/TNAs光阳极中TNAs和g-C₃N₄之间存在Z型异质结相互作用机制.在光电催化体系内降解o-CNB的主要活性物质是^?O₂^-、^?OH和光生空穴,而光生电子是次要的活性物质.     

厌氧氨氧化电子受体的研究

在无机条件下,以该课题组已经培养出来的厌氧氨氧化污泥作为接种污泥,分别以硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体来研究氨的氧化反应。从去除速率的角度来看,以NO2--N、NO3--N和SO42--S为电子受体的反应器,分别在运行的第24.5天、40天和31天时达到0.030 0 kg/(m.3d)NH4+-N去除速率,则氧化氨的能力由大到小依次是:亚硝酸盐>硫酸盐>硝酸盐;从标准吉布斯自由能变化来看,3种反应都是可以发生的;以亚硝酸盐为电子受体的反应过程是一个消耗酸度的生物过程,而以硫酸盐为电子受体的反应过程是一个消耗碱度的生物过程。     

温度对厌氧氨氧化反应器脱氮效能稳定性的影响

采用厌氧氨氧化反应器,通过氮去除速率的测定,研究了不同温度变化方式对反应器脱氮效能稳定性的影响.结果表明,温度在26～37℃之间变化时,氮去除速率在1.51～1.84 kg.(m3.d)-1之间波动.其中逐渐降温的氮去除速率变化幅度4.35%,比阶梯降温(氮去除速率变化幅度9.03%)更有利于厌氧氨氧化反应器脱氮效能的稳定.当温度低于20℃时,反应器氮去除会快速下降.特别当温度低于15℃时,反应器氮去除速率下降至0.55 kg.(m3.d)-1,同时出现大量的NO2--N积累,从而抑制厌氧氨氧化反应.对其进行线性拟合发现,低于20℃时温度与氮去除速率具有明显的线性关系.根据温度变化对反应器氮去除速率稳定性的影响,提出了厌氧氨氧化反应器快速启动及实现低温高效运行的控温策略.     

硫酸盐还原-氨氧化反应的特性研究

将接种的ANAMMOX污泥进行自养条件下的硫酸盐还原-氨氧化反应,实验发现硫酸盐还原-氨氧化反应是pH下降的过程,其产物为单质硫和氮气,NO-3-N是其中间产物.NH+4-N/SO2-4-S的转化比随着原水n(N)/n(S)比的减小而减小,其中原水n(N)/n(S)比对氨的转化率影响不大,低的n(N)/n(S)比可以提高SO2-4-S的转化率,但却使NH+4-N转化为NO-3-N的比率增大,导致n(TN)/n(TS)的去除比减小.这表明硫酸盐还原-氨氧化反应不是基元反应.硫酸盐能把氨氧化为NO-2-N或NO-3-N,其中转化为NO-3-N的反应是限速步骤,缩短反应时间有利于氮损失.     

厌氧硫酸盐还原-氨氧化的研究

采用厌氧序批式反应器,在无机营养条件下培养历时354 d,成功实现了SO2-4和NH+4的同步生物去除。结果表明,提高进水的TN负荷有利于促进硫酸盐还原-氨氧化的发生,当进水TN负荷提高到120 mg/(L·d)时,对TN的平均去除速率和硫酸盐硫的平均去除速率达到了最大,分别为64.43 mg/(L·d)和44.82 mg/(L·d);在同步生物脱氮除硫前期生成了大量的NO-3-N,平均浓度为53.88 mg/L,远大于由Anammox反应生成的量,推测部分NO-3是直接由NH+4和SO2-4发生氧化还原反应生成。该体系中存在单质硫的自养反硝化,可以解释反应后期硫酸盐重生成的现象。