喹啉和吡啶共存条件下的MFC产电特性研究

喹啉和吡啶往往共存于实际废水中,本文通过构双极室MFC,以铁氰化钾为电子受体,对喹啉和吡啶在MFC中的降解以及产电性进行研究.结果表明,MFC的最大输出电压随着葡萄糖浓度的降低而降低,当喹啉和吡啶初始浓度均为500mg·L-1,葡萄糖浓度分别为1000、500、100mg·L-1时,最高输出电压逐渐降低,分别为606、537、354mV;最大体积功率密度为18.4、14.4和6.3W.m-3.当以等浓度500mg·L-1的喹啉和吡啶作混合燃料时,MFC的内阻超过1250Ω,最大体积功率密度为2.9W.m-3.周期结束时,COD的去除率达79%以上,喹啉和吡啶均可以完全去除,喹啉的降解速率明显高于吡啶.MFC可以利用喹啉和吡啶作为混合燃料,这为含喹啉和吡啶共存类实际废水的MFC处理提供了理论依据.     

青霉菌和镰刀菌对重金属Cd~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)和Pb~(2+)的吸附特性

研究了青霉菌和镰刀菌对重金属Cd2+、Cu2+、Zn2+和Pb2+的吸附特性,探讨了复合重金属和不同培养基对菌株吸附能力的影响.同时,采用察氏液体培养基(CDM)和马铃薯葡萄糖培养基(PDB)接种菌株,对不同种类和浓度的重金属进行吸附实验.结果表明,青霉菌和镰刀菌对Cd2+、Cu2+和Zn2+的吸附率随金属浓度的升高而下降,吸附量随金属浓度的增加先增大后减小;当浓度增加到较高值(300mg·L-1)时,Pb2+的吸附率开始下降,吸附量先逐渐增加后变化不大.菌丝体对重金属的吸附能力表现出一定的差异性,对Pb2+的吸附率和吸附量明显高于其他3种金属,CDM培养青霉菌对300mg·L-1Pb2+的最大吸附量达到34.80mg·g-1.多种重金属的复合抑制了菌丝体对重金属离子的吸附.不同菌丝体对复合重金属的吸附量差异性较大,PDB培养混合菌体对重金属离子的吸附率和吸附量均较大,并有明显的促进作用.CDM培养菌丝体对Pb2+的吸附量均高于PDB培养菌丝体.     

土壤优先流的理论研究和试验分析

在活动流场模型的基础上建立了新的溶质运移控制方程,研究了流场分形特征参数的计算方法;采用4组染色示踪试验资料,分析了活动流场模型模拟土壤水流运动和溶质运移宏观非均匀特征的适用性.模拟分析表明,活动流场模型能较准确地捕捉到土壤中的优先流特别是不稳定流的宏观运动特征;土壤存在大孔隙结构的情况下,水流和溶质将更快的迁移到深层土壤,活动流场模型模拟计算的入渗深度偏小,但大于连续性模型的模拟计算结果;当土壤中的大孔隙结构较少时,活动流场模型模拟预测的土壤含水率分布和溶质浓度分布与实测结果比较一致.     

DAPI荧光染色计数法的感潮河段沉积物细菌数量测量影响因素研究

采集珠江广州河段沉积物样品,分析沉积物质地与有机质含量,同时分析了改良DAPI染色操作方法并讨论各因素对DAPI染色剂染色效果的影响,研究DAPI(4′,6-diamidino-2-phenylidole)荧光染色剂在具有感潮性质的沉积物样品中的染色影响因素.结果表明,沉积物稀释2 000倍,超声浴10 min,DAPI浓度为10μg.mL-1,染色时间30 min以上时,可以得到最佳细菌计数数量.细菌数量与褪色比例有良好的相关性(r=0.587,p=0.004).粒径组成与有机质含量有较强的相关性,它是通过影响有机质含量来影响褪色比例的,因此有机质也与褪色比例有一定的相关性.将褪色比例与有机质含量、细菌数量及黏粒比例做回归分析,得到与实测值相关性较好(r=0.694)的拟合值.这些结果表明,在使用DAPI荧光染色法研究感潮河段沉积物细菌数量的过程中,应充分考虑上述影响因素.     

珠江广州河段沉积物PAHs空间变异分析

摘要：采用气相色谱-质谱分析（GC-MS）对珠江广州河段沉积物中多环芳烃（PAHs）的含量进行了测定,并引入地统计学克里金插值法对沉积物表层总PAHs分布进行了分析。结果表明,珠江广州河段沉积物16种优控PAHs组成以p6环高分子pAHs为主;总PAHs分布自西向东呈逐渐衰减趋势,后航道表层沉积物总PAHs平均污染程度要远高于前航道。     

高浓度苯酚的MFC降解及产电性能

以铁氰化钾溶液作为电子受体,在阴阳两极室中分别填充石墨颗粒的基础上构建了填料型微生物燃料电池(Microbial Fuel cell,MFC),研究了苯酚为单一燃料和苯酚 葡萄糖为混合燃料条件下MFC的产电特性以及对苯酚和COD的去除效果.在1OOOΩ外电阻条件下,1000mg·L-1苯酚为单一燃料运行时,MFC在苯酚去除率达到约90%时输出电压达到最大值,最大输出电压为540mV,产电曲线存在单一极大值;以1000 mg·L-1苯酚 500 mg·L-1葡萄糖为混合燃料运行时,最大输出电压可达657mV,产电曲线存在2个峰值,第1峰值和第2峰值出现时对应的苯酚去除率分别约为20%和90%.混合燃料运行条件下,前后2个产电峰值出现时MFC的最大体积(面积)功率密度分别为28.3w·m-3(342.OmW·m-2)和12.6 w·m-3(152.2mW·m-2),内阻分别为194Ω和246Ω.在2种燃料情形下,MFC对苯酚和COD的去除率均可在60h之内分别达到95%和90%以上.试验结果表明,MFC能够利用高浓度苯酚作为燃料,在实现高效降解的同时稳定地向外输出电能,这为酚类难降解有机物的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

微生物电解系统生物阴极的硫酸盐还原特性研究

针对传统硫酸盐生物还原方法中供氢体系能耗大和氢气利用率低的特点,构建双极室微生物电解系统(microbial electrolysis system,MES),研究了微生物利用阴极作为电子供体去除废水中硫酸盐及电子利用的特性.外加电压为0.8 V时,MES生物阴极在36 h内SO2-4平均去除量为109.8 mg·L-1,平均还原速率可达73.2 mg·(L·d)-1.运行时MES的最高电流密度为50~60 A·m-3,电子回收率为(43.3±10.7)%,约90%的电子被用于还原SO2-4.微生物利用MES阴极产生的H2作为电子供体还原SO2-4,主要还原产物为溶解态的S2-和气态的H2S,还原过程主要发生在前12 h.对MES施加不同外加电压的实验显示,外加电压为0.8 V时的SO2-4去除率和电荷量都比0.4 V时高;但0.4 V情形下MES的电子回收率可达到70%,且周期结束时阴极H2低于检出限,推测微生物可以直接利用阴极的电子从而提高了能量效率.实验结果最终表明,微生物可利用MES的阴极进行代谢去除废水中的SO2-4,阳极微生物产生电子降低了系统能耗,这为含硫酸盐废水的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

玉米芯草酸热裂解液在微生物燃料电池中的产电特性

考察玉米芯经草酸热裂解预处理后产生的热裂解液在单室空气型阴极微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）中的降解及产电特性。玉米芯草酸热裂解预处理的最佳条件为:反应温度160℃,反应时间90 min,草酸用量（质量分数）2%时,可产生的还原糖浓度为0.44 g/g,固体消化率约为58%。当采用稀释20倍的酸式热裂解液时,MFC最大功率密度为278 mW/m2,产电周期约为120 h。使用不同浓度玉米芯酸式热裂解液的MFC对COD去除率均可达到90.0%以上,随着稀释倍数的降低,MFC库仑效率从18.6%降低至9.72%。MFC阳极微生物群落在属水平上,典型产电细菌Geobacter属的相对丰度最高达到3.40%;Klebsiella属在使用稀释20倍酸式热裂解液下的相对丰度达到41.6%。研究结果为强化玉米芯在MFC中的有效利用提供了参考。     

类芬顿催化剂Cu-Co-Fe金属氧化物的制备及其对典型难降解有机物的去除

针对典型难生物降解污染物,为强化其在废水处理中的降解去除,开展了合成类芬顿催化剂及其对安替比林（ANT）及染料降解特性的研究。水热法合成的Cu_1-xCo_xFe₂O₄金属氧化物催化剂是一种具有尖晶石立方结构的磁性材料,比表面积为147.3~187.5 m2/g,饱和磁化值为17.2~62.3 EMU/g。随着Co含量逐渐增加,催化剂的催化活性有明显提高。所得最佳Cu_0.25Co_0.75Fe₂O₄催化剂的适用pH值为7~9,ANT初始浓度为50 mg/L,催化剂投加量为0.7 g/L和H₂O₂投加量为150 mmol/L的条件下,当反应初始pH=7时,对ANT去除率为93.1%;pH=9时去除率达到94.7%。不同类型的难降解有机物,如罗丹明B和酸性橙Ⅱ在该催化剂催化作用下也可实现有效降解。催化剂通过磁性回收再利用5次循环后,ANT去除率仍保持在80%以上,表明催化剂具有较好的稳定性和重复使用性。研究合成的类芬顿催化剂为高效去除废水中的难降解有机物提供了科学依据。     

微生物光电还原CO2合成乙酸对外电压的响应机制

以TiO₂光阳极结合自养型生物阴极,构建双室微生物光电合成（MPES）系统,以光能作为主要的能量来源,探究MPES还原CO₂合成乙酸的性能及其限制因素.结果表明,光阳极取代纯电化学阳极显著降低了MPES生物阴极对外电压的需求.MPES能持续稳定运行,平均产乙酸速率为（1.18 ±0.11） mmol/（L·d）,法拉第效率为45.75%±3.97%.光阳极驱动阴极产生氢气,推测阴极微生物倾向于利用氢转移的方式来进行电子传递.外加电压通过影响光阳极的给电子能力从而对MPES的性能产生显著的影响,当外电压从0.4V升高至0.6V时,MPES的电流,乙酸产量和法拉第效率都显著提高,系统的性能主要受限于阳极.当外电压高于0.6V,系统电流,乙酸产量的增速减缓,法拉第效率在外加电压0.8V时达到最大值,随后下降,表明生物阴极的得电子能力已经达到饱和,此时MPES的性能主要受限于阴极.作为电子传递中间体,H₂的不完全利用是法拉第效率没有随着外电压的增加进一步提升的原因.