高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养及其特性分析

为实现高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养,以反硝化颗粒污泥为接种污泥,对高氯酸盐还原颗粒污泥的快速培养进行了研究。在降低进水硝酸盐(NO_3~-)浓度的同时,采用逐步升高进水高氯酸盐(ClO_4~-)浓度的方法,考察了高氯酸盐还原颗粒污泥培养过程中ClO_4~-的去除以及颗粒污泥的特性。结果表明:以反硝化颗粒污泥为接种污泥,经过50 d快速培养出高氯酸盐还原颗粒污泥,ClO_4~-去除速率达96%以上;其混合液悬浮固体浓度(MLSS)为50.68 g·L~(-1),混合液挥发性固体浓度(MLVSS)为40.58 g·L~(-1),主要粒径分布在0.60 mm和1.00～2.00 mm。NO_3~-浓度逐步降低的培养方式可缓解ClO_4~-对颗粒污泥中各类微生物的毒性,为高氯酸盐颗粒污泥的快速培养提供了新的方法,具有重要的理论和实践意义。     

微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺深度处理煤化工废水

采用微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺对煤化工废水生化出水进行深度处理,考察耦合系统处理性能及不同臭氧投加量和进水COD量比值的影响.结果表明,微气泡臭氧催化氧化处理能够有效降解废水中难降解含氮芳香族污染物,去除部分COD并释放氨氮,显著提高废水可生化性,臭氧利用率接近100%,无需进行臭氧尾气处理;同时为生化处理提供充足溶解氧(DO),实现生化处理对COD和氨氮的进一步有效去除,生化处理无需曝气.在系统出水回流比为30%、臭氧投加量和进水COD量之比为0.44 mg·mg~(-1)的运行条件下,耦合系统处理性能较好.微气泡臭氧催化氧化处理对COD去除率为42.5%,臭氧消耗量与COD去除量比值为1.38 mg·mg~(-1),臭氧利用率为98.0%;生化处理对COD去除率为42.3%;耦合系统整体COD去除率为66.7%,最终平均出水COD浓度为91.5 mg·L~(-1),估算整体臭氧消耗量与COD去除量比值为0.68 mg·mg~(-1),具有较优的技术经济性能.     

介体厌氧催化活性艳红K-2BP脱色及构效特性研究

研究了筛选出的4种结构相似的醌类氧化还原介体对活性艳红K-2BP厌氧脱色的促进作用,并分析了介体促进效果与其化学结构活性相关性. 在35℃中温厌氧条件下,采用间歇批量实验法,测定不同体系中介体催化活性艳红K-2BP脱色效果.结果表明,①结构相似的醌类氧化还原介体蒽醌(AQ)、1,5-二氯蒽醌(1,5-AQ)、1,8-二氯蒽醌(1,8-AQ)和1,4,5,8-四氯蒽醌(1,4,5,8-AQ),均促进活性艳红K-2BP脱色,反应速率提高了1.4～3倍;②当醌类介体投加浓度为4 mmol·L^-1,活性艳红K-2BP染料浓度为300 mg·L^-1时,促进作用由大到小的顺序为:1,8-AQ>1,5-AQ>AQ>1,4,5,8-AQ;③ 当活性艳红K-2BP染料浓度为300 mg·L^-1时,1,8-AQ促进效果最佳且脱色速率常数随1,8-AQ浓度的增加而增加呈线性关系;④介体促进效果与介体取代基团数量、位置和电子共轭效应相关.本研究初步建立了氧化还原介体定性/定量构-效关系数学模型,探究和完善非水溶性氧化还原介体催化强化理论体系.     

电沉积制备PMo12/rGO/PPy阳极及其在微生物燃料电池中的应用

微生物燃料电池(MFC)阳极材料的电化学特性影响其产电性能和污染物还原能力。采用电化学沉积法得到了磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚吡咯(PMo₁₂/rGO/PPy)阳极,并对PMo₁₂/rGO/PPy阳极进行形貌表征和电化学特性分析,最后考察了PMo₁₂/rGO/PPy阳极MFC在不同浓度高氯酸盐(ClO₄-)下的产电和还原性能。结果表明:PMo₁₂/rGO/PPy阳极较对照阳极为微生物的附着提供了更大的比表面积,为电子传递提供更多的活性位点;使得MFC阳极表面的电荷转移量增加493%,电荷转移阻抗降低83.3%,交换电流密度提高53.4%。同时,当ClO₄-浓度为420 mg/L时,PMo₁₂/rGO/PPy阳极MFC产电性能最好,最大输出电压可达到148.47 mV。     

醌介体催化强化酸性红B生物脱色

考察了5种结构相似的醌介体(AQS、2,7-AQDS、AQDS、1,5-AQDS和α-AQS)对酸性红B生物脱色的催化强化作用。结果表明,反应进行至5 h,在0～0.24 mmol/L AQS的浓度范围内,最高脱色率达89%(0.24 mmol/L),相对于空白组(28%)提高约3.2倍,且零级反应速率常数K与介体浓度呈正相关线性关系,K=56.571CAQS+22.616(R2=0.9012);最适实验条件为AQS浓度0.24 mmol/L,0.25%NaCl,温度35℃,pH 7;在此实验条件下,5种醌介体相对于空白组脱色效率分别提高了1.14～1.53倍,体系氧化还原电位降低了38～87 mV。本研究为解决偶氮染料生物脱色技术存在的降解速率低的问题提供了新的思路。     

氧化还原介体催化强化Paracoccus versutus菌株GW1反硝化特性研究

考察了Paracoccus versutus菌株GW1的醌呼吸特性及4种结构相似的醌类介体(AQS,α-AQS,AQDS和1,5-AQDS)催化强化Paracoccus versutus菌株GW1的反硝化过程.结果表明,Paracoccus versutus菌株GW1能利用醌类介体作为其电子传递链中的电子受体进行呼吸,使醌类介体还原为相应的氢醌形式;在35℃条件下,采用间歇试验法,4种介体浓度均为0.24mmol.L-1时,可分别提高硝酸盐氮降解速率1.14～1.63倍、总氮去除速率1.12～2.02倍,其从大到小顺序为:AQDS>1,5-AQDS>AQS>α-AQS;介体可降低Paracoccus versutus菌株GW1硝酸盐降解过程中氧化还原电位约33～75 mV;介体催化强化硝酸盐降解过程中pH变化趋势与空白对照组类似,最终pH稳定在9.0左右;在0～0.32 mmol.L-1AQDS浓度范围内,体系硝酸盐氮降解零级反应速率常数K与介体的浓度cAQDS呈线性关系.本研究为解决生物脱氮技术存在降解速率低的问题提供了有效途径.     

氧化还原介体调控亚硝酸盐反硝化特性研究

采用实验室驯化的亚硝酸盐反硝化菌群作为菌种,优化亚硝酸盐降解条件,探究在氧化还原介体蒽醌-2-磺酸钠(AQS)存在条件下亚硝酸盐反硝化的特性.结果表明,反硝化菌群降解亚硝酸盐的最适条件为:温度35℃,pH为8,丁二酸钠为碳源,碳氮比4∶1,初始亚硝酸盐浓度100 mg.L-1;AQS的最佳投加量为0.16 mmol.L-1,介体调控的反硝化体系氧化还原电位略有降低,维持在-400～-500 mV之间,pH随亚硝酸盐降解速率增加而增大,最终稳定到9～10之间;通过分析反硝化中间代谢产物,推测AQS在亚硝酸盐反硝化过程中不仅起到辅酶CoQ的作用而且加速了细胞色素传递电子的全过程.本研究可为氧化还原介体调控亚硝酸盐反硝化实际应用提供理论基础和优化参数.     

醋酸纤维素包埋非水溶性介体催化强化生物反硝化特性

利用醋酸纤维素包埋法固定非水溶性醌类介体,研究其催化强化Paracoccus versutus菌株GW1的反硝化作用。结果表明,醌浓度在26.7 mmol/L时,固定化蒽醌(AQ)、1-氯蒽醌(1-AQ)、2-氯蒽醌(2-AQ)、1,5-二氯蒽醌(1,5-AQ)、1,8-二氯蒽醌(1,8-AQ)和1,4,5,8-四氯蒽醌(1,4,5,8-AQ)催化反硝化效率依次为:1,5-AQ1,8-AQ1,4,5,8-AQAQ1-AQ空白对照2-AQ。反应10 h时,1,5-AQ可使硝酸盐去除率比空白对照提高1.84倍;硝酸盐氮反硝化动力学拟合为零级反应,其速率常数Kx随1,5-AQ浓度的增加均呈线性增加(Kx=0.1885C1,5-AQ+8.378);水中溶解氧会降低GW1菌反硝化的效果;投加1,5-AQ的反硝化体系中亚硝酸盐积累的最大值比不投加介体的低48.3%;醋酸纤维素介体小球经过4次的重复利用,催化效果始终是空白对照的1.5倍以上。醋酸纤维素固定化非水溶性醌可以有效加速生物反硝化,表明其是一种较优的醌固定化方法,具有良好的应用价值。     

醌基功能型高分子生物载体(PET-AQS)制备及催化生物反硝化特性研究

通过化学合成,将蒽醌磺酸钠(AQS)固定在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上形成醌基功能型高分子生物载体并研究其在生物反硝化上的应用.通过红外光谱衰减全反射法(ATR-IR)和能谱(EDS)分析,醌基基团成功固定在高分子表面,且醌基质量摩尔浓度为0.140 6 mmol·g-1.醌基功能型高分子生物载体(PET-AQS)能加速生物反硝化,且速率常数Kx与载体投加浓度呈零级反应动力学.在投加PET-AQS 0.056 2 mmol的反硝化体系中,循环使用10次,反硝化速率均是空白体系的1.2倍以上,表明PET-AQS具有良好的重复利用稳定性,有利于实际应用.     

微气泡臭氧化预处理实际制药废水去除SS和有机物性能

采用臭氧微气泡预处理实际制药废水,并与氮气微气泡、臭氧普通气泡和氮气普通气泡处理过程比较,考察悬浮固体（SS）和有机物去除过程和性能.结果表明,臭氧微气泡存在强吸附-气浮-氧化作用,显著增强SS去除能力,60 min时SS去除率可达到81.67%,同时SS粒径减小,SS表面负电荷转变为正电荷.微气泡臭氧化具有强·OH氧化作用,显著增强有机物降解去除能力,60 min时溶解性COD （SCOD）去除率可达到36.60%,且SS去除可加速SCOD去除,UV₂₅₄去除率可达到36.91%,同时可生化性改善和生物毒性消除作用明显.三维荧光和GC-MS分析表明,微气泡臭氧化可有效氧化破坏废水中复杂结构大分子有机物,显著降低废水中有机物芳香性.微气泡臭氧化可为高浓度难降解实际制药废水提供高效可行的预处理手段.