零价铁预厌氧协同MFC强化降解吲哚性能与功能菌群分析

通过零价铁（ZVI）预厌氧与微生物燃料电池（MFC）的协同作用,研究其对单一基质碳源吲哚的降解特性、MFC产电性能及群落分析.结果表明：ZVI（4 g·L^-1）的预厌氧可明显促进吲哚（250 mg·L^-1）在MFC体系中的降解;其中吲哚与TOC在96 h内的降解率分别为97.17%和89.50%,且吲哚的降解符合一级反应动力学模型;体系中MFC最大输出电压和功率密度可达600 mV和439.55 mW·m^-2;通过LC-MS分析,吲哚在协同体系中的主要中间代谢产物为靛红和水杨酸.高通量测序结果表明,ZVI预厌氧体系的引入有利于MFC体系中梭菌（Clostridium sensu stricto）、链霉菌（Streptomyces sp.）、热单胞菌（Thermomonas）的富集与吲哚的厌氧降解;同时促进假单胞菌（Pseudomonas）和梭菌等在代谢过程中的电子转移,提高了MFC的产电性能.     

紫外光氧化系统处理城市污水厂的恶臭气体

采用自主研发的紫外光氧化除臭系统处理某污水处理厂曝气沉砂池产生的恶臭气体.系统考察了空塔停留时间、进口恶臭物质浓度、紫外辐射照度等因素对系统除臭效果和臭氧产生的影响,并对恶臭物质去除和臭氧产生过程分别进行了动力学分析.结果表明,在空塔停留时间1.5 s,平均紫外辐射照度1664μW.cm-2,H2S进口浓度为35 mg.m-3,NH3进口浓度为0.26 mg.m-3的条件下,H2S和NH3的去除率分别可达到为34.3%和53.8%.紫外光氧化反应器对H2S和NH3的去除速率随紫外辐射照度增大而线性增加,随进口浓度增加而增大且趋近于某极限值.反应器臭氧产生速率随进口恶臭物质浓度增加而线性减小,随紫外辐射照度增加而增大且趋近于某极限值.动力学分析和计算的结果表明,本研究建立的数学关系式可以较好地定量描述恶臭物质浓度以及紫外辐射照度对恶臭物质去除速率和臭氧产生速率的影响.     

不同含固率下零价铁提升厨余垃圾高温厌氧消化产沼体系运行稳定性研究

相比中温（35 ℃）厌氧消化,高温（55 ℃）厌氧消化中微生物代谢活性强,处理效率高,且无害化水平高,适合厨余垃圾的资源化处理及 利用.但由于厨余垃圾易降解,有机质含量高,水解速率快,极易在厌氧消化前期出现酸积累现象,这种现象在高温厌氧消化中更为显著,从而严重制约着高温厌氧消化的应用.本研究探究了零价铁（ZVI）对高温厌氧消化过程酸化现象的消除和控制,并对投加ZVI后不同含固率下 厌氧反应器严重酸化现象缓和效果进行评价.结果表明,高温条件下含固率为4%、6%的反应器在ZVI的促进作用下很快恢复产沼,甲烷产率相较低负荷反应器分别提高了52.05%、10.51%.含固率为8%的投加ZVI反应器在经历一个月的延滞期后也消除了“过酸化”,甲烷含量稳定在60%以上, 甲烷产率达到270.40 mL·g^-1.以加ZVI反应器沼液作为接种物的H-ICS反应器能够降低氢分压,但未能消除“过酸化”.含固率为10%的反应器在反应结束后仍处于酸化状态.高通量测序结果表明,所有外加ZVI的反应器中嗜氢产甲烷菌是绝对的优势菌.在恢复产沼的H-ZVI反应器以细菌Defluviitoga产生的乙酸盐、CO₂、H₂和丁酸转化来的乙酸为底物,嗜氢产甲烷菌Methanothermobacter作为唯一优势产甲烷古菌,与互营乙酸氧化菌Syntrophaceticus相互作用,实现互营乙酸氧化产甲烷（SAO-HM）途径,恢复产甲烷代谢.     

g-C3N4/rGO/TiO2光催化材料降解模拟污水中氨氮

以自制的g-C₃N₄和氧化石墨烯（GO）及TiO₂为原料,通过静电吸附组装、水热还原等反应过程制备以还原氧化石墨烯（rGO）为光生电子传输介质的g-C₃N₄/rGO/TiO₂光催化材料,并通过冷场发射扫描电镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）、紫外-可见光漫反射光谱（UV-Vis-DRS）、光电流密度测试等方法对催化剂形貌结构和光学性能进行了表征.选择含氮浓度为50mg/L的氨氮溶液作为模拟原水,调节氨氮溶液的pH值至9~10,研究了该光催化材料在氙灯照射下的氨氮去除效果.结果表明,g-C₃N₄/rGO/TiO₂光催化材料的SEM照片显示其为TiO₂包覆结构,复合材料的XRD图谱同时出现了TiO₂和g-C₃N₄的衍射峰,DRS光谱则体现出复合材料在可见光区的光吸收能力明显增强;对氨氮的去除实验表明原材料GO：g-C₃N₄=1：10的复合光催化材料有较好的光催化降解氨氮的性能,氨氮平均去除率为97%.通过采用电子顺磁共振（EPR）测定反应过程中的活性自由基,推测降解机理为：复合光催化剂在氙灯照射下生成的超氧阴离子自由基和羟基自由基直接在材料表面对吸附的NH₃进行氧化,而rGO则作为光催化材料的传输介质起到了传导光生电荷的作用.     

温度对生物过滤塔填料层含水率和运行性能的影响研究

实验以模拟甲苯废气为研究对象,系统分析了温度对生物过滤塔填料层含水率、甲苯去除能力、抗冲击负荷能力和再启动特性的影响.结果表明,生物过滤塔在温度20~30℃下,填料层含水率随温度变化不大(维持在45%),较高的进气温度(40~62℃)对填料层含水率影响显著,当气流温度从40℃升高至62℃时,填料层含水率从47%下降至19%.生物过滤塔处理每立方米体积废气需水量与气流温度间存在幂函数关系.温度过高会降低生物过滤塔的抗冲击负荷能力,并增加生物过滤塔的启动时间.温度在不同范围内对生物过滤塔甲苯去除性能的影响存在差异.在20~30℃下,生物过滤塔的甲苯去除速率常数的对数与温度的倒数呈线性关系,符合Arrhenius公式.而在40~62℃时,生物过滤塔的甲苯去除速率随温度的升高而呈现出先上升而下降的趋势,符合Ratkowsky模型.     

高温和常温生物过滤塔中优势微生物的分离及其甲苯降解特性分析

从处理甲苯的高温、常温生物过滤塔中筛选获得嗜热菌(55℃)和常温菌(30℃),并系统比较了它们在形态特征、甲苯去除性能和生长特性方面的区别。结果表明,嗜热菌和常温菌在大小、形状、边缘、光泽、质地、颜色和透明程度等方面均有显著不同;嗜热菌的甲苯去除率达到55.56%,常温菌的甲苯去除率达到95.83%。但常温菌在甲苯降解过程存在明显的适应期(约50h),而嗜热菌则能快速启动对甲苯的降解;常温菌和嗜热菌降解甲苯的最适pH分别为6和8;嗜热菌和常温菌的比增殖速率随着甲苯初始浓度的增加而上升,对两者产生抑制作用的甲苯初始质量浓度分别为10 000、8 000mg/m3,嗜热菌更适用于高浓度甲苯的治理;嗜热菌和常温菌的生长特性符合Haldane模型,最大比增殖速率分别为0.048、0.076d-1。     

基于高压挤压预处理的生活垃圾干湿分离处理工艺不同场景综合效益分析

目前，生活垃圾分类已经在我国逐渐成为一种"新风尚"，但现阶段以厨余组分为代表的湿垃圾和可燃组分为代表的干垃圾分离效率仍然有限，使得后端生物处理技术难以高效运行，同时也降低了垃圾焚烧厂的能源回收率，这些问题已成为制约我国生活垃圾分类持续推进的瓶颈.本文在前期对高压挤压预处理的研究基础上，利用生命周期清单分析的方法，从温室气体排放、净能源产生、污染物释放、资源回收和垃圾减量等方面，对高压挤压预处理后"湿垃圾厌氧消化+沼渣填埋+干垃圾焚烧发电"、"湿垃圾厌氧消化+沼渣土地利用+干垃圾焚烧发电"和"混合垃圾焚烧"3种处理场景开展对比分析，评估3种场景的综合环境效益，阐明预处理作用与意义.结果表明，处理每吨原生垃圾，两种基于高压挤压预处理的生活垃圾干湿分离处理场景可分别减排温室气体218.84和264.08 kgCO₂-Eq，远高于混合垃圾焚烧工艺（169.68 kgCO₂-Eq）；在净能源产生方面，两种干湿分离处理场景较混合垃圾焚烧场景约少10%，但同样会削减焚烧过程产生的有毒污染物.此外，利用"湿垃圾厌氧消化产生的沼渣进一步脱水后进行土地利用"这一场景处理每吨生活垃圾，不仅能够实现约160.7 kg的资源回收，而且垃圾整体减量率达到93.4%，是一种适合我国国情的垃圾处理方式.     

g-C3N4/rGO/TiO2光催化材料降解模拟污水中氨氮

以自制的g-C₃N₄和氧化石墨烯（GO）及TiO₂为原料,通过静电吸附组装、水热还原等反应过程制备以还原氧化石墨烯（rGO）为光生电子传输介质的g-C₃N₄/rGO/TiO₂光催化材料,并通过冷场发射扫描电镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）、紫外-可见光漫反射光谱（UV-Vis-DRS）、光电流密度测试等方法对催化剂形貌结构和光学性能进行了表征.选择含氮浓度为50mg/L的氨氮溶液作为模拟原水,调节氨氮溶液的pH值至9~10,研究了该光催化材料在氙灯照射下的氨氮去除效果.结果表明,g-C₃N₄/rGO/TiO₂光催化材料的SEM照片显示其为TiO₂包覆结构,复合材料的XRD图谱同时出现了TiO₂和g-C₃N₄的衍射峰,DRS光谱则体现出复合材料在可见光区的光吸收能力明显增强;对氨氮的去除实验表明原材料GO：g-C₃N₄=1：10的复合光催化材料有较好的光催化降解氨氮的性能,氨氮平均去除率为97%.通过采用电子顺磁共振（EPR）测定反应过程中的活性自由基,推测降解机理为：复合光催化剂在氙灯照射下生成的超氧阴离子自由基和羟基自由基直接在材料表面对吸附的NH₃进行氧化,而rGO则作为光催化材料的传输介质起到了传导光生电荷的作用.     

废弃轮胎制备热解炭对醋糟厌氧产甲烷性能的提升效果研究

醋糟在酿造行业中大量产生,除少量用于饲料添加外,大部分成为生物质废弃物,适合于厌氧产沼方式进行能源化处理,但较低的产气量又成为制约厌氧消化工艺应用的主要因素.本研究发现利用废弃轮胎热解过程产生的热解炭,可有效提升醋糟厌氧产甲烷效果,在接种比为1：1（以VS计）时,产甲烷效果最优,相对于未投加热解炭的对照组,甲烷产率提高56%,达到283 mL·g^-1;进一步对热解炭制备温度和投加量影响产甲烷效果进行了研究,结果表明,在接种比为1：1的条件下,热解炭投加量越多,热解温度越高,甲烷产率提升效果越明显,本研究中,当热解炭投加量为12 g,热解温度为1000℃时,甲烷产率相比对照组提升104.4%.通过高通量测序分析,同时结合热解炭本身特性表征,进一步证实热解炭投加可提升水解产酸菌和厌氧产甲烷菌丰度,而其热解炭本身的导电性能可能在增强菌群间互营产甲烷过程中发挥重要作用.