垃圾渗滤液-沉积污泥微生物燃料电池的产电性能

采用单室沉积型微生物燃料电池(SMFC)处理垃圾渗滤液与沉积污泥,考察电池的产电性能及污染物去除效果。SMFC输出电压呈周期性变化趋势,最大输出电压251 m V,最大功率密度为10.35 mW·m~(-2),功率密度随电流的增加先增大后减小,燃料电池内阻为2 653Ω。COD、氨氮去除率分别达96.18%和80.60%。SMFC的平均输出电压随污染物的降解呈波浪型上升趋势。MLSS、MLVSS去除率分别为24.40%和30.32%。实验结束后,MLVSS/MLSS的比值由0.70降至0.65,在SMFC产电过程中,污泥中的有机物得到有效降解。因此,SMFC可实现污水净化、污泥减量及产电一体化的效果。     

鄱阳湖平原区农村水塘水体原位修复技术应用效果分析

针对鄱阳湖平原区农村水塘内源底泥污染和外源农村生产、生活排水污染,通过选用覆沙处理、落干曝晒处理及生物联合调控处理(即底栖动物三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)+滤食性鱼类鳙鱼和鲢鱼+湿地植物花叶芦竹(Arundo donax var.versicolor))等原位修复技术进行研究,以期得到农村小水塘经济高效的原位修复技术。结果表明:(1)生物联合调控处理对水质净化的效果总体最佳,浊度、氨氮、TN和COD去除率最高值分别为68.18%、92.64%、79.85%和92.10%。(2)生物联合调控处理的TN去除率与DO呈显著负相关,TP去除率与DO呈显著负相关、与氮磷质量比(N/P)呈显著正相关,COD去除率与氨氮、碳氮质量比(C/N)均呈显著负相关。     

混合酶强化剩余污泥微生物燃料电池性能

为了提高剩余污泥为燃料的微生物燃料电池(SMFC)产电性能以及污泥减量化效果,在不同的温度(40、45和50℃)研究单室无膜微生物燃料电池中酶对SMFC产电特性的强化效果.加入单一酶(蛋白酶或α-淀粉酶)的结果表明,随着温度的上升,SMFC功率密度均上升,但40℃时强化效果最明显,与加入失活酶的对照组相比分别增加198％和130％.在40℃下,混合酶比(蛋白酶浓度:淀粉酶浓度)为2∶3时,SMFC最大功率密度为776 mW/m2.随着混合酶中淀粉酶的比例提高,SMFC库伦效率逐渐增加,当混合酶比为4∶1时,CE(库伦效率)可达18.3％,同时TCOD、TSS和VSS去除率分别为70.3％、66.7％和80.4％.因此,温度相对较低时,外加酶强化效果更明显;与单种酶相比,混合酶对SMFC产电性能和污泥减量化的强化效果更显著.     

人工湿地耦合微生物燃料电池净化水质研究

构建以狐尾草、狐尾草+香蒲、狐尾草+香蒲+芦苇为湿地植物的人工湿地(CW)耦合微生物燃料电池(MFC-CW)系统,对比分析CW和MFC-CW系统对受污染水体中COD、氨氮和TP的去除效果。结果表明:(1)MFC-CW系统对底部出水中污染物处理效果均优于CW;(2)高水位MFC-CW系统产生95～210mV电压,低水位最大功率密度557.2mW/m2,能有效回收污水中资源,进而产生清洁的能源——电能;(3)微生物产电对污水中有机物的去除有正向促进作用。     

曝气和pH对城市污染河道底泥氮形态的影响

以城市重污染河道表层沉积物为研究对象,采用模拟实验方法,探讨了不同曝气方式(水曝气和泥曝气)、上覆水初始pH(自然状态pH=7和pH=11)对城市污染河道底泥氮形态的影响。结果表明:采用水曝气+pH11方式对城市重污染河道上覆水、间隙水中总氮去除率分别为70.03%和44.66%;泥曝气+pH7方式对上覆水、间隙水、底泥中氨氮去除率分别为94.31%、84.07%和68.29%;底泥pH与上覆水总氮浓度呈正相关(p<0.05);泥曝气+pH11方式使底泥含水率、烧失率明显升高,继而影响各形态氮在泥水系统中的赋存,其中底泥吸附态氨氮含量与底泥含水率呈显著负相关(p<0.01),间隙水可溶态氨氮浓度与底泥烧失率显著正相关(p<0.01)。     

湿地植物凋落物对酸性矿山废水理化特征及沉积物中Fe、Mn稳定性的影响

为研究人工湿地处理酸性矿山废水(AMD)系统中植物凋落物腐解对其理化特征及沉积物中Fe、Mn稳定性的影响,明确人工湿地处理AMD系统中湿地植物的综合作用及持续效果,将质量分数为0(CK组)、2%(D1组)、20%(D2组)的植物凋落物添加至湿地沉积物中,采用下进上出的进水方式向沉积物中添加人工配制的AMD,同时设置水力停留时间为72h,研究不同量的湿地植物凋落物在腐解过程中对AMD中pH、氧化还原电位(Eh)、Fe、Mn等理化指标及沉积物中Fe、Mn形态的影响。结果表明:湿地植物凋落物的腐解能明显提高AMD的pH,且随着植物凋落物的持续腐解,D2组中pH上升幅度明显大于CK与D1组;植物凋落物的腐解可有效地降低AMD的Eh,植物凋落物腐解初期,D1、D2组中Eh急剧下降,且D2组Eh下降幅度大于CK与D1组,随植物凋落物在各处理组中的持续分解,各组中Eh继续呈下降趋势,但下降幅度明显小于试验初期Eh的下降幅度;植物凋落物的存在可明显抑制沉积物对AMD中Fe的吸附;植物凋落物腐解初期,植物凋落物的存在抑制了沉积物对Mn的吸附,而在植物凋落物腐解后期,植物凋落物促进了湿地沉积物对Mn的吸附;湿地沉积物Fe、Mn主要以可还原态形式存在,植物凋落物的腐解促进了沉积物中可还原态Fe、Mn向可氧化态Fe、Mn的转化,且Fe、Mn形态的转化量随着植物凋落物量的增加而增加,有利于沉积物中Fe、Mn稳定性的增加。     

人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水

采用人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水,考察了啤酒生产废水中不同COD浓度条件下(475、1 968、5 640 mg·L~(-1))人工湿地型微生物燃料电池对COD和氨氮的去除效果,评估了在此过程中微生物燃料电池的产电性能。研究表明,当COD浓度为1 968 mg·L~(-1)时,人工湿地型微生物燃料电池对COD的去除率最高,达到93.5%;氨氮去除率随COD起始的增加而增加,当进水浓度为5 640 mg·L~(-1)时,氨氮去除率达到70.8%。对产电性能而言,当进水COD浓度为1 968 mg·L~(-1)时,人工湿地型微生物燃料电池产电量最高,其最大电压、功率密度和电流密度分别达到280 mV、24.2 mW·m~(-2)和220 mA·m~(-2)。利用人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水具有一定的可行性,在处理污染物的同时产电,弥补了处理过程中的能源消耗,对废物资源化具有很好的应用前景。     

不同湿地植物及其组配对富营养化水体的净化效果

在西安市浐灞河湿地植物调查的基础上,选取优势种菖蒲(Acorus gramineus)、芦苇(Phragmites australis)、荷花(Nelumbo nucifera)和鸢尾(Iris wilsonii)作为试验植物,研究了4种植物及其不同组配对水体总氮、氨氮、硝态氮和总磷的去除效果。结果表明:芦苇+菖蒲对总氮的净化效果最好,平均去除率为54.72%,但去除率最大值(94.98%)出现在菖蒲处理39d时;鸢尾+芦苇对氨氮的净化效果最好,平均去除率为60.56%,但去除率最大值(93.60%)出现在菖蒲+鸢尾处理39d时;芦苇+菖蒲对硝态氮的净化效果最好,平均去除率为50.54%,去除率最大值(94.63%)出现在芦苇+菖蒲处理39d时;鸢尾+芦苇对总磷的净化效果最好,平均去除率为52.35%,去除率最大值(86.93%)出现在鸢尾+芦苇处理39d时。     

以养殖废水为底料的微生物燃料电池产电性能与水质净化效果

以养殖场沼泥为接种物,构建了乙二胺、三氯化铁改性碳毡阳极的单室无膜微生物燃料电池,探讨了2种阳极改性电池的产电规律,考察了其去除养殖废水中COD、氨氮的效果以及臭味的表观性状变化。结果表明,以葡萄糖为底物时,乙二胺、三氯化铁改性阳极微生物燃料电池在启动20 d和22 d后分别达到稳定,输出电压分别为0.514 V和0.527V(外阻为500Ω),对应输出功率密度分别为332 mW/m2和349 mW/m2。逐渐增大废水投加比例至原水时,2个电池的最大功率密度分别为208 mW/m2和158 mW/m2,COD去除率分别为85%和78%,氨氮去除率分别为52%和45%。此外,养殖废水的臭味去除效果明显。因此,构建的2种改性阳极微生物燃料电池可以利用养殖废水产电,同时使水质得到一定程度的净化。     

珠江河口湿地沉积物吸附氨氮及影响因素研究

沉积物对氨氮的吸附作用在河口湿地生态系统中的氮素循环过程中起着重要作用。采用实验室模拟的方法对珠江河口红树林、芦苇和光滩区表层湿地沉积物吸附氨氮的行为及影响因素进行研究。结果表明:3个不同区域沉积物对氨氮的吸附量呈现明显差异;植物区(红树林、芦苇区)沉积物对氨氮的承载能力强于光滩区;随上覆水盐度的增加,沉积物由吸附氨氮逐渐转变为释放氨氮;短时间水体扰动的加剧有助于沉积物吸附氨氮;沉积物对氨氮的吸附量随上覆水氨氮浓度升高而增加,但吸附率却逐渐下降;有机质含量的减少会降低沉积物对氨氮的吸附能力。     

潜流人工湿地污染河水处理系统中的填料堵塞问题研究

利用潜流人工湿地系统处理污染河水,水力负荷为0.15 m3/(m2·d).研究了该系统长期运行过程中的填料堵塞问题及其对污染物去除率的影响.构建了潜流人工湿地污染河水处理中试系统,在运行两年后,潜流人工湿地填料存在一定的堵塞现象,填料孔隙率最大减少了2.67%.填料孔隙堵塞现象主要发生在该中试系统的前段(沿水流方向距进水点0～5 m),其填料堵塞物质主要为无机颗粒物.植物对填料堵塞问题的改善作用并不显著.填料的部分堵塞对该中试系统中污染物的去除率有一定的影响,运行第2年氨氮的去除率略有降低,而COD的去除率有增加的趋势.     

污水碳源对复合垂直流-水平流人工湿地脱氮效果的影响

碳源是人工湿地反硝化作用重要的限制因子,提供足够的碳源能够有效地提高湿地系统的反硝化作用,从而提高人工湿地的脱氮效果。考察了以污水碳源作为复合垂直流-水平流人工湿地水平流进水碳源,对系统去氮能力的影响。实验结果显示,添加碳源能使复合人工湿地对TN和氨氮的去除率分别由23.19%、39.57%提高到34.17%和50.4%。当碳源污水(化粪池污水)/硝化处理水(垂直流出水)体积比为1∶4(C/N=1.22∶1)时,系统对氨氮和总氮具有最好的去除效果,且在不同季节具有较强的脱氮稳定性。不同季节加碳源复合系统对氨氮和总氮去除效果差异显著,在夏季去除效果最高可到达66.79%和60.95%。在加污水碳源条件下,增加停留时间对TN去除效果无明显影响,但可以显著提高氨氮去除率;有植物系统比无植物系统去除NH+4-N和TN的效果要好,且夏季提升效果最明显。由此可见,以污水碳源作为复合垂直流-水平流人工湿地系统中水平流部分的碳源,是强化人工湿地脱氮效果的有效手段,但是添加碳源比例、保温措施及植物种植是人工湿地重要的设计参数。     

两级混合稳定表流湿地处理生活污水

为了提高一级稳定表流湿地(stable surface flow wetland,SSFW)的出水水质,在单级稳定表流湿地后串联一级潜流人工湿地,构成两级混合稳定表流湿地(two steps hybrid stable surface flow wetland,TSHSSFW),研究气候变化对其净化效果的影响,并同一级潜流人工湿地(one step subsurface flow wetland,OSSFW)进行对比。研究表明,气候变化对TSHSSFW的COD和总磷去除率影响较小,去除率均在80%左右;而对氨氮和总氮的去除率影响比较大,夏季TSHSSFW的氨氮和总氮去除率分别为87.77%和77.74%,而冬季氨氮和总氮的去除率分别为54.07%和48.84%。相比单级潜流人工湿地(OSSFW),有SSFW作为前处理的潜流人工湿地对氨氮和总氮的去除率较高。     

水深对表面流人工湿地污染河水处理系统运行效果的影响

基于中试系统一年的连续运行监测,研究了水深对芦苇表面流人工湿地污染河水处理系统的影响。结果表明,水深对表面流人工湿地污染河水处理系统运行效果有很大影响,在进水COD、氨氮、总氮和总磷等分别为36±4.46、0.92±0.47、6.27±2.01和0.13±0.05 mg/L条件下,水深50 cm时处理效果最好,COD、氨氮、总氮和总磷去除率分别达到42.75%、58.42%、56.94%和43.24%。综合污染物去除效果和人工湿地建设工程量,芦苇表面流人工湿地的水深宜采用50 cm。人工湿地系统中植物光合生理和溶解氧等研究表明,水深主要通过影响植物生长和溶解氧等而影响人工湿地的水质净化效果。     

利用秸秆材料处理养殖废水过程中氮的转化与氨排放特征

养殖废水浓度过高,直接排入生态湿地容易造成植物死亡。因此,在养殖废水进入生态湿地之前,须进行前处理,降低其养分浓度,以确保生态湿地对养殖废水的处理效果。通过野外控制实验,研究了添加不同作物秸秆对养殖废水的处理效果,并考察了作物秸秆材料对氮的转化特征。结果表明:通过设置麦秸、玉米秆、稻草和对照4个实验组,在经过6个月的连续处理后,总氮出水浓度为359.8～614.0 mg·L~(-1),去除率为30%～40%,氨氮出水浓度降至210.6～449.1 mg·L~(-1),作物秸秆对高负荷养殖废水中氮的脱除效果显著;出水氨氮浓度在绿狐尾藻(Myriophyllum elatinoides)人工湿地要求的植物耐受限度内;不同形态氮浓度在基质系统处理前后的占比变化不大,主要以氨氮为主(平均为68.3%),其次为颗粒态氮(平均为22.0%),硝态氮占比极低(1%);添加作物秸秆能降低养殖废水的氨挥发,生物基质消纳系统中以氨挥发形式损失的氮约占TN去除量的10%,明显低于自然条件下的损失率(60%)。以上研究结果对优化生态湿地处理高负荷畜禽养殖废水工艺具有参考价值和指导意义。     

利用电动修复技术原位氧化去除黑臭底泥还原性污染物的室内模拟实验

城市河道底泥致黑臭多污染物的同步耦合去除是当前研究的热点。为实现河道底泥致黑臭污染物的同步去除,采用电动修复技术开展了氧化去除黑臭底泥硫化物、亚铁和氨氮等还原性污染物的室内模拟实验。实验结果表明:在单向通电(1.5 V·cm~(-1))10 d后,阳极区对底泥硫化物(AVS)、亚铁有明显的氧化效果,去除率分别达到59.51%和79.41%,但阴极的去除效果不明显;阳极区和阴极区均对间隙水氨氮有明显的去除效果,去除率分别为56.5%和73.9%。在氧化过程中,阳极和阴极出现明显的酸化和碱化现象,而这种两极酸碱化可以通过周期性切换电极的方式加以避免。在电极切换频率为1、2.5和5 d·次~(-1)时,对黑臭物质的氧化效果差别明显;在切换频率为5 d·次~(-1)时,对硫化物、亚铁氧化去除效果最好;在切换频率为2.5 d·次~(-1)时,对氨氮去除效果最佳。硫化物、亚铁、氨氮最大去除率可分别达到76.19%,72.48%和88.57%。由此可见,电动修复可以同步去除底泥中的致黑臭污染物质,改善水体水质,但其去除率有待进一步优化提高。     

蛭石人工湿地中吸附-生物转化系统脱氮能力及其机理研究

以蛭石为吸附介质构建了3个人工湿地处理单元：跌流曝气系统(I)、挂膜蛭石床系统(Ⅱ)和无挂膜对照系统（Ⅲ）。在氨氮浓度为20 mg/L水平上,研究比较了蛭石与挂膜蛭石系统的纯基质吸附与基质吸附加生物转化脱氮能力的差异。结果表明：蛭石能有效去除废水中的氨氮。与系统Ⅲ相比,系统Ⅰ和Ⅱ的氨氮平均去除率提高了20%,且具有处理效果稳定的特点。通过跌流曝气供氧进一步提高氨氮去除率,在试验末期,系统I氨氮去除率高于系统Ⅱ24%左右。无植物处理系统中氨氮的降解主要由基质吸附和生物转化共同完成,生物转化在脱氮中的贡献率最大可达87.4%。生物转化除了硝化反硝化作用外,可能还存在厌氧氨氧化过程。相关性分析结果表明,影响人工湿地硝化反硝化强度的主要因素有溶解氧、硝化反硝化菌数量及生物膜生物量。     

A~2/O耦合MFC工艺的启动及C/N对其产电性能的影响

为了达到在处理生活污水的同时可以产生电能的目的,研究了微生物燃料电池与传统的A2/O工艺相耦合的性能。实验中启动电阻为1 000Ω,经过37 d的间歇式培养,系统成功启动,最大电压达到574 m V,对COD和氨氮的去除率分别达到了92.9%和72.1%。启动成功后外阻改为100Ω,采用连续进水方式考察不同C/N对系统产电及污水处理效果的影响。实验取C/N分别为3、4、2和6,结果表明,C/N为4.2时系统达到最大电压为534 m V,对COD的去除率达到了96.1%~97.1%,C/N对氨氮的去除率影响不大。实验说明,MFC耦合A2/O工艺在产电和处理废水方面具有一定的发展潜力。     

Ce-PbO_2/C电极的制备及其去除水中酸性红B

采用电沉积法制备铈修饰的PbO2/C电极,通过SEM、XRD、XPS及循环伏安对PbO2/C、Ce-PbO2/C电极进行表征,结果表明,Ce-PbO2/C电极比PbO2/C颗粒细小,表面均匀致密,电化学氧化能力较强,修饰电极中Ce以CeO2的形态存在。以Ce-PbO2/C为工作电极,电解浓度为1 000 mg/L的高盐酸性红B模拟活性染料废水,考察了电压、pH、电解质浓度、极间距对脱色率、氨氮去除率及COD去除率的影响。确定适宜工艺条件为：初始酸性红B溶液浓度为1 000 mg/L,pH值为6,电压10 V,电解时间1 h,电极间距1.5 cm,该条件下脱色率、氨氮去除率和COD去除率分别为99.98%、97.23%和90.17%。通过UV-Vis及GC-MS初步分析了降解过程可能存在的中间产物及降解途径。     

微生物燃料电池化学阴极与生物阴极处理含铬废水

采用双室微生物燃料电池(MFC)反应器,考察了不同初始Cr(VI)浓度下化学阴极与生物阴极MFC的产电及Cr(VI)去除情况。结果表明,在各Cr(VI)浓度梯度(20、28、32、36、40和44mg/L)下生物阴极MFC的产电及Cr(VI)去除性能均较化学阴极MFC更优,生物阴极最大输出电压为180.1mV,是化学阴极的1.3倍。随着初始Cr(VI)浓度的递增,两者对Cr(VI)去除的差异越明显,最终在Cr(VI)浓度为44mg/L时,生物阴极MFC的Cr(VI)去除率为66.4%,较化学阴极提高了55.1%。进一步由循环伏安扫描、电镜扫描及X-射线能谱分析证实生物阴极MFC较化学阴极MFC产电及去铬性能优越的主要原因除了生物阴极电极上电化学活性微生物的催化作用外,Cr(VI)还原产生的不导电Cr(III)沉积物在其电极上附着较少也是一个关键因素,该Cr(III)沉积物中含有Cr2O3。