微生物燃料电池处理含铜废水的研究

构建了以乙酸钠为阳极基质、Cu~(2+)为阴极电子受体的双室微生物燃料电池(MFC),考察了该MFC处理含铜废水的效果及Cu~(2+)浓度对MFC产电性能的影响。通过改变阴极液中CuSO_4的质量浓度(20~130mg/L),测试了MFC运行过程中的输出电压、输出功率密度、内阻、Cu去除率等指标。结果表明:Cu~(2+)可作为MFC的阴极电子受体;在外电路电阻为1 000Ω的条件下,Cu~(2+)质量浓度为130mg/L的MFC性能最佳,其稳定输出电压为0.33V、最大输出功率密度为114.42mW/m~2,内阻为231.62Ω,最高Cu去除率为84.59%;通过X射线衍射测试发现,阴极还原产物为Cu_2O。     

诱导结晶法同时去除铜、锌离子

考察投药量、水力负荷、停留时间等因素,对诱导结晶反应器去除Cu~(2+)、Zn~(2+)效果的影响,确定最佳运行参数为:水力负荷40 m~3·(m~2·h)~(-1),结晶药剂投药量2∶1,停留时间90 min。在最佳运行参数下,结晶反应器处理含铜20 mg·L~(-1),含锌10 mg·L~(-1)、pH为5.5~6.0的混合重金属废水。反应器连续运行40 d,出水中铜离子和锌离子平均浓度分别为1.31 mg·L~(-1)和4.57 mg·L~(-1),铜离子和锌离子平均去除率分别是93.4%和51.3%。诱晶载体粒径由0.568 mm长至0.617 mm,平均生长速度为0.001 23 mm·d-1。研究表明,该诱导结晶工艺可以用作同时去除废水中的Cu~(2+)、Zn2+。     

微生物燃料电池降解邻苯二甲酸酯及同步产电特性

构建双室微生物燃料电池(MFC)装置,研究了分别以乙酸钠(NaAc)作单一燃料和乙酸钠+邻苯二甲酸酯(PAEs)作混合燃料条件下,MFC的产电性能及其对邻苯二甲酸酯的去除效果。结果显示,微生物燃料电池对邻苯二甲酸酯类废水的化学需氧量(COD)的总去除率可达89%~94%,对邻苯二甲酸酯的去除率均在70%以上。以2 g·L~(-1)NaAc+10 mg·L~(-1)PAEs作混合燃料时,MFC获得最大(面积)功率密度58.78 mW·m~(-2),电池内阻213.50Ω。实验结果表明,MFC能够利用高浓度邻苯二甲酸酯作燃料在实现高效降解的同时稳定地向外输出电能这为环境激素类难降解有机物的高效低耗处理提供了一种新的研究思路。     

Cu~(2+)和S~(2-)对反硝化污泥的影响

电镀废水中含络合铜废水的处理主要采用硫化钠破络法,由于原水水质波动,硫化钠投加量难以准确控制,从而导致Cu~(2+)或S~(2-)残留对后续生物段运行会产生一定的影响。然而,针对这2种离子对反硝化污泥的影响尚未见系统报道。通过小试实验系统研究了Cu~(2+)和S~(2-)对反硝化污泥的毒性和抑制作用并通过长期实验考察了反硝化污泥对这2种离子的耐受程度以及污泥性质的变化。结果表明,Cu~(2+)和S~(2-)对反硝化污泥活性的EC_(50)分别为3.15 mg·L~(-1)和14.71mg·L~(-1)在相同质量浓度下,Cu~(2+)比S~(2-)具有更强的毒性。长期运行实验结果表明,反硝化污泥对S~(2-)具有一定适应能力,最大承受浓度为20 mg·L~(-1),而Cu~(2+)耐受能力较差,最大承受浓度仅为1 mg·L~(-1)同时,Cu~(2+)的连续投加使反硝化污泥的沉降性和脱水性能变差,比阻増大,而S~(2-)的存在对反硝化污泥的沉降性和脱水性能无明显影响。     

非缓冲微生物燃料电池运行性能及无机碳积累

考察了不同乙酸钠浓度下非缓冲微生物燃料电池(BLMFC)的运行性能和无机碳(IC)(HCO_3~-或H_2CO_3)积累情况。结果表明:阳极液中IC的积累浓度与乙酸钠浓度呈线性相关,在乙酸钠浓度为0.5 g·L~(-1)和1.0 g·L~(-1)的BLMFC体系中,IC积累浓度分别为8.02 mmol·L-1和13.60 mmol·L~(-1),阳极液出现酸化现象,pH降低至6.2和6.5;体系输出电压(U)与阳极液pH出现相同的先下降后上升的变化趋势,体系最大功率密度(P_(max))分别为242 mW·m~(-2)和428 mW·m~(-2)。当乙酸钠浓度增大到2.0 g·L~(-1)和3.0 g·L~(-1)时,IC积累浓度增加到30.64 mmol·L~(-1)和42.42 mmol·L~(-1);乙酸盐自身的缓冲作用和体系积累的较高浓度IC可以将阳极液pH维持在7.4～8.5,输出电压稳定在350 mV左右;P_(max)增大到668 mW·m~(-2)和699 mW·m~(-2),可以实现自缓冲稳定运行。     

AC/PTFE微生物燃料电池阴极去除罗丹明B及同步产电性能

采用辊压成型法制备了活性炭(AC)/聚四氟乙烯(PTFE)质量比分别为6、5和3的AC/PTFE电极,并利用SEM对电极表面进行表征。结果表明,随着质量比的降低电极表面活性炭颗粒间的连接更为紧密。以制得的AC/PTFE电极,碳毡分别为微生物燃料电池(MFC)的阴极、阳极,利用AC/PTFE阴极在曝气条件下产生的过氧化氢在阴极处理模拟的罗丹明B废水。研究了不同质量比AC/PTFE阴极对罗丹明B的去除效果及同步产电情况,结果表明以AC/PTFE质量比为6的AC/PTFE阴极在96 h内对罗丹明B的去除率达到96%,MFC获得的最大功率密度为105 mW·m~(-2);同时研究了在阴极液加入0.2 g·L-1Fe~(2+)的条件下,阴极液为不同pH值时,阴极对罗丹明B的去除效果及MFC产电情况。结果表明在阴极液pH=3的情况下,罗丹明B的去除率在36 h内达到了98.9%,MFC的最大功率密度达到210 mW·m~(-2),罗丹明B的去除速率及MFC能量的输出得到了明显提高。     

电絮凝-超滤组合技术处理含铜废水

采用电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration,EC-UF)组合技术对含铜废水中的铜离子进行了处理实验研究。讨论了电流密度、初始pH、初始铜浓度和初始电导率等因素对铜的去除效果和膜污染的影响,并分析了这些影响因素对EC-UF组合技术效率的作用机制。结果表明,在电流密度J=50 A·m~(-2)、初始铜浓度C(Cu~(2+_)≤40 mg·L~(-1)、初始pH=4~8、初始电导率σ=2 m S·cm~(-1)、电解时间20 min的条件下,废水中铜的去除率达到99.6%并有效的减缓了膜污染。本研究为EC-UF组合技术除铜的实践应用提供了科学依据。     

Cu~(2+)对有机废物联合发酵产乳酸的影响

利用剩余污泥和厨余垃圾2种有机废物联合发酵,研究了在pH 7.0,温度为35℃,Cu~(2+)投加量分别为0、20、40和100 mg·L~(-1)时,乳酸的含量及其手性的变化规律。同时,探讨联合发酵过程中多糖、蛋白质、氨氮、VFA和pH与乳酸的变化关系。结果表明Cu~(2+)在低浓度时可以促进乳酸的产生:当投加量为20 mg·L~(-1),发酵第3天总乳酸最高浓度为23.22 g·L~(-1),较空白提高了77.06%,其中L-及D-乳酸浓度分别达到6.95 g·L~(-1)和16.27 g·L~(-1)。随着Cu~(2+)含量继续提高,总乳酸产量随之下降:在Cu~(2+)100 mg·L~(-1)时,乳酸最高浓度下降至16.55 g·L~(-1),获得最高值的发酵时间滞后至第6天。响应面分析表明,发酵体系中D-乳酸的光学纯度随Cu~(2+)投加量整体呈上升趋势。深入研究发现,适量Cu~(2+)在厌氧发酵体系过程中促进了多糖和蛋白质的溶出水解速度,从而提高了酸化的发酵潜力。     

UV/Fenton法处理EDTA-Cu-Ni络合废水

为了探索络合态重金属废水的处理方法,采用UV/Fenton氧化技术处理EDTA-Cu-Ni模拟废水,主要研究了Fe~(2+)投加量、H_2O_2投加量、初始pH和UV光照时间等因素对COD、Cu~(2+)和Ni~(2+)去除效果的影响及机理。结果表明,随着Fe~(2+)和H_2O_2投加量以及初始pH的升高,COD、Ni~(2+)的去除率先升后降,Cu~(2+)的去除率则在升高后趋于稳定;随着UV光照时间的增加,COD、Cu~(2+)、Ni~(2+)去除效率均呈上升趋势并逐渐达到平衡。结合成本和效率考虑,得出最佳处理条件为:Fe~(2+)投加量为10 mmol·L-1,H_2O_2投药量为600 mmol·L~(-1),反应初始pH为3.0,UV光照时间为120 min。在UV/Fenton体系中,UV光照能增强Fenton反应的去除效率,异丙醇对反应的抑制说明羟基自由基在处理过程中是重要的活性物种。     

麦饭石固定化SRB污泥颗粒处理模拟煤矿酸性废水的适应性

针对多组分煤矿酸性废水(ACMD)污染严重、治理费用高的特点,采用PVA—硼酸包埋交联法制作以硫酸盐还原菌(SRB)和盐改性麦饭石为主体的固定化颗粒,依据不同水力负荷和污染负荷构造3组动态柱,对固定化颗粒进行水力条件适应性实验研究。结果表明,固定化颗粒在低水力负荷0.085 m3·(m~2·d)-1,水力停留时间32.495 h下运行效果较好,SO_4~(2-)和Mn~(2+)去除率分别为65.90%和37.65%,出水COD浓度635.06 mg·L~(-1),总铁元素TFe释放量4.03 mg·L~(-1),出水pH 6.94。提高污染物SO_4~(2-)和Mn~(2+)浓度到(2 657±96)mg·L~(-1)和(13.33±1.75)mg·L~(-1),SO_4~(2-)和Mn~(2+)去除率仍可达40.07%和20.52%,出水COD浓度64.07 mg·L~(-1),总铁元素TFe释放量2.69 mg·L~(-1),出水pH为7.38,综合处理效果较好,颗粒对高浓度污染物适应性较强,具有一定抗冲击负荷能力。     

液体高铁酸钠同时去除电镀废水中氰化物和重金属

采用自制的电化学装置在线制备液体高铁酸钠,然后将制得的高铁酸钠投加到电镀废水中进行处理,考察不同pH值和不同高铁酸钠投加量对废水中总氰化物、Cu~(2+)、Ni~(2+)去除率的影响;对比研究了高铁酸钠氧化法和次氯酸钠氧化法在处理低浓度含氰电镀废水的效果。结果表明,当pH为9~10,高铁酸钠的最佳投加量为0.O.24±0.048 mmol·L~(-1)时,总氰化物、Cu~(2+)和Ni~(2+)的同时去除率均在90%以上;在处理低浓度含氰电镀废水时,高铁酸钠对总氰化物、Cu~(2+)和Ni~(2+)的同时去除率均明显高于次氯酸钠。这是因为高铁酸钠能够有效地氧化多种络合态的氰化物,包括Cu(CN)_4~(3-)、Cu(CN)_4~,Ni(CN)_4~(2-)等使废水中的重金属转变为离子态;然后在碱性条件下在高铁酸盐还原产物-Fe(OH)_3助凝和絮凝作用下,反应生成沉淀达到同时去除氰化物和重金属的目的。     

甘蔗渣为缓释碳源负载SRB处理模拟矿山淋滤水

以甘蔗渣为缓释碳源及载体,负载硫酸盐还原菌(SRB)处理含低浓度Cu~(2+)离子的模拟矿山淋滤水,研究了缓释碳源、p H、ORP、SO2-4、COD等对矿山淋滤水中Cu~(2+)去除效果的影响,并探讨了处理过程中铜元素的形态及归趋模式。结果表明:在处理过程中p H呈现缓慢升高趋势,ORP全部降至-100 m V以下;硫酸根还原率可达92.4%;甘蔗渣作为缓释碳源释放稳定,COD可稳定保持200~300 mg/L之间;负载在甘蔗渣载体上的菌群可耐受高浓度Cu~(2+)的毒性抑制,并利用缓释碳源甘蔗渣释放出的小分子物质将硫酸根持续还原;至实验期结束,20 mg/L的Cu~(2+)浓度降至0.5 mg/L以下,较高浓度的Cu~(2+)拟通过多级反应器串联进行逐级去除;SO2-4和Cu~(2+)的反应速率比表明,SRB每还原约15 mg SO2-4,就有1 mg Cu~(2+)得到去除;Cu~(2+)主要是以硫化物的形式得以去除。     

KOH活化活性炭提升辊压空气阴极微生物燃料电池性能

目前阴极性能是限制微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)输出功率的主要瓶颈。为进一步提高MFC的性能,利用固体KOH在400~800℃下对活性炭活化并将其制成辊压空气阴极。最终筛选出碱炭比1∶1,活化温度500℃样品AC-500为最佳处理条件。以乙酸钠为底物,MFC最高功率密度为1 894 mW·m~(-2),比未处理AC(1 481 mW·m~(-2))提高了28%。活性炭经过熔融KOH的刻蚀活化,孔径分布和表面元素发生变化可能促进了阴极内部的传质过程,提高了空气阴极的催化性能。     

Fe3+对生物膜反应器去除模拟屠宰废水高氨氮的影响

为解决屠宰废水的高氨氮问题,在2 L SBBR中添加Fe~(3+)对模拟屠宰废水进行脱氮处理。在室温条件下,研究了不同浓度Fe~(3+)对NH_4~+-N、N O_2~--N、NO_3~--N、COD、同步硝化反硝化速率(ESND)、微生物群落分布的影响。结果表明,曝气量为0.6 L·min~(-1),HRT为12 h,Fe~(3+)质量浓度为10 mg·L~(-1)时,NH_4~+-N、COD和TN去除率分别为94%、97%和89.28%。N O_3~--N含量小于5 mg·L~(-1),NO2~--N含量接近0 mg·L~(-1),ESND平均值可达93.91%,比对照组高5.24%。Fe~(3+)提高了微生物抗低温冲击性,加快了同步硝化反硝化速率。高浓度的Fe~(3+)(30～50 mg·L~(-1))会产生生物毒性,抑制生物脱氮。SEM及显微镜观察发现,含有10 mg·L~(-1) Fe~(3+)的体系减少了生物质流失,微生物种类丰富,体系脱氮性能得到有效提升。     

Fenton法处理电镀有机废水

采用Fenton法处理某电镀厂强碱性有机废水。考察了pH和Fenton氧化对废水特性的影响,优化了处理参数,研究了Fenton氧化对废水可生化性的影响。结果表明:Fenton氧化前,调节pH可提高有机物去除效果,一定程度上去除重金属;Fenton法能够有效处理电镀有机废水,并充分提高废水可生化性,最高COD去除率可达75%;在反应时间为30min、H_2O_2投加量为68mg·L~(-1)、Fe~(2+)投加量为111mg·L~(-1)条件下,废水COD去除率为22%,B/C为0.28,适宜后续接入生化工艺以进一步提高废水处理效果,可降低成本并提高处理效率,为电镀企业处理强碱性有机废水提供参考。     

剩余污泥微生物燃料电池的产电性能及有机物降解与阳极生物分析

构建了以二沉池剩余污泥厌氧发酵上清液为阳极底物的微生物燃料电池(MFC),考察了电池的产电性能、污染物去除效率及阳极微生物种群特征。结果表明,厌氧发酵污泥MFC作为污泥资源化的一种新途径,具有可行性。在厌氧发酵的预处理条件下,MFC体系稳定运行期间输出电压最高可达0.65 V,最大功率密度达86.89 m W·m~(-2),库伦效率为(5.12±0.5)%;与此同时TCOD去除率为(50.6±3.5)%。污泥在厌氧发酵阶段产生大量挥发性脂肪酸(VFAs),它们作为产电微生物易于摄取的阳极底物,能够促进污泥中有机质的去除,进而提高污泥MFC的产电效果。由阳极微生物群落结构可推断:产电和非产电细菌具有协同作用,共同维持MFC的稳定运行。     

厌氧流化床微生物燃料电池及其串并联性能

在高650 mm、有效容积1 280 mL的液固厌氧流化床单室无膜空气阴极微生物燃料电池(MFC)中,研究了燃料电池串并联产电和有机污水处理性能,同时考察了电极面积、活性炭装填体积、温度等因素对产电性能的影响。结果表明,将燃料电池串联,总电压等于3个单级电池的电压之和,约为2 100 mV,最大功率为0.12 mW,而单级电池最大功率为0.05 mW。并联时,输出电压为800 mV,和单级电池输出电压大体相当,而电流为单级电流的2倍。阳极面积增加1倍,产电量增大了30%;电压随活性炭装填体积的增大而增大;温度为40℃时,燃料电池的产电性能最好。     

硫化物沉淀系统Cu~(2+)诱导结晶过程研究

以模拟含铜废水为处理对象,在流化床反应装置中对比考察了回流系统以及沉淀剂pH条件改变对硫化物沉淀系统Cu~(2+)诱导结晶过程的影响。结果表明:(1)在硫化物沉淀系统中,当进水Cu~(2+)约为200mg/L、沉淀剂pH为8~12时,系统发生均相成核过程,系统出水中Cu~(2+)去除率可达98%以上,微晶产率低于2%。随着沉淀剂pH提高至12.0,CuS过饱和指数提高至4.08×1011,微晶质量浓度变化不超过1个数量级,低于7mg/L。(2)结晶产物以CuS及Cu(OH)_2为主,并含有无定型非晶成分。     

基于UASB-缺氧好氧-混凝沉淀工艺处理印染废水的中试研究

采用UASB-缺氧好氧-混凝沉淀组合工艺处理以印染纯棉纤维、涤纶、腈纶和棉混纺织物为主的综合性印染废水。结果表明,控制UASB反应器水力负荷为0.4 m~3·(m~2·h)~(-1)冬季反应器温度低于15℃时降至0.3 m~3·(m~2·h)~(-1))、UASB进水pH=7.0~8.0、活性污泥A反应器D0=0.5~0.8 mg·L~(-1)、B反应器DO=0.2 mg·L~(-1)、接触氧化反应器采用渐减曝气且气水比12:1、混凝剂PAC(配制浓度10%)和PAM(配制浓度0.1%)投加1.2 mL·L~(-1)和0.9 mL·L~(-1)、絮凝30 min,可以实现COD、色度、氮和硫化物的同步去除,出水指标达到并优于《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)表2的直接排放标准,处理效果好。同时,工艺直接运行成本仅为0.624元·m~(-3)废水,普遍低于同类印染废水处理     

不同阳极微生物燃料电池产电性能的比较

微生物燃料电池在处理废水的同时可以产生电能,有希望同时解决废水再利用和能量再产生的问题。采用单室无膜空气阴极微生物燃料电池,处理模拟生活污水,探讨MFC处理模拟废水的效果。研究了以碳布(MFC1)、碳布负载碳纳米管(MFC2)、碳纳米管(MFC3)和泡沫镍(MFC4)作为4种不同的阳极材料,对MFC系统的启动、内阻和产电特性进行比较。结果表明,4种不同阳极MFC在水力停留时间24 h的条件下,对COD有很好的去除作用,其中MFC2的COD去除效率最大,为91.4%。在不影响MFC系统处理废水效果的前提下,实验得到4种阳极MFC系统中MFC2具有最小的内阻,为173.7Ω;并且其功率密度也大于其他3种MFC,达到401.2 mW/m2。