驯化污泥厌氧还原脱氯促进2,4,6-三氯酚矿化及胞外呼吸脱氯途径

厌氧条件下,以乳酸钠为电子供体,2,4,6-三氯酚为电子受体对活性污泥进行驯化,考察了驯化污泥厌氧脱氯的代谢特性.结果发现,污泥可对2,4,6-三氯酚进行高效脱氯,乳酸钠、2,4,6-三氯酚初始浓度为20 mmol·L-1、40~80μmol·L-1时,9~24 h内可实现2,4,6-三氯酚100%初始性降解.中间产物有2,4-二氯酚,但检出浓度较低(4.22μmol·L-1),4-氯酚和苯酚为主要产物.驯化污泥以脱邻位氯(2,4,6-三氯酚,2,4-二氯酚)降解菌为优势种群,对4-氯酚和苯酚的进一步转化有限.厌氧代谢残留物经好氧污泥处理后,4-氯酚(初始浓度33μmol·L-1)2 h实现100%去除.驯化污泥可快速将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),并具有较强的腐殖质(AQDS)还原能力,说明驯化污泥中富集了异化铁还原菌.电子介体[Fe(Ⅲ)和AQDS]明显地加速了脱氯速率,在电子介体的介导作用下,污泥可同步进行胞外呼吸脱氯.     

氯代乙烯的厌氧微生物还原脱氯特性

四氯乙烯（PCE）和三氯乙烯（TCE）是地下水中典型的卤代有机化合物,严重威胁生态环境与人体健康.为获得氯代乙烯高效厌氧降解菌剂并探究其在污染地下水中的应用潜能,利用某工业污染场地的地下水,通过投喂PCE或TCE进行长期富集培养,获得了可将PCE和TCE完全脱氯成无毒乙烯的厌氧菌剂W-1.菌剂W-1的PCE和TCE脱氯速率分别是（120.1 ±4.9） μmol·（L·d）^-1和（172.4 ±21.8） μmol·（L·d）^-1.16S rRNA基因扩增子测序和qPCR结果表明,98.3 μmol PCE还原脱氯至顺-1,2-二氯乙烯（cis-1,2-DCE）时,Dehalobacter丰度从1.9%增长至57.1%,基因拷贝数每释放1 μmol Cl^-增加1.7×10⁷ copies;cis-1,2-DCE完全还原脱氯至乙烯时,Dehalococcoides丰度从1.1%增长至53.8%;PCE完全还原脱氯至乙烯过程中Dehalococcoides基因拷贝数每释放1 μmol Cl^-增加1.7×10⁸ copies.以上结果说明Dehalobacter与Dehalococcoides协同互作实现PCE完全降解解毒.当菌群W-1以TCE为电子受体时,222.8 μmol TCE完全还原脱氯至乙烯时候,Dehalococcoides丰度从（29.1 ±2.4）%增长至（77.7 ±0.2）%,基因拷贝数每释放1 μmol Cl^-增加（1.9 ±0.4）×10⁸ copies.结合PCR和Sanger测序,获得了菌剂W-1中主要脱卤菌Dehalococcoides LWT1较完整的16S rRNA基因序列,其与D. mccartyi strain 195 16S rRNA基因序列相似度达100%.将菌群W-1添加至受TCE（418.7 μmol·L^-1）污染的地下水中,28 d内实现了（69.2 ±9.8）%的TCE被完全脱毒至乙烯,TCE脱氯速率为（10.3 ±1.5） μmol·（L·d）^-1.研究成果可为PCE或TCE污染地下水开展厌氧微生物修复提供菌剂资源和理论指导.     

Pd/Ti电极上2,4,6-三氯酚还原脱氯:条件优化及降解途径

利用电沉积法制备了Pd/Ti电极,用于2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)的电还原脱氯.采用单因素实验和响应面分析法,探讨了2,4,6-TCP脱氯试验条件;根据实验结果,拟合出了脱氯中各步骤的反应速率常数.结果表明,2,4,6-TCP初始浓度为80mg/L时,优化的脱氯参数为电流为5mA,支持电解质Na2SO4浓度为0.05mol/L,阴极电解液初始pH值为2.40.在优化条件下, 2,4,6-TCP在80min内完全脱氯; 2,4,6-TCP的还原脱氯符合准一级反应动力学,主要脱氯途径为2,4,6-TCP→2,6-DCP→2-CP→苯酚.     

N-DAMO菌群的富集及其生长代谢影响因子

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（N-DAMO）是某些微生物在厌氧条件下以甲烷为电子供体和唯一碳源还原亚硝酸盐（NO₂^-）为氮气（N₂）的过程,为解决废水生物脱氮碳源不足问题提供了新思路.然而,N-DAMO菌群生长缓慢,对环境要求严苛,富集培养难度大,工程应用困难.本文以湿地土壤为菌源,通过强化富集获得一个N-DAMO菌群,并研究了主要环境因子和生长因子对其生长代谢的影响.结果表明,该N-DAMO菌群的NO₂^-还原速率可达0.27 mmol·g^-1·d^-1,其最佳培养条件为35℃、pH 7.5、NO₂^-浓度为2.0 mmol·L^-1和甲烷分压为（P（CH₄））98 kPa等.少量添加维生素液、血红素和甜菜碱等生长因子,均能刺激菌群的代谢活性,使其NO₂^-还原速率分别提高1.32、1.22和1.96倍.本研究有助于进一步了解N-DAMO菌群的生理生态特性,为其工程应用提供参考.     

甲醇为共代谢基质时四氯乙烯的厌氧生物降解

四氯乙烯(PCE) 在厌氧条件下通过还原脱氯发生生物降解.本文研究以甲醇作为共代谢基质时PCE的降解情况.结果表明:在微生物的作用下PCE还原脱氯为TCE和DCEs,可能有VC和乙烯.因此,DCEs、VC和乙烯可能是PCE降解的终产物.PCE、TCE的降解和TCE的生成都符合准一级动力学.PCE和TCE的反应速率常数K分别为0.8991d^-和0.068 d^-;半衰期分别为0.77d和10.19d,TCE的生成速率常数为0.1333d^-.表明PCE的脱氯速度大于TCE,而TCE的生成速率大于降解速率,所以在整个实验期间都有TCE存在.     

多孔钛板负载Pd阴极电催化加氢还原水中五氯酚

研究了以多孔钛板负载钯作为阴极,通过电催化加氢还原水中五氯酚的脱卤效果和主要影响因素.实验表明,五氯酚电催化加氢的主要产物为苯酚和游离态Cl^-.其中Cl^-生成量可达到理论值,实现完全脱卤,苯酚的转化率达90%以上.随着PCP浓度的降低,电流效率下降,降解单位重量PCP的能耗增加.回路中电流强度对脱卤的电流效率和能耗影响很大,300mA时效果最佳.与电流相比,水溶液中pH和循环流速对脱卤效果的影响有限.结果表明,多孔钛板负载金属钯电催化反应器可有效地对五氯酚加氢脱卤,电流效率高,能耗低,并且操作简单,适用范围广.     

甲烷为唯一电子供体驱动硝酸盐/亚硝酸生物还原及微生物群落结构分析

反硝化厌氧甲烷微生物生长缓慢、倍增时间长,难以在短时间内成功富集.为快速大量富集以甲烷为唯一电子供体的硝酸盐/亚硝酸盐还原微生物,选择甲烷通量适宜的中空纤维膜材料并设计高效无泡曝气膜生物膜反应器（MBfR）.在反应器运行初期,两个反应器分别手动添加200 mg·L^-1的硝酸盐和亚硝酸盐,两个反应器进行闭合自循环的76 d内,均可在10 d内将200 mg·L^-1的硝酸盐和亚硝酸盐完全去除.稳定后,200 mg·L^-1硝酸盐可在2 d之内全部还原,还原速率略快于亚硝酸盐.在MBfR运行第77~124 d,改为序批式生物反应器方式运行,两个反应器内反硝化速率均可达到50 mg·L^-1·d^-1,表明以甲烷为唯一电子供体驱动的反硝化微生物成功富集并挂膜.在微生物富集过程MBfR出水中均检出挥发性脂肪酸（VFAs）,以硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体的反应器最高VFAs含量分别可达948 mg·L^-1和997 mg·L^-1.高通量测序结果发现,以硝酸盐为电子受体的反应器内产酸菌Propionispora和Proteiniphilum的丰度可以达到39.1%和3.1%,而在以亚硝酸盐作为电子受体时,产酸菌Propionispora和Proteiniphilum丰度分别为80.9%和2.4%,是反应器内部的优势菌属.而异养反硝化菌Pseudomonas在两组微生物富集阶段均具有较高丰度.由此推测在本研究中甲烷为唯一电子供体驱动的硝酸盐/亚硝酸盐生物还原过程由VFAs作为中间产物介导完成.本研究结果可为推进污水脱氮技术的发展提供参考.     

碳酸盐岩对Fe2+生物氧化及铁矿物合成的影响

利用从高硫煤矸石堆场浸出液中培养驯化获得的氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f）,通过静态实验,探讨添加不同量的碳酸盐岩对酸性硫酸盐体系中Fe²⁺生物氧化速率及次生铁矿物合成的影响.结果表明：添加10 g和30 g碳酸盐岩不会对体系中pH、氧化还原电位（ORP）和Fe²⁺生物氧化速率产生明显影响,但总铁（TFe）的去除率可从37%分别提高到55%和62%,矿物生成量也从8.17 g·L^-1分别增加到12.03 g·L^-1和13.69 g·L^-1;同时,体系中合成的次生铁矿物相与不加碳酸盐岩时无明显变化,主要为黄铁矾和施氏矿物的混合物.随着碳酸盐岩添加量增至50、70和90 g时,体系pH快速上升,Fe²⁺生物氧化速率受到抑制,并产生大量结晶程度较好的硫酸钙,形成的铁矿物主要为纤铁矿或针铁矿.而适量的碳酸盐岩添加可使体系中产生Ca²⁺和Mg²⁺,从而影响次生铁矿物的合成.因此,在以碳酸盐岩为反应介质的酸性矿山废水处理工艺设计中,可通过添加A.f菌并控制碳酸盐岩投加量,强化系统中Fe²⁺生物氧化及次生矿物的合成,从而进一步提高反应系统对TFe的去除效果.     

纳米FeO作用下4-氯酚的脱氯特性及机理

采用化学还原法制备了纳米Fe^O, ESEM测定结果表明其颗粒在1～100 nm内. 实验表明这些纳米Fe^O能在20 h内将初始浓度为20 mg/L的4-氯酚完全降解, Fe^O对4-CP的还原脱氯是主要去除途径. 苯酚是脱氯反应的主要产物. 当4-CP的初始浓度由20　mg/L增大到50, 100, 150　mg/L时, 其相对去除率明显降低, 但绝对降解量有较大提高. 温度不仅影响脱氯速率, 而且影响4-CP去除的途径. 30℃时, 脱氯反应为主要反应; １０℃时, 较易产生氧化产物. Fe原子的迁移过程在4-CP的降解中也是一个重要的限速步骤. 此外, 纳米Fe^O具有很好的稳定性, 在受试的379　h内, 纳米Fe^O能够应对不同浓度冲击及反复投加的4-氯酚冲击的能力.     

高溶解氧条件下不同曝气量对短程硝化性能及微生物特征的影响

短程硝化过程是短程生物脱氮工艺中的限速步骤,在保证稳定亚硝化率的前提下,提高曝气量能够提高好氧氨氧化菌的活性,进而提高氨氧化速率.本文在序批式反应器中,通过改变曝气量,在高溶解氧条件下,考察不同曝气量对短程硝化的性能及微生物的影响.结果表明,随着曝气量的增大,氨氧化速率不断升高.单位体积曝气量为0.8、1.7、3.3、5.0 L·min^-1·L^-1时,氨氧化率维持在50%左右,亚硝酸盐氮积累率稳定在99%以上,平均氨氧化速率分别为0.88、0.96、1.29和1.32 mg·L^-1·min^-1.高通量测序分析表明,不同曝气量条件下,反应器中好氧氨氧化菌的优势菌属均为Nitrosomonas,而亚硝酸盐氧化菌都被有效抑制,Nitrospira丰度很低.此外,检出Acidovorax、Denitratisoma、Hyphomicrobium、Ignavibacterium等多种反硝化细菌,这些反硝化菌能够与好氧氨氧化菌共同作用,使系统发生少量内源同步硝化反硝化.综合考虑曝气能耗和反应速率,曝气量为3.3 L·min^-1·L^-1时,可实现控制短程硝化工艺的低耗高效运行.     

"Fe0/优势脱氯菌"体系降解2,4,6-TCP特性及机制研究

采用批处理实验方式,对"Fe0/优势脱氯菌"体系降解2,4,6-TCP过程进行研究,探讨了零价铁与微生物的协同作用及其机制.结果表明,Fe0对微生物具有促进生长和界面富集的作用,"Fe0/优势脱氯菌"体系菌浓度(D600表示)是单独优势脱氯菌体系的约1.7倍,反应96 h铁表面有大量细菌附着生长,其形态呈现短杆状或类球状;Fe0腐蚀产生的OH-对体系酸化起平衡调节作用,在pH值7.0、Fe0浓度5 g.L-1、2,4,6-TCP浓度30 mg.L-1的初始条件下,体系pH值稳定在7.8左右,有利于2,4,6-TCP还原脱氯反应的进行和优势脱氯菌的生长;2,4,6-TCP的主要降解路径为2,4,6-TCP→2,4-DCP→4-CP.     

不同电子供体下三氯苯酚的还原脱氯机制研究

研究了葡萄糖、乳酸钠、丙酮酸钠、乙酸钠这4种电子供体条件下,2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-trichlorophenol,2,4,6-TCP)的降解效果及其还原脱氯途径.结果表明,与葡萄糖的作用相比,乳酸钠、丙酮酸钠、乙酸钠均可有效提高2,4,6-TCP的脱氯效果,其中乳酸钠能作为一类缓释氢物质持续供给2,4,6-TCP还原脱氯所需电子.外加电子供体可提高微生物体内基质代谢脱氢酶活性,反应240 h后,4种电子供体体系中脱氢酶活性增长依次为21.49%、25.78%、136.85%和139.3%.2,4,6-TCP还原脱氯的主要产物包括2,4-二氯苯酚(2,4-dichlorophenol,2,4-DCP)、4-氯苯酚(4-chlorophenol,4-CP)和苯酚,其中乙酸钠作为电子供体时,4-CP为其主要降解产物,转化率达到22%以上.     

光合细菌对2,4,6-三氯苯酚的降解特性研究

研究了混合光合细菌PSB-DR在不同光照、接种量和pH值下对2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)的生物降解特性,确定了PSB-DR生物降解2,4,6-TCP的优化控制条件.结果表明,光照培养下,接种量30%,初始pH值7.0时2,4,6-TCP降解效率最高.在此条件下,50mg/L的2,4,6-TCP经5d后降解率达到82.3%.培养基中醋酸钠的加入对2,4,6-TCP降解有明显的抑制作用.PSB-DR静息细胞对2,4,6-TCP的降解符合高浓度底物抑制的酶促反应类型,其降解动力学参数rmax=1.746h-1,Km=38.333mg/L,Ki=260.87mg/L.     

Dechlorination of chlorophenols by zero valent iron impregnated silica

Laboratory studies were conducted to find out the efficacy of uniquely prepared zero valent iron impregnated silica in transforming xenobiotic chlorophenols namely 4-chlorophenol, 2,4-dichlorophenol and 2,4,6-trichlorophenol. Continuous mode column experiments were performed to investigate the transformation of chlorophenols by varying pH, column height, flow rate and initial chlorophenol concentration. Reusability study of the zero valent iron impregnated silica was studied as well as the morphological changes and the chemical composition of the catalyst medium were also investigated. Dechlorination kinetic studies were conducted and the order of dechlorination of chlorophenols was found to be 2,4,6-trichlorophenol > 2,4-dichlorophenol > 4-chlorophenol. The optimum pH, column height and flow rate were found to be 7, 20 cm and 0.75 L/hr respectively for all chlorophenols in the reaction duration of 4 hr. Intermediates formed during dechlorination study were identified by gas chromatography-mass spectroscopy analysis. This method was applied to real pulp and paper wastewater and was found satisfactory.     

微波辅助Bi_2WO_6光催化降解四氯酚研究

采用水热法制备了纳米Bi2WO6,并用X射线衍射仪XRD、透射电镜TEM和比表面积分析仪BET表征其晶相结构、形貌及比表面积;然后以2,3,4,6-四氯酚(TeCP)为目标物考察了Bi2WO6在微波场中的光催化活性;最后探讨了TeCP在微波光催化反应体系中的降解机理。结果表明,微波辅助Bi2WO6光催化能够有效降解TeCP,反应20minTeCP(30mg/L)的去除率为94%,相应的动力学常数为0.191min-1;用GC/MS分析检测了此反应中TeCP的7种降解中间产物:2,3,4-三氯酚、2,3,5-三氯酚、2,3,6-三氯酚、2,4,5-三氯酚、2,4,6-三氯酚、3,4,5-三氯酚和2,3,5,6-四氯酚;推断在微波辅助Bi2WO6光催化反应体系TeCP的降解机理为TeCP异构化、脱氯、三氯酚异构化和矿化。     

钯/泡沫镍对水体中4-氯酚的氢解脱氯研究

采用置换沉积法制备泡沫镍负载钯(Pd/Ni)催化剂,研究了其在H2作为供氢体时对水相中4-氯酚(4-CP)的催化氢解脱氯作用.考察了Pd负载量、H2流量和反应液pH值对4-CP转化率的影响.结果表明,在相对较低的Pd负载量和H2流量下即可实现4-CP的快速高效去除,且反应液pH值在3.04~10.97的范围对反应影响不显著.当Pd负载量为0.1%、H2流量为10mL/min、pH值为6.80时,反应1h,4-CP转化率达92.6%.Pd/Ni具有较高的稳定性,重复实验表明,该催化剂使用3次后,催化活性仅下降了2.0%.     

钯/泡沫镍阴极对水中微量氯贝酸的电催化氢化还原脱氯研究

氯贝酸（Clofibric acid, CA）是一种常见药品和个人护理品（PPCPs）类物质,在环境中具有持久性和稳定性.常规的水处理技术难以去除微量的CA,采用电催化氢化脱氯的方法可有效实现脱氯.本研究考察了CA初始浓度、工作电位、阴极液初始pH、反应温度、钯载量和电解质Na₂SO₄的浓度等多种因素对氯贝酸降解的影响.结果表明,CA的脱氯降解符合一级动力学方程,在工作电位为-0.85 V vs Ag/AgCl,钯负载量为0.20 mg·cm^-2,Na₂SO₄浓度为10 mmol·L^-1,初始阴极液pH为4.6,反应温度控制在303 K时,经过120 min的反应后,初始浓度为5 mg·L^-1的CA降解率达98%.因此利用钯/泡沫镍电极电催化还原降解废水中的CA具有很大的应用潜力.     

太阳光下水中2,4,6-三氯酚的光解机制研究

对比研究了太阳光下2,4,6-三氯酚（2,4,6-TCP）在纯水,可溶性有机质（DOM）溶液和实际地表水中的光解情况.结果表明,2,4,6-TCP在纯水中主要为直接光解和自敏化光解,涉及的活性物种为单线态氧;在DOM水溶液中主要为直接光解和敏化光解,涉及的活性物种为单线态氧和羟基自由基;2,4,6-TCP在纯水,DOM溶液和实际地表水中的光解速率均随溶液含氧量的提高而增加.太阳光可见区对2,4,6-TCP直接光解没有贡献,UVA贡献为72.60%,而当有DOM存在时,可见光区对2,4,6-TCP的光解贡献为12.39%,UVA的贡献为52.73%.2,4,6-TCP在实际地表水中的光解与在DOM水溶液中的光解类似,都表现为通氮抑制光解,通氧促进光解,并且光谱贡献率也十分接近,表明溶解氧和DOM是2,4,6-TCP在地表水中间接光解的主要影响因素.     

好氧与厌氧交替加速2,4,6-三氯酚的生物降解

2,4,6-trichlorophenol（TCP）是一种较难生物降解的有机化合物,而TCP还原脱氯是其生物降解的关键,该过程通常在厌氧条件下进行。TCP对位的氯离子比邻位难脱除,所形成的中间产物4-氯酚（4-CP）在厌氧条件下很难得到进一步降解。然而,此时将反应体系切换成好氧条件时4-CP则可得到有效降解。基于好氧和厌氧交替可共存的特点,采用垂直折流板式生物反应器降解TCP。相比单纯厌氧降解,厌氧和好氧交替模式可明显加速TCP的生物降解。对于初始浓度为50 μmol/L的TCP,完全去除的时间可从34 h缩短至12 h。该运行模式可缓解中间产物对TCP降解的抑制,4-CP的代谢产物苯酚在好氧条件下可得到迅速降解,缓解了其抑制作用,加速TCP在厌氧条件下的生物降解。     

不同填料UAFB-ANAMMOX反应器的脱氮效能

由于厌氧氨氧化菌增殖速率缓慢,对环境因素敏感,导致反应器启动时间长且运行不稳定. 以人工配水为研究对象,采用UAFB(升流式厌氧固定床)反应器,分别填充组合填料、聚氨酯泡绵和立体弹性纤维作为生物载体,对各载体的挂膜特征及厌氧氨氧化的实现与稳定特性进行了研究. 结果表明:与聚氨酯泡绵和立体弹性纤维相比,组合填料在快速启动反应器及运行稳定性上有较大优势,反应器启动时间为42d,稳定运行后期NH₄+-N及NO₂--N的去除率均达到90%以上,最大TN去除负荷(以N计)为1.239kg/(m3·d);并且组合填料挂膜效果较好,生物膜跟载体结合较紧密. 以聚氨酯泡绵为载体的反应器启动时间(66d)长,挂膜效果较差,膜易脱落;稳定运行后期NH₄+-N及NO₂--N的去除率分别大于90%与95%,最大TN去除负荷为1.268kg/(m3·d). 以立体弹性纤维为载体的反应器对ρ(DO)和ρ(基质)及水力冲击等环境因素较为敏感,运行效果不稳定,最大TN去除负荷仅为0.724kg/(m3·d).