微生物燃料电池驱动的光电催化降解甲基橙

实验制备出了具有光催化性能的Cu2O纳米线电极,对比研究了Cu2O电极在光催化、微生物燃料电池驱动的电催化和微生物燃料电池驱动的光电催化反应过程中对甲基橙溶液的降解效果的影响。实验结果表明,微生物燃料电池驱动的光电催化反应对甲基橙的降解效果最好,当溶液p H为3、外加偏压为0.7 V、反应时间为40 min时,对甲基橙的降解率可以达到83%。实验首次利用微生物燃料电池作为外界驱动电压光电协同降解了甲基橙,证明在微生物燃料电池产生的较低电压也可以对光电极催化降解污染物的效率有提升。     

氯苯类化合物的生物降解

氯苯类生物降解机制可分为三类:氧化脱氯、还原脱氯和共代谢.氯苯类的氯化脱氯机制基本遵循一个相似的降解途径,即首先在双氯化酶攻击下形成二醇,此二醇脱氢形成氯代邻二酚.邻二酚开环产物是相应的氯化粘康酸,脱氯过程发生在此粘康酸内酯化过程中和内酯开环后;还原脱氯需要多种微生物共同参与,脱氯途径很不一样,这与不同微生物种群和不同的环境条件有关;共代谢作用降低了氯苯类化合物的生物毒性,使其更易为别的微生物同化.     

对硝基苯酚生物电化学还原过程及优势菌群生物群落分析

通过向阴极室投加接种污泥构建阴极功能型的微生物燃料电池(MFC),并用其强化降解对硝基苯酚(PNP),考察了MFC运行过程中电极液pH、电导率和温度等环境因子的变化,使用SPSS 13.0统计分析软件考察了各环境因子与MFC输出电压的相关关系,并对阴极生物膜样品采用高通量测序分析其菌群结构。结果表明,MFC输出电压与阳极室、阴极室pH均呈极显著相关关系,电极液pH为6时MFC对PNP的降解性能较优,PNP降解率为100.0%,还原降解中间产物对氨基苯酚(PAP)生成率为32.5%±2.5%,而pH为4时PNP降解率为80.1%±4.1%,PAP生成率为13.3%±2.2%;外接电阻为100Ω时,MFC对PNP降解性能优于外接电阻50、200Ω时。阴极优势菌群中,懒杆菌科(Ignavibacteriaceae)推动了系统电子的传递,而嗜氢菌目(Hydrogenophilales)、伯克霍尔德氏菌目(Burkholderiales)具有辅助还原降解PNP的作用。     

pH值对"Fe0-厌氧微生物"体系去除2,4,6-三氯酚过程的影响

考察了pH值对"Fe0-厌氧微生物"体系降解2,4,6,-三氯酚(2,4,6-TCP)效果的影响,结果表明:pH值是影响"Fe0-厌氧微生物"体系降解2,4,6-TCP效果的重要参数,初始pH值直接影响微生物活性和铁腐蚀,进而影响过程pH值变化,反过来又影响铁腐蚀和微生物活性,pH 7.0～9.0的中性偏碱范围较适于厌氧微生物生长。Fe0与微生物对目标污染物的降解具有协同促进作用,其协同促进机制表现在3方面:Fe0与微生物对体系过程pH值具有互补调节作用,可将体系的pH值调节值适于微生物生长的中性范围;Fe0腐蚀产生的Fe2+和H2可为微生物代谢提供电子对和营养物质,从而促进生物还原脱氯的进行;Fe0的腐蚀过程直接对氯代有机物还原脱氯,而微生物又可促进Fe0腐蚀。     

氯苯类化合物的生物降解

氯苯类生物降解机制可分为三类;氧化脱氯、还原脱氯和共代谢。氯苯类的氯化脱氯机制基本遵循一个相似的降解途径,即首先在双氧化酶攻击焉基层一醇,此二脱氯形成氯代邻二酚,邻二酚开环产物是相应的氯化粘康酸,脱氯过程发生在此粘康酸内酯化过程中和内酯开环后;还原脱氯需要多种微生物共同参与,脱氯途径很不一样,这与不同微生物种群和不同的环境条件有关,共代谢作用降低了氯苯类化合物的生物毒性,使其更易为别的微生物同化。     

产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca对硝基苯及4-氯硝基苯的降解

硝基苯类化合物生物降解菌的筛选及性能研究,是制药、染料等行业废水达标的重要基础。以浓度梯度升高法筛选到一株硝基苯厌氧降解菌Klebsiella oxytoca NBA-1。考察了该菌对氧气的需求,以及在厌氧条件下,温度、pH值、外加葡萄糖及硝基苯初始浓度等环境因子对菌株降解硝基苯能力的影响,并进一步讨论菌株对氯取代硝基苯类化合物的降解情况。结果表明,该菌在厌氧条件下生长比好氧条件下慢,但降解速度更快;厌氧降解硝基苯的最佳pH值和温度和分别为8．3和30～35℃;加入0．3％～0．5％的葡萄糖可促进降解,且对300mg／L以下的硝基苯均有降解能力;该菌能将4-氯硝基苯转化为4-氯苯胺,并进一步脱氯为苯胺。研究结果可为硝基苯及含氯硝基苯的处理工艺选择提供相关的参考依据。     

产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca对硝基苯及4-氯硝基苯的降解

硝基苯类化合物生物降解菌的筛选及性能研究,是制药、染料等行业废水达标的重要基础。以浓度梯度升高法筛选到一株硝基苯厌氧降解菌Klebsiella oxytoca NBA-1。考察了该菌对氧气的需求,以及在厌氧条件下,温度、pH值、外加葡萄糖及硝基苯初始浓度等环境因子对菌株降解硝基苯能力的影响,并进一步讨论菌株对氯取代硝基苯类化合物的降解情况。结果表明,该菌在厌氧条件下生长比好氧条件下慢,但降解速度更快;厌氧降解硝基苯的最佳pH值和温度和分别为8.3和30~35℃;加入0.3%~0.5%的葡萄糖可促进降解,且对300 mg/L以下的硝基苯均有降解能力;该菌能将4-氯硝基苯转化为4-氯苯胺,并进一步脱氯为苯胺。研究结果可为硝基苯及含氯硝基苯的处理工艺选择提供相关的参考依据。     

pH值对“Fe^0．厌氧微生物”体系去除2，4，6-三氯酚过程的影响

考察了pH值对“Fe^0一厌氧微生物”体系降解2,4,6,一三氯酚（2,4,6．TCP）效果的影响,结果表明：pH值是影响“Fe^0-厌氧微生物”体系降解2,4,6-TCP效果的重要参数,初始pH值直接影响微生物活性和铁腐蚀,进而影响过程pH值变化,反过来又影响铁腐蚀和微生物活性,pH7．0～9．0的中性偏碱范围较适于厌氧微生物生长。Fe^0与微生物对目标污染物的降解具有协同促进作用,其协同促进机制表现在3方面：Fe^0与微生物对体系过程pH值具有互补调节作用,可将体系的pH值调节值适于微生物生长的中性范围;Fe^0腐蚀产生的Fe2＋和H2可为微生物代谢提供电子对和营养物质,从而促进生物还原脱氯的进行;Fe^0的腐蚀过程直接对氯代有机物还原脱氯,而微生物又可促进Fe^0腐蚀。     

场地地下水中氯代甲烷烃自然衰减机制

自然衰减监控技术在农药污染场地的实践应用较少,作用机制尚不明确.为此,以农药污染场地监控自然衰减实际工程案例为基础,对地下水中氯代甲烷烃的自然衰减能力、作用机制及降解时间进行了分析.Mann-Kendall趋势检验结果表明,作为污染源的MW1-17点位地下水中的四氯化碳和氯仿随时间呈现下降趋势,在4 a内降解率分别在95％和94％以上.经计算,四氯化碳和氯仿的降解速率常数分别为0.002 d-1和0.001 3 d-1.随着时间的延长,有充足的证据表明MW1-17点位存在微生物降解.四氯化碳与NO3-、DOC的相关性分析结果表明,MW1-17的四氯化碳在2016年8月-2018年12月期间以微生物共代谢降解为主,而在2018年12月以后以还原脱氯降解为主.微生物多样性的结果也表明,从2016年到2021年,地下水中微生物群落结构发生变化,逐渐向厌氧型转化,还原脱氯功能细菌丰度有所增加.     

湿地植物-沉积物微生物燃料电池产电及河流底泥修复

以受污染的城市河涌底泥为底质,湿地植物选用风车草(Clinopodium Urticifolium)或短叶茳芏(Cyperus Malaccensis),构建了湿地植物-沉积物微生物燃料电池(P-SMFC)及无植物的沉积物微生物燃料电池(SMFC)共3个电极处理组,研究了P-SMFC与SMFC的产电特性,并探讨了它们与对照组中底泥及上覆水中氮磷的迁移转化规律。结果表明,产电方面,在系统启动运行的7个月内,PSM1、SM和PSM2三个电极处理组均能维持较稳定的产电,输出电压在整个运行阶段总体稳定在0.30~0.50 V,且植物的引入提升了系统的产电性能。底泥修复方面,设置的5个处理组对底泥中有机质均有一定的降解作用,表现出PSM1、SM和PSM2处理组有机质的降解要显著高于PS1和PS2处理组,P-SMFC系统对底泥有机物的去除有显著的促进作用;系统中系统运行前2个月,2个P-SMFC处理组氨氮含量显著低于其他3个处理组,之后随着运行时间的延长,各处理组之间的变化差异性不大,5个处理组底泥中氨氮去除率均达到80%以上;电极的引入对底泥中硝氮的去除没有产生显著影响;各处理组底泥中总磷去除率不同,分别为PSM1处理组8.67%、SM处理组8.89%、PSM2处理组7.33%、PS1处理组12.45%、PS2处理组8.89%,产电过程抑制了磷的迁移,有助于底泥中磷的稳定。     

纳米级铁粉脱氯降解四氯化碳

四氯化碳的生产和使用,给人类带来了较大危害.为此,采用纳米铁粉这一新方法对其进行脱氯处理.试验以纳米级铁粉对四氯化碳的脱氯率为考察指标,选用L25(56)正交试验方案,考察了降解介质的初始pH值、纳米铁粉的质量、降解温度、摇床转速和脱氯时间5个影响因素.结果表明,pH值这一因素有极显著影响;在得出的纳米铁粉对四氯化碳脱氯的最佳工艺条件下,获得了99.5%的脱氯率,为有机氯化物脱氯开辟了一条新途径.     

不同电极材料对阴极硝化耦合阳极反硝化微生物燃料电池性能的影响

为解决传统MFC反硝化菌在好氧阴极难以富集且脱氮效果差的问题,通过构建石墨MFC和碳刷MFC以阴极硝化耦合阳极反硝化的方式脱氮除碳,并对比分析2种不同电极MFC的性能。结果表明:在相同条件下石墨MFC的最大功率密度为6.71 W·m~(-3)NC,开路电压为902.13 mV;碳刷MFC的最大功率密度为5.11 W·m~(-3)NC,开路电压819.04 m V。启动阶段前15 d碳刷MFC的总氮去除率更高,之后石墨MFC的总氮去除率接近100%,碳刷MFC的总氮去除率在95%左右。石墨MFC的COD去除率高达93%,碳刷MFC的COD去除率在83%左右。相比于传统MFC,阴极硝化耦合阳极反硝化MFC不需要调节pH。相比于碳刷电极,石墨电极MFC可以启动和挂膜同时进行,缩短挂膜时间,且产电性能和脱氮除碳效果更好。     

纳米级铁粉脱氯降解四氯化碳

四氯化碳的生产和使用，给人类带来了较大危害。为此，采用纳米铁粉这一新方法对其进行脱氯处理。试验以纳米级铁粉对四氯化碳的脱氯率为考察指标，选用L25（5^6）正交试验方案，考察了降解介质的初始pH值、纳米铁粉的质量、降解温度、摇床转速和脱氯时间5个影响因素。结果表明，pH值这一因素有极显著影响；在得出的纳米铁粉对四氯化碳脱氯的最佳工艺条件下，获得了99．5％的脱氯率，为有机氯化物脱氯开辟了一条新途径。     

活性炭三维电极电促吸附去除水中氟离子的研究

主要研究颗粒活性炭作为第三维电极电促吸附水中氟离子。通过在颗粒活性炭上施加不同电压,测定吸附容量和考察吸附动力学过程,结果表明,将电压控制在3~5 V范围内可有效增强三维电极的吸附容量,5 V电压下的电促吸附容量比开路电位下提高30%,同时此电促吸附反应符合一级反应动力学。在动态开放式实验中,所施加电压、含氟水样pH、电解质浓度、初始氟离子浓度和进水流量均对电促吸附容量产生影响。采用电子扫描电镜和氮气吸附脱附的方法比较吸附前后活性炭颗粒表面性质的变化,发现其表面并未发生氧化反应,孔容孔径也未发生明显变化,且孔径大小与电促吸附有一定的关联。综合这些实验结果表明,三维电极电促吸附可有效提高颗粒活性炭的吸附效果,这是由于活性炭电极表面产生双电层作用的结果,并非活性炭表面或者水溶液中产生氧化反应所至。     

曝气强化微生物功能菌修复黑臭水体

从成都市三道沟黑臭底泥中分离出一株能以底泥有机质为碳源和能源生长的土著微生物功能菌HC-1,经鉴定该菌株为不动杆菌(Acinetobacter)。在实验室条件下,以三道沟黑臭底泥为研究对象,采用微生物功能菌强化底泥有机质降解来修复黑臭水体的方法。研究了底泥曝气和上覆水曝气对黑臭水体修复效果的影响。研究表明,投加土著微生物功能菌并结合底泥曝气能够明显改善上覆水水质,加快底泥的修复。使用间歇曝气协同土著微生物功能菌作用时效果和连续曝气相近,且可降低运行成本。实验15 d后,上覆水COD、NH_3-N和TP去除率分别达67.6%、71.6%和92.2%,底泥有机质的降解速率提高了30%,底泥微生物活性增加5倍。     

微生物燃料电池阴阳两级分步降解对氯酚效果

构建一种微生物燃料电池(MFC),首先将对氯酚在阴极室降解为苯酚,随后将阴极处理液在阳极室降解。研究了对氯酚废水经过阴阳双室分步处理后的去除效果和该MFC的产电性能,结果表明,在外电阻1 000Ω时,阴极脱氯阶段最大输出电压为216 m V,产电周期为132 h;阳极降解阶段最大输出电压为277 m V,产电周期为48 h,对氯酚的总去除率为96.2%。实验结果表明该MFC能较好处理对氯酚废水,且与传统的生化处理技术相比,有较大的优势。     

生物膜电极法降解氯苯、二氯苯的研究

研究证实,氯苯和二氯苯在生物膜电极下降解速率显著快于常规方法.质谱分析可知,氯苯的中间产物存在苯酚、乙酸,二氯苯的3种同分异构体中间产物均存在氯酚、苯酚和乙酸.中间产物表明,氯苯、二氯苯的生物膜电极降解途径完全不同于常规生物降解途径,而阴极的还原气氛对脱氯起到关键性影响.     

不同驯化方式对以苯酚为基质的微生物燃料电池产电性能的影响

以厌氧污泥作为初始接种体,构建了单室微生物燃料电池（MFCs）,考察了梯度驯化、直接驯化和间接驯化3种不同驯化方式对MFC降解苯酚及产电性能的影响。结果表明,MFC在闭路状态下对苯酚的降解速率比MFC在开路状态下的苯酚降解速率加快10%～20%,说明MFC在产电的同时,可加速苯酚的降解。当以600 mg/L的苯酚溶液为单一燃料,反应68 h后,3种驯化方式下的MFC对苯酚降解率都达到90%以上。相对于其他2种驯化方式,梯度驯化条件最有利于MFC产电性能的提高及苯酚的降解,其最大输出功率为31.3 mW/m2,降解速率提高了7%～20%。     

维生素B_(12)协同纳米Fe/Cu双金属对五氯酚的催化降解与机理

针对水中含氯有机物的脱氯降解,制备了Fe/Cu双金属纳米颗粒,并引入维生素B12,研究铜负载率和维生素B12的剂量对以五氯酚为典型污染物的脱氯效果。结果表明:维生素B12和纳米零价铜能够有效提升五氯酚的脱氯速率及脱氯程度,脱氯率从4.52%增加到78.55%,降解产物从四氯酚进一步降解为苯酚。实验发现增加铜负载率可使双金属比表面积增大,催化活性位增多;增加维生素B12浓度可促进体系电子传递,使体系还原反应活性提升。铜负载率和维生素B12浓度过大均会使体系反应速率减缓甚至抑制。实验优化铜负载率为10%(质量分数),维生素B12浓度为20 mg·L~(-1)。探讨纳米零价铜和维生素B12的催化机理,以期对降解含氯有机物提供可操作性的参考。     

三维过电位电解处理罗丹明B废水

选用钛基RuO2-TiO2涂层电极作为三维过电位电解装置的阳极,紫铜作为阴极,活性炭作为第三极,研究了三维过电位电解处理罗丹明B废水的效果,并考察了外加电压、电解时间、初始浓度、pH值和搅拌方式等因素对其处理效果的影响。实验结果表明,外加电压、电解时间和初始浓度等因素均对罗丹明B的降解效果有影响,而pH值、搅拌方式等对罗丹明B的降解效果基本没有影响。与二维电解的对比研究表明,在罗丹明B溶液初始浓度为20mg／L,电解时间为1h,电解电压为20V时,采用二维电解的降解率为20％左右,而三维过电位电解的降解率接近80％。最终产物分析结果显示,经过处理的罗丹明B苯环开环变成直链烃类物质,或者饱和环状有机物,不再具有生物毒性,适合后续的生化处理。