反硝化脱硫微生物燃料电池的可行性研究

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)可在去除废水中污染物的同时回收电能.以S2-和NO-3-N分别作为阳极电子供体和阴极电子受体,研究了反硝化脱硫MFC的同步阳极除硫与阴极脱氮,分析了阳极进水S2-浓度对MFC产电性能及污染物去除情况的影响,探究了MFC阳极石墨纤维丝上的硫沉积情况及其对内阻的影响.结果表明,反硝化脱硫MFC在32 d内实现稳定的阳极除硫与阴极脱氮.外阻为100Ω时,电压稳定在(176.0±6.9)m V,相应的S2-和NO-3-N去除负荷分别为(0.94±0.04)kg·m-3NC·d-1和(11.1±0.6)g·m-3NC·d-1.MFC的产电能力随着阳极进水S2-浓度的增加逐渐增强,SO_2-4的生成率和NO-3-N去除负荷受S2-浓度影响较小.在试验S2-浓度下S2-的去除较彻底,SO_2-4的生成率均超过65%.NO-3-N去除负荷维持在12 g·m-3NC·d-1左右,出水NO-2-N浓度均低于0.01 mg·L-1.反硝化过程较完全.在运行过程中,MFC阳极的石墨纤维丝上会沉积颗粒硫,降低电极的有效面积,使MFC的内阻升高.     

底物浓度对AFB-MFC处理废水效果及产电性能影响

试验采用厌氧流化床-生物阴极型双室微生物燃料电池(AFB-MFC)反应器,研究模拟废水的COD、NH3-N的去除效果和产电性能。结果表明,以葡萄糖为底物,在阳极室的COD容积负荷为5.0~10.0 kg/(m~3·d),HRT分别为16 h和24 h的条件下,AFB-MFC系统的厌氧流化床部分对COD的去除有很好的效果,COD去除率始终稳定在95%以上。阴极室对于NH3-N有很好的效果,平均去除率达到95%,阳极室对于NH3-N的去除在50%左右。系统在进水COD为5 000 mg/L,阳极室的COD容积负荷为5.0 kg/(m~3·d),阴极室为1.2 kg/(m~3·d)时产电效果最好。电压最高可达340 mV,能持续稳定产电70 h,功率密度为12.8 mW/m~2。另外,通过扫描电镜观察到厌氧生物颗粒中大部分为杆菌,其余为球形菌和丝状菌等。     

氢自养反硝化去除饮用水中硝酸盐的试验研究

研究了附着生长型序批式反应器内以氢气为电子供体的自养反硝化技术对饮用水中NO3的去除效果.采用透气膜作为氢气的扩散装置,增强氢气的传质效率,降低其爆炸的危险性.结果表明,氢自养反硝化技术能够有效地去除饮用水中的NO-3,NO-3;-N和TN的最高去除速率分别达6.45 mg/(L·h)和4.89 mg/(L·h),NO-2-N有累积,最大累积量达11.58 mg/L.反应结束时,出水pH值为10.56,DOC增长了0.91 mg/L.建立了NO-3和NO-2还原反应的零级动力学模型,动力学常数分别为0.33～0.60 g/(g·d)和0.37～O.45 g/(g·d).氢气压力大于40 kPa时,My-3-N和TN的去除速率变化不大,分别为(5.97±0.08)mg/(L·h)和(4.25±O.04)mg/(L·h);氢气压力为25 kPa时,NO-3和TN的去除速率均显著降低.进水pH值为6抑制了反硝化反应,NO-3-N的去除速率仅为1.83 mg/(L·h);pH值高于8利于反硝化进行,No-3-N的去除速率为3.13 mg/(L.h).     

NO_3~-和NO_2~-作为电子受体时的反硝化除磷实时控制

采用SBR厌氧/缺氧运行方式,研究了NO- 3和NO- 2作为电子受体时的反硝化除磷效能及ORP与pH作为反硝化除磷过程控制参数的可行性.结果表明,反硝化除磷过程中COD、磷酸盐、电子受体浓度与体系pH和ORP的变化具有较强的相关性.在厌氧阶段,当释磷结束时,pH值平台的出现指示了释磷的结束;在缺氧阶段,吸磷结束后,ORP出现拐点,标志着缺氧吸磷的完成.另外,考察了2种电子受体(NO- 3和NO- 2)反硝化除磷的效能.在以NO- 3为电子受体的反应中,在缺氧初期30 min反应中,平均摄磷速率为32.68 mg/(L·h),每吸收1 mg PO3- 4-P 约消耗1.14 mg NO- 3-N.在以NO- 2为电子受体的反应中,在缺氧初期30 min反应中,平均摄磷速率为17.66 mg/(L·h),每吸收1 mg PO3- 4-P 约消耗1.57 mg NO- 2-N.综上,提出pH和ORP可以作为2种电子受体(NO- 3和NO- 2)反硝化除磷的实时控制参数,并且,以NO- 3为电子受体系统在摄磷方面优于NO- 2电子受体系统.     

气水比回流比及冲击负荷对BAF的影响

研究气水比、回流比及冲击负荷对BAF前置反硝化工艺的影响。研究结果表明BAF前置反硝化工艺最佳气水比为 3∶1 ,最佳回流比为 2 0 0 %。该工艺具有较强的抗冲击负荷能力 ,COD的最佳去除负荷可达 7.70 4kg/ (m3·d) ,NH3-N的最大去除负荷为 1 .2 85kg/ (m3·d) ;水力负荷对COD的去除影响较小 ,对NH3-N、TN的去除影响较大 ,宜将水力负荷控制在 2 .39m/h以下     

双室MFC同时处理活性污泥及氨氮废水的研究

为了探究双室微生物燃料电池同时处理活性污泥及氨氮废水的性能及机理,利用微生物燃料电池阳极室处理活性污泥,阴极室处理氨氮废水。分析了阳极室不同灭菌与未灭菌污泥的添加比例,阴极室是否接种硝化菌及不同氨氮初始浓度下微生物燃料电池的产电特性,通过各反应器的电流密度、功率密度及极化曲线变化来分析微生物燃料电池的最佳运行条件。通过化学需氧量(COD)、氨氮、微生物群落差异化分析微生物燃料电池处理活性污泥及氨氮废水的性能。结果表明:微生物燃料电池在阳极灭菌污泥与未灭菌污泥比例为1∶10时,阳极室COD去除率均达到80%以上,此时阴极室接种硝化菌且氨氮初始浓度为50 mg/L的条件下产电效果最好,获得电流密度峰值为366.38 m A/m~2,且峰值持续时间最长;当阴极接种硝化菌时,不同的阴阳极室条件下阴极室氨氮都可以完全去除。     

微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO_2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO_2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO~-_3-N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO_2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO_2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO~-_3-N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO~-_3-N初始浓度为25 mg·L~(-1)时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm~(-2)增加至0.67 mA·cm~(-2),平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)~(-1)增大到2.83 mg·(L·h)~(-1).对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO_2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.     

双室微生物燃料电池处含银废水的产电性研究

以剩余污泥为阳极底,糖蜜废水为基质,Ag Cl废水为阴极电子受体,构建了双室微生物燃料电池(Two-chamber Microbial Fuel Cell,简称MFCs),并研究了电池的产电特性、库仑效率及金属去除率.结果表明:Ag+不仅可以作为阴极电子受体,而且还能稳定产电,外电阻为1000Ω时,获得的最大电压为514.5 m V,最大功率密度为65.82 m W·m-2.在阴极实现了对废水中Ag+的去除,最大去除率可达71.6%,而且Ag+浓度为2000 mg·L-1时,回收金属银单质质量为197.66 g.在阳极对废水的处理效果也很显著,库仑效率最高为2.66%,COD去除率最大为81.22%.     

硝化负荷对A~2O-BAF中试系统性能的影响

该文建立了一套中试规模"厌氧/缺氧/短时好氧(A2O)-曝气生物滤池(BAF)工艺",日处理量19.2 m3/d,考察了BAF池硝化负荷对系统处理性能的影响。该工艺由A2O池、中沉池和BAF池三部分构成,其中,A2O段HRT为4.0 h,厌氧/缺氧/好氧体积比为1∶2∶1;BAF池最初只有1座,后来改为2座,硝化负荷从0.8 kg NH4+-N/(m3·d)降至0.4 kg NH4+-N/(m3·d),硝化液回流比100%。结果表明,随着硝化负荷的降低,系统去除效果明显改善,氨氮和总氮去除率分别从66.2%和51.7%提高到88.0%和69.9%,SS去除率也从55.6%升至82.3%;COD去除效果保持稳定,平均去除率82.5%。可见,BAF容积负荷是影响A2O-BAF工艺处理性能的关键参数,将硝化负荷控制在0.4 kg NH4+-N/(m3·d)可保证系统出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。     

高氮渗滤液短程深度脱氮及反硝化动力学

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际高氮晚期渗滤液,重点研究了系统的有机物和氮去除特性,同时考察了SBR短程生物脱氮系统内微生物的反硝化动力学特性.试验结果表明,该生化系统能够高效、深度去除渗滤液内高浓度有机物和氮.UASB反应器的平均COD负荷为6.5 kg/(m3.d),去除速率为5.3 kg/(m3.d).在进水COD平均为6 537 mg.L-1,NH+4-N为2 021mg.L-1的条件下,出水分别为354 mg.L-1和2.8 mg.L-1以下,去除率分别为94.6%和99.8%,尤其是该系统获得了99.2%的TN去除率,出水TN20 mg.L-1,实现了深度脱氮的目的.SBR反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过90%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除,同时SBR系统内微生物的反硝化特性符合Monod动力学方程.     

Evaluation of the effectiveness of horizontal subsurface flow constructed wetlands for different media

Two media bed (gravel and Filtralite NR) were tested in a mesocosm to evaluate the removal of organic matter (as chemical oxygen demand (COD)),ammonia (NH4-N),nitrite,nitrate and solid matter (as total suspended solids (TSS)) for a synthetic wastewater (acetate-based) and a domestic wastewater.The use of Filtralite allowed average removal rates (6–16.8 g COD/(m2·day),0.8–1.1 g NH4-N/(m2·day) and 3.1 g TSS/(m2·day)) and removal effciencies (65%–93%,57%–85% and 78% for COD,NH4-N and TSS,respectively),higher than that observed in the experiments with gravel.The applied loads of COD,ammonia,nitrate and TSS seem to influence the respective removal rates but only for the treatment of domestic wastewater with higher correlation coefficients for Filtralite.Regardless the type of media bed and the type of wastewater,nitrate was completely removed for nitrogen loading rates up to 1.3 g NO3-N/(m2·day).There was no evidence of the influence of nitrate loads on the removal of organic matter.     

Evaluation of the e ectiveness of horizontal subsurface flow constructed wetlands for di erent media

Two media bed (gravel and Filtralite NR) were tested in a mesocosm to evaluate the removal of organic matter (as chemical oxygen demand (COD)), ammonia (NH4-N), nitrite, nitrate and solid matter (as total suspended solids (TSS)) for a synthetic wastewater (acetate-based) and a domestic wastewater. The use of Filtralite allowed average removal rates (6–16.8 g COD/(m2 day), 0.8–1.1 g NH4-N/(m2 day) and 3.1 g TSS/(m2 day)) and removal e ciencies (65%–93%, 57%–85% and 78% for COD, NH4-N and TSS, respectively), higher than that observed in the experiments with gravel. The applied loads of COD, ammonia, nitrate and TSS seem to influence the respective removal rates but only for the treatment of domestic wastewater with higher correlation coe cients for Filtralite. Regardless the type of media bed and the type of wastewater, nitrate was completely removed for nitrogen loading rates up to 1.3 g NO3-N/(m2 day). There was no evidence of the influence of nitrate loads on the removal of organic matter.     

以预处理剩余污泥为燃料MFC产电性能及不连续供电的可行性

为探讨微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)处理经预处理后剩余污泥的可行性以及不连续供电能力,采用双室MFC,以剩余污泥热处理上清液为基质进行启动和运行,通过改变电池阴极电子受体而导致电势差变化来监测其产电的运行稳定性.结果表明,反应器以氧气作为阴极电子受体148 h后启动成功,最大输出电压0.24 V,将阴极电子受体换为铁氰化钾时,能获得0.66 V的最大输出电压和4.21 W·m~(-3)的最大功率密度.当将阴极电子受体分别替换为氧气或者开路,又转换为铁氰化钾后,电池输出功率恢复迅速,电池对有机物去除效率基本不受影响,对化学需氧量(COD)、氨氮去除效率分别达70%和80%.本研究表明,利用预处理剩余污泥进行MFC处理和产电是可行的,可获得较高的功率密度,同时MFC可以实现不连续供电.     

NO2-作为缺氧吸磷电子受体的试验研究

利用SBR反应器,采用NO₂^-的2种投加方式研究了以NO₂^-为电子受体吸磷的聚磷菌的诱导过程.采用NO₂^-连续投加方式,经过23d的诱导,聚磷菌可以利用NO₂^-为电子受体吸磷,最大吸磷速率达到10.44 mg/(g·h),缺氧吸磷量占缺氧和好氧吸磷总量的97%以上;比较NO₂^-的2种投加方式,发现NO₂^-集中投加方式的缺氧吸磷速率及缺氧段吸磷百分数都小于连续投加的运行方式,为了得到较好的缺氧聚磷效果,建议采用连续加入NO₂^-的运行方式.在SBR反应器内,通过调节COD负荷、沉淀时间、HRT等操作条件,培养出了具有反硝化聚磷能力的颗粒污泥,颗粒污泥的平均粒径为315μm,污泥比重在1.006 4～1.016 5之间,含水率为96.78%～98.14%,SVI在25～40 mL/g之间.试验中COD处理负荷高达1.5 kg/(m³·d),氮、磷的去除率也在90%以上.     

钢渣构造人工湿地运行初期无机氮转化特点研究

以钢渣为主要基质构建小型潜流湿地,探索湿地运行初期对污水中低浓度无机氮的去除效果及氮转化特点.结果表明,钢渣湿地对氨氮型污水中总氮(TN)、氨氮(NH⁺₄-Ｎ)和硝氮(ＮＯ^-₃-Ｎ)的去除速率分别是0.12、 0.07和0.10 　g·(m²·d)^-1,亚硝氮(ＮＯ^-2-Ｎ)积累速率是0.04 　g·(m²·d)^-1;荧光原位杂交方法没有在钢渣基质上检测到硝化细菌,NH⁺₄-Ｎ去除的主要途径是在高pH (>10)的水环境下挥发到上层土壤,由土壤层去除;钢渣湿地对硝氮型污水中TN的去除速率是0.23 　g·(m²·d)^-1,ＮＯ^-₃-Ｎ的去除速率是0.48 　g·(m²·d)^-1,ＮＯ^-₃-Ｎ在钢渣湿地内主要通过反硝化去除,反硝化过程中出现ＮＯ^-2-Ｎ积累,积累速率为0.22 　g·(m²·d)^-1.钢渣湿地运行初期对硝氮型污水的处理能力高于氨氮型污水,钢渣可作为一种强化反硝化基质应用于ＮＯ^-₃-Ｎ的去除或其他组合工艺中.     

两类微生物燃料电池治理硝酸盐废水的实验研究

采用二氧化铅阴极单室微生物燃料电池(MFC)和双室MFC,以葡萄糖为唯一电子供体,系统研究了两类微生物燃料电池的产电性能和去除硝酸盐的情况.结果表明,双室MFC闭合后,阳极室降解葡萄糖产生的电子可通过外电路传递到阴极,在生物的作用下,NO3--N得到电子被还原,平均反硝化速率达3.77 mg·L-1·d-1.双室MFC...     

利用固相反硝化同时去除水中硝酸盐和4-氯酚

研究了固相反硝化技术同时去除水中硝酸盐和4-氯酚的可行性.结果表明,以可降解餐盒为碳源和微生物附着载体进行异养反硝化,能有效去除水中的硝酸盐.在批式实验条件下,当NO^-₃-N初始浓度为50 mg/L时,平均反硝化速率为24.0 mg/(L·h).当4-氯酚浓度低于30 mg/L时,对反硝化脱氮有促进作用;大于40 mg/L时,对反硝化有抑制作用.在反硝化条件下,当4-氯酚的初始浓度分别为5 mg/L和30 mg/L时,8　h后其去除率分别为90%和71%,4-氯酚的去除是由于可降解餐盒的吸附作用及附着微生物的降解作用.     

含硝氮废水的好氧反硝化处理及其系统微生物群落动态分析

利用好氧反硝化细菌强化生物陶粒反应器处理含硝氮废水,探讨了生物陶粒反应器中好氧反硝化生物脱氮的实现过程,并运用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.结果表明,在水力负荷0.75 m/h,气水比5∶1～10∶1,水温15～23℃,进水COD负荷1.92～5.98　kg/(m³·d),硝氮负荷0.60～1.34 kg/(m³·d)的条件下,生物陶粒反应器在稳定运行阶段可以基本实现对硝酸氮的完全去除,对总氮的去除率最高可达95.73％,出水中亚硝酸盐一直保持在较低水平.PCR-DGGE指纹图谱显示,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.在整个运行阶段,好氧反硝化菌群X31在反应器中稳定存在,并始终是优势菌群.     

处理垃圾渗滤液的Fe/C空气阴极MFC性能研究

用浸渍法制得硝酸铁/活性炭粉催化剂,通过吸附法将催化剂吸附到碳毡上制作Fe/C催化剂碳毡空气阴极电极.通过改变初始活性炭粉投加量和硝酸铁浓度,考察了两者对以垃圾渗滤液为燃料的MFC产电性能影响;通过循环伏安测试,对不同硝酸铁浓度下自制阴极电极性能进行了评价;在最佳催化条件下考察了装置运行稳定性;并对不同进水COD浓度下同步产电和污水净化性能进行了研究.结果表明,随着活性炭粉投加量或硝酸铁浓度的增加,MFC产电性能均呈现先升高后降低的趋势;当活性炭粉投加量为1 g且硝酸铁浓度为0.25 mol.L-1时,电池性能最佳,功率密度为4 199.8 mW.m-3,表观内阻为465Ω;在硝酸铁和活性炭粉最佳比范围内,MFC的内阻和功率密度分别随着催化剂量的增加而减小和增加;循环伏安测试进一步表明,硝酸铁浓度为0.25 mol.L-1时放电容量最大,且性能稳定;在最佳催化条件下,随着进水COD浓度的增加,MFC产电性能增加,功率密度达5 478.92 mW.m-3,同时COD去除量也增加,最大为1 505.2 mg.L-1,垃圾渗滤液的COD去除率最大达89.1%.     

外阻对三室MFC产电性能和Cu迁移特性的影响

构建一种新型的三室微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）对重金属Cu污染的土壤进行修复,研究不同外阻条件下MFC的产电性能和土壤中Cu的迁移去除情况.结果表明,当外接电阻从100Ω增大到1000Ω时,三室MFC的输出电压从0.1V提高到0.4V,最大功率密度从1.10W/m³降低到0.71W/m³,且阴极极化现象也随外阻增大而更加显著.装置运行63d后,MFC外接电阻越大,近阳极土壤区的Cu的去除率越高,外阻为1000Ω的MFC近阳极土壤区的Cu去除率达到39.7%.通过改进欧共体标准（BCR）连续提取法分析重金属的形态,发现乙酸可提取态和可还原态为Cu迁移的两种主要形态.此外,土壤的性质也发生变化,pH值呈现由阳极到阴极逐渐升高的趋势,而电导率则相反.阴极电极的扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）结果也表明部分迁移到阴极的Cu（Ⅱ）被还原成单质Cu.