氧化铁投加方式对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

氧化铁可以促进产甲烷菌的代谢活动,从而加快厌氧消化体系的产甲烷速率。通过设计3组反应器,探究了不同的氧化铁添加方式对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响:包括空白组A(餐厨垃圾+厌氧污泥),以及2个实验组B(餐厨垃圾+厌氧污泥,48 h后投加氧化铁)和C(餐厨垃圾+厌氧污泥+氧化铁)。结果表明:反应器A酸化严重,进入长期产甲烷抑制状态;反应器B可以解除酸抑制,恢复体系产甲烷能力,但需要较长的启动期;反应器C则能较快达到产甲烷阶段。此外,截止到第54天实验结束,反应器C的累积产甲烷量(48 349 m L)高于B(35 665 m L)。对于餐厨垃圾厌氧消化,投加氧化铁可解除体系酸抑制,恢复其产甲烷能力。而在厌氧消化初期加入氧化铁可以更快地解除酸抑制,并促成更高的产甲烷速率。     

废弃轮胎制备热解炭对醋糟厌氧产甲烷性能的提升效果研究

醋糟在酿造行业中大量产生,除少量用于饲料添加外,大部分成为生物质废弃物,适合于厌氧产沼方式进行能源化处理,但较低的产气量又成为制约厌氧消化工艺应用的主要因素.本研究发现利用废弃轮胎热解过程产生的热解炭,可有效提升醋糟厌氧产甲烷效果,在接种比为1：1（以VS计）时,产甲烷效果最优,相对于未投加热解炭的对照组,甲烷产率提高56%,达到283 mL·g^-1;进一步对热解炭制备温度和投加量影响产甲烷效果进行了研究,结果表明,在接种比为1：1的条件下,热解炭投加量越多,热解温度越高,甲烷产率提升效果越明显,本研究中,当热解炭投加量为12 g,热解温度为1000℃时,甲烷产率相比对照组提升104.4%.通过高通量测序分析,同时结合热解炭本身特性表征,进一步证实热解炭投加可提升水解产酸菌和厌氧产甲烷菌丰度,而其热解炭本身的导电性能可能在增强菌群间互营产甲烷过程中发挥重要作用.     

红霉素对产甲烷菌的抑制及其驯化

红霉素是一类具有一定生物毒性的抗生素类药品,为探明红霉素对产甲烷菌的抑制作用及其可驯化能力,依次在厌氧瓶中进行厌氧毒性试验、在升流式厌氧污泥床反应器(UASB)中进行连续实验,测定累计甲烷产量、相对产甲烷速率、COD去除率、甲烷含量.结果表明,红霉素为150 mg.L-1时产甲烷速率降为56.1%;250 mg.L-1时反应速率降低99%以上,活性受到完全抑制.保持红霉素投加量为20 mg.L-1连续运行60 d,COD去除率、甲烷含量可达到81.4%、64.2%.红霉素对甲烷菌有抑制作用,半抑制浓度为150 mg.L-1.甲烷菌对红霉素有一定的驯化能力,驯化60 d后COD去除率、甲烷含量较未驯化时可提高15.13%、22.05%.     

投加颗粒活性炭强化餐厨垃圾的厌氧处理

通过投加颗粒活性炭（GAC）强化直接种间电子传递（DIET）进而提升餐厨垃圾的厌氧产甲烷处理效能,并研究了GAC投加导致的微生物群落变化.研究发现,投加了GAC的实验组反应器能够在更高的有机负荷下（10.4kgCOD/（m³·d））稳定运行并维持较高的甲烷产率,不投加GAC的对照组在有机负荷7.8kgCOD/（m³·d）时甲烷产率及pH值均明显降低,挥发酸大量积累,反应器酸化崩溃.微生物群落结构分析发现,GAC表面富集了大量可以胞外电子传递的细菌（占细菌丰度的34%）和可以参与DIET的产甲烷菌（占古菌丰度的88%）,表明GAC的加入可以有效富集这两类微生物的生长,并可能通过GAC强化DIET促进了餐厨垃圾的厌氧消化.     

不同含固率下零价铁提升厨余垃圾高温厌氧消化产沼体系运行稳定性研究

相比中温（35 ℃）厌氧消化,高温（55 ℃）厌氧消化中微生物代谢活性强,处理效率高,且无害化水平高,适合厨余垃圾的资源化处理及 利用.但由于厨余垃圾易降解,有机质含量高,水解速率快,极易在厌氧消化前期出现酸积累现象,这种现象在高温厌氧消化中更为显著,从而严重制约着高温厌氧消化的应用.本研究探究了零价铁（ZVI）对高温厌氧消化过程酸化现象的消除和控制,并对投加ZVI后不同含固率下 厌氧反应器严重酸化现象缓和效果进行评价.结果表明,高温条件下含固率为4%、6%的反应器在ZVI的促进作用下很快恢复产沼,甲烷产率相较低负荷反应器分别提高了52.05%、10.51%.含固率为8%的投加ZVI反应器在经历一个月的延滞期后也消除了“过酸化”,甲烷含量稳定在60%以上, 甲烷产率达到270.40 mL·g^-1.以加ZVI反应器沼液作为接种物的H-ICS反应器能够降低氢分压,但未能消除“过酸化”.含固率为10%的反应器在反应结束后仍处于酸化状态.高通量测序结果表明,所有外加ZVI的反应器中嗜氢产甲烷菌是绝对的优势菌.在恢复产沼的H-ZVI反应器以细菌Defluviitoga产生的乙酸盐、CO₂、H₂和丁酸转化来的乙酸为底物,嗜氢产甲烷菌Methanothermobacter作为唯一优势产甲烷古菌,与互营乙酸氧化菌Syntrophaceticus相互作用,实现互营乙酸氧化产甲烷（SAO-HM）途径,恢复产甲烷代谢.     

UASB反应器中产甲烷菌对温度胁迫的响应

采用间歇培养方式探讨了升流式厌氧污泥床(UASB)反应器中不同营养类型产甲烷菌对温度胁迫的响应规律.研究结果表明,产甲烷螺旋菌(Methanospirillum)是该反应器的主要氢营养型产甲烷菌,而主要乙酸营养型产甲烷菌为产甲烷丝状菌(Methanosaeta).在35℃条件下,氢营养型和乙酸营养型产甲烷菌的累计甲烷产量分别为24.7,11.7mL,而最大产甲烷速率分别为0.74,0.18mL/h.当温度从35℃分别降低至30,25,20,15℃时,导致氢营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了14.2%,34.0%,47.0%,57.5%,而乙酸营养型产甲烷菌的累计产甲烷量分别减少了5.1%,23.9%,45.3%,95.7%.由此可见,在20~30℃时氢营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感,而在15℃以下时乙酸营养营养型产甲烷菌对温度胁迫更加敏感.     

纳米零价铁(NZVI)对厌氧产甲烷活性、污泥特性和微生物群落结构的影响

重点比较了纳米零价铁(NZVI)和微米级铁(ZVI)短期暴露条件下,厌氧产甲烷过程中污泥产甲烷活性、污泥生理生化特征、细胞膜磷脂组成和微生物群落结构的变化.结果表明,NZVI组中累积产甲烷量随着NZVI投加浓度的增加降低.5 000mg·L~(-1)ZVI组累积产甲烷量未受影响.5 d时NZVI(100~5 000 mg·L~(-1))组铁离子浓度是空白组的1.6~7.4倍,5 000mg·L~(-1)ZVI组铁离子浓度略高于空白组.5 000 mg·L~(-1)NZVI组胞外聚合物总量大幅下降为空白组的21.1%,而活菌比仍可保持在空白组的79.7%.辅酶F420和辅酶M含量在5 000 mg·L~(-1)NZVI组中为空白组的40.2%和61.6%,但100 mg·L~(-1)NZVI组和5 000 mg·L~(-1)ZVI组中辅酶F420含量升高为空白组的1.3倍.不同实验组污泥支链脂肪酸和不饱和脂肪酸的总含量为:ZVI-5 000(21.18%)空白组(19.37%)NZVI-1000(16.69%)NZVI-5000(15.94%)NZVI-100(12.08%).NZVI可使环境中铁离子浓度升高和细胞膜流动性下降,降低细胞活性和产甲烷关键辅酶活性,从而对产甲烷过程造成抑制;主成分分析和冗余分析表明,厌氧系统中微生物群落组成可受到NZVI的影响发生较大变化,Nakamurella、Bacillus、Trichococcus和Petrimonas对NZVI耐受性高.     

零价铁对厌氧消化过程中氨氮抑制解除的影响

氨氮抑制是影响高含固有机固体废弃物厌氧消化产甲烷效率的重要因素.本研究通过实验室批量实验,考察了微米级零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化的影响以及对高氨氮抑制解除的影响.结果表明,投加4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化过程中的产甲烷速率、迟滞时间和产甲烷潜势等动力学特征均未有影响.但是,在高氨氮抑制的厌氧消化过程中, 4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)的零价铁投加可使厌氧消化受氨氮抑制的产甲烷迟滞时间由对照组的18.61 d分别缩短为17.22 d和16.18 d,最大产甲烷速率(以VS计)由对照组的6.34 mL·(d·g)~(-1)提升为7.84 mL·(d·g)~(-1)和7.39 mL·(d·g)~(-1).零价铁并未通过化学反应对厌氧消化的pH缓冲体系产生直接影响,而是使氨氮抑制后的产甲烷优势古菌Methanosarcina的相对丰度(27 d)由对照组的30.71%提升到53.50%和60.30%.本研究证明了零价铁并不能提升污泥产甲烷潜势,而只是在受抑制影响的厌氧消化过程中,刺激产甲烷微生物的代谢活性,强化如氨氮抑制影响的快速解除.     

污泥超高温(65℃)厌氧消化系统启动方案

以高温(55℃)厌氧消化反应器的污泥为接种泥,以不同比例的牛粪和脱水污泥为基质,通过产甲烷潜力测试实验,对污泥超高温(65℃)厌氧消化系统的启动策略进行了初步的探讨.实验结果表明:污泥超高温(65℃)厌氧消化系统具有其可行性;65℃条件下,由于水解酸化过程加快,易发生VFAs(尤其是乙酸和丙酸)的累积.同时,与中温(37℃)和高温(55℃)污泥厌氧消化系统相比,超高温(65℃)系统的产气量虽然较低,但所产沼气中CH4含量明显升高,可以达到79.0%.对系统细菌和古菌进行的多样性分析结果表明:超高温(65℃)条件下,反应器中的细菌以Coprothermobacter、Caldicoprobacter、Ruminiclostridium等极端嗜热的蛋白质水解菌和木质纤维素水解菌为主,不同反应器之间细菌种群多样性的差异是由所投加物料的不同造成的;所有反应器的古菌中,嗜热的氢营养型产甲烷菌Methanothermabactor成为绝对优势菌群,占古菌的比例均超过96%.在超高温反应器(65℃)的启动初期,可适当提高投加基质中牛粪的比例,加快对嗜热产甲烷菌(氢利用型产甲烷菌)的富集,同时避免系统中的VFAs的积累,保证反应器顺利启动.     

固定化季铵盐对硫酸盐有机废水厌氧处理颗粒污泥特性的影响

将硫酸盐有机废水厌氧处理过程中活性受抑制的厌氧颗粒污泥接入2台平行运行的升流式厌氧污泥床（UASB,1#、2#）反应器,并分别向其中投加短链和长链固定化季铵盐（IQAS）,考察IQAS的投加对颗粒污泥生物活性和理化特性的影响.结果表明：投加IQAS后,2台反应器中颗粒污泥的脱氢酶活性和比产甲烷活性均明显提高,沉降性能提升,其总硫、金属元素、胞外蛋白质（PN）及胞外多糖（PS）含量均呈降低趋势,表面的PN、PS拉曼光谱峰值减弱;与1#反应器相比较,2#反应器中颗粒污泥的辅酶F₄₂₀浓度增加明显,总硫和Fe元素含量减少显著;由此表明,IQAS的投加能剥离颗粒污泥表面沉积物,使活性受抑制的厌氧颗粒污泥的生物活性提高,其中长链IQAS对颗粒污泥的剥离激活作用较明显.     

光助纳米铁还原Cr(VI)的研究

采用液相还原法制备了纳米铁,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对其晶体结构、形貌特征进行了表征.以Cr(Ⅵ)为模拟污染物,中压汞灯作为光源,考察了不同投加量、不同pH值等条件下光照对纳米铁还原Cr(Ⅵ)的影响.结果表明:制备的纳米铁具有很高的反应活性,粒径约为7.6nm,呈球形,可在空气中自燃.在25℃、Cr(Ⅵ)浓度为20mg/L、pH=7±0.5,加入0.1g的纳米铁,光照60min后Cr(Ⅵ)的还原率达到62.3%,而无光照时Cr(Ⅵ)的还原率仅为27.6%,说明光照对Cr(Ⅵ)的还原具有明显的促进作用.当纳米铁投加量较大时,纳米铁对Cr(Ⅵ)的还原速率大于光照对其产生的影响.反应液pH值对Cr(Ⅵ)还原速率的影响较光照对其产生的影响显著.在紫外光的照射下,纳米铁中电荷可能在诱导下作受迫振荡,与吸附分子发生电荷传递是光照促进纳米铁还原Cr(Ⅵ)的主要原因.     

纳米零价铁去除水中微量N-亚硝基二甲胺的研究

采用纳米零价铁催化降解水中微量N-亚硝基二甲胺(NDMA),并研究了溶解氧、纳米铁投加量、NDMA初始浓度、初始pH值、温度对纳米铁降解NDMA的影响.结果表明,纳米铁可以在中性厌氧条件下有效降解NDMA,作用效果远胜于普通铁粉;其对NDMA的去除速率随着纳米铁投加量的增加而增大,但与NDMA初始浓度无关;pH值降低或温度升高均有利于NDMA的降解.纳米铁降解NDMA存在一个启动期,启动期的长短与pH值和反应温度有关,提前活化纳米铁能有效提高反应速率.NDMA的降解产物主要是DMA和NH4+,其他产物如UDMH需进一步确认.     

Wastewater degradation by iron/copper nanoparticles and the microorganism growth rate

Nowadays, trends in wastewater treatment by zero-valent iron (ZVI) were turned to use bimetallic NZVI particles by planting another metal onto the ZVI surface to increase its reactivity. Nano size zero-valent iron/copper (NZVI/Cu⁰) bimetallic particles were synthesized in order to examine its toxicity effects on the wastewater microbial life, kinetics of phosphorus, ammonia stripping and the reduction of chemical oxygen demand (COD). Various concentrations of NZVI/Cu⁰ and operation conditions both aerobic and anaerobic were investigated and compared with pure NZVI experiment. The results showed that addition 10 mg/L of NZVI/Cu⁰ significantly increased the numbers of bacteria colonies under anaerobic condition, conversely it inhibited bacteria activity with the presence of oxygen. Furthermore, the impact of nanoparticles on ammonia stripping and phosphorus removal was also linked to the emitted iron ions electrons. It was found that dosing high concentration of bimetallic NZVI/Cu⁰ has a negative effect on ammonia stripping regardless of the aeration condition. In comparison to control, dosing only 10 mg/L NZVI/Cu⁰, the phosphorus removal increased sharply both under aerobic and anaerobic conditions, these outcomes were obtained as a result of complete dissolution of bimetallic nanoparticles which formed copper-iron oxides components that are attributed to increasing the phosphorus adsorption rate.     

我国工业危险废物的来源、处理及监管对策与建议

通过大量环境统计数据的分析,对我国工业危险废物的产生、综合利用、处置和贮存,从行业来源、区域分布进行了分析和总结。结合我国工业危险废物企业自建设施和政府集中处理设施处理情况,对我国工业危险废物的处理和环保监管对策提出了若干建议。     

乳化纳米铁(EZVI)强化地下水氯代烃还原脱氯

对氯代烃污染地下水进行厌氧微生物还原脱氯时,存在微生物驯化时间长、pH值持续降低、有毒中间产物累积等限制修复效率的问题,为解决上述问题,本课题组制备了一种乳化油(EVO)包覆纳米零价铁(NZVI)的修复试剂,即乳化纳米铁(EZVI),其可以抑制NZVI钝化,增强反应速率并促进厌氧微生物脱氯反应.通过静态批实验探究了EZVI与三氯乙烯的反应动力学及EZVI对四氯乙烯(PCE)还原脱氯的中间代谢产物,并阐明了该过程机理.结果表明EZVI可以有效延缓NZVI钝化、提高反应活性,反应符合一级反应动力学,k_obs=0.182d^-1;EZVI还原PCE可以减少中间产物二氯乙烯的积累,10天内去除PCE达到97.2%,比EVO还原体系提高了68.9%;反应过程中pH值保持在6.5~7.5,ORP值在-50~10mV,提供了良好的还原环境,有效促进了厌氧微生物脱氯反应进行.     

负载型纳米铁吸附剂去除饮用水中As(Ⅴ)的研究

以活性炭为载体制备了一种负载型纳米铁吸附剂.纳米铁在活性炭孔内为针状,其直径为30～500 nm,长度为1 000～3 000 nm,载入量[m(Fe)/m(炭)]为82.1 mg/g.用1.5 g/L该吸附剂对pH 6.5、 (25±2)℃、 2 mg/L的As(Ⅴ)进行吸附其去除率为99.5%,在平衡浓度1.0 mg/L时,该吸附剂对As(Ⅴ)的吸附容量为15.4 mg/g;吸附速度较快,12 h可达91.4%,72 h达到吸附平衡.吸附过程可由孔内扩散模型较好地说明.除PO_4~(3-)、SiO_4~(2-)外其它常见阴阳离子均对As(Ⅴ)的去除影响不大.吸附剂可以用0.1 mol/L NaOH溶液再生,再生效率较高.实验室初步实验数据表明,该吸附剂对饮用水砷去除具有较好的应用前景.     

有机膨润土负载纳米铁去除废水中硝基苯

用具有良好吸附能力的有机膨润土作载体,通过FeSO4与NaBH4反应制得负载型的纳米铁(NZVL/CTMAB-Bent),用XRD、BET对其性能进行了表征.以硝基苯为目标污染物,试验了 -NZVI/CTMAB-Bent对不同起始浓度硝基苯的去除作用,考察了介质PH对其去除效率的影响,并与相同铁含量的纳米铁(NZVI)进行了比较.此外.还对NZVI/CTMAB-Bent还原硝基苯的机理进行了探讨.结果表明,NZVI/CTMAB-Bent对硝基苯的去除能力远高于相同铁含量的NZVI.也明显优于相同含量的有机膨润土和相同铁含量的NZVI对硝基苯去除率的加和.     

氧化石墨烯负载零价纳米铁吸附水中环丙沙星的研究

通过溶液还原法制备了氧化石墨烯负载零价纳米铁NZVI16-GO1(F16G1),并将其用于水中环丙沙星的去除.同时,采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)和热重分析仪(TG)等手段表征了F16G1的结构、化学组成和微观形貌.结果发现,F16G1对水中环丙沙星具有良好的吸附性能;氧化石墨烯的引入可以有效降低零价纳米铁的自身团聚;F16G1与环丙沙星的吸附作用很大程度上受静电引力的影响.实验同时考察了p H值、反应时间、初始浓度、投加量等因素对F16G1吸附环丙沙星的影响.结果表明,在p H=4~5之间,溶液的p H值对吸附量没有明显影响;F16G1对环丙沙星的最大吸附量是656.66 mg·g-1;Langmuir等温吸附模型可以用来描述吸附平衡过程.零价纳米铁的磁性使复合材料便于回收.     

三维荧光光谱表征Fe(Ⅱ)浓度对厌氧氨氧化过程的影响与平行因子分析

考察Fe(Ⅱ)浓度对厌氧氨氧化过程的影响,并采用三维荧光光谱结合平行因子分析方法,解析厌氧氨氧化反应器出水中的荧光组分,探究外加Fe(Ⅱ)与反应器出水水质的关系。结果表明:随着Fe(Ⅱ)浓度从1.84 mg/L升至5.00 mg/L,N H 4 + -N和N O 2 - -N的去除率逐渐增加,表明增加进水Fe(Ⅱ)浓度可以提高微生物对底物的利用率;随着Fe(Ⅱ)浓度的增加,厌氧氨氧化菌的数量亦显著增加;厌氧氨氧化反应器出水的主要荧光组分是类蛋白质和类富里酸物质,随着Fe(Ⅱ)浓度的增加,反应器出水的类蛋白质荧光强度显著增强,表明在一定条件下,投加Fe(Ⅱ)可以促进厌氧氨氧化菌的生长。因此,利用三维荧光光谱法可以反映投加Fe(Ⅱ)对厌氧氨氧化性能的影响,进而反映反应器实际运行状况。     

生物硫铁复合材料处理含铜废水及机理研究

利用Hungate分离出一株产生物硫铁复合材料(生物硫铁)的硫酸盐还原菌SRB2,考察了投加量、pH值、温度、搅拌速度对生物硫铁处理含铜废水的影响,并分别从化学置换、胞外聚合物(EPS)吸附等途径研究了生物硫铁去除Cu2+的机理.结果表明,生物硫铁投加量越大、温度越高对铜的去除效果最好,在pH4.0、35℃、0.6661g生物硫铁、搅拌速度100r/min时,2min即可使Cu2+去除率达到99.9%以上.化学置换途径在生物硫铁去除Cu2+时占主导地位,10min去除率达90.9%,EPS吸附途径在生物硫铁去除Cu2+过程中不占优势,24h去除率为38%.