微生物电解系统生物阴极的硫酸盐还原特性研究

针对传统硫酸盐生物还原方法中供氢体系能耗大和氢气利用率低的特点,构建双极室微生物电解系统(microbial electrolysis system,MES),研究了微生物利用阴极作为电子供体去除废水中硫酸盐及电子利用的特性.外加电压为0.8 V时,MES生物阴极在36 h内SO2-4平均去除量为109.8 mg·L-1,平均还原速率可达73.2 mg·(L·d)-1.运行时MES的最高电流密度为50~60 A·m-3,电子回收率为(43.3±10.7)%,约90%的电子被用于还原SO2-4.微生物利用MES阴极产生的H2作为电子供体还原SO2-4,主要还原产物为溶解态的S2-和气态的H2S,还原过程主要发生在前12 h.对MES施加不同外加电压的实验显示,外加电压为0.8 V时的SO2-4去除率和电荷量都比0.4 V时高;但0.4 V情形下MES的电子回收率可达到70%,且周期结束时阴极H2低于检出限,推测微生物可以直接利用阴极的电子从而提高了能量效率.实验结果最终表明,微生物可利用MES的阴极进行代谢去除废水中的SO2-4,阳极微生物产生电子降低了系统能耗,这为含硫酸盐废水的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

UV-生物过滤联合降解苯乙烯废气的研究

实验采用主波长为185 nm的低压汞灯为紫外光源,泥炭、棕纤维、多孔活性炭为填料的UV-生物过滤塔联合装置净化苯乙烯废气.苯乙烯进气浓度控制在320~583 mg·m-3之间,稳定后去除率能维持在95%以上.UV光解苯乙烯形成醇、醛、羧酸等水溶性较好的可生物降解的物质,能改善生物过滤塔的运行性能.稳定运行阶段,当总停留时间(total residence time,TRT)较长时,进气浓度的变化基本不影响去除率,随着TRT减少,进气浓度对去除率的影响逐渐显现.TRT为102 s时,联合装置的去除负荷随进气负荷的增加而线性增加,去除率达95%以上.TRT为68 s时,进气负荷较低时,去除负荷的变化也遵循上述规律,但当进气负荷大于30 g·(m3·h)-1时,去除负荷逐渐偏离直线并趋于某一定值.若仅考虑苯乙烯浓度的增减,UV光解对苯乙烯的去除贡献率高于生物过滤塔,而系统关停10 d后重启,苯乙烯的去除效果在第4 d就能恢复.     

O3/H2O2氧化苯乙烯气体性能及机制

O3/H2O2体系能产生大量自由基,臭氧与自由基的耦合氧化作用能提高苯乙烯的氧化去除效率.采用O3/H2O2氧化高浓度苯乙烯有机废气,研究了臭氧投加量、停留时间、H2O2体积分数、循环液喷淋密度和O3/C8H8摩尔比对苯乙烯去除率的影响.结果表明,O3/H2O2气液两相氧化能高效净化苯乙烯有机废气,苯乙烯去除率可达85.7%.适宜运行条件:停留时间为20.6 s,H2O2体积分数为10%,喷淋密度为1.72 m3·(m2·h)-1,O3/C8H8摩尔比为0.46.采用GC-MS分析O3/H2O2气液两相高级氧化苯乙烯出口气样,研究结果表明苯甲醛(C6H5CHO)和苯甲酸(C6H5COOH)为O3/H2O2氧化苯乙烯的中间产物,并推测出苯乙烯的降解机制.     

微电解法处理磷化废水的试验研究

以高浓度含磷废水为处理对象,设计了一套动态流化床微电解装置和一套静态微电解装置,研究了不同pH值、停留时间以及铁碳比条件下,微电解法对总磷去除率的影响.结果发现,当pH值在4～5,停留时间60min左右,铁碳比为1.5时动态微电解对总磷的去除率达到99%以上,而静态微电解在实验进行到4小时时,总磷的去除率才达到88.3%.微电解法除磷与传统的化学方法相比,具有去除效率高、投资少、运行费用低等优点,具有广阔的应用前景.     

新型聚乙烯填料生物滴滤床净化硫化氢气体运行特性

研究高密度聚乙烯改良型拉西环填料按其不同规格分层填充后生物滴滤床去除硫化氢气体的运行特性.126d的长期运行试验结果表明,该反应器具有压降低、负荷沿塔高分布均匀的显著优点.在去除率90%时,气体停留时间最短为12s,入口负荷最大为110g/(m3·h),反应器最大去除负荷为84g/(m3·h).底层去除比率在37%～55%之间,负荷在2层填料间分布均匀.整个长期运行期间反应器压降一直低于280Pa/m,反冲周期大于2个月,长期运行底层未发生生物量积累,稳定运行时压降的变化可以作为反应器反冲的监控指标.故障恢复试验表明,反应器在停止供应气相基质6d后,去除率恢复到95%仅需1d,喷淋液pH的剧烈变化对于反应器具有明显的不良影响.     

缺氧/好氧电化学膜-生物反应器强化脱氮效果及抗污染性能研究

研究了外加电压下电化学A/O-MBR的污染物去除效果和抗污染性能,分析了抗污染性能提高的原因.结果显示,外加2V电压时系统对COD和总氮的平均去除率分别为89.4%、92.2%,不加电压时COD和总氮的去除率分别为87.6%、77.3%,表明外加电压能够显著提高A/O-MBR的脱氮处理效果;研究同时发现,外加2V电压时,导电膜的平均运行周期为38d,相比不加电压时（平均26d）,运行周期有所延长.污染物与导电膜之间的静电排斥作用和H₂O₂的原位清洗作用是系统抗污染性能提升的主要原因.     

电解海水对模拟船舶柴油机废气的脱硝应用

采用无隔膜电解方法对海水进行电解,研究了电极间距、电解时间、电流密度等不同电解条件对电解海水中ρ（有效氯）的影响,并基于模拟船舶柴油机废气实验台以及自行搭建的喷淋反应系统,初步研究了电解海水的脱硝效果.结果表明:随电极间距由5 mm增至25 mm,电解电压逐渐增加,而电解溶液的pH变化不明显;随着电流密度与电解时间的增加,电解溶液中ρ（有效氯）近似呈线性增加.在电解电流密度为100 mA/cm2、电解时间为30 min时,电解溶液中ρ（有效氯）达到2 288 mg/L.当采用非循环喷淋模式进行脱硝试验时,随着电解海水中ρ（有效氯）的增加,NO去除率迅速提高,在ρ（有效氯）为872 mg/L时,NO去除率达到79%.电解海水溶液的初始pH对脱硝效果影响较大,当pH为6.0~8.0时,NO_x去除率高于40%.当采用循环喷淋模式进行脱硝试验时,随着电解海水中ρ（有效氯）的增加,NO去除率及其持续时间均明显改善,当ρ（有效氯）为2 288 mg/L时,电解海水的NO去除率高于80%,并且循环喷淋持续时间大于50 min.研究显示,电解海水溶液具有良好的脱硝效果,在船舶柴油机废气脱硝方面具有重要的应用潜力和研究价值.      

生物滴滤床对H2S废气的去除效率研究

本试验采用生物滴滤床(BTF)工艺净化制药厂污水站H2S废气。装置采用实验室分离纯化的菌种经现场培养扩增后所得的高浓度混合菌菌液,在8d内迅速完成启动;试验过程H2S气量为11.3m3/h,平均浓度为385.6mg/m3,平均空床停留时间(EBRT)为13.5s,H2S的平均去除效率96%,且去除率稳定。随着污染物在BTF内EBRT的减少,去除率逐渐减小;H2S去除负荷极限ECmax为209.6g/(m3.h),且80%的去除负荷由填料床的下层承担;增加液体喷淋量有助于强化处理效果,但液膜厚度对净化效率有着负面影响,循环液中的SO42-累积浓度>28g/L时,去除率低于90%。试验结果表明,BTF系统运行稳定,适应性好,应用于工业废气处理是可行的。     

微电解-Fenton氧化联用去除高盐废水COD研究

通过正交实验法、单因素实验、连续实验等方法,验证微电解-Fenton氧化联用处理高盐难降解废水的可行性及探索最佳运行参数。结果表明微电解-Fenton氧化可以高效去除高盐废水COD,微电解最佳运行参数为pH值3,气水比15：1,反应时间(HRT)120 min,固液比1：1,Fenton反应最佳运行参数为 H2O2浓度3．5‰,反应时间(HRT)90 min,该工艺对COD整体去除率达到90%以上,处理后的废水可生化性大大提高。本工艺实验进水含盐量高,具有适应高盐度废水和快速分解COD的特点。     

电催化还原-生物降解耦合处理硝基苯废水

在一个反应器中 ,通过电催化 微生物反应的耦合还原作用 ,强化废水中硝基苯污染物的去除 ,重点研究电流密度和pH值对硝基苯去除过程的影响 .结果表明 ,随着电解的电流密度增大 (不超过 2 0mA) ,虽然电极附近填料表面的持菌量略有下降 ,但硝基苯的去除率和苯胺的生成率还是在不断增大 .当没有电流作用时 ,微生物还原硝基苯的最佳pH在 6 7左右 ,而当电流电流为 2 0mA时 ,最佳 pH值降低到 5 4～ 5 9.在反应器中 ,阴极附近的苯胺浓度最大 ,而阳极附近的苯胺浓度最低     

生物滴滤塔净化含低浓度苯乙烯废气的研究

利用菌丝体热解炭作为填料,采用两座相同实验室规模的生物滴滤塔,分别填装热解炭-木屑混合填料和木屑单一填料,并联操作,进行微生物净化含苯乙烯废气的实验,研究并对比了两座生物滴滤塔的净化性能.结果表明,由于热解炭具有比表面积大、孔隙率高等特点,热解炭-木屑混合作为生物滴滤塔填料,比单一的木屑填料挂膜速度快,净化效果好,停运恢复能力强.适宜操作条件为:入口气体浓度50～ 450mg·m-3,停留时间21.6～43.2 s,气液比110.7 ～55.3,净化效率92％ ～ 100％,最大去除负荷可达153.1 g·m-3· h-1.整个实验过程中,系统的压降始终维持在0～255 Pa,动力消耗小.研究发现,循环液中氨氮(NH4+-N)浓度只需能够保证微生物正常的生命活动即可,不宜过量或不足.生物滴滤塔循环液的紫外吸光度(UV254)与苯乙烯去除率具有一定的相关性,可通过测定循环液UV254,了解生物滴滤塔的运行状况.     

铁碳微电解预处理ABS凝聚干燥工段废水

采用铁碳微电解系统对ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）凝聚干燥工段废水进行预处理,重点研究了不同进水pH值对铁碳微电解处理效果的影响.为了研究铁碳微电解系统分解转化有毒难降解有机物污染物的电化学作用,分别建立了活性炭对照实验和铁对照实验.结果表明,不同进水pH值条件下,微电解处理后出水的TOC去除率均在40%～60%之间;微电解能够分解转化废水中的有毒难降解有机污染物,使废水的BOD₅/COD值由0.32提高到0.60以上,极大地提高了废水的可生化性;在进水pH值为4.0的条件下,微电解处理出水的BOD₅/COD值高达0.71,且进水pH值为4.0的条件下微电解对废水中有机污染物的分解转化效率最高.因此,铁碳微电解系统的最佳进水pH值为4.0.     

膜电解氢自养MBBR反应器深度转化水中高氯酸盐

建立膜电解电化学氢自养MBBR反应器（移动床生物膜反应器）用于去除水中高氯酸盐,微生物利用阴极电解产生的氢气将高氯酸根还原为氯离子,而后氯离子在阳极发生氧化析氯反应生成活性氯进一步提升出水水质,从而实现高氯酸根的深度转化.利用该反应器研究了高氯酸根的转化过程及相关影响因素,结果表明：进水ClO₄^-浓度为（4.98±0.091）mg/L,维持HRT（水力停留时间）为4h,施加电流由6mA增加至15mA,反应器对高氯酸根的去除率由（39.75±2.09）%增加至（98.99±0.05）%,总出水活性氯浓度由（0.057±0.003）mg/L增加至（0.070±0.002）mg/L,pH值稳定在7.96~8.11,浊度较低为（0.89±0.27）NTU.进一步增大施加电流（20mA）,导致阴极室溶液pH值超过9.5,进而影响微生物活性,去除率急剧下降至（30.75±1.19）%.利用扫描电子显微镜（SEM）观察反应器内微生物形貌,发现反应器内微生物均附着于填料表面,以短杆菌为主,增殖缓慢.运用高通量测序技术对接种及运行第24d的微生物群落结构展开分析.结果显示,反应器运行过程中,菌群多样性下降,Thauera菌属为主要的氢自养还原优势菌属,其丰度达到8.25%.     

厌氧生物滴滤法脱除冷煤气中硫化氢的研究

水煤气中硫化氢在燃烧时会转变成二氧化硫,对环境产生污染。文章采用厌氧生物滴滤塔法对冷煤气进行脱硫处理。因煤气对氧的严格限制,通过设计生物滴滤塔,经挂膜驯化后在厌氧条件下对浓度在1~5 g/m3左右的硫化氢进行脱除处理,考察滴滤塔运行条件对脱除效果的影响。结果表明,生物挂膜25 d后,生物滴滤塔达到稳定,喷淋液pH值为2.23,ORP值为283 mV,溶解氧为0.4 mg/L,对溶液中硫离子氧化效率达到94%。滴滤塔在液气比0.15,空塔气速0.088 m/s,pH值5.0~7.0,填料高度为82 cm,塔温为25~30℃左右时,达到较优的运行条件,此时该滴滤塔对以CO、CO2、H2和1 940 mg/m3H2S组成的模拟水煤气的脱硫效率达91.2%。     

铝炭微电解处理刚果红废水的效果及脱色机理研究

采用铝炭微电解法处理刚果红废水,通过批式实验和正交试验考察了主要因素对刚果红脱色及COD去除效果的影响,并采用紫外扫描、离子色谱及LC-MS分析了脱色产物.结果表明,在铝粉投加量为8～24 g·L-1范围内,刚果红脱色率及COD去除率均随铝粉投加量的增加而提高,合适的铝粉投加量为16 ～24 g·L-1;刚果红脱色率和COD去除率随着铝炭质量比的减小呈现先增加后降低的趋势,适宜的铝炭质量比为1∶3～1∶1;初始pH对处理效果影响最大,在pH为10～12.5时,刚果红脱色率及COD去除率随着pH升高而急剧增加;在溶解氧为1.25 ～7.59 mg·L-1的范围内,刚果红脱色率及COD去除率随着溶解氧的升高而降低.最佳条件(铝粉投加量24 g·L-1、铝炭质量比1:2、pH=12、反应时间90 min)下,刚果红脱色率及COD去除率分别为90.4％和78.6％刚果红脱色历程为:刚果红分子中的N=N双键在新生态[H]的攻击下断裂,生成3,4-二氨基萘-1-磺酸盐和4-氨基3-((4’-氨基-[1,1'-联苯]-4-基)偶氮基)萘-1磺酸盐;后者在[H]的进一步作用下,发生N=N双键的断裂,转化为3,4-二.氨基萘-1-磺酸盐和联苯胺,萘环开环和C-S键断键,分别生成4-氨基-3-((4’-氨基-[1,1’-联苯]-4-基)偶氮基)-1-磺酸盐和2-((4'-氨基-[1,1’-联苯]-4-基)偶氮基)-1-萘胺.研究表明,铝炭微电解法不能将刚果红完全矿化.     

膜生物反应器处理一氧化氮废气研究

采用中空纤维膜生物反应器处理一氧化氮(NO)废气,考察系统长时间运行稳定性、闲置后恢复生物降解情况,研究了进气浓度、停留时间、液体喷淋量及pH对氮氧化物净化效率与传质系数的影响.膜生物反应器实现了100 d长时间高效稳定运行,闲置38 d后能在l周内迅速恢复;膜生物反应器对NO的净化效率最高可达93.8％,适宜运行条件:液体pH值为7.4,气体停留时间为32 s,液体喷淋量为3 mL· min-,其对应的膜传质系数为7.39×10-5 mol·m-2·s-l.膜生物反应器提高系统的NO传质效率,增强了降解效果,具有较好的抗负荷冲击能力,能适应非连续性生产的要求.     

飞灰和废大理石烟气脱硫的传质反应研究

在双搅拌釜上实验测定了飞灰和废大理石浆液的脱硫率η及pH值随过程时间t的变化关系,计算了不同t时的传质速率Nm、液膜传质系数kL、气相总传质系数KG、气膜传质系数kG、传质系数之比KG/kG以及反应增强因子E等,并分析了飞灰和废大理石脱硫的传质-反应过程.实验和计算结果表明,当进口SO2体积分数为4000×10-6时,飞灰和大理石浆液脱硫均受液相阻力控制;pH值越低,KG/kG就越小,液相阻力控制也就越明显,在pH＝4.5时,液相阻力占总阻力的90%; pH值越高,E就越大,化学反应对传质的影响也就越明显;pH＝6时飞灰浆液具有与大理石浆液相近的脱硫率,达70%左右.     

生物修复石油污染盐碱土壤小试模拟系统中土壤性质与微生物特性变化

利用生物刺激(BS)、生物刺激+生物强化(BS+BA)2种方案修复石油污染盐碱土壤,考察了不同处理小试模拟系统中石油烃及16种多环芳烃(PAHs)的降解率、土壤pH值、表面张力、脱氢酶活性和微生物群落结构的变化.结果表明:腐殖酸、诺沃肥和生物有机钙等土壤改良剂及营养盐的加入使土壤盐碱环境得到明显改善,pH值由8.1~8.2降低至7.6~7.8,并随着酸性代谢产物的累积降低至6.6~7.0.随着微生物活动BS+BA与BS处理土壤溶液表面张力分别由72.2,71.8mN/m降低到64.9,67.2mN/m,提高了石油烃的生物可利用性.对比2组小试系统,BS+BA处理修复效果更加显著,对石油烃、总PAHs的降解率可达到50.8%,69.2%,而BS处理为40.5%和61.2%.其中添加菌剂对5~6环PAHs的去除效果明显.不同修复策略对土壤微生物有显著影响,表现为土壤脱氢酶活性及微生物群落结构的动态变化.     

曝气生物滤池铝盐化学强化与生物协同除磷

为了解投加铝盐后曝气生物滤池的除磷效果及其对去碳、硝化功能和生物膜、生物相的影响,通过同步比较在投加药剂和不投加药剂情况下小试曝气生物滤池的净化效果和生物膜结构特征、生物相组成.结果表明,当反应器水力负荷和进水总磷(TP)负荷分别为1.3m3·m-2·h-1和0.12～0.13 kg·m-3·d-1时,TP的去除随铝盐投加量的增加而增加,但并不成正比例增加.投加铝盐后TP去除率可提高70%～86%.当投加系数≤1.5时,适当加大气水比有利于除磷,但当投加系数≥1.75时,加大气水比对TP的去除没有影响.当气水比为(3～5):1、投加系数≥1.75时,曝气生物滤池出水TP＜0.5 mg·L-1;若气水比增加到7:1时,投加系数可进一步降低至1.5.投加铝盐对浊度、COD去除的贡献率分别只有4%～7%和5%～13%,而对氨氮的去除影响甚微.投加铝盐后反应器进水端陶粒表面发现大量网状絮体,出水端却较少.投加铝盐对生物膜中微生物的种类和数量的影响很小.