零价铁和微波预处理组合强化污泥厌氧消化

以中温(100℃)常压的微波预处理结合零价铁投加为对象,考察了低投加量5. 19～41. 51 g·kg~(-1)(以TS计)、高投加量83. 35～853. 46 g·kg~(-1)(以TS计)下的零价铁对微波预处理污泥厌氧消化的进一步强化作用.结果表明,微波预处理与零价铁组合可使污泥厌氧消化产甲烷潜势提升17%～23%.零价铁对微波预处理后污泥厌氧消化具有一定的促进作用,且提升了厌氧消化初期(1～4 d)产甲烷速率,零价铁投加量为31. 13 g·kg~(-1)(以TS计)时,产甲烷潜势提升了7. 42%,反应第2 d的产甲烷速率提高了11. 02%.高投加量的零价铁并未表现出更好的强化效果.零价铁促进了厌氧消化初期溶解性有机物的释放,投加量为31. 13 g·kg~(-1)(以TS计)时,溶解性蛋白质较单独预处理组提高21. 16%,并且零价铁投加加快了乙酸、异丁酸、异戊酸的消耗.零价铁的投加,导致上清液中的磷酸根和硫酸根浓度降低,相应地,上清液中铁元素的浓度反而下降,说明零价铁的形态转化后,易与磷酸盐、硫反应形成沉淀,这可能是铁投加作用效果不明显的重要原因.     

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.     

零价铁在有机固废厌氧消化过程中的应用研究进展

厌氧消化是一种可实现有机固废资源化的生物处理技术,目前主要存在产酸、产甲烷效率低下等问题。研究表明:零价铁（Fe0）的添加可有效提升有机固废厌氧消化性能。从Fe0对有机固废产酸、产甲烷效率的影响,以及Fe0与其他添加剂联合运用的效果等方面,综述Fe0在有机固废厌氧消化过程中的应用。Fe0对有机固废厌氧消化性能影响的作用机制主要包括降低系统氧化还原电位,腐蚀析氢作用,影响微生物群落,影响关键酶活性。此外,以硫化物、抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）为例,阐述了Fe0对有机固废厌氧消化过程中污染物的去除作用。指出Fe0在有机固废厌氧消化应用过程中存在的问题及挑战,并对未来Fe0在有机固废厌氧消化过程中的深入研究问题做出了展望。     

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.     

微米零价铁去除磷酸盐效果与机理研究

为探究微米零价铁除磷效果与机理,首先考察了水化学条件对微米零价铁除磷效果的影响;其次研究了微米零价铁对磷的去除效果以及酸盐磷在磁性固体和悬浮固体中的动态分配情况,并通过监测不同浓度反应体系中理化参数(pH、DO、ORP)的变化,进一步分析了体系中的反应过程;最后通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对反应产物进行了分析。结果表明:较低pH能显著提高微米零价铁的反应活性,加快磷的去除;离子强度的增加可加快反应速率; AsO 4 3 -和 SiO 3 2 -对微米零价铁除磷具有明显的抑制作用, SO 4 2 -影响很小,而 NO 3 -和 CO 3 2 -有一定的促进作用。被去除的磷酸盐在反应产物磁性固体和悬浮固体中的浓度接近。SEM分析表明,有磷条件与无磷条件下反应产物固体表面形貌具有明显区别。XPS分析表明,微米零价铁除磷过程中主要生成了Fe2+铁和Fe3+。1,10-菲啰啉掩蔽试验结果表明,磷酸盐与Fe2+结合是微米零价铁除磷的主要途径。XRD分析发现生成了H2FeP2O7,说明微米零价铁除磷存在沉淀作用。     

硫化零价铁去除水中钼酸盐的效能与机理

钼矿的开采及含钼产品的生产与使用导致水中钼污染问题日益突出.为明确硫化零价铁(S-ZVI^bm)去除水中钼酸盐的效能及作用机理,采用球磨法制备S-ZVI^bm,进而探究S-ZVI^bm在有氧条件下去除Mo(VI)的反应动力学,并采用同步辐射技术等表征手段分析其反应机理.结果表明:硫化可显著加速零价铁的吸氧腐蚀过程,进而可将Mo(VI)的去除速率及去除容量分别提高3.6～42.3倍及1.7～3.2倍.与未改性零价铁相比,S-ZVI^bm可对抗Mo(VI)的致钝作用,进而可在更高的Mo(VI)浓度及更宽的pH值范围内实现Mo(VI)的有效去除.同步辐射技术表征结果显示,尽管硫化预处理可提高零价铁去除Mo(VI)的效能,但并未改变零价铁去除Mo(VI)的作用机理,即S-ZVI^bm仍主要通过化学吸附来实现Mo(VI)的去除.     

零价铁对污泥厌氧消化过程中四环素抗性基因水平转移的作用影响

细菌抗药性问题已成为全球生态环境安全和人体健康领域的一个关注焦点.污水处理剩余污泥是抗生素抗性基因（ARGs）的一个重要储存库和排放源,采用荧光定量PCR方法检测分析了四环素抗性基因（TC-ARGs,包括tetA、tetC、tetG、tetM、tetO、tetW和tetX）及第一类整合子 intI1基因丰度在污泥厌氧消化过程中的变化特征,考察了不同投加量零价铁（Fe⁰）对目标基因的消长影响,初步分析了质粒DNA接合作用对TC-ARGs水平转移的作用影响,并探讨了TC-ARGs与 intI1基因之间的相关关系.结果表明,污泥厌氧消化过程对TC-ARGs和intI1基因丰度具有不同程度的削减作用,其中tetX基因丰度降幅可达2.4个数量级.Fe⁰的加入对TC-ARGs和intI1基因丰度削减不显著,并且随着Fe⁰投加量的增加,TC-ARGs和intI1基因丰度相比对照组出现逐渐升高的趋势.通过对质粒组DNA所携带的TC-ARGs基因丰度进行检测分析发现,质粒DNA接合作用对TC-ARGs的水平转移具有促进作用.相关性分析结果显示,tetG与intI1基因之间具有显著正相关关系,表明intI1基因在污泥厌氧消化过程中可能对tetG基因的演变过程具有重要影响.     

电增强零价铁强化厌氧氨氧化处理高氮养猪废水

为解决ZVI(零价铁)电极表面的钝化问题,实现anammox(厌氧氨氧化)工艺稳定、高效地运行,采用EEZVI-UASB(电增强零价铁-升流式厌氧污泥床)技术处理养猪废水,研究了EEZVI电极电压、ρ(COD_Cr)及脱氮贡献率的相关性. 结果表明,在温度为(35±1)℃、pH为6.80～7.10、电极电压为0.60 V的条件下,EEZVI-UASB对NH₄+-N和NO₂--N的去除率均维持在较高的水平;NH₄+-N去除率＞90.00%,NO₂--N去除率＞96.00%,TN平均去除率>90.00%. 当EEZVI电极电压为0.60 V时,AAOB(厌氧氨氧化菌)的活性为91.10 mg/(g·d)(以NH₄+-N计);EEZVI-UASB中的优势功能菌主要为Pseudomonas属,其菌属16S rDNA的PCR扩增相似性达97%;系统中同时存在着反硝化、anammox、甲烷化等反应;其中anammox占主导作用,其对TN去除率的贡献率为54.10%~93.30%,反硝化及其他反应对TN去除率的贡献率为6.70%~45.90%.      

硫化零价铁的制备及去除头孢噻肟机理研究

采用后置硫化法制备了硫化纳米零价铁(S-nZVI),并采用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等方法表征了材料表面形貌及元素化学形态等特性.同时,以头孢噻肟为目标污染物,考察了S-nZVI对其去除效率及去除机理等.结果表明,S-nZVI颗粒呈球形,平均粒径为56 nm,材料表面形成一层不连续的低密度FeS/FeSn.硫化率、Fe~(2+)和溶液p H均能影响S-nZVI对头孢噻肟的去除.S/Fe=1/4(质量比),S-nZVI投加量为0.5 g·L~(-1),溶液pH为8时,120 min内头孢噻肟的去除率为82.2%,远大于nZVI的去除率(23.4%).最后,采用液相色谱-电喷雾质谱分析了头孢噻肟的降解产物,发现头孢噻肟的降解主要是由酯基取代反应和内酰胺键的开环反应引起的.     

Steady performance of a zero valent iron packed anaerobic reactor for azo dye wastewater treatment under variable influent quality

Zero valent iron (ZVI) is expected to help create an enhanced anaerobic environment that might improve the performance of anaerobic treatment. Based on this idea, a novel ZVI packed upflow anaerobic sludge blanket (ZVI-UASB) reactor was developed to treat azo dye wastewater with variable influent quality. The results showed that the reactor was less influenced by increases of Reactive Brilliant Red X-3B concentration from 50 to 1000 mg/L and chemical oxygen demand (COD) from 1000 to 7000 mg/L in the feed than a reference UASB reactor without the ZVI. The ZVI decreased oxidation-reduction potential in the reactor by about 80 mV. Iron ion dissolution from the ZVI could buffer acidity in the reactor, the amount of which was related to the COD concentration. Fluorescence in situ hybridization test showed the abundance of methanogens in the sludge of the ZVI-UASB reactor was significantly greater than that of the reference one. Denaturing gradient gel electrophoresis showed that the ZVI increased the diversity of microbial strains responsible for high efficiency.     

废铁屑强化污泥厌氧消化产甲烷可行性分析

有关全球气候变化的《巴黎协定》落槌,预示着污水处理追求碳中和运行的时代已经来临.碳中和狭义理解即能源自给自足,这就要求污水处理厂应最大程度转化污水中有机物或产生的剩余污泥所蕴含的有机能源,并将其生成可再生能源——甲烷.然而,剩余污泥能源转化率较低一直都是限制厌氧消化技术广为应用的瓶颈.在污泥预处理技术之外,向厌氧消化系统中投加废铁屑强化甲烷生产有望成为另一个提高能源转化率的突破口,继而实现"以废促能、变废为宝"的目的.本综述从铁腐蚀析氢现象入手,在描述铁腐蚀析氢原理、析出H2对产CH4过程影响的基础上,对铁在厌氧系统ORP减少方面的作用、对厌氧微生物生理、生化特性的影响、对涉及微生物酶活的影响等进行了全面的介绍.最后,还通过生命周期评估(LCA)评价了基于废铁屑的污泥厌氧消化技术对环境的影响及经济合理性.     

生物炭介导鸡粪厌氧消化性能研究

为探究生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷的较优添加比例,在发酵温度[（35±1）℃]、接种率30%的条件下,进行了以鸡粪为底物,生物炭为外源添加剂的厌氧消化试验,研究生物炭不同添加量（20%、15%、10%、5%和不添加）对鸡粪厌氧消化产气特性的影响,确定了生物炭介导的鸡粪厌氧消化的较优添加比例;同时,用扫描电子显微镜对厌氧消化前后生物炭颗粒和附着在生物炭颗粒上的微生物进行了观察.结果表明：生物炭的添加提高了鸡粪单位VS产甲烷量,添加20%、15%、10%和5%生物炭的处理鸡粪VS产甲烷量分别为223mL/g、228mL/g、230mL/g和281mL/g,均高于对照组的202mL/g;添加生物炭提高了产气中的甲烷含量,降低了二氧化碳和硫化氢含量,提高了沼气品质;电镜扫描结果表明,厌氧消化后生物炭表面及内部附着了大量厌氧微生物,主要为杆菌、微粒菌和球菌;本研究中,生物炭介导鸡粪厌氧消化最优的添加比例约为5%.     

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.     

氨三乙酸促进厌氧消化产甲烷的动力学研究

以乙酸钠为碳源,考察了金属离子螯合剂氨三乙酸(NTA)对厌氧发酵产甲烷过程的影响.结果表明,NTA对厌氧消化具有明显的促进作用,在乙酸钠浓度为6,7,10,12g/L,消化温度为35 ℃的条件下,10μmol/L NTA的添加,分别使甲烷产量提高了30.0%,45.2%,64.3%和95.9%.此时, NTA促进厌氧消化反应的动力学常数V max和半饱和常数Ks分别由84.8mLCH4/(gSS×d)和2.95gNaAc/L提高到147. 1mLCH4/(gSS×d)和7.57g NaAc/L.螯合剂NTA的添加,使微量元素的生物可利用性得到增强,产甲烷菌对乙酸盐的利用率相应提高.     

Effect of the chlortetracycline addition method on methane production from the anaerobic digestion of swine wastewater

Effects of antibiotic residues on methane production in anaerobic digestion are commonly studied using the following two antibiotic addition methods：（1） adding manure from animals that consume a diet containing antibiotics, and（2） adding antibiotic-free animal manure spiked with antibiotics. This study used chlortetracycline（CTC） as a model antibiotic to examine the effects of the antibiotic addition method on methane production in anaerobic digestion under two different swine wastewater concentrations（0.55 and 0.22 mg CTC/g dry manure）. The results showed that CTC degradation rate in which manure was directly added at 0.55 mg CTC/g（HSPIKE treatment） was lower than the control values and the rest of the treatment groups. Methane production from the HSPIKEtreatment was reduced（p 〈 0.05） by 12% during the whole experimental period and 15% during the first 7 days. The treatments had no significant effect on the pH and chemical oxygen demand value of the digesters, and the total nitrogen of the0.55 mg CTC/kg manure collected from mediated swine was significantly higher than the other values. Therefore, different methane production under different antibiotic addition methods might be explained by the microbial activity and the concentrations of antibiotic intermediate products and metabolites. Because the primary entry route of veterinary antibiotics into an anaerobic digester is by contaminated animal manure, the most appropriate method for studying antibiotic residue effects on methane production may be using manure from animals that are given a particular antibiotic, rather than adding the antibiotic directly to the anaerobic digester.     

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.     

麦秆酸预处理后与猪粪混合发酵提高产气量的效应研究

为了研究不同水平的酸处理对麦秆混合发酵过程中各指标变化的影响,本试验通过测定不同醋酸浓度、时间处理后的麦秆与猪粪混合厌氧发酵进程中还原糖、挥发性脂肪酸(VFA)含量,以及p H值变化和甲烷产量,探究各指标的关系并优化得出最佳醋酸处理组合,以期为酸预处理混合发酵实现高甲烷产量提供可靠的理论依据.结果表明,醋酸处理后的麦秆通过与猪粪混合发酵可明显提高甲烷单位产量,增幅为124.28%~207.40%.发酵过程中还原糖、VFA、p H值间相互影响.通过响应面法建立模型,得到醋酸处理的最优组合为浓度3.35%、时间6.75d,最大甲烷单位产量751.97 m L·g-1(以VS计).     

改性生物炭负载纳米零价铁去除水体中头孢噻肟

抗生素对环境的危害已经引起了人们的广泛重视.本实验以改性生物炭(MB)为载体制备了负载纳米零价铁的功能生物炭(Fe/MB).以头孢噻肟(CFX)为目标抗生素,研究了该材料对头孢噻肟的降解特性及影响因素,并探讨了去除机理.实验结果表明,50 min内头孢噻肟的去除率为92%(Fe/MB用量为0.4 g·L~(-1),溶液p H=5.0,头孢噻肟浓度为20 mg·L~(-1),振荡速率为200 r·min~(-1),柠檬酸浓度为1.47 mmol·L~(-1)).头孢噻肟的去除过程存在改性生物炭的吸附和纳米零价铁还原降解的协同作用,数据符合伪二级反应动力学方程(R20.99).采用紫外可见光谱结合质谱分析了降解产物的结构并提出头孢噻肟的降解途径.     

生物质固体废物厌氧发酵过程中HS对产CH4作用研究进展

针对生物质固体废物量大面广,具有污染和资源利用双重特性,厌氧发酵能源化可促进其污染控制,且过程中部分有机成分在微生物作用下转化成腐殖质（HS）.通过分析厌氧发酵过程中HS转化规律、HS结构特征与氧化还原性能、腐殖质还原菌与产甲烷菌活性、产CH₄效率之间的响应关系和作用机制研究进展,总结凝练出生物质厌氧发酵系统内HS对CH₄的调控原理,为减少厌氧发酵系统内HS对产CH₄途径的抑制作用,提高发酵效率的技术研究提供理论支撑.