剩余污泥燃料电池处理含铬废水的效能及机理

采用剩余污泥为阳极底物,六价铬为阴极电子受体,构建双室微生物燃料电池(MFC).MFC启动成功后,考察阳极室污泥初始浓度和阴极室六价铬初始浓度对MFC产电性能及六价铬还原速率的影响.较高的污泥浓度(8~12g/L)对六价铬的还原速率影响均较小,且去除率均可达99%以上.污泥浓度为10g/L的MFC具有较高的产电性能,内阻为108Ω,最大功率密度输出为3621mW/m3.阴极室较高的Cr(VI)初始浓度可维持较长时间的高输出电压,但对阳极污泥降解并无明显影响.XPS测试结果表明,阴极Cr(VI)的还原产物为Cr(III),因电场作用被吸附在电极片上,使得阴极溶液中的总铬浓度降低.研究表明,剩余污泥为底物的微生物燃料电池可以在产电的同时实现剩余污泥的资源化及电镀废水的无害化.     

臭氧与过氧化钙协同降解甲基红废水

对单独臭氧（O₃）、臭氧与过氧化钙（O₃/CaO₂）联用技术降解甲基红染料废水进行了研究,考察了O₃流量、温度、废水初始pH值、CaO₂投加量、处理时间以及不同水基质等因素对甲基红降解效果的影响.结果表明,在O₃流量为48L/h,温度为26℃,初始pH值为6.2的纯水中降解10min,单独O₃处理对甲基红的降解率为86.1%.在此条件下投加CaO₂,投加量为6.9mmol/L时,O₃/CaO₂联用技术对甲基红废水的脱色率可达到94%.水基质中草酸的存在并不会对O₃/CaO₂联用体系的降解作用造成抑制.O₃/CaO₂联用体系在多种复杂水基质中都能达到较好的脱色效果.通过对比试验发现,O₃/CaO₂联用对甲基红的降解起协同作用,CaO₂不仅可以产生H₂O₂促进染料被O₃降解,而且CaO₂的吸附作用也有利于染料和污染物质的氧化去除.该联用工艺可高效地去除印染废水的色度,达到出水水质处理标准.     

CaO2投加量及投加方式对剩余污泥厌氧发酵产生短链脂肪酸的影响

以污水处理厂剩余活性污泥作为研究对象,在中温条件下,按照不同投加量和投加方式投加过氧化钙（CaO₂）进行预处理,考察其对污泥发酵产酸和产甲烷的影响,以期确定CaO₂最佳投加量和投加方式.结果表明,在（35±1）℃条件下,投加CaO₂可提高剩余污泥发酵液pH值,从而促进有机物的快速溶出.在同样投加剂量条件下,一次性投加比多次投加更有利于污泥的溶解以及短链脂肪酸的积累.当一次性投加0.2g CaO₂/g VSS时,发酵液中乙酸浓度在第7d达到最高值（169mg COD/g VSS）,同时乙酸在6种主要酸中所占比例达到最大（71.0%）.与一次性投加方式相比较,多次投加CaO₂对产甲烷的抑制作用较小,不利于SCFAs的积累.     

二价铁活化过氧化钙提高剩余活性污泥的脱水性能

采用Fe²⁺活化过氧化钙(Fe²⁺/CaO₂)提高剩余污泥的脱水性能,考察初始p H值、Fe²⁺和CaO₂投加量对污泥脱水性能的影响,并进一步探究了实现污泥深度脱水的内在机制.结果表明,初始pH值为中性,Fe²⁺和CaO₂投加量(以VSS计)分别为3.31 mmol·g^-1和3.68 mmol·g^-1时,污泥的脱水效果最好,污泥比阻(SRF)和含水率(WC)分别由20.99×10¹²m·kg^-1和86.61%降低至3.91×10¹²m·kg^-1和76.15%.Fe²⁺/CaO₂的氧化使污泥微生物细胞裂解,胞内有机物释放,胞外聚合物(EPS)降解;同时,Fe³⁺促使污泥颗粒再絮凝形成致密、多孔的絮体结构,有利于EPS结合水释放,实现污泥深度脱...     

外加酶强化剩余污泥微生物燃料电池产电特性的研究

以剩余污泥作为接种液和基质,探讨了外加酶(中性蛋白酶、α-淀粉酶)强化单室型剩余污泥微生物燃料电池产电效率的可行性,研究了酶投加量对微生物燃料电池的产电特性及剩余污泥减量的影响.结果表明,在相同条件下,实验组产生的最大功率密度远远高于对照组;当酶的总投加量为10 mg.g-1时,最大输出功率密度及污泥水解效率达到最大,即中性蛋白酶组的最大功率密度、库仑效率、TCOD去除率、TSS去除率、VSS去除率分别为507 mW.m-2、3.98%、88.31%、83.18%、89.03%,而α-淀粉酶组则分别为700 mW.m-2、5.11%、94.09%、98.02%、98.80%.本实验采用向剩余污泥中投加酶的方法,成功增强了微生物燃料电池的产电效率,同时对剩余污泥有效地进行了处理,为微生物燃料电池的实际应用提供了新途径.     

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。     

活性炭优化生物阴极提升微生物燃料电池产电性能

对双室好氧生物阴极微生物燃料电池的阴极电极材料进行了优化.使用碳纤维刷阴极启动,进入稳定期后向反应器阴极室投加活性炭颗粒(T2)和活性炭粉末(T3),以提升微生物燃料电池的产电性能.实验结果表明,向阴极投加活性炭可以迅速提高微生物燃料电池的输出电压.投加活性炭颗粒后,T2的开路电压和最大功率密度分别提高了42%和237%;投加活性炭粉末后,T3的开路电压和最大功率密度分别提高了12%和42%.优化后的微生物燃料电池对COD的去除率分别是91.5%、90.3%,库仑效率分别提高了54.4%和17.9%.投加活性炭颗粒效果更好,可以显著提高微生物燃料电池产电性能,同时提高微生物燃料电池的COD去除率和库仑效率.     

维生素B12对厌氧污泥还原降解8:2FTOH的影响

研究了投加生物催化剂维生素B₁₂（VB₁₂）对厌氧活性污泥还原降解8：2氟调聚醇（8：2FTOH）的影响.结果表明,投加VB₁₂能够改变厌氧活性污泥还原降解8：2FTOH的动力学特性并增加其最终去除率,但投加量存在上下限：当VB₁₂投加量≤1mg/L时,8：2FTOH最终去除量无显著增加;当VB₁₂投加量≥5mg/L时,8：2FTOH最终去除量也不再持续增加.投加所有剂量的VB₁₂均可显著增加8：2FTOH的最终脱氟率.投加VB₁₂对厌氧活性污泥还原降解8：2FTOH去除率和脱氟率的影响并不一致.此外,投加较高浓度的VB₁₂可以抑制厌氧污泥还原降解8：2FTOH过程中多氟代化合物等中间降解产物的积累,提高全氟代化合物等终态降解产物的产率,同时有利于增加8：2FTOH的矿化脱氟率,但却导致了更低的总物质的量回收率.     

维生素B12对厌氧污泥还原降解8:2FTOH的影响

研究了投加生物催化剂维生素B₁₂（VB₁₂）对厌氧活性污泥还原降解8：2氟调聚醇（8：2FTOH）的影响.结果表明,投加VB₁₂能够改变厌氧活性污泥还原降解8：2FTOH的动力学特性并增加其最终去除率,但投加量存在上下限：当VB₁₂投加量≤1mg/L时,8：2FTOH最终去除量无显著增加;当VB₁₂投加量≥5mg/L时,8：2FTOH最终去除量也不再持续增加.投加所有剂量的VB₁₂均可显著增加8：2FTOH的最终脱氟率.投加VB₁₂对厌氧活性污泥还原降解8：2FTOH去除率和脱氟率的影响并不一致.此外,投加较高浓度的VB₁₂可以抑制厌氧污泥还原降解8：2FTOH过程中多氟代化合物等中间降解产物的积累,提高全氟代化合物等终态降解产物的产率,同时有利于增加8：2FTOH的矿化脱氟率,但却导致了更低的总物质的量回收率.     

Fe(VI)/CaO2双氧化体系降解水环境中的DMP

研究了高铁酸盐（Fe（VI））/过氧化钙（CaO₂）联合处理对邻苯二甲酸二甲酯（DMP）的降解性能及机理,分析了共存离子的影响.基于响应面方法中的Box-Behnken实验设计进行了多因素实验,采用二次多项式和逐步回归法拟合了DMP去除率与Fe（VI）投加量、CaO₂投加量和反应时间之间的关系,对实验条件进行了优化分析.结果表明,在初始pH值为中性条件下,Fe（VI）/CaO₂可以有效去除DMP,降解过程符合准一级动力学模型.当Fe（VI）/CaO₂/DMP物质的量比为1.1/4.4/1时,模型预测DMP最大降解率为95.57%,和验证实验得出的降解率90.14%相近,表明该响应面模型具有较好的模拟和预测能力.HCO₃^-和Mg²⁺对DMP的降解有一定抑制作用.自由基清除实验结果显示,羟基自由基（HO·）和超氧自由基（O₂^-·）对DMP的降解具有重要贡献,表明Fe（VI）和CaO₂可形成类芬顿试剂协同降解污染物.DMP的主要降解途径包括酯基水解、侧链氧化和苯环的羟基化;主要降解产物为邻苯二甲酸单甲酯,2,5-二羟基苯甲酸,间苯二甲酸,草酸等.     

过氧化钙去除水中糖皮质激素的响应面分析

结合响应面方法Box-Behnken实验设计,对过氧化钙降解代表性糖皮质激素曲安奈德过程中的影响因素（过氧化钙投加量、溶液初始pH值、反应时间、糖皮质激素初始浓度）进行了探讨与分析,并对反应条件进行了优化.得出最优反应条件为：过氧化钙投加量4g/L;溶液初始pH值5.7,反应时间15.7min,初始TA浓度为0.06mmol/L.最优条件下模型预测的目标物降解率（88.6%）和实验得出的降解率（82.8%）数值接近,说明此响应面模型能够较准确预测过氧化钙对糖皮质激素的去除效果,并用电子顺磁共振仪对过氧化钙降解有机物过程中的作用自由基进行了检测.研究结果对过氧化钙技术去除有机污染物的发展有一定的参考价值.     

冻融处理对不同阴极构型MFC产电及有机物降解的影响

为了研究不同阴极构型的微生物燃料电池(MFC)处理剩余污泥时的产电以及有机物降解情况,构建了铁氰化钾双室MFC以及生物阴极双室MFC两套系统,分析了两套系统处理剩余污泥时电压、功率密度以及有机物变化及降解情况.结果表明,处理冻融污泥时,铁氰化钾双室MFC8h达到稳定电压0.726V,运行6d时SCOD达到峰值3771.4mg/L,此时最大功率密度最高为10.3W/m3,周期结束(20d)TCOD去除率为70.3%;生物阴极双室MFC运行3d达到稳定电压0.76V并持续22d后下降,15~20d时SCOD达到峰值4538.0mg/L,并获得最高的最大功率密度13.7W/m3,周期结束(30d)去除80.6%的TCOD.相对于铁氰化钾双室MFC,生物阴极双室MFC能够更为彻底的促进污泥有机物溶出并利用其产电,对溶解性碳水化合物利用以及有机物的降解得更为彻底,同时更利于MFC系统的长期稳定运行.     

H2O2氧化联合化学淋洗修复电镀工厂铬污染黏性土壤的试验研究

以合肥某电镀工厂遗留的铬污染黏性土壤为研究对象,采用H₂O₂氧化联合盐酸和柠檬酸进行化学淋洗对土壤中的总铬和Cr(Ⅵ)进行修复去除,并对氧化剂H₂O₂的浓度、淋洗剂盐酸和柠檬酸的浓度对土壤中铬的去除率的影响进行探究。结果表明:单独采用H₂O₂氧化,在浓度为10.0%时,其对土壤中铬的去除效果最佳,Cr(Ⅵ)去除率达到51.5%,总铬去除率达到20.9%;单独H₂O₂氧化、盐酸和柠檬酸淋洗后土壤中Cr(Ⅵ)浓度仍然超过GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》二类用地标准。而对H₂O₂氧化后土壤继续联合盐酸或柠檬酸淋洗,当盐酸浓度为1.0 mol/L、固液比为1∶4时,H₂O₂氧化联合化学淋洗修复后的土壤中Cr(Ⅵ)浓度为4.4 mg/kg,达到GB 36600—2018二类用地标准,此时土壤中Cr(Ⅵ)去除率为85.5%,总铬去除率为50.6%。Tessier五步提取形态分析表明:修复后土壤中残渣态铬的比例从44.7%提高到93.4%,显著降低了铬二次释放的风险。研究结果可为铬污染土壤的治理修复和铬的回收利用提供参考。     

不同处理方式污泥为燃料的微生物燃料电池特性研究

采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池(MFC),对比分析了不同处理方式的污泥(直接污泥、微波预处理污泥和酶强化水解污泥)为燃料时MFC产电特性、污泥减量化效果和能源效率.研究表明,酶强化污泥为燃料的MFC(ESMFC)产电周期最长(41d),功率密度最大(775.21mW/m2),但库仑效率(CE)仅10.58%.采用微波污泥为燃料的MFC(MSMFC)CE最高(84.6%),而产电周期(30d)和功率密度(343.41mW/m2)居中.采用直接污泥为燃料的MFC(SMFC)产电周期(15d)、功率密度(294.53mW/m2)和CE(5.8%)均最小.采用直接污泥为燃料的MFC中TCOD去除率为26.2%,VSS去除率为32.5%.采用污泥预处理手段有利于促进污泥减量化,MSMFC和ESMFC中TCOD去除率分别增加到58.5%和63.2%,VSS去除率分别增加到73.9%和77.1%.     

硫铁矿对Cr(Ⅵ)污染土壤的长效还原稳定化研究

针对酸溶态占比高的Cr(Ⅵ)污染土壤还原解毒不彻底、后期易返黄的问题,确定了水溶态Cr(Ⅵ)快速还原、酸溶态Cr(Ⅵ)长效缓释还原的修复思路。试验考察了单独添加硫铁矿对Cr(Ⅵ)处理的效果,并采用FeSO₄·7H₂O、硫铁矿分步还原法探究处理后污染土壤的长效稳定性,进行了540 d的长期监测。结果表明:FeSO₄·7H₂O还原药剂长效性较差,在自然环境中容易发生氧化,失去还原效能,无法完全还原缓慢释放的酸溶态Cr(Ⅵ),有必要加入长效还原缓释药剂对酸溶态Cr(Ⅵ)进行持续还原。硫铁矿单独修复水溶态Cr(Ⅵ)为主的污染土壤,在添加20%的硫铁矿,反应14 d的条件下,土壤中Cr(Ⅵ)浸出浓度降至30.4 mg/L。采用FeSO₄·7H₂O和硫铁矿分步还原酸溶态Cr(Ⅵ)污染土壤,先加入2%的FeSO₄·7H₂O,养护3 d后再加入3%的硫铁矿反应27 d,Cr(Ⅵ)浸出浓度即降至0.29 mg/L,加入5%的硫铁矿,反应4 d后Cr(Ⅵ)浸出浓度即可降至0.43 mg/L,之后Cr(Ⅵ)浸出浓度保持稳定。经过540 d的长期监测未发现浸出浓度有上升情况。