生物除锰技术研究进展与应用

文章简要阐述了生物除锰的机理,重点介绍生物除锰的工艺流程和应用,包括以生物滤池为核心的单极/多级工艺、复合MF/UF中空纤维膜工艺以及用于处理矿山废水的人工湿地工艺;同时介绍了国内外生物除锰的研究动态,如:同时去除NH4+、Fe、Mn的研究、生物滤池运行模式的研究等。分析了目前存在的问题,并对今后生物除锰的研究方向提出了一点看法。     

不同磷源及浓度对利玛原甲藻生长和产毒的影响研究

探讨了不同磷源条件下利玛原甲藻的生长情况,分析了碱性磷酸酶在营养盐利用方面的作用,对不同营养盐条件下腹泻性贝毒(diarrhetic shellfish poison,DSP)的合成情况进行了比较和分析.结果显示,以NaH2 PO4、β-甘油磷酸钠和ATP分别作为唯一磷源时,NaH2PO4组和ATP组最大生长速率(βms)差异不大,β-甘油磷酸钠组稍低;ATP组最大生物量(X)明显高于NaH2PO4组和β-甘油磷酸钠组.实验浓度范围内,β-甘油磷酸钠组碱性磷酸酶活性均比较低,而ATP组活性较高.NaH2PO4组因其浓度的变化而有较大的差异.浓度>2μmol/L时,活性比较低,<2 μmol/L时,活性明显增高.μ-甘油磷酸钠组大田软海绵酸(okadaic acid,OA)总含量和单位藻细胞OA含量最高,NaH2O4组次之,ATP组最低.这些结果表明,利玛原甲藻町吸收利用无机磷NaH2PO4和有机磷β-甘油磷酸钠及ATP.其中,NaH2PO4和ATP的营养价值基本等效,而β-甘油磷酸钠的营养价值较低.ATP较NaH2PO4和β-甘油磷酸钠更有利于维持利玛原甲藻的生长.利玛原甲藻可以直接利用β-甘油磷酸钠;而ATP则需要碱性磷酸酶水解后才能利用.利玛原甲藻毒素的合成与营养盐的形态有关,不同营养盐条件下DSP的合成不同.β-甘油磷酸钠为磷源时,DSP合成量最多.磷盐对DSP合成的影响与该磷盐条件下利玛原甲藻的生理状态有关.     

活性炭纤维对水中酚类化合物的吸附特性

研究了活性炭纤维(actived carbon fiber,ACF)对模拟废水中苯酚、对氯苯酚、对硝基苯酚的吸附特性.采用扫描电子显微镜(SEM)对ACF的表面结构进行了表征.通过静态吸附试验,采用吸附热力学探讨了ACF对苯酚、对氯苯酚、对硝基苯酚模拟废水的机制,计算了有关的热力学函数.结果表明,ACF对它们的吸附速率很快,在酸性条件下吸附效果较好,相同条件下,去除率是苯酚(87%)<对氯苯酚(96%)<对硝基苯酚(99%).ACF对这3种物质的吸附都是自发的放热反应,属于物理吸附.吸附等温线能用Dubinin-Radushkevieh方程较好地拟合.     

潜流人工湿地系统停留时间分布与N、P浓度空间变化

通过人工湿地小试装置,研究了风车草和香蒲水平潜流人工湿地处理富营养化养殖水体过程中水力停留时间分布（RTD）特征和系统内N、P浓度空间变化规律.结果表明,供试的香蒲潜流湿地和风车草潜流湿地系统RTD曲线特征值σ²分别为0.324 6和0.410 8,表明水流流态介于推流与混合流之间,风车草潜流湿地系统RTD曲线较香蒲潜流湿地平滑,水流混合流动程度较弱. 2种植物类型湿地床体总氮（TN）和氨氮（NH⁺₄-N）浓度在垂直方向上的分层现象明显,尤其在湿地床体前端;TN浓度随着取样点深度增加而上升,而NH⁺₄-N浓度则以中层取样点为最低;对于总磷（TP）和正磷酸盐（PO^3-₄-P）浓度, 2种植物类型湿地系统内均表现为随取样点深度增加而上升,但这种差异随沿程而降低. 与香蒲湿地相比较,风车草潜流湿地系统N、P浓度分层现象更为明显.风车草湿地系统后端各层取样点TN和TP平均浓度较香蒲湿地系统分别下降了19.8%和12.3%,说明风车草潜流湿地系统对富营养化养殖水体中氮、磷的去除效果优于香蒲湿地.     

分段回流式逆流气浮工艺处理高藻水的研究

利用逆流气浮工艺处理高藻水,分别采用溶气水单段回流与分段回流的方式.结果表明,与单段回流相比,采用分段回流可以增强气泡/絮体聚合体悬浮层的拦截作用,减小悬浮层的厚度而增加过渡层的厚度,延长过渡层中小絮体与气泡的碰撞接触时间;在其它运行参数相同的情况下,单段回流时最大水力负荷达到11 m/h,而分段回流时最大水力负荷可达17 m/h,处理负荷提高了50%以上,处理效率大幅度增加;采用分段回流时,两释放器的回流量之比以及悬挂式释放器与原水进水口的距离对处理效果有显著影响.较为合理的布置为：固定式释放器S与原水进水口距离为180 cm,悬挂式释放器P与原水进水口的距离在60～90 cm之间.P与S的流量比控制在2～3之间.     

好氧硝化颗粒污泥搁置后活性恢复研究

利用气提式内循环间歇反应器(SBAR)考察好氧硝化颗粒污泥搁置2个月后重新投入运行, 其物理性状和微生物活性的恢复情况. 结果表明, 搁置后颗粒由棕黄色转为灰黑色, 粒径及沉降速率无明显变化. 颗粒重新投入反应器, 2周后颜色基本恢复; 污泥浓度、颗粒粒径以及沉降速率迅速增加; 颗粒中异养菌活性在1 d内即可恢复至原水平的86％, COD去除活性5 d后完全恢复, 去除率稳定在80%以上. 活性恢复阶段采用较高的曝气量和较长的循环时间有利于硝化菌的活性恢复, 第41 d曝气量由0.05 m³·h^-1提高到0.10 m³·h^-1后, 亚硝酸菌和硝酸菌活性分别由原水平的88%和82%提高到122%和92%, 氨氮去除率由之前的80% ～ 90%迅速提高到96%以上; 第65 d循环时间由4 h延长至6 h使硝酸菌的活性得到了完全恢复.     

燃煤PM2.5相变脱除实验研究

实验研究了添加蒸汽和雾化水2种不同烟气调节方式下,操作参数对燃煤可吸入颗粒物凝结长大脱除特性的影响.用电称低压冲击器（ELPI）实时测量脱除前后颗粒数浓度和粒径分布情况.结果表明,蒸汽在颗粒表面凝结能有效促进燃煤PM_2.5的脱除;颗粒的分级脱除效率随粒径的增大呈上升的趋势,特别是对于粒径<0.3 μm的颗粒,当蒸汽添加量为0.1 kg/m³,随粒径从0.03　μm增加到0.3　μm,脱除效率提高了60%以上;添加蒸汽时,脱除效率与调节室入口烟气温度无关;而添加雾化水,脱除效率则随调节室入口烟气温度的升高而显著增大,温度从136℃升高到256℃,脱除效率提高了30%以上.烟气温度较高时,利用雾化液滴的蒸发能替代添加蒸汽实现燃煤PM_2.5的高效脱除.     

芦苇根际微环境对潜流人工湿地氮与COD去除性能的影响

构建了3个小型潜流人工湿地,一个不种植物作为对照;另2个栽种芦苇,其中一个湿地在芦苇根部埋设300目尼纶网制成的根袋,以区分根际与非根际环境.采用人工配水,研究了稳定运行期的人工湿地对COD、N的去除性能.结果表明,3个湿地对COD、N的去除场所主要位于湿地前端,且COD与N的去除具有沿程同步性.在进水C/N=5时,对照湿地、芦苇湿地和根袋湿地对NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为66.2%、94.2%、82.2%和67.2%、90.7%、76.1%,具有同步硝化反硝化现象;对COD的去除效率分别为56.2%、80.9%、72.7%.试验中,3个湿地沿程水样的C/N值均大于5,表明碳源供应较充足.通过在湿地中预埋铂电极和土壤溶液采样器的方法,测定了根际土壤与非根际土体土壤ORP以及土壤溶液中的有机物含量（以TOC表征）.结果表明,湿地前端根际土壤ORP明显高于空白湿地和湿地土体土壤,差值分别为11～311 mV、62～261 mV.根系分泌物显著增加了植物湿地中有机碳的供应,根际土壤与非根际土体土壤中TOC含量分别为21.3～54.6 mg·L^-1和6.65～12.0 mg·L^-1.正是湿地植物根际环境中较高的氧化还原电位以及充足的碳源供应,使得植物湿地的脱氮效果好于对照湿地.     

Co(C3H6NS2)3·C6H12N2S3单晶的制备及催化性能的研究

采用常温饱和溶液蒸发法,一硫化四甲基秋兰姆与钴(Ⅱ)发生原位反应得到一种新型非均相Fenton催化剂单晶Co(C₃H₆NS₂)₃·C₆H₁₂N₂S₃;通过单晶X衍射、红外光谱和C、N和H元素分析对该单晶结构进行了表征;该单晶的空间群为P-1,在不对称单元中有1个Co(Ⅲ)中心,3个新配体C₃H₇NS₂和1个TMTM;Co(Ⅲ)呈现出稍微偏斜的八面体的配位几何构型.利用该单晶催化氧化降解了直接蓝6和直接绿28;结果显示,在酸性和碱性条件下,染料的降解率和矿化率都较高,这是因为活性中心Co(Ⅲ)提高了H₂O₂的效率.当投加量在1 200～1 600　mg·L^-1之间时,处理90　min后,直接蓝6和直接绿28的降解效率可分别达到94.39%和94.78%.相比之下,不加该单晶光催化剂,其它条件完全相同时,处理90　min后2种染料的降解率均不到45%,降解缓慢.使用后的单晶,通过过滤,可反复使用,有利于降低处理成本.此外还研究了催化反应的动力学,反应遵从Langmuir-Hinshelwood动力学模型;2种染料降解反应速率常数k分别为3.03×10²和6.25×10²　mg·(L·min)^-1,吸附常数K分别为1.52×10^-4和7.23×10^-5　L·mg^-1.     

玉米秸秆对塔玛亚历山大藻生长的影响及化学基础研究

以塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)为材料,观察了玉米茎秆和玉米叶对塔玛亚历山大藻生长的影响,比较了灭菌、未灭菌玉米叶的抑藻活性,并对玉米叶抑制藻类生长的化学基础进行了分析,以期为筛选和发现新的高效除藻剂提供思路.结果表明,玉米秸秆能显著抑制塔玛哑历山大藻的生长,玉米叶的抑藻作用强于玉米茎秆.0.5 g/L玉米叶对密度为1.69×106个/L的塔玛亚历山大藻的生长有明显的抑制作用.灭菌、未灭菌玉米叶对塔玛亚历山大藻生长的抑制作用无明显差别,表明微生物小是玉米秸秆发挥抑藻作用的主要原因.玉米叶不同溶刺粗提物对塔玛亚历山大藻生长的抑制作用不同,石油醚、二氯甲烷空粗提物的抑藻活性明显强于乙酸乙酯和正丁醇粗提物.GC-MS分析结果显示.石油醚、二氯甲烷粗提物中主要含十八碳二烯酸、十八碳三烯酸、棕榈酸等脂肪酸类物质,提示长链脂肪酸可能是玉米秸秆抑藻的主要化学成分.