生物阴极式碳纸隔膜微生物燃料电池的反硝化和产电性能

为了探讨生物阴极式廉价隔膜微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的基本性能,首先以生物反硝化作用为基础构建了生物阴极MFC,并进一步以涂布聚四氟乙烯(PTFE)的廉价碳纸代替昂贵的质子交换膜(PEM)构建碳纸隔膜生物阴极式MFC。研究结果显示,对于生物阴极式MFC,阴极室中最适宜反硝化细菌生长的NO-3-N浓度为99.2 mg/L,此时输出电压最高可达0.11 V,1 h内NO-3-N的去除率达到80.0%,COD去除率为62.8%;以涂PTFE的碳纸代替PEM的生物阴极式MFC与有PEM的MFC最高输出电压基本一致(均达到0.22 V,外阻500Ω),但碳纸隔膜MFC的产电更稳定。结果验证了廉价隔膜生物阴极式MFC的可行性,并为其应用于污水脱氮奠定基础。     

宝钢焦化废水处理脱氮研究与实践

针对上海提高新排放标准中总氮(TN)≤35 mg/L的要求,对焦化废水进行了脱氮研究。选取现场缺氧-好氧-好氧(A-O-O)工艺中前两段的A-O生化沉淀池1出水,在SBR内进行反硝化脱氮实验,考察葡萄糖、葡萄糖+乙酸钠、甲醇和甲醇+乙酸钠单一或复合碳源及投加反硝化菌种对脱氮的影响,确定最佳碳源为甲醇+乙酸钠,最佳反硝化水力停留时间为16 h。当反硝化菌液投加浓度为1 mg/L时,SBR出水TN满足达标排放要求。结合实验结果对宝钢焦化废水原有AO-O工艺改造升级为A-O-A-O二段脱氮工艺,并对生化出水实施进一步的物化混凝处理。改造后,工艺长期运行稳定,最终出水完全达到上海市污水综合排放标准(DB 31/199-2009)TN≤35 mg/L的要求,并满足氰化物、氟化物以及COD的排放要求。     

悬挂链生物接触氧化工艺处理河道污水

采用悬挂链曝气式接触氧化工艺在3个时段内处理城市河道污水,通过采用磷脂法、TTC-脱氢酶活性法和MPN法研究载体表面生物膜特性,来验证装置的水质净化效果。结果表明,进水水质变化幅度较大的时段1内,水质对缺氧区和好氧区内生物膜量及活性有很大冲击,对污染物的去除效果影响不大,COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别达到75.9%、80.8%、64.6%和78.3%;进水水质稳定的时段2内,缺氧区和好氧区内生物膜量和活性要高于其他时段,COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别达到77.0%、80.6%、69.4%和55.3%;低温运行的时段3内,缺氧区和好氧区内生物膜量和活性都低于其他时段,水质净化效果明显下降,COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为71.1%、68.5%、48.9%和46.6%。     

负载纳米TiO_2凹凸棒黏土的制备表征及对Mn~(2+)的吸附性能

以溶胶-凝胶法制备了负载纳米TiO2凹凸棒黏土吸附剂,采用SEM、XRD等分析方法对负载纳米TiO2凹凸棒黏土前后的结构进行了表征,并对Mn2+进行了吸附性能的研究。结果表明:经过高温焙烧后的负载纳米TiO2凹凸棒黏土吸附剂较负载前的凹凸棒黏土,因其结构中的结晶水和沸石水脱失,内部孔道面积和表面积增加,活性吸附位点的数量增大,吸附能力有了明显提高。在室温条件下(20~25℃),pH为5~6,吸附平衡时间为120 min时,负载纳米TiO2凹凸棒黏土吸附剂对Mn2+有较好的吸附效果。     

不同酶强化污泥为燃料微生物燃料电池特性对比分析

采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池(MFC),对比分析了蛋白酶和淀粉酶强化剩余污泥为燃料的MFC(ESMFC)产电特性、酶特性和污泥减量化效果。研究表明,投加蛋白酶的ESMFC最大功率密度比对照组增加106.2%,投加淀粉酶时ESMFC最大功率密度比对照组增加48%。蛋白酶作用主要体现在投加后的前12小时,而淀粉酶作用时间则较长,为投加后的前144小时,但在运行前期,由于高温作用,导致系统内的酶活性较强,投加的淀粉酶作用则不明显。投加蛋白酶的系统内TCOD、TSS和VSS去除率分别为82%、65%和85%,而投加淀粉酶的系统内TCOD、TSS和VSS去除率分别达到86%、67%和88%。此研究对于ESMFC中外加酶的选择具有一定意义。     

应用自动识别和定量系统评价两种污水再生工艺对微量有机污染物的去除效果

采用气质联用分析,并结合自动识别与定量系统(AIQS-DB)考察2种再生水厂采用的深度处理工艺对微量有机污染物的去除效果。结果表明,以污水为原水的膜生物反应器(MBR)+臭氧氧化+生物活性炭滤池(BAC)工艺用于再生水生产,MBR工艺对有机污染物的去除起主要作用;城市污水厂二级出水为原水的混凝沉降+浸没式超滤(SMF)/连续微滤(CMF)+部分反渗透(RO)+臭氧氧化工艺用于再生水生产,其SMF和CMF工艺段的膜截留作用均可有效消减有机污染物含量,SMF的效果优于CMF;2种工艺中采用的臭氧技术都能进一步加强部分物质的去除效果。气质联用结合AIQS-DB可用于再生水中污染物的筛查和不同污水再生工艺对微污染物消减效果的评价。     

蚯蚓生态滤池中蚯蚓与植物对污水净化的作用评估

构建具有不同蚯蚓和植物配置的4个单级蚯蚓生态滤池,依次编号为A(无蚯蚓无植物)、B(有蚯蚓无植物)、C(有蚯蚓栽种芦苇)和D(有蚯蚓栽种水生鸢尾)。通过比较4个滤池在6个月实验期间对化学需氧量(COD)和总氮(TN)的去除效率,系统分析蚯蚓和植物对滤池去除污染物的影响。实验分2个阶段进行:5月上旬至9月上旬,滤池进水碳氮比恒定为6;9月中旬至11月中旬,滤池每周进水碳氮比交替为3、6、9。研究结果表明,蚯蚓对滤池去除COD有一定的促进作用,且作用强度显著受到进水碳氮比的影响。植物的存在与种类对滤池去除COD效率没有显著影响。蚯蚓和植物对滤池的TN去除效率都没有显著影响。滤池进水的碳氮比是显著影响滤池去除TN效率的主要因素。     

玉米秸秆活性炭的制备及其吸附动力学研究

以玉米秸秆为原材料,采用ZnCl2活化法制备玉米秸秆活性炭,吸附次甲基蓝染料废水,进行动力学分析。本实验用Langmuir和Freundlich模型对吸附等温线进行拟合,结果表明,玉米秸秆活性炭对次甲基蓝的吸附与Langmuir方程拟合良好,R2=0.9857。采用Lagergren准一级速率模型、Lagergren准二级速率模型、Bangham动力学方程和Elovich动力学方程分别对秸秆活性炭吸附次甲基蓝溶液进行吸附动力学拟合,通过分析得出吸附过程与Lagergren准二级速率模型拟合最好,R2=0.9979。秸秆活性炭对次甲基蓝的最大吸附量达到909.09 mg/g,具有很高的吸附能力。     

好氧颗粒污泥自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水

自生动态膜生物反应器(SFDMBR)接种颗粒污泥启动,研究溶解氧浓度和水力停留时间对该反应器处理碱减量印染废水的影响。自生动态膜生物反应器形成稳定的动态膜后,出水浊度小于10 NTU,系统对浊度的去除率在90%以上,溶解氧和水力停留时间对反应器出水浊度基本无影响。系统对废水色度的去除率随着溶解氧浓度的提高和水力停留时间的延长而增加,但是系统对色度的去除效率一般不超过40%。溶解氧浓度由0.3 mg/L逐渐增大至2.4 mg/L,COD的去除率由40%提升至80%,而当溶解氧浓度大于1.0 mg/L后,UV254的去除率达到95%。水力停留时间在8~48 h时,COD去除效率由65%逐渐上升至85%左右;水力停留时间在8~32 h,UV254去除效率为68%~93%,超过32 h后水力停留时间对UV254去除效率的影响已不明显。     

优势菌种对餐厨垃圾高温好氧消化的促进

为研究优势菌种对餐厨垃圾高温好氧消化(TAD)的促进作用,本研究通过淀粉水解、油脂降解及明胶液化等生化实验,从餐厨垃圾中筛选出若干对其主要成分具有显著降解效果的优势菌种。通过对样品水溶性TOC(TOCw)、水溶性凯氏氮(KNw)、水溶性C/N(KNw)、pH以及含水率等指标的分析,考察优势菌种对餐厨TAD的促进作用。研究表明,优势菌种制剂最优添加量为1%。在此剂量下,好氧消化60 h,TOCw由8.53%降低为2.49%,C/Nw由18.71降低至6.14,以上指标说明加入优势菌种可加速TAD反应。添加量1%样本的水溶性凯氏氮和pH在反应48 h后开始回升,而未添加生物制剂的样本相关参数回升时间需96 h以上,由此推断优势菌种对TAD的促进机制是加快了蛋白质等大分子有机物的降解速度。