新型多级跌水曝气生物滤池的运行效能研究

本文研究了在"跌水曝气式生物滤塔"专利(专利号201020207090.9)基础上增设电气石纤维滤料层的多级跌水曝气生物滤池的运行效能,从水力负荷和容积负荷两方面证明改造后的多级曝气生物滤池处理低浓度生活有机污水的有效性和负离子材料对滤料层净化效率的改进效果,为类似多级跌水曝气生物滤池的工艺设计提供了参考依据。     

解偶联剂与电气石协同作用对污泥性能的影响研究

为提升解偶联剂的污泥减量效果并缓解其对微生物的影响,在序批式活性污泥反应器(SBR)中添加不同浓度的解偶联剂(双香豆素)和电气石,分析两者协同作用对SBR系统中活性污泥产量及性能的影响。研究结果表明,当双香豆素投加量由10mg/L增加到40mg/L,污泥的表观产率由0.19降至0.15,下降约20%,污泥减量作用明显增强,但COD去除率由76.7%下降至76.3%,SBR内的亚硝酸盐氮积累量增加,TN去除率由87.5%降至80.3%,污泥沉降性能有所降低,污泥活性有所提高。40mg/L双香豆素与100g电气石协同作用下,SBR内污泥的表观产率降至0.13,COD去除率提高至82.6%,SBR内亚硝酸盐氮积累量显著降低,TN去除率可达88.9%,污泥沉降性能及污泥活性均有所提高。电气石可以改善高浓度双香豆素所导致的负面影响,不会提高系统污泥产率。     

改性电气石联合水泥高效固结飞灰中的Pb(Ⅱ)

针对水泥固化飞灰技术中重金属浸出率高、水泥用量大的问题,采用添加改性电气石的方法,以实现在满足安全填埋标准基础上大幅度减小水泥用量的目的。通过室内模拟实验,研究了电气石添加量、养护时间等因素对固化体抗压强度和重金属Pb(II)浸出质量浓度的影响;通过FT-IR、XPS等方法对样品特征官能团及形态变化进行表征,研究了Pb(Ⅱ)的固化机理。实验结果表明,当改性电气石、水泥、飞灰3者的质量之比为1∶2∶20时,重金属Pb(II)固化效率高达99.97%,抗压强度为3.12 Mpa,固化效果受电气石添加量影响较大,相比纯水泥固化减少了30%的水泥用量。表征结果显示,掺入改性电气石有利于激发SiO_χ活性及水化反应进行,促进了重金属Pb(II)的沉淀和包裹保护,固化后主要以Pb₃(OH)₂(CO₃)₂形式存在。本研究结果可为解决水泥固化重金属Pb(II)技术中浸出率高、水泥用量大问题提供参考。     

聚苯胺/电气石电极对微生物燃料电池的影响

文章以电气石和聚苯胺为材料,利用电化学方法来修饰石墨电极。其中以石墨电极、聚苯胺修饰的石墨电极和聚苯胺、电气石共同修饰的石墨电极作对照实验,分别为微生物燃料电池反应器1、2和3的生物阴极材料。生物阴极型微生物燃料电池是以微生物作为阴极的催化剂,微生物催化剂相比贵金属它不仅降低了微生物燃料电池应用的成本,而且还可以保持高的催化性能。因此,寻找一种高电导率、高生物适应性以及能够加强生物催化性能的电极材料对微生物燃料电池的发展有很大的影响。当反应器外电路电阻控制在800Ω时,反应器1、2和3的最大输出电压稳定在(0.20±0.005)、(0.26±0.005)和(0.37±0.005)V,同时反应器1、2和3的最大功率密度分别为54、138和266 m W/m2。而循环伏安曲线的结果也表明聚苯胺、电气石修饰的电极材料催化性能优于其余2种电极材料。因此说明电气石适合作为修饰生物阴极的材料。     

地下水修复系统中释氧材料的改进及pH调控

在采用释氧材料的地下水污染修复系统中,释氧材料提供溶解氧的同时,往往造成体系pH的升高。针对这一问题,将过氧化钙(CaO2)、水泥、河沙、膨润土和KH2PO4按一定比例混合在一起制作了3种释氧材料,并在柱实验中观测了不同释氧材料对水体溶解氧(DO)及pH值的影响。实验数据表明,水泥对释氧材料的缓释作用明显,有助于保证释氧速率平稳,避免由于释氧材料反应过快所带来的高pH问题;在释氧材料中添加一定量KH2PO4(质量分数小于10%),可以起到缓冲体系pH值的作用,并且不会造成修复系统磷污染;电气石具有降低溶液高pH值的作用,以粒径为1～2 mm的电气石作缓冲介质可以将体系pH值由11.3降至10.2。     

一种负载型生物载体的制备及性能研究

为强化载体表面生物膜的活性,研究以水性聚氨酯(waterborne polyurethane)为介质制备负载电气石的聚氨酯(tourmaline on polyurethane,TPU)载体.用扫描电镜(SEM)和持水倍率表征载体的物理性能,并且考察TPU载体对挂膜量及硝化能力的影响.结果表明,水溶性聚氨酯浓度能够影响TPU载体对电气石的负载量,导入电气石可以优化TPU载体上极性基团的数量以及环境pH值,亚硝酸菌和硝酸菌在TPU载体上的不可逆附着量分别提高了74.82%和71.89%.与未投载体相比,NH4+-N和NO2--N的去除率分别提高了8.12%和9.08%,表明优化的TPU载体能促进硝化作用.     

电气石粉吸附Pb2+的实验研究

以黑色电气石粉为原料,探讨了电气石粉对Pb2 的吸附作用,研究了吸附时间、用量、粒度、溶液初始浓度以及pH值对吸附的影响。实验结果表明,超细电气石粉对Pb2 有好的吸附效果,电气石粉吸附Pb2 的最佳条件是:吸附时间60min,电气石用量为20g·L-1,pH值为6.5,粒度为48μm。     

极化处理对滤料过滤性能的强化

为强化滤料对微细颗粒物的捕集效率,采用一种具有吸附作用的天然矿物驻极体电气石,通过溶液沉淀及热压工艺将电气石颗粒附着于过滤材料表面,形成一种新型改性驻极滤料,实验结果表明：驻极处理后的滤料压差与未处理滤料基本一致,对微细粒子的捕集效率提升显著,捕集效率的提升幅度随着颗粒物粒径减小而增大.与传统驻极体滤料不同,新型驻极滤料经200℃高温处理后对微细颗粒物捕集效率没有变化.电气石纯度越高吸附作用越明显,纯度为87.52%电气石对0.3,0.5,0.7,0.9,1,2.5μm颗粒的捕集效率分别提升了18.52%,18.01%,16.84%,15.76%,13.35%,11.49%;纯度为80.61%电气石对各粒径颗粒捕集效率分别提升了11.57%,11.20%,9.94%,9.75%,8.47%,9.76%;纯度为78.87%电气石对各粒径颗粒捕集效率分别提升了9.24%,9.26%,7.75%,7.77%,6.06%,5.90%;平均粒径为25μm的电气石颗粒对3μm颗粒物捕集效率的提升<2%.     

Adsorption characteristics of copper, lead, zinc and cadmium ions by tourmaline

The adsorption characteristics of heavy metals： Cu（Ⅱ）, Pb（Ⅱ）, Zn（Ⅱ） and Cd（Ⅱ） ions on tourmaline were studied. Adsorption equilibrium was established. The adsorption isotherms of all the four metal ions followed well Langmuir equation. Tourmaline was found to remove heavy metal ions efficiently from aqueous solution with selectivity in the order of Pb（Ⅱ）〉Cu（Ⅱ）〉Cd（Ⅱ）〉Zn（Ⅱ）. The adsorption of metal ions by tourmaline increased with the initial concentration of metal ions increasing in the medium. Tourmaline could also increase pH value of metal solution.The maximum heavy metal ions adsorbed by tourmaline was found to be 78.86, 154.08, 67.25, and 66.67 mg/g for Cu（Ⅱ）, Pb（U）, Zn（Ⅱ） and Cd（U）, respectively. The temperature （25-55℃） had a small effect on the adsorption capacity of tourmaline. Competitive adsorption of Cu（Ⅱ）, Pb（Ⅱ）, Zn（Ⅱ） and Cd（Ⅱ） ions was also studied. The adsorption capacity of tourmaline for single metal decreased in the order of Pb〉Cu〉Zn 〉Cd and inhibition dominance observed in two metal systems was Pb〉Cu, Pb〉Zn, Pb〉Cd, Cu〉Zn, Cu〉Cd, and Cd〉Zn.     

电气石负载聚氨酯泡沫作为生物载体强化2,4,6-三氯酚还原

2,4,6-三氯酚在环境中广泛分布,是典型的持久性有机污染物.脱卤呼吸菌能还原分解氯酚,使其毒性大大降低,继而被其他微生物氧化分解并矿化.然而脱卤呼吸菌在自然环境中丰度较低,代谢速率慢,对电子利用能力较差,因此传统的生物添加或生物激活等原位修复方法往往导致效能受限,可应用性差.本研究驯化富集了具有稳定厌氧还原脱氯2,4,6-三氯酚能力的混合菌群,在添加乙酸钠（5 mmol·L^-1）和氢气（10 mL）的情况下,在6 d内将2,4,6-三氯酚还原脱卤为4-氯酚.研究采用聚氨酯泡沫作为生物载体材料,在聚氨酯泡沫表面负载电气石,发现在无氢气额外添加的情况下,2,4,6-三氯酚的还原脱氯速率提高了6倍,且脱卤性能稳定.对强化后混菌的群落结构及潜在核心脱氯功能菌属进行分析,16S rRNA测序鉴定结果表明假单胞菌属（Pseudomonas sp.）在混合菌群中的占比超过90%,为体系中的核心脱氯功能菌.本研究为地下水中还原脱卤菌群的应用提供了理论技术.