包埋固定化微生物的硫自养反硝化实验研究

采用升流式颗粒污泥床,外加Na<,2>S<,2>O<,3>作为电子供体,在室温下连续运行220 d,结合硫自养反硝化与固定化包埋技术进行脱氮实验,考察包埋颗粒的驯化条件、影响因素和最佳运行条件.进水负荷(以N计)维持0.22 kg/(m<'3>·d),包埋颗粒经23 d驯化成功,NO<'-><,3>-N(100 mg/...     

Microbial community functional structure in response to micro-aerobic conditions in sulfate-reducing sulfur-producing bioreactor

Limited oxygen supply to anaerobic wastewater treatment systems had been demonstrated as an effective strategy to improve elemental sulfur(S0) recovery, coupling sulfate reduction and sulfide oxidation. However, little is known about the impact of dissolved oxygen(DO) on the microbial functional structures in these systems. We used a high throughput tool(GeoChip) to evaluate the microbial community structures in a biological desulfurization reactor under micro-aerobic conditions(DO: 0.02–0.33 mg/L). The results indicated that the microbial community functional compositions and structures were dramatically altered with elevated DO levels. The abundances of dsrA/B genes involved in sulfate reduction processes significantly decreased(p 0.05, LSD test) at relatively high DO concentration(DO: 0.33 mg/L). The abundances of sox and fccA/B genes involved in sulfur/sulfide oxidation processes significantly increased(p 0.05, LSD test) in low DO concentration conditions(DO: 0.09 mg/L) and then gradually decreased with continuously elevated DO levels. Their abundances coincided with the change of sulfate removal efficiencies and elemental sulfur(S0) conversion efficiencies in the bioreactor. In addition, the abundance of carbon degradation genes increased with the raising of DO levels, showing that the heterotrophic microorganisms(e.g., fermentative microorganisms) were thriving under micro-aerobic condition. This study provides new insights into the impacts of micro-aerobic conditions on the microbial functional structure of sulfatereducing sulfur-producing bioreactors, and revealed the potential linkage between functional microbial communities and reactor performance.     

EGSB反应器处理发酵废水效能影响研究

实验采用厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器先后对模拟发酵废水和实际发酵废水进行处理。考察了配水阶段硫酸盐负荷(SLR)对EGSB反应器净化效能的影响,并对实际发酵废水的处理效果进行了研究。实验结果表明:控温条件下((35±1)℃)、进水COD约为2 200 mg/L、水力停留时间(HRT)15 h时,COD去除率可达92%。随着SLR增加,COD去除率降低,当SLR为1.3 kg SO42-/(m3·d)时,反应器出现酸化。为保证反应器的稳定运行,延长HRT至24 h后,COD、SO42-去除率可分别达到90%、82%左右。同样条件下,EGSB处理实际发酵废水,COD、SO42-去除率分别为75%、60%。配水和原水阶段硫酸盐还原菌所能达到的最高电子流比重分别为21.1%、17.5%,对应的最低COD/SO42-为3.0,此时整个反应系统竞争最为激烈,但产甲烷菌仍保持较高竞争性。     

不同活化过硫酸盐体系的机理分析及不同无机阴离子的作用:以两种有机染料为例

高级氧化技术（AOPs）广泛应用于不同的废水处理,并目前此类技术多以羟基自由基（OH·）的产生为主.近年来,基于硫酸根自由基（SO ₄^-·）的AOPs因其对有机污染物的高反应活性和对复杂环境基质的高选择性而备受关注.但是,在对各种活化方式的系统比较方面还存在一些不足,对降解途径和不同阴离子对体系的影响也缺乏研究.本文通过两种染料的降解对3种活化过硫酸盐体系进行了系统性的比较,并结合自由基捕获实验（甲醇,叔丁醇）和产物分析,研究了体系降解机制及路径.研究了4种阴离子（HCO₃^-、N O₃^-、Cl-、Br-）对3种不同活化过硫酸盐体系降解染料的影响.结果表明,SO ₄^-·与OH·在3种活化体系中对染料降解均有贡献.在热活化体系（heat-Na₂S₂O₈）中,对染料降解起到主导作用的活性物种为S O₄^-·;在光...     

掺氮生物炭活化过硫酸盐降解双酚A的研究

该文以悬铃木为生物质原料制备生物炭,以尿素为前驱体,采用不同的热解温度(400、500、600、700、800、900℃)制备含有不同活性组分比例的氮掺杂生物炭(NCX)。NCX作为催化剂被首次用来深入研究过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)降解水中双酚A(BPA)的不同活化机制。在PMS+NCX体系中,较低制备温度的NC500便能够表现出对BPA去除的优异催化性能,而在PDS+NCX体系中,随着温度的升高,NCX催化剂的催化性能逐渐提高。化学淬灭试验、电子顺磁共振以及NBT测试证明在PMS+NC500体系中¹O₂和O₂^·-是主要的活性氧物种(ROS),而在PDS+NC900体系中,O₂^·-是主要的活性氧物种。通过一系列的电化学测试,作者发现在两体系中降解BPA的过程中均存在非自由基途径(电子转移)。     

Fe2+-热活化过硫酸钠氧化降解菲及其对土壤的影响

在模拟菲污染土壤中用β-环糊精(β-CD)作为Fe²⁺螯合剂,考察了Fe²⁺-热(45℃)活化过硫酸钠(Na₂S₂O₈)氧化降解菲的效果及其对土壤的影响。结果表明,Na₂S₂O₈∶菲=80、Fe²⁺∶Na₂S₂O₈=1/3、β-CD∶Fe²⁺=1/10(均为摩尔比)时,菲的降解率最高,达85.1%。Fe²⁺活化时主要自由基为SO^-₄·和·OH,而热活化时主要为·OH。根据中间产物推测菲的两条降解途径为：自由基攻击菲的9、10位点生成(1,1’-联苯)-2,2’-二甲醛或攻击2、3位点氧化开环生成2-乙基-6-甲氧基萘,再形成邻苯二甲酸二丁酯,最终矿化为CO₂和H₂O。土壤氧化修复后,pH降低,氧化...     

过硫酸钠氧化脱色罗丹明B——影响因素和机理

采用过硫酸钠(PDS)直接氧化和催化活化氧化脱色罗丹明B(RhB),分别考察了PDS剂量、pH、催化剂、Cl-浓度对RhB脱色的影响.结果表明,PDS在无外加催化剂下能够有效脱色RhB,pH越低,脱色率越高;当pH 2.4,PDS用量为3.5 g·L^-1,在120 min内RhB的脱色率可达92%;自由基淬灭实验表明,酸性条件下主要为PDS直接氧化脱色RhB,并存在小部分硫酸根自由基(SO₄4·-)作用.在pH 5.6、pH 8.0条件下,外加活性炭纤维(ACF)、四氧化三铁(Fe₃O₄4)、Fe₃O₄4负载型催化剂(ACF/Fe3O₄4)可促进PDS对RhB脱色;在pH 2.4条件下,外加ACF对RhB脱色的促进作用较小,Fe₃O₄4、ACF/Fe₃O₄4对RhB脱色有一定抑制作用.不同pH和催化剂处理下,低浓度Cl-(0.01、0.04 mO₄l·L^-1)对RhB脱色速率都呈现抑制作用,高浓度Cl-(0.08 mO₄l·L^-1)相对于低浓度Cl-处理都呈促进作用.不同浓度Cl-处理在反应前60 min RhB脱色速率差异较大,而反应120 min后脱色率差异较小.提出Cl-通过调控SO₄4·-脱色RhB途径来影响RhB脱色速率的机理,Cl-竞争消耗SO₄4·-降低RhB脱色速率,但经一系列反应生成的Cl2·-能与RhB快速反应而提高RhB脱色速率;Cl-对RhB的脱色反应速率的影响存在抑制-促进双重机制,且与Cl-浓度相关.研究结果为基于PDS直接氧化和催化氧化处理含盐染料废水的研究和应用提供了一定的理论依据.     

电动力-过硫酸钠修复石油污染土壤及迁移过程

土壤化学修复过程中氧化剂在介质中的迁移过程,是该技术提高氧化降解效率的关键理论依据。该文将电动修复技术与过硫酸盐氧化技术联合,研究直流电场驱动下过硫酸钠在土壤介质中的迁移行为,分析了过硫酸根离子在未污染土壤与石油烃污染土壤中的迁移变化。研究结果表明,石油烃的加入会降低过硫酸根离子在土壤中的迁移速率、迁移量。在石油烃污染土壤中,过硫酸根离子的最大迁移速率为5.76 cm/d,平均浓度最高占投加量的37.68%,与未污染土壤相比,迁移速率降低了16.4%。石油烃的去除率在过硫酸钠投加量为80 g/L时,最靠近阴极投加点的S5区域最高为38%。研究结果可为污染土壤修复技术的优化提供理论支撑。     

锰基氧化物活化过硫酸盐降解水中有机污染物的研究进展

近年来,基于硫酸根自由基（SO₄·-）的新型高级氧化技术研发及其在水污染控制和土壤修复方面的应用备受关注.锰基氧化物因其结构性质多变、自然丰度高、环境友好等优势,被广泛应用于活化过氧一硫酸盐（PMS）和过氧二硫酸盐（PDS）处理难降解有机污染物.该文对可活化PMS/PDS的锰基氧化物的类型、结构特征、合成方法及影响反应活性的因素等进行了介绍,重点对不同锰基催化剂活化PMS/PDS的反应机理进行了讨论,并对未来的研究和发展进行了展望,旨在为拓展锰基矿物材料环境应用和阐明过硫酸盐活化机制提供重要参考.结果表明:活化产生的SO₄·-和羟基自由基（·OH）对污染物的降解起关键作用.SO₄·-具有较高的稳定性和氧化性,在降解过程中发挥主导作用.复合型锰基氧化物相较于单一锰基氧化物表现出更优的催化反应活性.PMS和PDS活化的反应机理存在显著差异:前者通过Mn（Ⅳ）与Mn（Ⅲ）之间的氧化还原循环,先生成SO₅·-再产生SO₄·-,而后者是通过氧化还原反应相继生成S₂O₈·-及SO₄·-.此外,MnO₂活化PDS还存在仅生成单态氧的非自由基反应机理.现阶段锰基氧化物活化PDS的相关研究仍比较匮乏,值得未来进一步深入研究.锰基材料活化PDS/PMS产生的活泼中间体Mn（Ⅲ）的鉴定及对污染物降解的贡献仍需更多直接的试验证据.      

生物炭基材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的研究进展

水体中难降解有机物对人体和生态环境存在潜在威胁,开发高效、环保和低成本的催化体系对修复此类废水具有重要意义.生物炭基材料-过硫酸盐高级氧化体系在污水处理领域有广阔的应用前景,为了进一步明确生物炭基材料活化PMS(过一硫酸盐)降解有机污染物的性能及微观机制,综述了生物炭、(非)金属元素掺杂生物炭和金属氧化物-生物炭复合材料3种典型生物炭基材料活化PMS降解有机污染物的催化活性及界面反应机制.结果表明:生物炭基材料表面催化位点(如含氧官能团、缺陷、持久性自由基、金属原子等)可通过自由基或非自由基方式促进PMS活化,进而促进SO₄-·(硫酸根自由基)、·OH(羟基自由基)和O₂-·(超氧自由基)等活性物种的产生,最终增加相应体系的催化活性;使用(非)金属元素掺杂或者负载金属(氧化物)能够显著改变生物炭电荷分布和活性位点,进而增加生物炭基材料的催化活性.但目前的研究仍存在一些不足,如多种活性位点在生物炭基材料活化PMS过程中的协同作用机制尚不明确,杂原子共掺杂生物炭或生物炭负载单原子催化剂在PMS体系中的催化活性及机制、自由基/非自由基方式的协同作用机制也兹待研究.此外,污染物自身结构特性对生物炭基材料催化活性的影响机制也有待进一步探讨.