有机固体废弃物厌氧干发酵机制研究进展

利用厌氧干发酵技术处理固体有机废物与传统的湿发酵相比具有许多优势,但厌氧干发酵机制的研究存在许多困难,在一定程度上限制了厌氧干发酵技术的发展。文章在对国内外研究现状进行文献调查后,总结概括了厌氧干发酵理论模型从"两点模型"和"区反应模型"到"浓度波扩散模型"和"反应前沿假说"的发展进程,讨论了其各自特点和对厌氧干发酵机制研究的意义以及其不完善之处;并分别从微生物生长、底物水解和生物气产生三个方面综述了近年来国内外对厌氧干发酵动力学的研究进展。然而,目前的研究仅是针对某些物料进行的特异性研究,还没有一个普遍适用的关于有机固体废弃物厌氧干发酵的理论模型被发展出来,因此对干发酵传质传热机制的探索和数学模拟成为当前对于干发酵机制研究的主要方向。     

CF8611/AC531复合材料的实验室加速老化行为研究

目的获得CFRP的老化行为规律,研究紫外辐照、温度和湿度等环境因素的影响,方法以湿热效应和光氧老化的等量、等效损伤为原则,确定实验室加速老化环境谱编制方法。以CF8611/AC531复合材料为对象,依据确定的加速老化试验方案,开展加速老化试验,观察其微观形貌,并测量开路电位和动电位极化曲线。结果老化前,CFRP表面完整无裂纹,碳纤维/树脂界面结合良好;老化后,树脂基体出现裂纹和孔洞,同时界面遭到破坏。极化曲线随着老化时间的增长会向右下方移动,自腐蚀电位微降,幅度为0.0326 V,自腐蚀电流密度增长了近1621倍。结论加速老化导致表面碳纤维裸露面积不断增大,时间越长,破坏作用越明显,实际使用中应防止其与金属直接接触。     

发酵稻壳对亚铁离子和硫离子的吸附-解吸附特性

为了解发酵稻壳对Fe2+和S2-离子的固定潜力,采用静态批式法研究了发酵稻壳对Fe2+和S2-离子的吸附行为,探讨了反应时间、溶液中Fe2+和S2-浓度、溶液p H、吸附反应环境温度及溶液离子强度对发酵稻壳吸附Fe2+和S2-特性的影响,并进一步通过解吸附试验了解发酵稻壳吸附态Fe2+和S2-的稳定性.结果表明,发酵稻壳吸附Fe2+(r=0.912 1)和S2-(r=0.901 1)的动力学过程均符合Elovich动力学模型,且Fe2+(R2=0.965 1)和S2-(R2=0.936 6)的等温吸附特征可较好地用Freundlich等温吸附模型描述.发酵稻壳对Fe2+和S2-的吸附为非优惠型吸附,其中对Fe2+的吸附为非自发反应,对S2-的吸附为自发反应.发酵稻壳对Fe2+和S2-的吸附过程是一吸热过程,升温有利于吸附作用的进行,发酵稻壳对Fe2+的吸附主要为配位吸附,而对S2-的吸附主要为阴离子交换吸附.一定p H范围内(1.50~11.50)发酵稻壳吸附Fe2+和S2-具有较强的适应性.同时随着离子强度的增加发酵稻壳对Fe2+的吸附量有所增加,而对S2-的吸附量略有减少,进一步证明发酵稻壳对Fe2+的吸附以内层配位为主,对S2-的吸附以外层络合为主.此外,不同p H条件及离子强度下发酵稻壳吸附的Fe2+和S2-解吸率很低,解吸率均小于10.00%.上述结果说明,发酵稻壳对Fe2+和S2-具有较好的吸附能力和环境适应性,吸附态Fe2+和S2-稳定性好,不易再释放.     

光助芬顿反应催化降解气体中甲苯

以甲苯作为挥发性有机污染物(VOCs)的代表,利用连续进气动态实验装置,研究光助芬顿反应降解气体中甲苯的作用.考察了芬顿试剂溶液初始p H、H2O2浓度、Fe2+浓度以及甲苯初始浓度对降解甲苯的影响,并利用在线质谱和色谱对产物进行了定性、定量分析.结果表明,紫外光照加快了羟基自由基的生成,显著提高了气体中甲苯的去除率;p H=3.0、H2O2浓度为20 mmol·L-1、Fe2+浓度为0.3 mmol·L-1的条件下,甲苯去除率最高;当甲苯初始浓度为260 mg·m-3时,去除率能够达到98%;光助芬顿反应催化降解气体中甲苯实验未检测到CO2之外的中间产物,CO2产率分析表明去除的甲苯全部转化为CO2.     

染料探针技术对二级出水中优势污染物的定量检测

分别以刚果红和中性红为染料探针,建立了牛血清蛋白质(BSA)和海藻酸多糖(SA)含量与共振光散射(RLS)发射光谱强度间的线性关系;以甲苯胺蓝为染料探针,建立了腐殖酸(HA)含量与紫外吸光度间的线性关系;优化了3种标准物质的检测浓度范围及溶液p H值条件;考察了染料探针分析方法对标准物的二元和三元混合样品中的回收率.结果表明在适宜的浓度范围内,BSA、HA、SA浓度与染料探针光谱强度间的线性相关系数R0.98,3种标准物在混合样品中的回收率不小于95%,标准误差低于0.11%.以紫外光谱和3D-EEM光谱特征作为城市污水二级出水样品中蛋白质、多糖和腐殖酸的定性依据,确认了4种二级出水样品中的优势污染物.通过染料-探针技术与国标法测得的多糖和蛋白质质量浓度的相对偏差在1.2%~0.04%之间.     

水体中磺胺甲唑间接光降解作用

间接光降解是水体药物类污染物的主要去除途径之一,而有色溶解有机物(CDOM)是间接光降解的主要参与者.CDOM经过光照作用后产生大量活性中间体,与药物类污染物进行反应,完成间接光降解.本文着重研究了4种来源不同的CDOM对磺胺甲噁唑(SMZ)的间接光解作用和影响因素.结果表明,CDOM对于SMZ具有显著间接光降解作用,这种间接光降解具有双重性,既可以通过生成各种活性中间体来促进SMZ的间接光降解,又可以通过光屏蔽作用以及活性中间体掩蔽作用抑制SMZ的光降解.SMZ的间接光降解主要由CDOM产生的3CDOM*、HO·、1O2等活性中间体控制,其中3CDOM*为SMZ间接光降解的主要参与者.另外,pH、盐度和硝酸根离子对SMZ的间接光降解均具有显著影响作用,而碳酸氢根离子对于SMZ间接光降解的影响作用不明显.     

可见光驱动微生物光电化学池处理剩余污泥同步产氢

氢气是一种理想的清洁能源.太阳能驱动的微生物光电化学池(Microbial photoelectrochemical cell, MPEC)因可同时实现废物处理与自发产氢而受到人们的关注.本文以剩余污泥为底物,构建了一种由无定型硫化钼改性硅纳米线(MoS_3/SiNWs)光阴极和生物阳极组成的MPEC系统,研究了3组MPEC在不同的酸性阴极液pH和外加电压条件下的产氢及污泥减量效果.研究结果表明,MPEC在阴极液pH为1和3的条件下均能在无外加电压下自发产氢;pH=1的MPEC-1实验中平均产氢速率为(0.66±0.02) mL·h~(-1),约是pH=3的MPEC-2实验平均产氢速率的1.5倍,但阴极过酸的条件限制了其实际应用; pH为3、外加0.2 V电压的MPEC-3与MPEC-2相比,产氢周期由15 h增加到40 h,平均产氢速率由(0.44±0.05) mL·h~(-1)提高到(0.52±0.04) mL·h~(-1),污泥TCOD、SCOD、TSS、VSS的降解率分别可达53.96%、70.18%、38.21%和61.76%.可见本文构建的MPEC系统是一种有前景的利用太阳能进行废物处理和资源化的新技术.     

耦合发酵产氢尾液处理的微生物电化学系统研究

区别于传统的稀释或加缓冲剂调节pH值的方法,本文提出采用微生物电解池（MEC）电调控暗发酵尾液pH值,并进一步采用微生物电合成系统（MES）降解废液产甲烷.结果表明,在MEC处理产氢暗发酵尾液过程中,伴随着阴极侧氢气的产生,暗发酵尾液中大量H⁺被消耗,溶液pH值从4.5升高到8.7;随后在MES中,产氢发酵尾液中有机物被进一步降解产生甲烷,其平均产甲烷速率达到4.5mmol/（L·d）,且在21d内化学需氧量（COD）去除率达到89%,远优于没有经过pH调控的产氢发酵尾液MES中的产甲烷性能.     

餐厨垃圾直接发酵生产生物质丁醇的研究

为考察餐厨垃圾不糖化直接进行产丁醇发酵的可行性,优选高效利用淀粉产丁醇梭菌Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4,并发现不同来源和构型的淀粉对发酵有影响,且直链淀粉更易于被利用。餐厨垃圾直接发酵比糖化发酵效率高,且可避免底物抑制。在固液比1∶1条件下,餐厨垃圾直接发酵丁醇产量达到12. 1 g/L,丁醇碳转化率为0. 402,最大生产速率为0. 705 g/(L·h);固液比1∶2条件下,直接发酵最大生产速率是糖化发酵的2. 05倍。餐厨垃圾发酵产丁醇,可在解决环境问题的同时,为丁醇生产提供廉价原材料。