微好氧水解酸化在石化废水预处理中的应用研究

应用微好氧水解酸化技术对北方某石化污水厂进行了改造,投产后对其进行了跟踪监测.结果表明,在进水COD为490.3~673.2 mg·L-1,水力停留时间(HRT)为24 h以及溶解氧(DO)控制在0.2~0.35 mg·L-1条件下,监测阶段内COD的平均去除率为11.7%,出水和进水相比,BOD5/COD提高了12.4%,UV254值降低了11.2%,挥发性脂肪酸(VFA)浓度升高了23.0%.相对分子质量分布测定和好氧生物降解性试验结果表明:石化废水采用微好氧水解酸化预处理后,小分子有机物(1×103)所占比例由59.5%提高至82.1%,而大分子有机物(100×103)所占比例由31.8%降低到14.0%.经微好氧水解酸化预处理后降解性有显著提高,原水COD经48 h好氧处理可降至102.2 mg·L-1,而微好氧水解酸化出水COD经48 h好氧处理可降解至71.5 mg·L-1.微好氧水解酸化出水的SO2-4浓度[(930.7±60.1)mg·L-1]高于进水[(854.3±41.5)mg·L-1],表明微好氧环境对硫酸盐还原菌(SRB)有抑制作用.由于硫酸盐的还原受到抑制,减少有毒和恶臭类气体产生,改善了周围环境.     

不同外电压下自养型生物阴极还原硫酸盐的性能及生物膜群落响应

微生物电解系统(microbial electrolysis system,MES)生物阴极还原去除环境污染物的过程中,外加电压的大小可显著影响其性能,阴极生物膜作为去除污染物的关键因子,其对外电压改变的响应尚属未知.本研究构建了双室MES,比较外电压为0.4、0.5、0.6、0.7和0.8 V情形下自养型生物阴极的硫酸盐还原特性及生物膜胞外聚合物和群落结构特征.结果表明,MES的输出电流、周期电荷量、COD去除量与外加电压(0.4~0.8 V)呈正相关关系;外加电压为0.4~0.8 V时,硫酸盐还原量随着电压的升高先升高后降低,在0.7 V时获得最大硫酸盐还原速率[78.9 g·(m3·d)-1]和最高S2-出水浓度(31.9 mg·L~(-1)±2.2 mg·L~(-1));MES的电子回收率最高值为41.8%,推测产氢可能是电子损失的一个途径.阴极生物膜的聚多糖和蛋白量随外电压的升高而增加,0.8 V电压下的生物量比0.4 V提高了70%.阴极生物膜群落结构分析发现,Proteobacteria在门水平分布中占主导,Desulfovibrio在属水平分布中占主导,Desulfovibrio的相对丰度并未随着外加电压的升高发生明显的波动,表明Desulfovibrio在利用阴极呼吸代谢方面具有独特的优势.种水平分析发现,Desulfovibrio magneticus RS-1和s_unclassified_g_Desulfovibrio随着外电压的改变呈现相反的变化趋势.     

壳聚糖负载磺化酞菁钴催化过硫酸盐降解甲基橙的研究

过渡金属催化过硫酸盐（PS）产生活性氧自由基（ROS）可有效降解有机污染物.为避免均相催化过程中过渡金属带来的二次污染,将磺化酞菁钴（CoPcS）键合固定于壳聚糖（CS）微球载体上,制备出一种结构稳定、较高催化活性的催化剂（CS-CoPcS）,并以偶氮染料甲基橙（MO）为目标污染物,考察不同反应条件对MO降解过程的影响,进而分析了催化剂的稳定性和降解机理.结果表明：CS-CoPcS催化PS可有效降解MO,当反应温度为25℃,MO初始浓度为152.75μmol/L,pH₀为5.5,PS的投加浓度为10mmol/L,CS-CoPcS投加量为1.25g/L,MO在180min的降解率可达87.21%,降解速率为1.24×10^-2min^-1,符合准一级动力学方程;电子自旋共振（EPR）和淬灭实验均证实催化过程产生以硫酸根自由基为主的有效ROS;4次循环利用实验中未能检测出溶液中潜在浸出的钴离子,CS-CoPcS表现出很好的催化活性和结构稳定性.     

基于硫酸盐硫同位素的伊洛河流域河水溶解性重金属来源

借助伊洛河河水硫酸盐硫同位素（δ³⁴S_SO4）和溶解性重金属含量水平,研究伊洛河流域不同形式人类活动对河水溶解性重金属的影响.结果表明：伊洛河流域上游干流和支流河水溶解组分受金属矿山开采废水影响较大,洛河河水中溶解性硫酸盐浓度（SO₄^2-）和δ³⁴S_SO4均值分别为（173±108）mg/L和（3.1±2.1）‰（n=8）,河水中Co、Fe、Mn、Ni、Zn、Mo、Cd、Pb和U等含量较高,伊河河水中SO₄^2-和δ³⁴S_SO4均值为（169±89）mg/L和（3.7±1.2）‰（n=6）,河水中Cr、Co、Fe、Ni、Zn、Mo、Cd、W、Hg、Pb和U等含量较高.伊洛河流域下游河水溶解性重金属受生活污水和工业废水影响较大,洛河河水中SO₄^2-和δ³⁴S_SO4均值分别为（121±30）mg/L和（9.4±0.8）‰（n=4）,河水中V、Cr、Ni、As、W和Hg等含量较高,伊河河水中SO₄^2-和δ³⁴S_SO4均值分别为（122±22）mg/L和（10.5±2.4）‰（n=3）,河水中V、U、Ni和As等含量较高.伊洛河流域源头河水溶解性重金属含量低,河水溶解组分来自大气降水,河水δ³⁴S_SO4值范围为（6.7‰~8.2‰）.伊洛河流域河水溶解性重金属含量以及δ³⁴S_SO4值具有一致的空间差异性,δ³⁴S_SO4可以很好地说明河水中溶解性重金属以及硫酸盐来源.     

钢渣碱活化过硫酸盐降解双酚A

通过钢渣水解后产生的碱性溶液活化过硫酸盐（PS）降解水中的双酚A（BPA）,考察了钢渣、过硫酸钾投加量对体系降解能力的影响.结果表明,在25℃,当投加3g/L钢渣以及2g/L过硫酸钾时,浓度50μg/L的BPA溶液可在1h后被降解72%.扫描电镜、X射线衍射分析及X射线荧光分析表征反应前后的钢渣,结果表明反应后钢渣的CaO及FeO含量均下降.自由基淬灭实验结果表明体系中同时存在O₂^·-,SO₄^·-和·OH 3种活性氧物种,对BPA降解的贡献分别占68.97%,9.52%和21.51%.在自来水中由于含有HCO₃^-水解过程而使降解效率升高,在市政废水出水中由于其他有机污染物对活性氧物种的竞争湮灭而使降解效率降低.机理推断认为,钢渣活化K₂S₂O₈体系中,自由基的生成由两类反应共同实现,除碱活化过程外还包含少量的氧化亚铁催化过程.LC/MS结果表明BPA的降解产物主要包括二羟基的醌及羧酸类物质.     

基于硫循环的烟气生化脱硫及硫磺回收的过程机理

以元素硫的地球化学循环为指导,系统研究硫酸盐还原菌（SRB）生化代谢产物还原性硫化物与亚硫酸根的反应过程机理及产物形态.结果表明,在生化烟气脱硫及硫回收反应体系中,pH=（4.04±0.10）、ORP=（-134±17mV）时硫磺产量最大,硫磺产率大于40%;SO₂（aq）-S^2-（aq）体系证明pH=（3.99±0.21）、ORP=（-159±40）mV、SO₃^2-/ΣS^2-物质的量比约1：1时为产硫磺最佳条件区间;S₂O₃^2-与S^2-的产硫磺反应为副反应,有利于硫磺的产生;近中性条件下硫磺的消耗归因于产多硫化物和连多硫酸盐反应的进行;SO₂（aq）-S^2-（aq）体系和生化体系的固体产物表征分析为球状高纯斜方硫,生化体系产生的硫磺被胞外多聚物粘附裹挟.     

钴活化过一硫酸盐氧化过程中卤代副产物的生成

活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基(SO~(·-)_4)可以降解大多数有机污染物,被广泛用于地下水、土壤修复等领域.本研究发现在钴活化过一硫酸盐(PMS)高级氧化过程中,溴离子会被SO~(·-)_4氧化生成自由溴,继而和苯酚反应生成溴代苯酚,最终生成三溴甲烷和二溴乙酸等副产物.当反应液中苯酚初始浓度为0.05 mmol·L~(-1)、Br~-浓度0.2 mmol·L~(-1)、Co~(2+)浓度5μmol·L~(-1)、PMS浓度1 mmol·L~(-1)、p H为6.0时,三溴甲烷和二溴乙酸的生成随反应的进行先增加后降低,在8 h达到最大,分别为10.3μmol·L~(-1)和14.6μmol·L~(-1).卤代副产物的生成随p H的升高而降低.当卤离子总量保持不变,随着溶液中Cl~-/Br~-比例的增加,卤代副产物的生成总量逐渐降低,而含氯副产物的产量逐渐增加.本研究为全面评价过硫酸盐高级氧化工艺在污染控制方面的应用可行性提供了依据.     

固定化硫酸盐还原菌除铅包埋条件优化研究

为研究固定化硫酸盐还原菌对重金属铅的处理效果,以聚乙烯醇和海藻酸钠为包埋剂、硼酸为交联剂、二氧化硅等为添加剂对硫酸盐还原菌进行固定化,以固定化小球对重金属铅的处理量及SRB小球的溶胀度为主要参考指标,通过正交实验选出包埋SRB小球的最佳配比量。实验结果显示SRB小球的最佳固定化条件为:聚乙烯醇占所加原料的质量分数为9%、二氧化硅为3%、海藻酸钠为0.2%、活性炭为1%、SRB菌液为35%、交联剂为含2%氯化钙的饱和硼酸、交联时间为24 h。在此条件下制造的固定化SRB小球对含铅废水的处理能力较好,铅离子处理量为745.11 mg/g,固定化小球的溶胀度为33.64%。通过扫描电镜显示固定化SRB小球表面十分粗糙,内部无规则分布着很多凹凸不平的沟壑。     

针铁矿对硫酸盐还原菌分解铅矾的影响

铅矾(PbSO_4)是工业生产中释放进入环境的重要含Pb物相,具有潜在的环境风险.采用硫酸盐还原菌(SRB)在厌氧条件下将重金属沉淀形成低溶度积的硫化物是有效固定重金属的方法之一.本研究重点考察了SRB作用下铅矾的转化过程及针铁矿对铅矾分解的影响.结果表明,反应体系中溶液p H和ORP均有所降低;SO_4~(2-)在SRB生长停滞期上升,随后保持稳定;酸可挥发性S浓度随SRB的生长逐渐升高,并最后保持稳定;实验结束后铅矾大部分转化为白铅矿(PbCO_3)和方铅矿.对结果的分析表明,在SRB作用下,铅矾分解转化的机制为:首先转化为白铅矿,其次硫酸盐被还原产生S~(2-),进一步促进铅矾的分解和白铅矿的形成,最后S~(2-)同溶液及新生白铅矿中的Pb~(2+)反应生成溶度积更低的方铅矿;针铁矿的主要作用为:固定溶液中的S~(2-),降低铅矾SRB分解的环境污染风险;通过作为SRB生长的电子受体和降低S~(2-)的生物毒害作用,提高体系中SRB的生物活性.     

三维有序介孔Co3O4非均相活化单过硫酸氢钾降解罗丹明B

以多孔硅KIT-6为模板,采用纳米浇筑法制备三维有序介孔Co_3O_4,利用比表面积测试仪(BET)、高倍投射电子显微镜(H-TEM)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等方法进行表征,并首次将其应用于催化单过硫酸盐降解罗丹明B.结果表明,三维有序介孔Co_3O_4具有丰富的空间介孔结构和巨大的比表面积,对单过硫酸盐的催化活性远强于传统纳米级Co_3O_4.较高的催化剂投加量和较高的单过硫酸盐浓度有利于罗丹明B的脱色.在反应体系中出现Cl-和H2PO-4能够加速罗丹明B的脱色,而出现NO_3~-、SO_4~(2-)和HCO_3~-则会抑制罗丹明B的去除.通过自由基鉴定实验发现,硫酸自由基是导致罗丹明B脱色的主导活性自由基.三维有序介孔Co_3O_4经过多次重复使用后仍表现出良好的催化活性.