微生物燃料电池：既处理污水又发电

新型微生物燃料电池既净化水质，又可发电，从而使处理污水成为有利可图的产业。美国宾夕法尼亚洲立大学环境工程系以科学家洛根为首的研发小组，研制出一种新型微生物燃料电池，该电池装置与传统的氢燃料电池相似，是一个圆柱形树脂玻璃密封槽，与氢燃料电池不同的是：微生物燃料电池是单一反应槽里面装有8条石墨阴极棒，它们围绕着一个阴极棒，密封槽中间以质子交换膜间隔，密封槽外部为以铜线组成的闭合电路，用作电子流通路径。     

柱生物曝气法吸附处理含铬废水

利用复合生物吸附剂FY01与活性污泥作为吸附材料，探讨了柱式生物曝气法对高浓度含铬电镀废水的生物吸附效果。研究结果表明，FY01性能稳定，耐进水pH冲击能力较强。当进水pH=2—5、流速为500mL／h时，10gFY01和5g活性污泥联合处理60．4mg／L含铬电镀废水2h后，铬的去除率达78％以上；在4℃冰箱和23—28℃实验室保存50d的FY01对铬的去除分别在78％～83％和77％-84％之间。柱式生物曝气吸附法对含铬废水的处理效果理想，运行稳定。串联处理2000mL总Cr、Cu^2＋和COD浓度分别为60．4、4．51和48．2mg／L的电镀废水2h后，去除率分别高达92．1％、99．2％和71．4％。     

高气泡表面积通量浮选柱气浮除藻的研究

湖泊、水库等水源的富营养化，使藻类去除成为饮用水生产的重要任务。本研究采用高气泡表面积通量浮选柱气浮除藻，考察了混凝剂、气泡表面积通量和浮选柱高度等因素的影响。试验表明，高气泡表面积通量浮选柱气浮可高效地去除绿藻、硅藻和蓝藻，叶绿素a和藻类去除率达95％以上，比传统浮选柱气浮和沉降作业有较大幅度提高。与普通气浮柱比较，高气泡表面积通量浮选柱增加了气泡与藻的碰撞几率，防止因大表观充气速率造成的紊流和扰动，使气泡／藻结合体有相对静态的浮升环境，避免了气泡／藻结合体在浮升过程中的脱落，实现对藻类的迅速捕集和转移。     

紫外活化甲酸产二氧化碳阴离子自由基还原Cr (VI)的研究

研究高效还原技术是去除废水中Cr（VI）的有效手段,本研究提出了一种新颖有前景的基于紫外（UV）活化甲酸（HCOOH）产还原性二氧化碳阴离子自由基（CO₂^•;-）去除Cr（VI）的方法.通过对比UV、HCOOH、UV/HCOOH三种体系对Cr（VI）还原效率和电子自旋共振（EPR）对体系中自由基的检测研究了其活化原理和还原机制.结果表明UV能显著活化HCOOH产生CO₂^•-（α_H=19.08G,α_N=15.86G,g=2.0036）.此外,试验考察了主要影响因素对Cr（VI）去除效果的影响,包括初始Cr（VI）浓度、甲酸投加量、初始pH值、反应温度、有机污染物以及水中常见阴离子.结果显示当甲酸浓度为40mmol/L,Cr（VI）初始浓度为10mg/L,反应时间在60min内,UV/HCOOH体系对Cr（VI）的去除率能达到100%.在酸性条件下（pH≤3.5）能显著促进Cr（VI）的还原,且Cr（VI）去除效率随着初始HCOOH浓度和反应温度升高而增加.进一步研究表明,该体系下NO₃^-对Cr（VI）的还原有着显著的促进作用,而Cl^-、HCO₃^-和对硝基苯酚（pNP）则有抑制作用.不同温度下Cr（VI）去除率与时间关系的拟合结果表明,当反应时间t³;40min,UV/HCOOH体系去除Cr（VI）过程遵循准一级反应动力学,根据不同温度下对应的反应速率常数k,结合阿伦尼乌斯方程,计算求得准一级反应的活化能为15.9kJ/mol.     

基于MOPITT数据的CO浓度时空分布规律研究

比较NOAA/CMDL本底观测站CO月均值序列和MOPITT卫星观测值时间序列,结果表明两者在时间变化规律上一致性较好。利用2000-2015年MOPITT观测的CO数据,展示了对流层CO浓度的空间分布和时间变化。中国地区MOPITTCO表面混合比与人口密度分布规律相似,呈现出东部高西部低的特征,其自然分界线与中国人口分界线——胡焕庸线相契合。中国大多数工业发达、人口密集的地区CO柱浓度在2000-2015年期间有一个温和的下降趋势,平均每年下降约3%。合成15 a的月平均值,显示中国CO柱浓度冬春季节较高,夏秋季节较低,峰值多在3、4月,谷值多在7月。但位于不同纬度地区CO柱浓度有着不同的季节变化规律,例如随着纬度的升高,春季到夏季的CO柱浓度下降幅度降低。造成CO浓度季节循环特征的原因是CO源和汇的季节变化规律以及与纬度相关的太阳辐射变化。     

弱磁场强化氧化石墨烯负载纳米零价铁(GO-nFe0/WMF)对水中Cr(Ⅵ)的去除特性及机制

利用共沉淀法成功制备出绿色、高效且具有较强重复利用性和抗氧化性能的介孔磁性材料氧化石墨烯负载纳米零价铁(GO-nFe~0).通过场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、比表面积测试仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)以及X射线光电子能谱分析(XPS)等表征手段对GO-nFe~0的形貌、结构以及元素价态进行分析.研究了弱磁场(WMF)协同GO-nFe~0体系(GO-nFe~0/WMF)处理水体中Cr(Ⅵ)的特性和机制,并且考察了不同反应条件对体系去除Cr(Ⅵ)的影响.结果表明,当氧化石墨烯(GO)与纳米零价铁(nFe~0)的负载质量比为1∶10且在20 mT弱磁感应强度的最佳条件下,GO-nFe~0/WMF能够在30 min内完全去除浓度为10mg·L~(-1)的Cr(Ⅵ).随着体系初始pH值的降低和材料投加量的增加,Cr(Ⅵ)的去除效率显著提高.无机阴离子(Cl~-,SO_4~(2-))对Cr(Ⅵ)的去除表现出促进作用,而ClO~-_4和CO_3~(2-)则分别表现出无明显影响和抑制效果.GO-nFe~0在循环利用5次以及暴露空气中30 d仍能保持较高的反应活性.通过XRD、XPS以及邻菲啰啉掩蔽实验证明:GO-nFe~0/WMF体系具有潜在的协同作用,GO可以提高WMF促进nFe~0的腐蚀速率并提高电子转移速率,从而释放更多的Fe~(2+).     

阴离子对Acidithiobacillus ferrooxidans氧化活性及次生铁矿物形成影响

酸性矿山废水（AMD）具有酸度高并含有大量可溶性Fe、硫酸根及重（类）金属的特点,采用生物矿化方法促使AMD中Fe向羟基硫酸铁次生矿物转变,对AMD后期石灰中和减少氢氧化铁和废石膏的产生,提高中和效率具有实际意义.通过模拟酸性矿山废水,考察了Cl^-、NO₃^-、PO₄^3-3种阴离子对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）体系中pH值、Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相的影响.结果表明,高浓度阴离子对A.ferrooxidans氧化Fe²⁺能力具有抑制作用.A.ferrooxidans对阴离子的耐受性依次为PO₄^3- > NO₃^- > Cl^-.阴离子浓度在A.ferrooxidans耐受范围内时,其对Fe²⁺的生物氧化速率基本没有影响.但高浓度阴离子会通过抑制A.ferrooxidans的氧化活性,从而间接影响Fe³⁺的水解成矿过程,导致培养终点时总Fe沉淀率降低和次生铁矿物产量减少.受Fe³⁺供应速率降低的影响,次生铁矿物的合成途径易向施氏矿物转变.     

ClO2杀灭拟柱孢藻过程中毒素释放行为与释放机理

试验考察了二氧化氯(ClO_2)杀灭拟柱孢藻过程中不同条件下柱孢藻毒素(CYN)随时间的释放规律,对释放量与时间数据进行曲线方程拟合,并以透射电镜观察不同反应时间拟柱孢藻细胞形态,对柱孢藻毒素的释放机理进行分析。结果表明,反应初期5 min内CYN释放率随时间延长快速提高,随后增长缓慢,30 min后趋于稳定。ClO_2投加量影响了CYN释放速率,1.0 mg/L ClO_2投加量时CYN释放率要高于0.5 mg/L和0.7 mg/L时,但在反应2 h后不同ClO_2投加量的CYN释放率趋于接近。拟柱孢藻初始浓度对CYN释放率的影响不明显。CYN释放率在酸性条件下高于中性和碱性条件。随反应温度升高,CYN释放率逐渐升高。各种反应条件下CYN释放量与反应时间的关系可以用曲线方程来表示。藻细胞形态随反应时间延长发生变化。ClO_2投加量增大,藻细胞结构的破坏程度加剧。在反应初期CYN释放是通过扩散作用而并非由细胞壁的破裂而致。     

基于唐南渗析原理阳离子交换膜对Cu~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)去除能力的研究

基于唐南渗析原理,采用阳离子交换膜去除原水中Cu2+、Mn2+、Zn2+等重金属离子,研究影响阳离子交换膜去除各重金属离子能力大小的机制以及2种重金属离子共存时互相干扰的机制.结果表明,阳离子交换膜可有效去除原水中Cu2+、Mn2+、Zn2+等重金属离子,去除率为75%～85%;在浓度相同下且重金属离子带相同电荷数时,其水化离子半径越小,离子扩散速度就越快,阳离子交换膜对其去除能力就越强;当重金属水化离子半径基本相同时,膜对原子序数小的重金属离子的去除能力更强;相同浓度且相同电荷数的重金属离子共存时,各离子同步被去除,但各离子之间存在干扰,越易于被离子交换的离子与其它离子共存时,其竞争能力越强,使其他离子的去除率降低越多;当待去除离子的总浓度远低于膜的交换容量时,离子共存时各离子的去除率相比离子单独存在时各离子的去除率下降幅度不大.     

水环境监测数据采集交换体系关键技术研究

水环境监测数据根据业务需求分布在各涉水部门,部门之间存在信息壁垒,共享能力差等问题,监测数据没有充分发挥作用。因此,在调研各级环保部门、涉水部门的网络构建现状的基础上,利用先进的计算机技术、信息技术建设水环境监测数据传输交换平台,构建水环境监测数据采集交换体系,实现监测数据共享,为环保决策服务。在此重点分析在体系建设过程中涉及的关键技术,确保水环境监测数据传输交换体系建设的可行性和实用性。