聚合物改性粉煤灰制备多孔复合材料及其性能研究

制备了高掺量粉煤灰为基质的聚乙烯醇/纤维素复合多孔材料。该复合材料制备过程简单易行,不需高温高压。通过XRF、XRD、FT-IR、SEM以及压汞法对该粉煤灰复合材料进行了表征和结构分析,探索了原料混合比例、干燥温度对样品结构和性能的影响。研究发现:聚乙烯醇可以有效提高该复合材料的无侧限抗压强度,纤维素可有效改善材料的孔隙结构;材料的孔隙主要来自水分蒸发过程中的气泡聚合,在外部不加压的条件下制备样品,需控制干燥温度对样品内部孔隙结构的影响。当粉煤灰含量为80%,聚乙烯醇含量为10%,纤维素含量为10%时,复合材料具有较好的孔隙率、孔隙结构、抗压强度和吸水性及保水性。有一定强度的以粉煤灰为基质的亲水性材料也适合作为吸附材料或滤料,未来可以进一步通过改善材料内部结构,以及活化功能性官能团以提高材料的综合性能,为粉煤灰的综合利用拓展途径。     

再生水不同灌水水平对土壤酶活性及耐热大肠菌群分布的影响

为了探讨再生水不同灌水水平对土壤酶活性和环境污染指示菌耐热大肠菌群分布的影响,采用室内土柱灌水实验,研究再生水、自来水不同灌水水平对土壤酶活性和耐热大肠菌群分布的影响.结果表明:(1)在土壤酶活性方面,相同灌水水平下,与自来水处理相比,再生水灌溉处理提高了土壤脲酶和蔗糖酶活性;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌水处理显著提高了土壤蔗糖酶活性和深层土壤过氧化氢酶活性.(2)在土壤耐热大肠菌群分布方面,相同灌水水平下,与自来水灌溉处理相比,再生水灌溉显著提高了土壤耐热大肠菌群数量;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌水处理显著增加了土壤耐热大肠菌群数量;4个处理的表层土壤耐热大肠菌群数量均显著高于深层,且随着灌溉时间的推移,0~60 cm各土层的土壤耐热大肠菌群数量存在降低趋势.(3)通过对土壤耐热大肠菌群数量与土壤酶活性的相关性分析表明,土壤耐热大肠菌群数量与土壤脲酶和蔗糖酶活性呈极显著正相关,与土壤过氧化氢酶活性呈显著正相关.因此,再生水灌溉促进了土壤C、N循环转化酶的活性,合理控制再生水灌水水平可以有效阻控土壤耐热大肠菌群的数量.     

东北土著白腐真菌处理玉米秸秆纤维素乙醇废水的可行性探讨

青顶拟多孔菌是一种可以降解木质素的白腐真菌,也是具有较高的产漆酶能力的生产者.选择青顶拟多孔菌处理玉米秸秆纤维素乙醇废水,于液体培养青顶拟多孔菌中的锥形瓶中添加不同体积的废水,考察其对不同稀释比玉米秸秆纤维素乙醇废水的处理效果,并通过研究废水投加时间的调控,获得具有高木质素降解率且相对最短降解时间的工艺条件.结果表明:青顶拟多孔菌可从废水中去除50%以上的COD_Cr和23.8%的木质素.对不同稀释比例（1%~20%）玉米秸秆纤维素乙醇废水中木质素具有较好的去除效果,其中稀释6%废水的体系中降解木质素效果最好,在第10天木质素降解率达到73.5%.不同废水投加时间对青顶拟多孔菌处理稀释20%废水体系中木质素的降解效果影响较大,第5天投加废水可获得理想的木质素降解效果,在试验进行的第19天降解率达到68.4%;在投加废水时间不同的情况下,经青顶拟多孔菌处理后的各体系中BOD₅/COD_Cr均有所提升,并且都提升至0.58以上,其中第9天投加废水体系经处理后BOD₅/COD_Cr最大,达到0.64.研究结果可为青顶拟多孔菌处理玉米秸秆纤维素乙醇废水的实际应用提供参考.      

聚乙烯亚胺改性纤维素纤维对Cr (Ⅵ)的吸附研究

采用低浓度H_2O_2氧化纤维素水凝胶纤维,再接枝聚乙烯亚胺(PEI),成功制得PEI改性纤维素纤维(PEI-OCF)吸附剂,并将其用于溶液中Cr(Ⅵ)的去除.同时,利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X射线能谱(EDX)分析,确证纤维素上的羟基被H_2O_2氧化成醛基,PEI通过席夫碱反应被接枝到氧化纤维素上.制备优化结果表明,H_2O_2氧化阶段的最佳条件为pH=4.0,H_2O_2质量分数0.2%,氧化时间3.0h,氧化温度85℃;PEI接枝阶段的最佳条件为pH=11.0,PEI质量分数3.0%,接枝时间0.5 h.吸附研究结果显示,Cr(Ⅵ)在PEI-OCF上的吸附具有强烈的pH依赖性,最佳pH值为2.0.在180 min时吸附达到平衡;吸附过程符合准二级动力学模型,且主要由化学吸附控制.与Freundlich模型相比,Langmuir模型能更好地描述吸附过程;当温度为15和25℃时,最大吸附量分别为110.61和119.04 mg·g~(-1).浓度为300和600mg·L~(-1)的共存离子Ca~(2+)、Mg~(2+)和Na~+对PEI-OCF吸附Cr(Ⅵ)的影响较小.上述结果表明,PEI-OCF对Cr(Ⅵ)吸附性能良好,使用中易于分离;且制备过程无需交联剂,使用可降解材料,绿色环保.     

垂直流湿地基质中酶的分布与氮磷及有机质的关系

为了解垂直流人工湿地基质中酶的空间分布特点及其与基质中氮磷和有机质的关系,采用垂直流人工湿地微宇宙试验系统进行了为期4个月的运行试验,分析种植植物的皇竹草系统和不种植物的对照系统基质中不同深度层酶活性的变化,以及酶活性与基质中污染物的关系. 结果表明:脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、转化酶、蛋白酶和纤维素酶这6种酶的活性在上层(0~<10 cm)的分布特点相一致,即皇竹草系统基质中的酶活性显著高于对照系统(P＜0.05). 在垂直方向上,两个系统中6种酶的活性都表现为上层显著较高,这与基质中w(TN)、w(TP)和w(有机质)的分布规律相一致;Pearson相关性分析发现,脲酶活性与w(TN)、w(TP)、w(有机质)均呈极显著正相关(相关系数依次为0.951、0.970、0.933,P均小于0.01),过氧化氢酶、转化酶活性均与w(TN)呈极显著正相关(相关系数依次为0.997、0.916,P均小于0.01),磷酸酶活性与w(TP)、w(有机质)均呈极显著正相关(相关系数依次为0.925、0.919,P均小于0.01),转化酶活性与w(TP)呈显著相关(相关系数为0.869,P<0.05),纤维素酶活性与w(有机质)呈显著相关(相关系数为0.864,P<0.05). 研究显示,在垂直流人工湿地系统中种植皇竹草有助于提高基质中酶的活性,酶活性与氮磷及有机质等污染物的积累和迁移密切相关.      

投加FeSO4对序批式生物膜反应器中DHA、EPS和处理效果的影响

针对化学协同生物除磷过程,研究了序批式生物膜反应器(SBBR)中FeSO_4对悬浮相活性污泥脱氢酶活性(DHA)、胞外聚合物(EPS)及系统处理效果的影响.结果表明,少量FeSO_4对DHA和EPS的分泌具有促进作用,但最佳投加量不一致,分别为0.10 mmol·L-1和0.20 mmol·L-1;大量的FeSO_4则会引发抑制.FeSO_4投加量少于0.30 mmol·L-1时会使污泥MLVSS、MLVSS/MLSS增加,超过0.30 mmol·L-1时则使MLVSS、MLVSS/MLSS下降,但MLSS和SVI随着FeSO_4投加量的增加分别持续增加和下降.FeSO_4对COD和TN的去除具有抑制作用,但并不显著,去除率分别在77%和72%左右;TP的去除效果明显改善,在投加量为0.30 mmol·L-1时效果最好.投加FeSO_4协同生物除磷时建议最佳投加量为0.30 mmol·L-1,此时污泥DHA被轻微抑制,但污泥浓度、EPS、TP去除率均已达到最大,出水水质满足一级A排放标准.     

污泥厌氧发酵产酸关键影响因素的函数模型研究

本研究以城市剩余污泥预处理液作为底物,调节底物不同C/N比,测定了厌氧发酵过程中几种关键酶的酶活及发酵产物乙酸、丙酸及丁酸的浓度.同时,利用Matlab软件通过回归分析和函数拟合构建了C/N比-关键酶活-酸产量之间的多项式函数模型,发现所建立的二元三次多项式模型的拟合优度R2均大于0.9,且残差平方和较小,因此,判定二元三次多项式更适合描述C/N比-关键酶活-酸产量的数学关系.最后,建立了关键酶活、C/N比和产酸量三因素间的曲面模型,发现该模型能够很好地描述污泥厌氧发酵中C/N比条件对关键酶和产酸类型的影响,并能进一步预测C/N比所对应的酶活和产酸发酵类型,可为今后的实验研究及工程放大提供理论参考.     

高温厌氧细菌混合培养对纤维素酒精生产的提高作用

以高温厌氧细菌热纤维梭菌(Clostridium thermocellum LQRI)和嗜热厌氧乙醇菌(Thermoanaerobacter ethanolicus X514和Thermoanaerobacter pseudoethanolicus39E)为对象,以纤维素为微生物利用的底物,分析了LQRI纯培养和LQRI+Thermoanaerobacter混合培养对纤维素降解、酒精生产及终产物分布的影响.结果表明,LQRI+Thermoanaerobacter混合培养的酒精生产能力和纤维素降解率明显高于LQRI纯培养.在混合培养体系中,LQRI+X514的酒精生产能力明显高于LQRI+39E.培养基中无外源酵母粉条件下,LQRI纯培养酒精最高浓度约为11.5mmol/L,LQRI+X514和LQRI+39E混合培养最高酒精浓度分别约为71mmol/L和36.5mmol/L,相同的底物纤维素浓度条件LQRI+X514和LQRI+39E混合培养酒精浓度分别约为LQRI纯培养的5～11倍和3～5倍,纤维素降解率分别都约为LQRI纯培养的1.5～5.0倍;培养基中0.6%外源酵母粉存在条件下,LQRI纯培养酒精最高浓度约为12.9mmol/L,LQRI+X514和LQRI+39E混合培养最高酒精浓度分别约为263.5mmol/L和143.5mmol/L,相同的底物纤维素浓度条件LQRI+X514和LQRI+39E混合培养酒精浓度分别约为LQRI纯培养的8～22倍和8～12倍,纤维素降解率均约为LQRI纯培养的1.1倍.在5%Solka Floc为底物和0.6%外源酵母粉的条件下,LQRI+X514混合培养酒精浓度最高可达到263.5mmol/L,相当于1.2%(质量浓度)的酒精,LQRI+39E约为143mmol/L.     

降解剩余污泥中纤维素/半纤维素微生物富集培养实验研究

为促进剩余污泥中木质纤维素能源转化,首先需要探知污泥中是否存在可以降解纤维素/半纤维素的微生物.以木聚糖作为单一碳源分别从剩余污泥和厌氧消化污泥中富集培养可降解纤维素/半纤维素的微生物.实验结果显示,两种污泥源中均存在可降解纤维素/半纤维素的微生物,并可成功富集培养获得该类微生物.FISH与LIVE/DEAD实验证实,富集微生物为梭状芽孢杆菌属和芽孢杆菌属的混合物,并以梭状芽孢杆菌为主;富集微生物均具有很高活性.     

三江平原典型湿地类型土壤微生物特征与土壤养分的研究

为探讨不同湿地类型土壤微生物数量和酶活性的分布特征及其与土壤养分的关系,本研究选择了三江平原洪河湿地保护区4种典型湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)的土壤为研究对象.结果表明4种湿地类型在0~30 cm土层内:1土壤有机碳、全氮和全磷均随土层深度的增加而减少,速效钾、速效磷和速效氮则未表现出有规律的变化,且不同湿地类型土壤养分含量差异显著.2土壤微生物数量为细菌放线菌真菌,3种微生物菌落数量均随土层深度的增加而减少.土壤微生物总数量以小叶章湿地最多,毛苔草湿地最少.3土壤蔗糖酶和纤维素酶活性均随土层深度的增加而减少,而土壤过氧化氢酶活性未表现出有规律的变化.小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地中3种酶活性显著性高于毛苔草湿地和芦苇湿地(P0.05).4相关性分析表明,土壤细菌、真菌和纤维素酶与土壤养分各指标均呈极显著或显著正相关,放线菌和蔗糖酶与速效钾、过氧化氢酶与速效钾、速效磷无显著相关性关系.因此,土壤微生物和酶活性是反映土壤养分状况的重要指标.