苯酚对污水生物脱氮系统亚硝积累及污泥性能的影响

采用SBR缺氧/好氧反应工艺,研究了不同苯酚浓度对脱氮过程中亚硝积累与污泥性能的影响。结果表明,苯酚浓度在0~90 mg·L^-1变化时系统出现2次明显亚硝酸盐积累,最终稳定维持在70%±5%,低浓度(0~30 mg·L^-1)系统亚硝酸盐积累恢复是微生物改变自身结构及分泌胞外聚合物导致;高浓度(60~90 mg·L^-1)苯酚条件下亚硝积累是由于苯酚对AOB(ammonia-oxidizing bacteria,氨氮氧化细菌)和NOB(nitrite-oxidizing bacteria,亚硝酸氧化细菌)抑制作用引起的微生物种群改变形成。氨氮氧化速率和氮氧化物生成速率由10.85 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1和10.12 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1降低至2.79 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1和2.32 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1,亚硝酸盐积累率和氮氧化物生成速率呈现负相关性,与苯酚浓度呈正相关;荧光原位杂交表明苯酚的抑制使得硝化菌群结构发生了变化,AOB 相对数量由2.80%增加为9.30%。苯酚的可降解性使得系统污泥浓度由2500 mg·L^-1左右上升至5870 mg·L^-1。当EPS(extracellular polymeric substances,胞外聚合物)总量由67.20 mg·(g VSS)^-1减少至32.10 mg·(g VSS)^-1时,SVI从165 ml·g^-1降到50 ml·g^-1。亚硝酸盐积累、丝状菌和胞外聚合物是引起活性污泥系统SVI变化的原因,其中NAR影响最大,丝状菌次之。     

高效反硝化分段组合式反应器运行性能

氮素污染是水体富营养化的主要诱因之一,反硝化技术是氮素污染控制的有效手段。采用模拟废水,研究了反硝化分段组合式反应器(CAR)的脱氮除碳性能。实验结果表明,CAR具有很高的容积效能,在进水NO₃^--N浓度为964.7 mg·L^-1、水力停留时间为0.86 h条件下,硝氮去除速率(NRR)为26.8 kg·(m³·d)^-1,COD去除速率(CRR)为93.76 kg·(m³·d)^-1,NRR高于文献报道的最高值,CRR也达到文献报道的领先水平。CAR具有良好的运行稳定性,在反应器的效能上升阶段和效能稳定阶段,出水基质浓度的变异系数比和极差分别小于9.85和9.07,出水pH的相对标准差小于1。CAR运行性能出众的原因是它能持留浓度高(MLVSS高于17 g·L^-1)、活性强(最大比活性为1.573 g NO₃^--N·(g VSS)^-1·d^-1)的颗粒污泥。     

餐厨垃圾和厨余垃圾厌氧消化产生沼渣的脱水性能分析

以餐厨垃圾和厨余垃圾为原料进行中温厌氧消化反应,采用含固率(TS)、离心脱水后含固率(CTS)、模化毛细吸水时间(NCST)、过滤比阻(SRF)以及结合水含量(BW)为脱水性能评价指标,研究不同厌氧消化阶段产生沼渣的脱水性能。研究发现:沼渣TS变化范围为3.0%～9.9%,CTS为10.9%～31.0%,NCST为50.8～163.7 s·L·(g TS)^-1,SRF为2.1×10¹³ ～13.8×10¹³ m·kg^-1,BW为2.3～15.1 g·(g TS)^-1。厌氧反应器的累计甲烷产量始终是餐厨垃圾高于厨余垃圾,前者最高可达381 ml·(g VS_added)^-1,而后者仅为280 ml·(g VS_added)^-1;沼渣的脱水性能主要受厌氧消化时间的影响。同时,以餐厨垃圾为原料的沼渣可以达到的脱水程度较高,而以厨余垃圾为原料的沼渣的脱水速率较快;沼渣TS与NCST、SRF和BW脱水指标的两两间相关性显著,而与CTS没有明显相关性。     

电石渣喷淋吸收烟气二氧化硫工艺及动力学

在喷淋吸收装置中对电石渣浆液吸收SO₂进行了系统研究。研究结果表明：脱硫效率随烟气SO₂浓度的增加先升高,然后下降;随体系pH的增加而升高,pH从3升到13时,脱硫效率由52.3%升到94.7%;增加浆液电石渣浓度和减小电石渣粒径均有利于SO₂的吸收去除;液气比从10 L·m^-3增加到50 L·m^-3时,脱硫效率提高了59.9%;以电石渣烟气脱硫的化学反应为基础,建立电石渣烟气脱硫反应动力学模型,总反应级数n=α+β=1.67,反应活化能E_a=51396.59 J·mol^-1,频率因子k₀=0.37894×10⁶(mol·m^-3)^-0.67·s^-1。     

纳米腐殖酸基离子交换复合树脂动态吸附-脱附冶金镍镉废水

系统研究了纳米腐殖酸基离子交换复合树脂在多离子共存体系中对Ni²⁺/Cd²⁺的选择吸附性能。以此为基础,通过多柱串联、饱和吸附、洗脱液套用方法完成了对Ni²⁺、Cd²⁺冶金废水资源化治理研究,用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG-DTA)、X射线光电子能谱仪(XPS)及N₂吸附-脱附分析仪(BET)等物理手段对复合树脂的微观形貌、化学结构、耐热性、元素组分变化及孔径分布进行表征。研究结果表明:纳米腐殖酸基复合树脂对Ni²⁺、Cd²⁺离子具有吸附速度快[0.55～1.50 mg·(g·min)^-1]、交换容量高(Ca²⁺、Mg²⁺共存体系中对Ni²⁺、Cd²⁺吸附容量分别为139 mg·g^-1和148 mg·g^-1)、选择性能好等优点,回收溶液中镍和镉离子浓度和纯度高(分别为45.15 g·L^-1和 39.17g·L^-1,且C_Ni(Ⅱ)/C_total 0.989,C_Cd(Ⅱ)/C_total 0.994);吸附-洗脱200次后,其物理、化学结构性能稳定;断面形貌变化不明显,交换容量基本不变,可重复使用;比表面积、平均孔径及孔容分别为1189.85 m²·g^-1、30.2 nm 和0.96 cm³·g^-1,热稳定性能好;氮含量从16%降至12%、氧含量由26.49%升至29.96%,交换容量由5.38mmol·g^-1升至6.06 mmol·g^-1。     

球形离子筛吸附剂的制备及其锂吸附性能评价

利用琼脂糖溶液的溶胶凝胶性质,通过锐孔凝固浴法,对实验室合成的Li₄Mn₅O₁₂粉体进行成型,制备了粒径2～3 mm的球形颗粒,对球形颗粒进行交联后,用1 mol·L^-1的盐酸对球形颗粒进行酸洗脱锂,最终制得球形锂离子筛吸附剂。考察球形吸附剂制备和交联的影响因素,结果表明：5%的琼脂糖浓度和90 ℃的温度为最佳制备条件,2 ml·g^-1的交联剂用量和6 h的交联时间为最佳交联条件。对球形离子筛吸附剂进行静态评价实验,结果表明锂吸附容量为4.25 mmol·g^-1,吸附速率为1.77×10^-5 s^-1,成型后离子筛吸附量是离子筛粉末的75.6%,吸附速率较粉体（3.29×10^-4 s^-1）下降一个数量级。Li⁺平衡吸附容量随平衡pH值的升高而增加,在pH>12时吸附容量高达5.5 mmol·g^-1。共存离子选择性实验表明,交联球形离子筛吸附剂对Li⁺具有高选择性,成型后离子筛可以用于盐湖卤水或者海水提锂。     

NOx——N对初沉污泥厌氧发酵及反硝化性能的影响

为了解决低C/N比污水的脱氮问题,本研究将NO_x^--N引入到初沉污泥厌氧发酵系统,利用初沉污泥厌氧发酵过程释放的有机碳源完成反硝化,以达到利用初沉污泥作为碳源强化污水脱氮的目的。通过对系统中VFAs积累、NO_x^--N去除及VSS变化情况的考察,对比研究了4种不同电子受体类型初沉污泥厌氧系统发酵性能、反硝化能力。得出:在34 d的发酵期里,NO₃^--N型系统以及NO₂^--N、NO₃^--N混合型系统中没有出现明显VFAs积累,而在NO₂^--N型系统和纯厌氧系统中出现了不同程度的VFAs积累,说明在试验条件下,NO₃^--N型和混合型系统发酵过程所释放的碳源能得到较好的利用;各系统中NO_x^--N还原总量分别为1692 mg·L^-1(NO₃^--N型)、1330 mg·L^-1(混合型)、1223 mg·L^-1(NO₂^--N型),表明NO₃^--N型系统反硝化能力最强;此外,虽然各NO_x^--N系统中的VSS减量程度相对于厌氧系统稍有降低,但各系统均达到了60%以上的高VSS减量水平,其中NO₃^--N型系统VSS减量67.9%,在各NO_x^--N系统中最高。综上,NO₃^--N型初沉污泥厌氧发酵系统能同时取得相对最好的反硝化脱氮及污泥减量性能。     

亚硝酸盐对聚磷菌反硝化除磷代谢及N2O产生的影响

以乙酸钠/丙酸交替为碳源的强化生物除磷(enhance biological phosphorus removal, EBPR)系统为研究对象,母反应器内种泥在厌氧/好氧的运行条件下已培养340 d,聚磷菌富集纯度达到92%±3%,考察了不同浓度亚硝酸盐氮(44.64、70.3、94.33、112.36 mg NO₂^--N·L^-1)为电子受体对聚磷菌缺氧吸磷代谢的影响。结果表明,从未经缺氧驯化的高纯度聚磷菌也可以进行反硝化除磷代谢。在缺氧反应过程中NO₂^--N还原速率、PO₄^3--P吸收速率、PHA降解速率随着亚硝酸浓度升高呈下降趋势,但是在初始亚硝酸盐氮浓度最高为112.36 mg NO₂^--N·L^-1条件下,代谢并未停止,此时亚硝酸盐还原速率与磷酸盐吸收速率仍可以分别达到2.61 mg NO₂^--N·(g MLSS)^-1·h^-1和3.0 mg PO₄^3--P·(g MLSS)^-1·h^-1。聚磷菌在以细胞内PHA作为碳源以NO₂^--N作为电子受体反硝化除磷代谢过程中,由于初始亚硝酸盐的抑制作用使NO₂^--N还原速率大于N₂O还原速率,从而产生大量的N₂O积累。初始投加NO₂^--N浓度为44.64、70.3、94.33、112.36 mg NO₂^--N·L^-1时,产生的N₂O占TN的比例分别为63.5%、49.0%、30.2%、24.0%。在底物充足的条件下,代谢中积累的N₂O可以通过延长缺氧搅拌时间,使其转化为N₂。     

驯化后的聚糖菌对NO2——N和NO3——N内源反硝化速率的影响

在序批式（sequencing batch reactor,SBR）反应器中,通过分段厌氧-好氧（厌氧后排水）运行方式,在以葡萄糖为碳源、P/C比小于2/100的条件下,成功实现了聚糖菌（glycogen accumulating organisms,GAOs）的驯化富集,厌氧段磷酸盐的释放量（phosphorus release amounts,PRA）稳定在1.0 mg·L^-1以内,胞内糖原（glycogen,gly）含量是初始阶段的1.2倍。驯化后的GAOs分别以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体经厌氧-缺氧运行方式,可进行内源反硝化反应过程。GAOs在内源反硝化过程中依次利用胞内的聚β-羟基戊酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHV）、聚β-羟基丁酸酯（poly-β-hydroxyvalerate,PHB）和gly作为内碳源。在22℃时,反硝化聚糖菌（denitrifying glycogen accumulating organisms,DGAOs）以NO₂^--N、NO₃^--N为电子受体平均比内源反硝化速率分别为0.067 g N·（g VSS）^-1·d^-1、0.023 g N·（g VSS）^-1·d^-1,常温短程内源反硝化速率约是全程内源反硝化速率的3倍。     

不同比例混合污泥快速启动Anammox性能研究

本文选取4个完全相同的ASBR反应器(R1、R2、R3和R4)分别接种氧化沟污泥,Anammox污泥：氧化沟污泥(VSS∶VSS)=1:100,Anammox污泥：氧化沟污泥(VSS∶VSS)=1:50,Anammox污泥：氧化沟污泥(VSS∶VSS)=1:10。R3和R4反应器分别运行至第20天和第6天时,ΔNO₂^--N/NH₄⁺-N和ΔNO₃^--N/NH₄⁺-N比值趋近理论值,总氮去除率≥70%,标志着Anammox反应启动成功。高通量测序和qPCR结果显示R1和R4反应器关键功能菌群丰度存在明显差异,反应后期R4反应器中厌氧氨氧化菌hzsB功能基因占总菌比例为67.38%,说明R4具备稳定高效的厌氧氨氧化性能。本研究通过调整厌氧氨氧化与氧化沟污泥比例实现了Anammox反应的快速启动,为解决Anammox工艺启动时间长的难题提供了新的方法。     

酚醛树脂基板真空热解炭制备高性能活性炭

以一种全新的物质--阻燃的FR-1型酚醛树脂电路板基板的真空热解炭渣为原料,采用CO₂和KOH活化法制备高性能的活性炭。分别研究了CO₂活化法中的活化温度和KOH活化法中的碱炭比对活性炭产品性能的影响。用氮气吸附表征了活性炭的孔结构性质,并检测了产品的亚甲基蓝值和碘值。结果表明,KOH活化所得活性炭有更高的亚甲基蓝值(928.3 mg·g^-1 vs 231.5 mg·g^-1)、碘值(2442.2 mg·g^-1 vs 946.6 mg·g^-1)、比表面积(2289 m²·g^-1 vs 1198 m²·g^-1)和孔体积(1.317 cm³·g^-1 vs 0.703 cm³·g^-1)。所得产品均达到国家一级品标准。用这种原料制备高性能活性炭不仅解决了废弃物资源化的问题,还开发出一种新的、廉价的制备高性能活性炭的原料和方法工艺。     

不同填料的厌氧氨氧化污泥挂膜性能比较

向厌氧氨氧化反应器内投加填料形成生物膜有利于污泥的持留,然而有关填料本身的不同特点对厌氧氨氧化生物膜生长影响的报道较少。将两种不同密度的悬浮塑料填料和两种不同密度的海绵填料置于同一反应器内,进行厌氧氨氧化污泥的挂膜,结果发现海绵填料的单个填料氨氮平均去除速率和亚硝态氮平均去除速率整体高于悬浮塑料填料,所挂污泥的EPS含量整体也高于悬浮塑料填料,并且挂膜速度也相对较快。在挂膜30 d后,单个小密度海绵填料便可检测出氨氮和亚硝态氮去除速率,且Δ（NO₂^--N）/（NH₄⁺-N）值接近1.32。在挂膜105 d后,单个小密度海绵填料的氨氮平均去除速率为0.123 mg·L^-1·h^-1,亚硝态氮平均去除速率为0.160 mg·L^-1·h^-1,值为1.30,最为接近理论值1.32,厌氧氨氧化活性为最佳,并且其所挂污泥的厌氧氨氧化菌丰度值在4种填料中最大,为1.73×10¹⁰ copies·（g dry sludge）^-1,总体来看小密度海绵填料的挂膜效果更好。     

二水硫酸钙溶解动力学

采用电导率法测量匀速旋转的石膏块试样(CaSO₄·2H₂O,质量分数为98%)在纯水中的溶解速率,数据采集时间间隔1 s,测试期间试样表观形状(7 cm×4 cm×2 cm)和面积(100 cm²)基本不变。在溶解过程为表面反应控制条件下,依据溶解反应动力学模型,拟合得到25、45、65、85℃下二水硫酸钙溶解反应速率常数分别为1.91×10^-8、3.46×10^-8、4.92×10^-8、7.07×10^-8 mol·cm^-2·s^-1,反应级数为1.27。经Arrhenius公式回归得到溶解反应表观活化能为19.07 kJ·mol^-1。本实验方法排除了溶解过程试样面积不确定因素,拟合得到的模型参数使动力学方程计算值与实验值更为吻合,更接近溶解速率理论预测文献值。     

高压静电场对纤维素Iβ中甲醛扩散的影响

采用分子动力学的方法,进行了在不同高压电场作用下,甲醛分子在纤维素Iβ中扩散运动的模拟。结果表明：当电场强度从0增大到10⁹ V·m^-1时,扩散系数由5.64×10^-10 m²·s^-1增大到7.768×10^-10 m²·s^-1,增大了约38%,说明高压静电场加强了甲醛分子在纤维素Iβ中的扩散运动,提高了扩散系数;电场强度能有限增强纤维素链的整体移动,并不会破坏纤维素的稳定性;高压静电场的施加,改变了甲醛分子与纤维素Iβ相互作用,提高了静电作用、范德华作用和总相互作用。     

ACR在不同进水COD浓度下的产氢性能与菌群结构

以稀释糖蜜为底物,通过厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR) 的启动和运行,考察了ACR在不同进水COD浓度下的运行特性。结果表明,当HRT= 6 h,进水COD浓度从 7000 mg·L^-1提升至11000 mg·L^-1时,反应器仍能稳定运行,并维持乙醇型发酵类型。随着底物浓度的增加,系统的比产氢速率从COD 7000 mg·L^-1时的2.43 m³·(m³·d)^-1提高到COD11000 mg·L^-1时的3.51 m³·(m³·d)^-1,而活性污泥的比产氢速率在COD 为9000 mg·L^-1时最高,为10.71 mol H₂·(kg VSS·d)^-1。聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析结果表明,产氢发酵产乙醇菌群为ACR系统中的主要产氢功能菌群,且随着进水COD浓度的增加,以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群的优势度显著增强,但丙酸发酵菌属Propionicimonas sp. F6也开始富集。     

硫代杯[4]冠-4在硝酸体系中对Sr2+的萃取

乏燃料后处理的高放废液分离过程中,发展新型分离材料实现对锶的高效萃取至关重要。合成了1,2交替构象的硫代杯[4]冠-4(TCACE),利用FT-IR、¹H NMR和MS对目标产物进行了表征。研究不同稀释剂对萃取的影响,优化得出CH₂Cl₂为稀释剂,在硝酸浓度为3 mol·L^-1,有机相中硫代杯[4]冠-4浓度为1×10^-3 mol·L^-1,水相中Sr²⁺浓度为5×10^-4 mol·L^-1,萃取温度为25℃,萃取80 min条件下,平均传质系数为1.36×10^{-5 m}·s^-1,Sr²⁺的分配比为0.69。分析了不同条件对硫代杯[4]冠-4对Sr²⁺的萃取影响,研究了萃取计量方程式,实验结果表明萃合物为{Sr(NO₃)₂}·{TCACE}。研究了TCACE对其他金属离子Mo⁶⁺、Ni²⁺、Ag⁺、Sn⁴⁺等的萃取效果,表明对Sr²⁺具有较好的选择性。     

K2Ti4O9制备TiO2-B纤维快速嵌锂负极材料

以四钛酸钾(K₂Ti₄O₉)经离子交换得到的四钛酸(H₂Ti₄O₉·xH₂O)为前驱体,经过不同温度热处理得到不同结晶度的氧化钛纤维。对样品进行XRD、Raman、FE-SEM及TEM等结构形貌表征,发现600℃烧结可得到纯相、高结晶度的TiO₂-B材料。并考察了其作为锂离子电池负极材料的容量、倍率和稳定性。嵌锂性能测试发现,TiO₂-B相材料的首放容量可以达到225 mA·h·g^-1,比相近结构的锐钛矿(anatase)相材料高50 mA·h·g^-1,即22.5%的容量。与相似结构anatase材料的倍率结果对比发现,TiO₂-B纤维倍率性能更高,主要是TiO₂-B纤维的开放结构使其锂离子扩散系数达到1.92×10^-7 cm²·s^-1,是anatase相材料的8倍。1 C稳定性测试发现循环80次后容量仍然高于anatase,且最终容量稳定在159 mA·h·g^-1,比anatase材料的64 mA·h·g^-1高1.5倍。     

木质素的化学改性及其对AuCl4-的吸附

以稻草为原料,经预处理、酚化、交联、氯化、胺化、季铵化制备了一种新型的化学改性木质素并对其进行了FTIR,SEM,TG-DSC分析,考察了AuCl₄^-初始浓度、吸附时间、盐酸浓度对化学改性木质素吸附AuCl₄^-效果的影响,探讨了吸附过程的机理。结果表明,制备的化学改性木质素表面致密且在217℃以下具有良好的热稳定性和含有大量酚羟基及胺基。当AuCl₄^-初始浓度为8.0 mmol·L^-1时吸附容量达到最大,为784.50 mg·g^-1,在AuCl₄^-初始浓度为1.0 mmol·L^-1时吸附达到平衡的时间为600 min,当盐酸浓度为0.5 mol·L^-1和AuCl₄^-初始浓度为1.0 mmol·L^-1时吸附率为98%。吸附过程遵循准二级动力学模型,吸附等温模型与Langmuir拟合较好。AuCl₄^-被化学改性木质素中的酚羟基以金单质的形态还原出来。     

Al-Mn氧化物对废水中氟的去除

采用共沉淀法制备Al-Mn氧化物吸附剂,并用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、Zeta电位仪对产物进行表征,考察了吸附剂用量、温度、pH和共存离子(Cl^-、CO₃^2-、NO₃^-、SO₄^2-和H₂PO₄^-)对吸附剂去除水中氟的影响。结果表明：相对于其他条件,吸附剂在初始溶液p H=3～11,F-初始质量浓度为10 mg·L^-1且吸附剂含量为1.5 g·L^-1时,去除效果最佳;吸附平衡时间为2 h;吸附动力学满足准二级动力学模型(P<0.0001);热力学满足Langmuir和Freundlich模型;通过计算得吸附剂对F-最大吸附量为37.7 mg·g^-1(pH=7)和56.1 mg·g^-1(pH=3);共存离子对吸附剂去除F-的影响次序为CO_...     

无机调理剂与表面活性剂联合调理对污泥脱水性能的影响

研究了CaO、PAFC联合表面活性剂预处理对污泥脱水性能的影响。以污泥滤饼含水率和比阻（SRF）作为评价污泥脱水性能的指标,通过测定污泥调理过程中胞外聚合物（EPS）含量、Zeta电位的变化来阐明污泥脱水性能的变化。实验结果表明,十二烷基二甲基苄基氯化铵（1227）的加入导致上清液中EPS含量发生变化,有效降低了SRF和滤饼含水率,提高污泥脱水性能。CaO、PAFC和表面活性剂的联合调理污泥比单独使用表面活性剂的效果更好,CaO、PAFC的投加不仅改善污泥脱水性能,并有助于减少表面活性剂的用量。污泥上清液中EPS及其各组分含量与污泥滤饼含水率、SRF均有较高的相关性,对污泥的脱水性能有重要贡献。实验中确定的最佳污泥调理条件是CaO投加量为66.67 mg·（g DS）^-1、PAFC投加量为33.33 mg·（g DS）^-1和表面活性剂投加量为56.25 mg·（g DS）^-1,污泥滤饼含水率和SRF分别降至69.41%、0.294×10¹³ m·kg^-1。