生物电化学技术在废水处理领域的研究

简要介绍了生物电化学系统（BES）的原理和分类,归纳总结了各种操作参数包括电压、电极材料、操作和工艺条件对BES性能的影响。重点介绍了国内外学者利用该技术在废水处理领域的研究进展,并对BES在废水领域的未来发展趋势进行了展望。     

氮修饰碳基ORR催化剂在BES系统中的应用进展

生物电化学系统(BES),利用产电微生物将废水中蕴含的丰富的化学能直接转换成电能,在净化废水的同时实现生物产电、污染物去除、生物传感等重要过程,为废水资源化利用提供了崭新的途径。目前BES性能主要受到阴极氧气还原反应(ORR)动力学的限制。设计和开发高性能的ORR催化剂对于提高BES性能至关重要。介绍了BES阴极氧还原反应的电催化机理,重点阐述BES中各种氮修饰碳基ORR催化剂(包括氮掺杂碳材料催化剂,氮掺杂碳载过渡金属催化剂,氮-杂原子共掺杂碳基催化剂)的发展现状,评价其在ORR效率、稳定性、经济性等方面的优越性和局限性。为实现BES更加高效、稳定的能源转换提供理论指导和实际参考。     

生物电化学技术降解疏水性新兴污染物的研究进展

疏水性新兴污染物（hydrophobic emerging contaminants,HECs）具有环境危害大、分布范围广和处理难度高等特点,利用生物电化学系统（bioelectrochemical system,BES）实现HECs的降解和脱毒是当前研究热点。本文综述了BES降解转化HECs的研究现状,分析了影响BES去除HECs效果的关键因素,着重介绍了BES降解转化不同类型HECs（包括药物类、个人护理品类、卤代烃类和抗生素及抗性基因类）的效能,然后回顾了BES与其他技术（传统厌氧工艺、芬顿、复合湿地及光催化等）结合协同降解HECs的最新进展,最后在功能电极材料设计研发、HECs降解去除与安全转化的理论研究及工程化应用等方面进行了总结和展望,以期对该领域的研究人员提供一定的理论参考和技术支持,从而推进生物电化学技术在疏水性新兴污染物降解领域的应用和发展。     

漂浮电极生物电化学系统处理城市污水

构建一种新型的漂浮电极生物电化学系统(BES),阴极和阳极均采用不锈钢材料。研究该BES在不曝气条件下对城市污水的处理效果,并与传统的曝气池进行比较。实验表明:该BES处理城市污水是可行的,与传统曝气法相比能够显著降低能耗;水力停留时间为18 h时,BES出水COD在35~70 mg/L,COD的去除率达88%,同等条件下曝气池的去除率为92%;在阴极和阳极间10电阻两端电压最高为106 mV;BES出水的pH、电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)稳定,略高于曝气池出水。     

水力停留时间对生物电化学系统性能影响研究

采用电极生物电化学系统(BES)处理模拟城镇废水,研究水力停留时间分别为6 h、12 h、18 h和24 h时,BES反应器对于废水中COD、氨氮、总氮去除效果及其产电性能。实验发现:综合考虑BES系统去除污染物性能和产电性能,最佳水力停留时间为12~18h;随着水力停留时间的增加,BES反应器对COD去除效果先增加后逐渐趋于稳定,NH4+-N和总氮的去除率变化不大;BES反应器对COD、NH4+-N和总氮的去除率最高可达92.1%、99.3%和98.8%;在阴极和阳极间500?电阻两端最高可以产生98 mV电压,电压和COD的处理效果有一定联系。     

生物电化学系统从废水中回收氨的研究进展

氨(NH;)是引起水生生物毒害的主要因素,又是工业生产肥料的重要原料,因此,从废水中回收氨成为了研究重点。相较于传统氨回收工艺,生物电化学系统(BES)在处理废水的同时可回收有用资源,降低了处理成本与能耗,从而受到广泛关注。首先,介绍了BES回收氨的机理,并对其回收性能进行了评价;其次,阐述了BES回收氨过程中影响回收效率的主要因素;最后,讨论了今后可能面临的挑战,以便扩大规模并应用于实践。     

高折射率含硫环氧树脂的合成与表征

利用间接法以巯基乙醇和环氧氯丙烷 (ECH)为原料通过 3步反应得到 2 ,3 二 (2 ,3 环氧丙硫乙硫基 )丙基·2 ,3 环氧丙基硫醚型环氧树脂 (TGEBES) ,其折射率和环氧值分别达 1.5 85 0和 0 .5 3;在没有任何催化剂的条件下 ,按以三元硫醇 (BES)和ECH物质的量比为 1∶3.6、在温度为 0～ 5℃下反应 3～ 4h ,环氧化反应的产率达到84 .5 %。并利用红外光谱和核磁共振对含硫高折射率环氧树脂的结构进行了表征 ;利用高效液相色谱对TGEBES和BES的纯度进行了测定 ,结果表明TGEBES和BES纯度分别达 96 %和 97.7%以上。     

不同方式启动短程硝化工艺的比较

分别以双室生物电化学系统和序批式生物膜反应器为试验装置,比较了生物电化学强化、间歇曝气、低氧曝气3种途径下各组系统(分别标记为BES、S1和S2)的启动进程、氮素转化性能及其微生物特性.结果表明,在3种运行模式下,各系统的NH4+-N转化性能与NO2--N产率均能得到强化.其中BES的启动进程最短,其稳定运行后的NH4...     

生物电化学系统在废水脱氮中的应用研究进展

为防止过量氮素对人体健康以及生态环境的危害,亟待解决水体富营养化问题,而生物电化学系统在废水处理的同时可以回收能量,在废水脱氮领域引起了广泛关注。总结了生物电化学系统(BES)在高氨氮含量废水(养殖废水、尿液、消化液、垃圾渗滤液)的氮回收以及在低C/N废水的深度脱氮的原理,工艺形式以及研究进展;指出根据实际的废水的特性,设计不同形式的BES进行氮素回收及深度脱氮来实现废水资源化利用;同时提出BES的放大是其面临的主要挑战,为实现其工程化应用,需要对反应的机理、工艺的成本及生命周期等方面进行研究。     

两组聚硼酸酯化合物的溶液缓蚀性能研究

在引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)作用下,通过溶液聚合得到硼酸酯单体丙烯酰胺甲基-N-十二烷基硼酸二乙醇胺酯(BES)与丙烯酰胺(AM)的共聚物PBA以及BES均聚物PBES.比较了PBA和PBES的表面活性,并通过静态挂片失重实验,考察了PBES和PBA的溶液缓蚀性能.结果表明,合成的两亲性聚硼酸酯PBES和PBA具有很好的表面活性,γcmc=30 mN·m-1～32 mN·m-1;缓蚀温度为30℃和50℃时,在1 mol/L HCI溶液中,聚硼酸酯PBES和PBA对45#钢片的溶液缓蚀率最高可达97%和92%左右,二者缓蚀性能明显优于Tween85和OP-10;聚合物相对分子质量增大、BES质量分数增加皆有利于聚硼酸酯溶液缓蚀性能提高.     

生物电化学系统阴极还原反应催化剂研究进展

综述了近年来研究人员为开发不同类型的高效低成本的生物电化学系统(BES)阴极催化剂所做的努力,重点分析了BES中贵金属、过渡金属合金及氧化物、金属大环化合物、纳米材料修饰阴极、导电聚合物、改性石墨烯、生物催化剂以及新兴的金属有机骨架材料(MOF)作为催化剂的催化活性研究进展和应用效果,为寻找可替代贵金属催化剂,且低成本高效率的阴极催化剂材料提供借鉴。     

生物电化学系统还原降解水中金霉素研究

采用生物电化学系统(BES)来还原降解水体中的金霉素,研究了金霉素在非生物阴极与生物阴极BES中的降解速率。结果表明,随着电压的增大,金霉素的降解速率不断提高,以葡萄糖和碳酸氢钠分别作为碳源的生物阴极组,在0.8 V电压下,12 h的金霉素的降解率分别为100%和93.1%,而相同条件下的非生物阴极12 h金霉素的降解率为90.3%,并且随着外加电压的减小,降解速率的提升越显著。葡萄糖组和碳酸氢钠组生物阴极中的显著优势菌分别为Burkholderia和Citrobacter,从而导致了还原降解金霉素效果的不同。并且经生物阴极BES作用后,含金霉素废水的抑菌活性消失,增加了后续处理的生物可降解性。可为水中金霉素的去除提供新的思路。     

苯并噁嗪/含磷环氧/二氨基二苯砜三元体系阻燃性能的研究

分别制备了不同配比的双酚A型苯并噁嗪/含磷环氧树脂(BE)二元体系和双酚A型苯并噁嚓/含磷环氧树脂/二氨基二苯砜(BES)三元体系的浇铸体。用差示扫描量热(DSC)研究了各体系的固化反应,用垂直燃烧性能测试、锥形量热测试、热重分析(TGA)、热重-红外联用(TGA-FTIR)等手段,研究了该体系的热降解和阻燃性。结果表明,在双酚A型苯并噁嚓/含磷环氧树脂体系中加人10%的二氨基二苯砜,当含磷环氧树脂量大于50%,BES三元体系浇铸体样条可以达到UL94 V-0级。但在锥形量热测试中,BE二元体系的热释放速率(HRR)和总热释放量(THR)反而低于BES三元体系,显示更好的阻燃性。     

甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应

研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO₂还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L^-1·d^-1,8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S rRNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L^-1·d^-1,系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae (15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。     

甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应

研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO_2还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L~(-1)·d~(-1),8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S r RNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L~(-1)·d~(-1),系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae(15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。     

漆酶对活性艳蓝BES脱色条件的优化

采用分光光度法建立活性艳蓝BES染料的系列标准曲线,根据曲线拟合确定,对活性艳蓝BES染料的水溶液进行脱色对比。通过考察漆酶浓度,p H值、反应时间、温度、染料浓度等各因素,找出最佳的优化条件。     

混晶纳米二氧化钛光催化剂处理印染废水的研究

以混晶纳米二氧化钛为光催化剂,研究了pH值、光催化反应时间、纳米二氧化钛的用量及晶型、光源等因素对活性大红BES模拟印染废水和实际印染废水COD降解的处理效果.结果表明,对30 mL活性大红BES模拟印染废水,在溶液pH值为4、催化剂添加量为0.090 g时,紫外灯照射1 h,COD去除率可达到86%;对30 mL实际印染废水,在溶液pH值为9、催化剂添加量为0.150 g时,紫外灯照射1 h,COD去除率达到57%.     

反应器结构对生物电化学脱氮系统性能的影响

基于氢自养反硝化原理,构建了三组不同结构的生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES),并以考察不同反应器结构对BES脱氮性能的影响。研究表明,在相同的运行条件下功率密度和极化曲线表明CHBC反应器的产电性能最强;循环伏安曲线(Cyclic voltammetry curve,CV)则揭示了CHBC反应器电荷传递能力最强,导电性能最佳;此外,CHBC中硝酸盐氮(NO_3~--N)的降解速率最高,并且反应器中NO_3~--N降解过程中生成的亚硝酸盐氮(NO_2~--N)最少;最后,Illumina高通量测序结果表明,三组BES反应器中的微生物多样性有明显差异,其中CHBC中不仅微生物数量和种类最为丰富,而且反硝化菌的丰度也最高。     

光催化纳米二氧化钛在污水废水处理方面应用

<正>沈阳理工大学对纳米二氧化钛对染料光催化氧化研究中指出:纳米二氧化钛(VK-TG01,5 nm)在pH为3左右,添加量为1%时,对染料废水的光催化降解有机物的能力越强,光照时间较长,脱色率越高。且可以再次利用。河北大学对纳米二氧化钛光催化剂处理印染废水的研究中指出:在活性大红BES模拟印染废水中,pH为4时,纳米二氧化钛VK-TG01添加量为0.3%,紫外灯照射一个小时,COD的去除率可达到86%以上。而实际印染废水中,pH为9,纳     

Megafix BES活性染料在棉织物上的应用

通过正交试验确定三只Megafix BES活性染料的工艺参数，对其色牢度、鲜艳度、色深值、色差值进行了测试。实验结果表明，这三只Megafix BES染料染棉织物适合的工艺为：染浴浓度2％；元明粉30g/l：纯碱15g/l;初染温度60℃；染色时间30分钟，固色温度70℃；固色时间50分钟：浴比1：25。