羊粪生物炭强化CRI系统厌氧氨氧化脱氮性能研究

为提高人工快渗(CRI)系统的脱氮效率,制备羊粪生物炭(SMB)并考察了其对CRI系统厌氧氨氧化启动过程中氮转化效率的影响,结合生物炭表征、生物膜特性和菌群结构变化解析了SMB强化厌氧氨氧化脱氮性能的机理。结果表明,在CRI系统滤料层添加质量分数为20%的SMB,可在运行43 d后成功启动厌氧氨氧化,总氮(TN)去除率达到94.6%,其启动时间比未添加SMB时缩短了25.9%,脱氮效率比未添加SMB时提高了8.3个百分点。SMB的添加可为CRI系统内微生物提供更优质的载体条件,刺激胞外聚合物的分泌,形成更稳定的生物膜结构,比厌氧氨氧化活性比未添加SMB时提高了20.3%。添加SMB后,CRI系统内厌氧氨氧化菌属Candidatus_Brocadia的相对丰度增长到26.25%,同时Denitratisoma、Thauera、Flavobacterium等反硝化菌群协同共存于体系内,促使系统在更短的启动时间内获得更高的TN去除效果,强化其厌氧氨氧化脱氮性能。

淹水条件下羊粪生物炭对重金属复合污染土壤中Pb、Zn有效性影响

【目的】探讨淹水条件下羊粪生物炭对重金属复合污染土壤中Pb、Zn有效性的影响,为矿区重金属污染农田土壤治理提供依据。【方法】以云南某铅锌矿区附近受污染的农田土壤为研究对象,通过静态培养试验,研究淹水条件下不同添加量(0%、2.5%、5.0%和7.5%)羊粪生物炭对污染土壤中pH和Pb、Zn有效性的影响,并用毒性特征淋溶方法(TCLP)对其生态环境风险进行评价。【结果】与对照相比,羊粪生物炭处理土壤pH值提高0.04~0.11个单位,土壤有效态Pb、Zn质量分数显著降低32.01%~58.09%、6.44%~9.15%,土壤pH与土壤有效态Pb、Zn质量分数分别呈极显著负相关和显著负相关;从重金属赋存形态来看,羊粪生物炭明显促进土壤中Pb、Zn钝化,其中5.0%羊粪生物炭处理下钝化效果最佳,土壤中更稳定的可氧化态和残渣态Pb质量分数最高、分别为64.05%和27.50%;土壤中Zn主要向可氧化态转化,残渣态Zn为降低趋势,但降幅较小。随着羊粪生物炭添加量增加,TCLP提取态Pb、Zn质量分数均显著降低,可有效降低污染农田土壤生态风险。【结论】针对铅锌矿区附近受重金属污染农田土壤,采用淹水配施羊粪生物炭的方法,可降低土壤中Pb、Zn有效性和生态风险,5.0%羊粪生物炭添加量对土壤重金属Pb、Zn的钝化效果最佳。

羊粪生物炭对Pb、Zn、Cd和Cu吸附特性及机制

制备并探讨了羊粪源生物炭在溶液中对Pb、Zn、Cd和Cu的吸附特性及机制。结果表明,羊粪生物炭对溶液中4种重金属均能进行有效吸附,在吸附过程发生了化学反应,存在离子交换现象。吸附数据能在Langmuir模型与准2级动力学模型中进行相对合适的拟合。在吸附过程中,各重金属离子之间存在竞争关系,当初始pH为1时,Zn在吸附竞争中具有相对优势;当初始pH为3时,Pb、Cd在吸附竞争中具有相对优势;当初始pH为5、7时,Pb、Cu在吸附竞争中占据优势。羊粪生物炭在适宜条件下对复合溶液中的4种重金属的吸附能力均处于较高水平,具备实际应用价值。

羊粪生物炭对SBR系统污水处理性能的影响

在450、550、650℃热解温度下分别制得羊粪生物炭BC450、BC550、BC650,投加至序批式反应器(SBR)中,考察了其对SBR系统污水处理效果和污泥沉降性能的影响。结果表明,投加羊粪生物炭后,SBR系统对COD、NH_(4)^(+)-N、TN、TP的去除效果均有所提高,且羊粪生物炭的热解温度越高,对污染物去除效果的提升作用越明显。当BC650投加量为0.8 g/L时,COD、NH_(4)^(+)-N、TN、TP的平均去除率分别为93.1%、96.2%、87.7%、90.7%,比未投加生物炭分别提高了10.7、26.0、43.6、15.9百分点,启动时间缩短了52.4%。其中BC650拥有更大的比表面积和更丰富的孔隙结构,稳定运行期生物炭载膜量达163.5 mg/g,有效改善了污泥的沉降性能,为强化SBR系统的污水处理性能提供了有利条件。

Fe^(0)/Fe_(3)C羊粪生物炭复合材料的制备及其活化过一硫酸盐降解磺胺嘧啶

以Fe_(3)O_(4-)羊粪生物炭为原料,热解制备铁功能化的生物炭复合材料(Fe^(0)/Fe_(3)C-SMB700)用于活化过一硫酸盐(PMS)降解磺胺嘧啶(SDZ).结果表明,在700℃下制备的Fe^(0)/Fe_(3)C-SMB700,因双铁Fe^(0)/Fe_(3)C功能化结构、高度石墨化及层状多孔结构表现出最强的催化活性.在最优反应条件下(0.3 g·L^(−1) PMS和0.6 g·L^(−1)催化剂),10 mg·L^(-1)的SDZ在50 min内被完全去除.Fe^(0)/Fe_(3)C-SMB700可通过外部磁铁进行有效回收,并且经过5次循环使用仍能保持良好的催化活性.猝灭实验及X射线光电子能谱分析结果表明,自由基与非自由基途径均对SDZ的降解有着重要影响,其中自由基途径以Fe0激活PMS产生SO_(4)·^(−)为主,非自由基途径主要通过Fe_(3)C改变碳电子分布产生1O2,而Fe^(0)/Fe_(3)C-SMB700的石墨碳层结构为非自由基途径提供了良好的电子转移场所.综上,本研究通过以废制废的方式制备双铁功能化的催化材料,不仅实现了粪源废物的资源化利用,同时为有机废水高效的处理方法提供了技术支撑.

羊粪生物炭对水体中诺氟沙星的吸附特性

以羊粪为原料分别在350、450、550、650℃条件下制备生物炭,通过元素分析、BET-N_2、电镜扫描及FTIR表征了不同热解温度下羊粪生物炭的结构特征,并采用序批实验研究了pH、生物炭投加量、热解温度、初始浓度等因素对羊粪生物炭吸附水体中诺氟沙星(NOR)的影响及吸附机制.结果表明,随着热解温度的升高,生物炭的比表面积、总孔容、平均孔径增大,芳香性和稳定性也有所提高.羊粪生物炭吸附NOR的最佳初始pH为6.0,吸附在180 min左右达到平衡,采用准二级动力学模型能更好地拟合动力学数据(R^2>0.96),吸附速率由表面吸附和颗粒内扩散共同控制.等温吸附拟合发现,Langmuir模型能较好地描述NOR在羊粪生物炭上的吸附行为(R^2>0.93),吸附过程均为有利吸附,且可能与氢键和π-π键作用密切相关,4种热解温度下生物炭的吸附能力大小为:650℃>550℃>450℃>350℃.吸附过程中ΔGθ<0、ΔHθ>0、ΔSθ>0,表明羊粪生物炭对NOR的吸附是自发、吸热及熵增加的过程.650℃和550℃条件下制备的羊粪生物炭可作为水体中NOR的优势吸附材料.