微生物协同硫铁矿强化去除水中锑酸盐的性能研究

水体重金属锑(Sb)污染受到越来越多的关注.本研究旨在利用微生物和硫铁矿协同强化去除水中锑酸盐(Sb(Ⅴ)),实验对比了硫铁矿和硫化亚铁在非生物和生物反应体系中对Sb(Ⅴ)的去除效果.结果表明,在非生物(未接种活性污泥)反应体系中,硫铁矿和硫化亚铁对Sb(Ⅴ)的去除效果随运行时间延长而逐渐下降,且在第10个循环硫铁矿对Sb(Ⅴ)的去除率仅为14.5%;硫化亚铁相对硫铁矿有较高的Sb(Ⅴ)去除效果.在微生物作用下,硫铁矿和硫化亚铁具有较稳定的Sb(Ⅴ)去除效果,且硫铁矿对Sb(Ⅴ)的去除率高于硫化亚铁.通过X射线光电子能谱(XPS)分析证明微生物可加速Sb(Ⅴ)转化为Sb(Ⅲ),同时生成的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)会促进Sb(Ⅲ)在硫铁矿上的富集沉淀,进而强化Sb从水体中去除.利用Illumina高通量测序揭示了除锑过程中微生物群落结构的时间演替规律,证明Thiobacillus和Sulfurimonas菌属为微生物协同硫铁矿去除Sb(Ⅴ)的优势菌属.研究结果为Sb(Ⅴ)废水修复提供了一种稳定高效的方法.

基于污泥堆肥工程实例的课堂教学模式改革

为改变单向讲授传统教学中学生学习效果差的问题,通过引入污泥堆肥工程实例来开展有机废弃物堆肥知识点讲授,课前让学生带着问题观看工程建设运行视频和预习教材中相对应的知识点,课上由学生结合工程实例分组讨论回答问题、老师讲评补充,课后让学生借鉴工程实例设计一张污泥堆肥工艺流程图,将工程实例贯穿于课前、课上和课后整个课堂教学活动中,提高了学生学习兴趣,使学生被动学习变为主动学习,所学知识得到提升,达到了主要教学目标。这一教学模式充分体现了以学生为中心的教学理念,提高了学生解决实际工程问题的能力和设计能力,为学生成为一个合格的环保工程师创造了条件。

混合营养生物反应器同步去除水中高氯酸盐和硝酸盐

针对水体硝酸盐和高氯酸盐复合污染,建立了异养和硫自养协同作用的混合营养型一体式生物反应器,采取异养投加不足量有机碳源、硫自养和异养共同承担负荷的策略,以解决异养有机物二次污染和硫自养法中副产物硫酸根过量的问题。考察了水力停留时间(HRT)和碳源投加量对高氯酸盐去除的影响。结果表明:当进水NO_(3)^(-)-N质量浓度为(20.21±0.23)mg·L^(-1)、ClO_(4)^(-)质量浓度为(20.12±0.12)mg·L^(-1)、HRT由4 h降低到2、1和0.5 h时,反应器均能实现对硝酸盐(>96.2%)和高氯酸盐(>96.9%)的高效去除;在HRT为4 h和0.5 h时,出水硫酸根质量浓度分别为(273±10)mg·L^(-1)和(129±3)mg·L^(-1),较长的HRT会导致硫歧化反应发生,从而使出水硫酸根浓度有所增加;当HRT为0.5 h时,混合营养条件下反应器出水硫酸根质量浓度比单独硫自养减少了63 mg·L^(-1),表明混合营养生物反应器能够有效减少硫酸根的产生;反应器出水不可吹除有机碳(nonpurgeable organic carbon,NPOC)小于2.68 mg·L^(-1),表明低碳源投加能够有效地避免有机物二次污染。

硫自养生物反应器对水中锑酸盐的去除效能和反应机理

为了探究硫自养生物过程对水中锑酸盐的去除效能,建立升流式硫自养固定床生物反应器,考察水力停留时间(HRT)对Sb(Ⅴ)和总Sb去除性能的影响,监测分析出水pH值、碱度消耗量变化规律和含硫副产物的产生趋势,利用扫描电镜和拉曼光谱分析表征推测反应机理.结果表明:(1)当进水锑酸盐Sb(Ⅴ)浓度为(1028.07±43.39)μg·L^(-1),HRT为8 h时,经过10~15 d的适应期,反应器对Sb(Ⅴ)去除率可达到94.37%±0.57%,总Sb去除率为47.03%±1.54%,当HRT由8 h缩短为6 h时,反应器对Sb(Ⅴ)去除率可达到90.60%±1.09%,总Sb去除率为12.79%±1.65%.(2)反应器出水硫酸盐超过理论值,表明有硫歧化反应发生,当HRT由8 h缩短为6 h时,碱度消耗量下降至(66.83±6.31)mg·L^(-1),对应pH值降低至7.29±0.09;出水SO_(4)^(2-)浓度出现大幅下降,SO_(4)^(2-)增量由(80.02±1.62)mg·L^(-1)降低至(63.77±1.78)mg·L^(-1),并在20 d后达到稳定.(3)扫描电镜结果表明反应器内球菌和短杆菌数量逐渐增多;拉曼光谱分析结果表明,反应器内沉淀产物为Sb_(2)S_(3)和零价硫的混合物,推测反应机理为锑酸盐在微生物的作用下发生硫自养还原反应,被转化为亚锑酸盐Sb(Ⅲ),而后Sb(Ⅲ)与硫歧化反应产生的S^(2-)生成沉淀Sb_(2)S_(3),从而实现Sb(Ⅴ)的高效还原和总锑的有效去除.研究显示,硫自养生物去除锑酸盐过程受到HRT变化的影响,出水SO_(4)^(2-)超过理论值,硫歧化反应与反应机理密切相关.