固定化耐酸曲霉对Pb2+的去除及机理研究

固定化微生物技术凭借处理效率高、投入成本低的优势在重金属废水处理领域应用颇为广泛,然而相关的重金属去除机理尚不明确。以从酸性矿山废水中筛出的耐酸曲霉Aspergillus sp.MF1作为研究对象,对其进行固定化处理,运用亚细胞分离技术以及五步提取法并通过SEM、FTIR表征初步揭示固定化Aspergillus sp.MF1去除Pb^(2+)的机理。研究结果表明,在pH为3.5,初始Pb^(2+)质量浓度为10 mg/L时,固定化Aspergillus sp.MF1对于Pb^(2+)的去除率最高可达78.26%。固定化Aspergillus sp.MF1去除Pb^(2+)的机理可归纳为两点,一是源于固定化Aspergillus sp.MF1载体的高比表面积、聚乙烯醇和海藻酸钠等材料表面活性基团对Pb^(2+)的吸附,二是归于Aspergillus sp.MF1细胞壁对于Pb^(2+)的螯合、吸附和离子交换作用,以及液泡和其他细胞器的隔室化作用。此外,固定化Aspergillus sp.MF1连续循环使用5次对Pb^(2+)的去除率均能达到30%以上,且在去除过程中未发生破裂、细胞泄露等情况。

一株耐酸曲霉的优化培养及其对Cu^(2+)的去除作用

生物修复是处理重金属污染的重要手段之一,真菌在生物修复中具有良好的应用前景。文章从安徽省马鞍山市某矿山废水中分离出一株丝状真菌并研究其对Cu^(2+)的去除作用。经形态学及18SrDNA序列分析鉴定为曲霉,命名Aspergillus sp.MF1。研究表明:在pH值为3.5条件下,碳源为葡萄糖、氮源为酵母、碳氮比为10.0时有最大生物量。菌体对Cu^(2+)最大耐受质量比为770.18 mg/g,并能有效地去除Cu^(2+)。ρ0(Cu^(2+))为50、100 mg/L时,Aspergillus sp.MF1对Cu^(2+)的去除率分别可以达到78.49%和64.63%,且w max(Cu^(2+))=123.99 mg/g。在Aspergillus sp.MF1抗Cu^(2+)胁迫的生理响应过程中,蛋白质的作用随着ρ(Cu^(2+))增大而增加,随时间的增长而减小。菌株Aspergillus sp.MF1具有在强酸性环境下去除Cu^(2+)的能力,该研究可为真菌在极端环境下治理Cu^(2+)污染提供一定的参考。

养殖废水对AMD重金属的处理效果及去除机制

文章研究牛粪发酵前后产物与酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)共处理过程及处理效果。结果表明,牛粪及发酵后产物(沼液)均对AMD具有不同程度的处理效果;处理前期,牛粪组R1和沼液组R2的pH值从3.07分别迅速升高到4.01和3.85,直至实验结束时pH值略有下降,分别达到3.91和3.47;酸度分别下降49.8%和44.83%。R1组Fe、Zn、Cu、Mn、Al等金属离子质量浓度分别下降72.34%、83.79%、96.48%、17.2%、46.89%;R2组Fe、Cu、Mn、Al质量浓度分别下降96.27%、61.40%、13.92%、48.19%。X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)扫描结果表明2组实验对金属的去除主要以共沉淀为主,但在R1组中发现微生物可能对处理过程具有较大的推动作用。2组实验均对AMD具有较好修复效果,在利用养殖废水处理AMD具有很好的应用前景。

城市生活垃圾焚烧飞灰协同底渣制备轻质低硅铝型陶粒实验研究

以城市生活垃圾焚烧飞灰(简称飞灰)协同城市生活垃圾焚烧底渣(简称底渣)制备轻质低硅铝型陶粒,研究飞灰/底渣掺量、焙烧条件对陶粒性能的影响,分析热处理后矿物相转变、微观形貌,并从重金属浸出角度评估成品陶粒的质量。结果表明:(1)在最佳原料掺量(质量分数)为飞灰20.0%、底渣40.0%、凝灰岩40.0%,最佳焙烧参数为预热温度500℃、焙烧温度1100℃、焙烧时间10 min的条件下,陶粒的颗粒强度为2014 N,堆积密度为890 kg/m^(3),1 h吸水率为8.60%。(2)焙烧过程中生成了新物相(透辉石、钙铁辉石和硅灰石),并且陶粒内部形成了丰富的多孔结构。(3)陶粒中Cr、Ni、Zn、As、Cd、Pd浸出毒性远低于《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)。

凯氏拟小球藻除锰过程及机理分析

与传统的废水中去除Mn^(2+)方法相比,生物修复具有更高的环境和经济效益。从安徽某铁硫矿山的酸性废水坑湖中分离纯化得到一株新型藻株——Parachlorella kessleri MP1,研究了其在不同pH值、Mn^(2+)浓度条件下的生长过程、培养基pH值变化和除锰效率,并分别通过测定细胞内外去除Mn^(2+)量、谷胱甘肽(GSH)含量、巯基含量以及傅里叶变化红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)分析初步探讨了除锰机制。结果表明,Parachlorella kessleri MP1可耐受pH值为3.5的酸性环境,且对Mn^(2+)具有良好去除效果。当Mn^(2+)初始浓度分别为5、15和30 mg/L时,pH=3.5和pH=7.0初始条件下可分别实现35.86%、30.82%、27.54%和93.73%、74.11%、52.22%的去除率。此外,该藻株具有产碱作用,pH=3.5试验组反应结束时pH值达到了9.04。所测胞外去除Mn^(2+)量远大于胞内去除,胞内GSH和巯基含量有所增加,FTIR分析得知细胞表面—NH_(2)、—OH、—COOH和C—O等官能团参与了除锰过程。因此,微藻除锰过程中胞外去除发挥主要作用。

铁泥资源化实现铁厌氧氨氧化及其机理初探

以铁碳微电解废铁泥为原料制备轻质烧结陶粒填充于厌氧生物反应器中,在实现废铁泥资源化利用的同时实现了低C/N废水的氨氮厌氧氧化.反应器经过60d的驯化,出水趋于稳定,NH_(4)^(+)-N平均去除率接近100%,TN平均去除率为14.19%,NH_(4)^(+)-N在反应器中实现了厌氧氧化,出水中的N元素以NO_(3)^(-)-N为主.反应器中的Fe-N耦合作用机制分析表明在反应器底部主要发生的生化过程为有机物水解、异化铁还原和NDFO反应,中部主要发生Feammox和NDFO反应,顶部主要发生NDFO反应.

基于沼渣的生物炭负载零价铁强化牛粪厌氧产甲烷研究

针对养殖场废物厌氧消化处理中存在的沼气产量较低和沼渣资源化利用较低等不足,文章以沼渣为原材料,通过铁盐改性制备获得生物炭(biochar,BC)负载零价铁(zero-valent iron,ZVI)复合材料(ZVI-BC),并将其用于强化牛粪的厌氧产甲烷过程。研究结果表明:ZVI-BC具有更丰富的官能团种类、更大的比表面积和孔隙率;添加ZVI-BC对牛粪厌氧消化过程有一定促进作用,产气量较对照组提高3.35%~26.87%,甲烷体积分数提高7.01%~16.22%;低添加量的ZVI-BC对甲烷的促进作用更加显著;添加ZVI-BC有助于缓解有机酸积累、吸附中间有毒有害产物及增加消化体系缓冲能力。研究结果可为养殖场废物厌氧处理的研究和应用提供参考。

基于AMD回收的生物炭修饰LDHs降解土霉素研究

采用共沉淀法模拟酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)的中和处理过程,利用生物炭优化调控中和过程,负载修饰获得层状双氢氧化物-生物炭复合材料(Recovered Layered Double Hydroxides,RLDH@BC),用于活化过一硫酸盐(PMS)降解水中土霉素(OTC)。各项表征结果证明,该方法可成功从AMD中回收RLDH@BC。降解实验表明,RLDH@BC可在广泛的pH范围(3~11)高效活化PMS降解OTC,最高去除效率达到88%;共存离子实验表明,NO-3和HCO-3共存条件下OTC的去除率从86.2%分别降至82.3%、82.2%,影响较小;而Cl^(-)和H_(2)PO_(4)^(-)共存时,OTC的去除率分别降至76.1%、68.7%,产生一定影响。猝灭实验表明,在RLDH@BC/PMS体系中,自由基和非自由基共同作用,其中自由基占主导作用。经过5个循环后,70%的OTC在20 min内被去除,说明材料具有良好的循环利用性。该研究对拓展AMD的资源化处置以及抗生素废水的高效修复均具有重大意义。

基于EOD理念的“市场+”矿山生态修复治理模式研究——以安徽省为例

激发矿山生态修复过程中的市场活力,是解决财政资金缺口、推进生态文明建设的重要举措。本文在介绍我国市场化推进矿山修复政策的基础上,结合EOD模式特点和运行机制,以安徽省为例,总结梳理了市场化推进矿山生态修复治理模式。当前的治理模式可以归结为生态导向的政府和社会资本合作(PPP+EOD)模式、自然资源再利用模式和“生态修复+”产业模式。针对当前市场化推进矿山生态修复面临的突出问题,认为应加强政策法规建设,做好过程监管和风险防控,并完善配套支持措施优化基础环境。

耐盐希瓦氏菌异化还原铁过程中胞外聚合物的光谱分析

微生物的生长代谢往往受盐度的影响,因此筛选出耐盐性强的菌株对含盐废水的生物处理意义重大。选取一株从海洋分离具备耐盐异化金属还原的功能细菌(DMRB)——耐盐希瓦氏菌(Shewanella aquimarina XMS-1)作为研究对象,探究盐度对XMS-1还原Fe^(3+)过程及胞外聚合物变化的影响。考察了不同盐度下XMS-1的Fe^(3+)还原能力和胞外聚合物(EPS)的含量,并采用三维荧光光谱(3D-EEM)、拉曼光谱(Raman spectra)、红外光谱(FTIR)及其对应的二维相关光谱(2D-COS)分析了XMS-1还原Fe^(3+)过程中EPS的变化。结果表明,蛋白为XMS-1 EPS中主要物质,占EPS含量的80%以上,多糖的含量相对较少,3%盐度条件下会促进XMS-1的EPS产量,表明XMS-1在高盐环境中会分泌更多的EPS来保护细胞进行正常的生理活动。Fe^(3+)还原过程在盐度为1%~4%时得到促进,而在盐度高于5%时则受到抑制,过高盐度会抑制XMS-1的生长,导致Fe^(3+)还原率下降,其中3%盐度下Fe^(3+)还原率最高可达44.1%,相对于对照组增加了2.18倍。FTIR和Raman光谱结果显示XMS-1 EPS中含有羧基、羟基、氨基和羰基等金属离子氧化还原功能基团,其中3%盐度下EPS中蛋白酰胺类和多糖类代表峰增强,蛋白酰胺类代表峰变化显著,含O-和N-基团参与了Fe^(3+)还原过程。此外3D-EEM结果显示,Fe^(3+)还原过程结束后,EPS中色氨酸和酪氨酸两种荧光组分强度均下降,结合2D-COS光谱结果分析,发现色氨酸类蛋白在Fe^(3+)还原过程中先发生了显著变化,表明这两种荧光组分参与了Fe^(3+)的还原过程,其中色氨酸类蛋白在还原过程中作用更强。本研究不仅丰富了对耐盐菌EPS胞外电子转移过程的认识,也突出了EPS在自然环境中铁氧化还原转化的意义。

复合改性污泥生物炭对Mn^(2+)的吸附研究

针对含锰(Mn^(2+))废水处理与城市污水处理厂污泥的安全处理处置问题,文章将合肥市某污水处理厂污泥在CO_(2)气氛和550℃条件下进行热解,并用3 mol/L KOH进行改性,制备得到复合改性污泥生物炭(composite modified sludge biochar,CMSB),并将其用于含Mn^(2+)废水处理。实验结果表明,CMSB在pH=4、投加量为1.0 g/L时,对Mn^(2+)的吸附量可达37.63 mg/g。CMSB对Mn^(2+)的吸附行为可以很好地通过准二级动力学模型和Langmuir等温线模型拟合,热力学分析结果表明吸附过程是自发、吸热、熵增的,主要吸附机制包括含氧官能团络合、π键作用、静电吸引及阳离子交换。研究结果可为城市污水处理厂污泥的安全处置和含Mn^(2+)废水处理提供技术支持和理论基础。

共存阳离子对含锰酸性矿山废水化学中和处理过程的影响

文章采用化学中和法处理模拟酸性矿山废水(acidminedrainage,AMD),探究共存离子Fe^(2+)、Mg^(2+)和Al^(3+)在曝气搅拌和机械搅拌2种条件下对锰的去除率及其固相产物的影响.结果表明:3种共存离子对锰的去除均具有一定的促进作用;其中Al^(3+)的作用最显著,但Al^(3+)及其产物对锰离子的氧化有抑制作用;Al^(3+)、Fe^(2+)的存在会降低固相产物中锰元素的质量比并影响沉积物组成,不利于后续回收处理.研究结果可为化学中和除锰工艺优化及固相产物回收利用研究提供参考.

尾水湿地系统中污染物去除过程及微生物群落结构分析

随着对水生态保护和再生水回用的日益重视,污水处理厂外排尾水水质要求进一步提高。利用人工湿地深度处理尾水已被广泛推广,明晰人工湿地各单元中污染物去除过程和机制对出水水质提升和湿地稳定运营具有重要意义。研究结合三维荧光分析和高通量测序技术,对湿地各单元尾水中主要污染物的降解和微生物群落结构进行监测。结果表明,湿地系统对尾水中主要污染物具有良好的处理效果,COD_(Cr)、TN、NO-3-N、TP去除率分别约为93.5%、87.1%、85.4%、100%。组合湿地系统中污染物的降解主要集中在曝气好氧塘单元,而预处理塘单元对污染物降解能力较弱。分析结果表明,水体DOM中主要为外源性组分,进入湿地后内源性组分逐渐升高,湿地系统对类腐殖质组分降解效果显著。湿地中水体和表面沉积物的微生物群落结构具有显著的差异性,其中假单胞菌(Pseudomonas)、丛毛单胞菌(Comamonas)、拟无枝酸菌(Amycolatopsis)和马赛菌(Massilia)等具有氮、磷转化功能的微生物在曝气好氧塘单元水体和生物膜中富集。RDA分析显示,水体中的营养组分主导了变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、蓝藻门(Cyanobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)分布的主要原因。研究结果为组合型人工湿地系统工艺调整和水质提升提供科学依据。

以学生能力培养为核心的环境监测课程改革与实践

基于工程教育专业认证的教学体系的核心,在于以学生为中心、以能力培养为核心、以培养目标为导向,同时具有持续改进功能.环境监测是环境科学与工程专业的主干课程之一,不仅要培养学生的理论分析能力和实验操作能力,而且要提高学生的自主创新和综合应用能力.通过对环境监测课程教学改革与实践的初步探讨,从教学内容、教学方法、教学手段及考核体系等方面阐释环境监测课程的改革探索和实践研究.

利用办公废纸制备活性炭基超级电容器

文章以办公室废纸为基质材料制备活性炭基超级电容器,研究碳化温度、活化温度、碱炭比对超级电容器性能的影响。首先通过采用预碳化、KOH活化的方法,按照正交试验设计制备得到活性炭,并进一步优化条件制备得到超级电容器电极材料;然后利用电化学、BET比表面积测试、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、傅里叶红外光谱分析(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)等分析手段,对活性炭和超级电容器电极材料进行表征。结果表明:在500℃碳化、650℃活化,碱炭比4∶1条件下制备的纸屑活性炭比表面积达到了2945 m2/g,且具有以微孔为主的大孔-介孔-微孔三级孔道结构。在6 mol/L KOH、电流密度1 A/g下,超级电容器比电容达到297 F/g,在10 A/g的电流密度下循环2500圈后比电容保持率为94.5%,表现出优良的超级电容器电化学性能。

玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能

为了提高蓝藻的资源化利用效率,该研究利用玉米秸秆和蓝藻混合厌氧发酵制备沼气。结果表明,与单一的玉米秸秆或蓝藻发酵过程相比,玉米秸秆和蓝藻混合发酵能够有效促进沼气的生成。当玉米秸秆、蓝藻和接种污泥混合挥发性固体(volatile solid,VS)质量比是2:8:1,产气效果最佳,挥发性固体产气量为687.3mL/g,其中甲烷体积分数达到63.3%。同时该体系液相磷酸盐含量、总碳、总有机碳也最高,表明该系统内发生为了蓝藻的有效降解。研究结果对于农业废弃物和巢湖蓝藻的资源化利用具有一定的意义。

铁氧化物对硫酸盐还原菌分解硫酸盐矿物的协同作用

以牛肉膏为碳源,用活性污泥混合菌接种,探讨在缺氧条件下添加不同的铁氧化物对硫酸盐还原菌(SRB)分解硫酸盐矿物的影响。通过溶液pH、铁离子、硫酸根浓度以及固体产物的SEM和EDS图谱分析,揭示硫酸盐矿物分解过程和机制。实验结果表明,铁氧化物对SRB分解硫酸盐矿物起着明显的协同作用:①被铁还原菌还原的Fe2+与硫酸盐还原产生的硫化氢反应形成铁硫化物,消除硫化氢对SRB分解硫酸盐的抑制作用;②铁氧化物还原溶解,提高体系的pH和碱度,增加生化产物CO2的溶解,诱导溶解的钙离子形成方解石沉淀,促进SRB分解硫酸盐矿物的过程。

三价铁离子促进玉米秸秆厌氧发酵

厌氧消化是农业废弃物资源化利用的有效途径之一。微量元素是影响有机废弃物厌氧产沼气性能的重要生态因子,其中铁对有机废弃物的厌氧发酵过程的效率和稳定性作用最为显著,而通常秸秆的含铁量很低。因此,该试验以玉米秸秆为例,研究了初始FeCl3加入量分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.5%、3%、6%(基于秸秆的挥发性组分)时秸秆厌氧发酵产沼气、产甲烷过程以及沼液沼渣特征。结果表明初始FeCl3加入量为3%,秸秆的厌氧产甲烷效率相对于对照(加入量0%)提高了14%。X射线衍射分析结果表明FeCl3存在时,沼渣中纤维素的结晶度显著降低。沼渣的组分分析结果表明FeCl3的存在有助于提高玉米秸秆中纤维素及半纤维素的分解效率,从而提高了秸秆产甲烷效率。该研究可为农业废弃物甲烷化利用提供参考。

SRB以油菜秸秆为基质处理酸性矿山排水

文章以乙酸钠作为对照底物,研究分析了在不同铜离子质量浓度下,硫酸盐还原菌(sulfate-reducingbacteria,简称SRB)以油菜秸秆为基质处理酸性矿山排水的过程及其主要影响因素。结果表明:当初始铜离子质量浓度分别为0、6.4、12.8、32.0、48.0mg/L时,反应初期各体系内的pH值从5.0迅速升高到7.0～7.5,实验结束后SO42-去除率都超过了94%,反应器中TOC质量浓度在实验开始几天内均先上升,并在达到峰值后迅速下降;而重金属存在时,以乙酸钠为底物的反应器内SO42-还原速率及去除效率都受到显著抑制。研究还表明,秸秆的吸附作用降低了铜离子对SRB的毒性作用。因此,油菜秸秆为底物不仅可以提供缓释碳源,而且可以作为吸附剂减弱重金属离子对SRB的抑制作用。

外加氨氮对玉米秸秆厌氧发酵的影响

以玉米秸秆为例,研究了氨氮浓度对农业废弃物厌氧发酵产甲烷性能以及沼渣特性的影响,并利用Gompertz方程对沼气及甲烷产生过程进行了数学拟合。实验结果表明：外加氯化铵浓度（1~10 g/L）对秸秆厌氧产累计产气量影响不显著;但对累计甲烷产量、玉米秸秆中挥发性组分（volatile solid,VS）的去除率、沼渣组分等有显著影响。在外加氯化铵浓度为5 g/L时,即碳氮比（C/N）为15∶1时,产气组分中甲烷含量最高为1 039 mL,当外加氯化铵浓度为10 g/L时,产气组分中甲烷量最低仅为833 mL。此外,用修正的Gompertz方程能够很好地拟合各反应器的厌氧发酵产气产甲烷过程。高浓度氯化铵（10 g/L）对产甲烷量、VS去除率有抑制作用。氯化铵浓度对沼渣中纤维素含量影响不显著,对半纤维素及木质素含量影响显著。