Fe^(2+)/Mn^(2+)活化亚硫酸盐降解盐酸土霉素的机理研究

盐酸土霉素常被用于治疗畜禽疾病,但是它不能被畜禽完全代谢,残留的盐酸土霉素进入水体危害水环境的健康。铁锰作为常见的过渡金属,通常以二价态活化亚硫酸盐来降解有机污染物,反应条件温和、操作简单,但是单独的二价铁与二价锰氧化还原电势低,活化亚硫酸盐效果较差。本研究采用Fe^(2+)/Mn^(2+)共活化Na_(2)SO_(3)降解水中的盐酸土霉素,考察药剂用量、pH、溶解氧、氯离子、碳酸根及腐殖酸对Fe^(2+)/Mn^(2+)/Na_(2)SO_(3)体系降解盐酸土霉素的影响;通过焦磷酸盐实验、自由基淬灭实验和EPR实验分析Fe^(2+)/Mn^(2+)/Na_(2)SO_(3)体系中的活性物种;利用紫外可见光谱、傅里叶红外光谱、气相色谱-质谱联用仪识别盐酸土霉素的官能团及其降解中间产物的变化,推断盐酸土霉素的降解途径。结果表明:当Fe^(2+)/Mn^(2+)/Na_(2)SO_(3)浓度比为1∶4∶20(浓度分别为0.1、0.4和2 mmol/L)时,在反应45 min、pH为9.0条件下,盐酸土霉素的去除率和矿化率最高,分别达到94%和49%。随着溶解氧从9 mg/L下降至1.89 mg/L,盐酸土霉素去除率从94%下降至17%;氯离子、腐殖酸和碳酸根均对盐酸土霉素的降解产生抑制作用。Mn(Ⅲ)和SO_(4)·^(-)是降解盐酸土霉素的主要活性氧化剂,盐酸土霉素的降解经过电子转移、开环与酰基化等过程。

暗棕壤中Cl-/SO42-质量比对镀锌钢和不锈钢腐蚀行为的影响

[目的]探究吉林地区暗棕壤中氯离子(Cl^(-))和硫酸根离子(SO_(4)^(2-))对典型接地材料腐蚀的影响。[方法]通过室内加速腐蚀试验考察不同Cl^(-)/SO_(4)^(2-)质量比下镀锌钢和不锈钢腐蚀速率的变化,采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析金属腐蚀产物的变化,探讨镀锌钢和304不锈钢的腐蚀机理。[结果]低浓度SO_(4)^(2-)的存在会促进Cl^(-)对镀锌钢的点蚀,SO_(4)^(2-)浓度高则能减缓Cl^(-)对镀锌钢的腐蚀。但镀锌层厚度有限,在强酸性环境下会因为快速溶解而逐渐失去防腐作用。与镀锌钢相比,304不锈钢在暗棕壤中的耐蚀性更优,但其成本更高,并且304不锈钢的点蚀随着Cl^(-)/SO_(4)^(2-)质量比的增大而加剧。[结论]镀锌钢较适用于温和的中性土壤环境。304不锈钢比镀锌钢更耐腐蚀,但不适用于腐蚀性阴离子含量高的土壤环境。

污泥处理与资源化虚拟仿真实验的设计与实践

阐述了污泥处理与资源化虚拟仿真实验体系的设计背景、构建、实验环境及教学效果。针对好氧发酵和脱水焚烧工艺建立了虚拟仿真模块。学生操作具体分为构建工艺路线、设计计算、运行与调试仿真实验、提交操作4部分。虚拟仿真实验可以使学生熟悉好氧发酵和脱水焚烧工艺相关的基础知识、主要设备及工艺流程,弥补实体实验的不足。

H2O_(2)对SBR脱氮效率和污泥性能的影响

双氧水(H_(2)O_(2))作为氧化剂,被广泛用于制药、纺织、化学品合成等企业,这些企业产生的废水进入污水生物处理系统,影响微生物活性和污水处理效果。考察H_(2)O_(2)对污染物去除率和过氧化氢酶活性的影响,分析胞外聚合物组成和污泥性质的变化,探索H_(2)O_(2)在污泥系统中的分解途径及其对污泥的作用机理。结果表明:低浓度H_(2)O_(2)(<90 mg/L)分解产生的·OH和·O_(2)^(-)具有协同作用,提高了COD和TN去除率,污泥表面变粗糙,絮凝颗粒增大,促进污泥絮凝,其中·OH贡献度大于·O_(2)^(-)。高浓度H_(2)O_(2)(>90 mg/L)对TN的去除产生抑制作用,酶活性、污泥絮凝性和胞外聚合物浓度降低。当H_(2)O_(2)浓度为90 mg/L时,COD和TN去除率最高,酶活性最高,因此,通过调控H_(2)O_(2)浓度可实现提高污染物去除率和污泥絮凝性的目的。

强化实践创新能力培养的《污染控制微生物学》“金课”建设

基于我校环境工程专业强化学生实践创新能力培养所取得的成果,通过理论教学、实验教学、教学方法及考评体系改革四个方面进行《污染控制微生物学》“金课”建设,开展“金课”建设路径的探索与实践,为环境工程专业“金课”建设提供参考和借鉴。

围绕工程认证《污染控制微生物学》如何开展教学

在工程教育专业认证的背景和要求下,传统教学存在组织设计不合理、教学和考核方式单一、持续改进不足等问题,很难满足工程认证的本科人才培养模式。因此,结合本专业的课程目标评价机制,对《污染控制微生物学》课程内容进行梳理,从课程目标、教学过程、考核方式、评分标准、课程质量评价等方面进行探索实践,以期实现工程认证“学生中心”、“成果导向”、“持续改进”三大理念。

Mn促进Fe/C微电解反应速率及降解污染物机理

为了扩宽铁炭微电解工艺的适用范围及提高处理效率,以铸铁屑、椰壳活性炭为原料,添加Mn构建Fe/Mn/C三元微电解体系处理甲基橙(MO)模拟染料废水。利用SEM-EDS、FTIR及Raman光谱分析了Fe、Mn和活性炭表面形貌及元素组成,采用UV和三维荧光光谱(EEM)探究了有机物成分的变化,对比了Fe/Mn/C和Fe/C微电解体系对MO的降解效果,揭示了Fe/Mn/C三元微电解体系降解MO的反应机理和反应动力学。结果表明,反应后的Fe、Mn和炭填料表面存在铁氧化物、铁氢氧化物及锰氧化物,Fe/Mn/C三元微电解体系可断裂MO的氮氮双键,破坏苯环结构。MO的降解过程符合准一级反应动力学模型;Fe/Mn/C微电解体系对MO降解的反应速率常数由Fe/C微电解体系的5.7381×10^(-4)min^(-1)提高至9.3834×10^(-4)min^(-1),降解速率和降解效果显著优于Fe/C微电解体系。

基于卓越创新人才培养的环境工程专业实践教学研究

以东北电力大学环境工程专业为例,以培养卓越创新人才为目标,通过理论教学、实验教学和校内外实习、社会实践等环节完整的教学体系改革,聚焦提高学生解决复杂工程问题能力。通过改革培养现代经济社会所需的实践和创新能力强、具有跨界整合能力和动态适应能力的卓越创新人才。

焚烧飞灰在纳滤膜浓缩液淋滤及后续热处理中Pb的迁移转化

探究了纳滤膜浓缩液淋滤焚烧飞灰过程及淋滤灰渣在400-1000℃热处理过程中Pb的迁移转化特性.结果表明,淋滤过程中飞灰中大部分氯盐被溶出,有新的矿物相Pb_(2)(SO_(4))O出现.后续的热处理中,在400-1000℃过程中Pb_(2)(SO_(4))O分解成PbSO_(4),然后同Pb的磷酸盐稳定存在于灰渣中,碱式碳酸盐在400℃下完全分解.当温度达到800℃以上,PbSiO_(3)含量随着温度升高逐渐降低,生成了Ca_(2)PbO_(4)且生成量随着温度的升高而逐渐增大.

聚苯胺/石墨烯水性涂料的制备及其防腐性能研究

为了提高聚苯胺水性涂料的防腐性能,利用苯胺和氧化石墨烯(GO)作为原料,采用原位聚合-还原法制备聚苯胺/石墨烯(PAG)复合材料,再利用PAG与水性环氧树脂共混制备聚苯胺/石墨烯水性环氧防腐涂料。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析PAG的结构和微观形貌,利用动电位极化曲线和电化学交流阻抗谱(EIS)分析PAG水性涂层的防腐性能。结果表明,PAG保持了石墨烯的基本形貌,聚苯胺颗粒均匀地分散在石墨烯表面和片层间,形成片状插层结构;当PAG浸泡在3.5%Na Cl溶液中,PAG涂层的阻抗值最大,腐蚀电流密度为24.30μA/cm2,PAG对碳钢的保护度达到94.24%,优于PANI水性涂料的防腐性能(PANI水性涂层涂覆碳钢的腐蚀电流密度和保护度分别为43.17μA/cm2和88.97%);与PANI水性涂层和水性环氧树脂涂层相比,PAG水性涂层对O2和H2O分子具有更好的屏障性能。

EPS对活性污泥絮凝沉降性能与表面性质的影响

采用序批式生物反应器(SBR)处理模拟废水,在葡萄糖作为碳源的条件下,调整进水碳源浓度改变系统内胞外聚合物(EPS)含量,考察EPS的变化对活性污泥絮凝沉降性能及其表面性质的影响。结果表明,当EPS从100mg.L-1提高至500mg.L-1时,出水悬浮固体浓度(ESS)从4.4mg.L-1提高至46.6mg.L-1,污泥容积指数(SVI)从68.55ml.g-1提高至164.35ml.g-1,EPS与ESS、SVI呈正相关(R2分别为0.9916和0.9451)。污泥絮体重新絮凝能力(FA)从44.8%下降至17.9%,区域沉降速率(ZSV)从11.2m.h-1下降至3.2m.h-1,EPS与FA、ZSV呈负相关(R2分别为-0.9941和-0.9805)。污泥表面Zeta电位从-12.09mV下降至-37.21mV,污泥相对疏水性RH从44.11%下降至19.31%,EPS与Zeta电位、RH呈负相关(R2分别为-0.9524和-0.9979)。

施用畜禽粪便有机肥土壤抗生素抗性基因污染状况

为研究施用畜禽粪便有机肥农田土壤中抗生素抗性基因的分布状况,采集北京地区9个长期施用有机肥蔬菜基地的温室和大田土壤,对土壤中的抗生素耐药菌和18种抗性基因进行检测分析。结果表明,温室土壤中四环素耐药菌占总菌数的比例显著高于大田土壤(P<0.05),但温室土壤中氨苄西林、磺胺甲恶唑和环丙沙星耐药菌占总菌数的比例均与大田土壤无显著性差异(P>0.05)。大田土壤和温室土壤中磺胺类抗性基因sulⅠ、sul2和四环素类抗性基因tet L的检出率均为100%。其他抗性基因,如四环素抗性基因tet A、tet A/P、tet C,红霉素抗性基因erm B,以及Ⅰ类整合子(intⅠ1),温室土壤的检出率均高于大田土壤,这可能与温室土壤有机肥施用量较大有关。

固体碳源填充床反应器脱除污水硝态氮效能的预测模型

为了预测固相反硝化反应器出水的硝酸盐浓度,优化工艺参数,以聚羟基丁酸戊酸共聚酯[Poly(3-Hydroxybutyrate-co-3-Hydroxyvalerate),PHBV]作为反应器的碳源和生物膜载体,对受硝酸盐污染的水进行生物反硝化脱氮。采用Box-Behnken试验设计,利用响应曲面法研究了反应器出水硝态氮浓度与进水硝态氮浓度、水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)和温度之间的关系,建立了以出水硝态氮浓度为响应值的二次多项式回归模型。该数学模型可以定量描述进水硝态氮浓度、HRT和温度对出水硝态氮浓度的影响,模型预测值与试验值能吻合较好。方差分析结果表明,进水硝态氮浓度、温度和HRT及其交互作用对响应值均具有显著性影响(P<0.05)。

NaCl盐度对A^2/O工艺去除废水污染物和系统微生物的影响

为了提高含盐废水的有机物去除率和脱氮效率,考察NaCl盐度对A^2/O工艺污染物去除和微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析了厌氧区、缺氧区和好氧区的微生物群落结构,结合有机物去除和脱氮效率的变化探讨不同盐度下A^2/O工艺优势种群的演替规律,以期揭示含盐废水生物脱氮机理。结果表明:1)随着NaCl盐度的增大,A^2/O工艺污染物去除率下降,当盐度由0增大至40 g/L时,A^2/O反应器厌氧、缺氧和好氧区域COD去除率分别由52%、80%和56%下降至30%、50%和40%;厌氧区和好氧区NH4+-N去除率分别由33%和61%下降至11%和39%;缺氧区NO3--N去除率由63%下降至47%。2)与无NaCl废水相比,加入NaCl后,微生物的多样性降低;高盐度(40 g/L)与低盐度(0、10 g/L)处理的微生物群落结构差异较大;缺氧区陶氏菌属和副球菌属、好氧区梭菌属和硝化螺旋菌相对丰度的降低是导致A^2/O工艺脱氮效率下降的主要原因;厚壁菌门中的部分菌属(如Lactobacillus、Streptococcus、Tepidibacterium、Veillonella、Lachnoclostridium、Zoogloea)相对丰度增大,具有较强的耐盐性;随着盐度的增大,与脱氮相关的微生物(如变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门等)一直是A^2/O工艺厌氧区、缺氧区和好氧区的优势菌门,保证了不同盐度下A^2/O工艺始终具有一定的脱氮效能。

高分子絮凝剂处理高浓度化妆品原料生产废水研究

化妆品原料生产过程中产生的废水水质成分复杂、有机物含量高、难降解,利用混凝工艺处理该废水能够减缓生化处理单元的负担,提高污水处理效率。为揭示无机高分子混凝剂混凝过程中污染物的去除机制和污泥性质的变化,考察了不同的絮凝剂聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝铁(PAFC)和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)投加浓度对污染物去除率和污泥性质的影响。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线能谱(EDX)、扫描电镜(SEM)、热重分析仪(TGA)分析污泥絮体官能团、表面形貌、元素组成和热稳定性的变化,采用三维荧光光谱(3D-EEM)和超滤技术分析出水中有机物分子量的分布规律和有机物成分的变化,优化最佳混凝工艺运行条件。结果表明:进水中的天然有机物(NOM)荧光强度高,有机物分子量主要分布在>100×10^3和<3×10^3区间,其所占比例分别为22.89%和50.57%。当进水COD为6700~7500 mg/L时,在助凝剂PAM投加浓度为0.03 g/L,PAC、PFS和PAFC投加浓度分别为2.8 g/L、2.8 g/L和3.0 g/L的条件下,COD去除率分别为87.20%、79.89%和83.74%,出水浊度分别为2.54 NTU、9.3 NTU和5.51 NTU,NOM荧光强度大大减弱。其中,PAC+PAM对废水中有机物去除效果最好,出水有机物分子量主要分布在(10~30)×10^3和<3×10^3范围内,其所占比例分别为31.84%和25.92%,形成的混凝污泥具有较好的热稳定性,污泥表面蓬松,呈多孔网状结构。混凝工艺可吸附脂类大分子物质,提高了高浓度化妆品原料生产废水的可生化性。

纳米伊／蒙黏土对水体中重金属的吸附去除效果

为明确纳米伊/蒙黏土(下称伊/蒙黏土)作为修复材料在去除水体重金属方面的应用潜力,研究了伊/蒙黏土对水体中Ni^(2+)、Cu^(2+)和Cd^(2+)的去除效果与吸附规律,并通过小麦水培试验分析伊/蒙黏土降低水体重金属在小麦地上部分的累积和缓解重金属对小麦的毒害效应等效果.结果表明:伊/蒙黏土可以吸附去除水体中的Ni^(2+)、Cu^(2+)和Cd^(2+),当水体中ρ(Ni^(2+))、ρ(Cu^(2+))和ρ(Cd^(2+))分别为5、10、2 mg/L时,添加2%(以w计)的伊/蒙黏土对3种重金属的去除率均达到95%以上.伊/蒙黏土对重金属的吸附等温线符合Langmuir方程,对Ni^(2+)、Cu^(2+)和Cd^(2+)的理论最大吸附量分别为2.13、8.52和1.56 mg/g.在培养液中添加2%伊/蒙黏土可降低小麦对Ni^(2+)、Cu^(2+)和Cd^(2+)的累积富集,缓解重金属对小麦生长的毒害效应.研究显示,纳米伊/蒙黏土可有效去除水体中的Ni^(2+)、Cu^(2+)和Cd^(2+),并缓解其对小麦的毒性,因此其在修复水体重金属污染、恢复水环境生态功能方面具有潜在的应用前景.

温度对改良A^2/O工艺反硝化除磷性能的影响

温度是影响微生物代谢活动的重要物理因素。为了提高生物同步脱氮除磷的效率,该研究采用改良A2/O反应器处理模拟城市污水,考察温度对活性污泥反硝化除磷性能和缺氧区微生物代谢动力学行为的影响,以期为反硝化除磷工艺的实际应用提供理论指导和技术支持。结果表明,当温度低于12℃时,改良系统化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和总氮(total nitrogen,TN)去除率明显下降,PO3-4-P去除率变化较小。通过污泥反硝化除磷性能测试发现,温度过高或过低均会导致释磷速率和吸磷速率的变化;温度对活性污泥中反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus accumulation organisms,DPAOs)比例影响较大,当温度为27℃时,DPAOs/PAOs达到最高值(56.16%),吸磷速率、硝酸盐还原速率以及聚-β-羟基丁酸盐(poly-β-hydroxybutyric acid,PHB)氧化速率达到最大,分别为5.15 mg/(g·h)、7.13 mg/(g·h)和0.81 mmol/(g·h)。通过拓展的阿伦尼乌斯方程对试验结果进行拟合,缺氧区动力学过程的温度系数分别为1.120~1.164和1.137~1.153,所有的缺氧化学计量学均对温度变化敏感。

CeO_2/Al_2O_3催化剂的制备表征及在污水处理中的应用

为了提高臭氧催化氧化污水深度处理的效率,分别利用CeO_2和Al_2O_3作为活性组分和载体制备掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂,通过X-射线衍射、透射电镜、N2吸附脱附曲线、X射线光电子能谱等方法对催化剂性能进行表征,考察CeO_2/Al_2O_3催化活性的变化,分析催化臭氧化去除有机物的作用机制。结果表明,制备的掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂具有较大的比表面积、孔容和孔径,分别达到125 m2/g、0.242 2 cm3/g和7.777 8 nm。催化剂的活性组分主要为高度结晶化立方萤石结构的CeO_2,煅烧并未改变CeO_2的结构晶型。当进水化学需氧量(Chemical oxygen demand)为70~80 mg/L,催化剂用量为110 g/L,臭氧浓度为18 g/m3,p H值为7.8时,COD去除率最高42.8%。较高的催化效率归功于活性物质CeO_2中同时具有Ce3+和Ce4+,加速了臭氧生成更多的强氧化性?OH,催化剂的多孔结构为有机物的降解提供了充足的反应空间。催化剂使用寿命长,当催化剂重复使用5次后,COD去除率仍保持40%以上。

CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷催化剂的制备及其催化臭氧化性能

采用涂覆法制备了CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷催化剂。利用X射线衍射、N_2吸附-脱附和透射电镜等方法对所制备的催化剂进行了表征,并分析了其催化臭氧化降解对苯二酚的效能。结果表明,CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷的晶相属于典型的尖晶石结构,具有较大的比表面积、孔容和孔径,分别达到77 m^2·g^(-1)、0.001 7 cm^3·g^(-1)和3.9 nm。CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷催化臭氧化对苯二酚的去除率高达81.2%,COD去除率可达47.7%。在叔丁醇存在的条件下,对苯二酚的去除率显著下降,说明CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷催化臭氧化遵循羟基自由基机理。

Fe^(3+)在A^2O工艺缺氧区的转化规律及其对污泥絮凝性的影响

为了研究铁元素对A^2O工艺污泥絮凝性的影响,考察Fe^(3+)在污泥上清液、胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)与底泥(Pellet)中的分布和迁移转化规律,结合三维荧光光谱(3D-EEM)、原子吸收和X射线衍射仪(XRD)分析Fe的存在形态和结构特征,揭示Fe^(3+)与微生物代谢产物的作用机制,探索Fe^(3+)对脱氮除磷效率的影响。结果表明:低浓度Fe^(3+)(<10 mg·L^(-1))能够提高COD和TN去除率,促进微生物活性,增强污泥生物絮凝性;高浓度Fe^(3+)(10～40 mg·L^(-1))则抑制微生物活性,使EPS总量升高,污泥絮体脱稳,LB、TB层PN/PS是影响污泥絮凝性的关键因素;Fe^(3+)的投加强化生物除磷效率,当Fe^(3+)浓度为40 mg·L^(-1)时,TP去除率为93%。Fe^(3+)在污泥混合液中的分布规律为TB>上清液>LB>SMP,Fe^(3+)在生物体内富集累积,能够改变EPS各层的组分。