铁-钙-炭强化污泥深度脱水及污泥基生物炭制备

污泥脱水是污泥处置及资源化的重要前提。在实际工程中,常规使用FeCl_(3)作为污泥调理剂时,对于某些剩余污泥的强化脱水效果较差,无法满足后续处置的含水率要求。本研究以脱水困难的剩余污泥为研究对象,探究了FeCl_(3)、CaO和生物炭协同强化污泥深度脱水效果及其资源化利用途径。研究发现,在FeCl_(3)调理污泥脱水的最佳条件下,引入CaO和生物炭可以进一步提高脱水效果。对于脱水困难的剩余污泥(单独FeCl_(3)调理,最佳脱水情况下泥饼含水率仍有60%~70%),当FeCl_(3)投加剂量为9%、CaO投加剂量为2%、稻壳生物炭投加剂量为2%,压滤时间为7 min时,机械脱水后泥饼含水率可降低至44.08%,满足后续处置的含水率要求,并且滤液pH接近中性,不会增加滤液处理负担。脱水后的泥饼中含有Fe、Ca元素,在400℃条件下制备高性能污泥基生物炭,具有较高的比表面积和孔容,表面富含含氧官能团,可以高效去除水中Cr^(6+),吸附量为26.51 mg/g。本研究建立了铁-钙-炭协同强化污泥深度脱水及其制备高性能污泥基生物炭的技术策略,为难脱水剩余污泥的处理和资源化利用提供了科学依据和技术参考。

铁还原菌在水资源再生与能源转化领域的研究进展

铁还原菌是一种典型的异化金属还原菌,广泛分布于海洋沉积物、陆地深地层等自然环境,该类细菌可以将铁氧化物中的Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),在铁、碳的生物地球化学铁循环中发挥重要作用。铁还原菌的末端电子不局限于Fe(Ⅲ),还可以是其他高价金属、有机污染物,可用于土壤、地下水的污染修复和毒性削减。在微生物电化学系统中,铁还原菌氧化有机物产生的电子直接传递给电极,可以产生电能。基于这种独特的胞外电子传递方式,衍生出了微生物燃料电池、微生物电解池、微生物脱盐电池、微生物燃料电池耦合芬顿反应以及光催化微生物燃料电池,常用于微生物发电、生物传感器、生物制氢、定向发酵、海水淡化、生物脱盐和污染物分解矿化。本文从异化铁还原菌的代谢机制、微生态作用、环境修复、水资源再生与能源转化四个方面,综述了铁还原菌的作用原理及国内外研究现状,分析论述了目前亟需解决的关键问题和未来的研究方向,以期为铁还原菌的基础理论研究和应用技术研发提供参考。

藻际环境中微生物胞间通讯行为及作用

藻际环境中,微生物通过营养物质交换和活性物质释放相互作用,进而引发共生、竞争或合作等行为。结合环境条件的影响,藻际环境一般具有稳定而多样的微生态结构。以上行为发生的基础是以信号分子为媒介的微生物胞间通讯作用。本文系统综述了藻际环境的特征、藻际胞间通讯行为以及藻际胞间信号分子的类别与作用机制。特别针对痕量信号分子特性,结合胞间通讯在藻际间作用机制的研究现状,深入论述了革兰氏阴性菌信号分子和微藻植物激素类信号分子对微藻基因表达路径调控的影响与机制。最后,总结了藻际胞间通讯领域的研究局限,并展望了未来亟待突破的研究瓶颈。该综述以期为藻际微生物生态关系研究及微藻生物质能源生产研究提供理论参考。

铜绿微囊藻生长代谢的密度依赖性特征及分子机制

蓝藻水华是淡水湖库普遍面临的水环境问题,目前水华形成机制研究大多关注外界环境因素而忽略了藻类自身及群体的关键调节作用.因此,本文以初始细胞密度为单一变量,考察了不同初始细胞密度条件下蓝藻生长、营养物质利用、叶绿素、藻毒素、胞外分泌物随时间的变化情况.结果发现,初始细胞密度会影响铜绿微囊藻的环境适应性和生长情况,当接种密度≥1×10^6 cell·mL^-1,铜绿微囊藻适应期消失,初始细胞密度从1×10^5 cell·mL^-1增加至1×10^7 cell·mL^-1,最高细胞密度增加了68%,生长速率提高了21%,并且叶绿素变化趋势与生长情况一致.胞外分泌物随初始细胞密度增加而逐渐增加,有利于蓝藻细胞聚集成膜.当初始细胞密度较低(1×10^5 cell·mL^-1)时,单细胞藻毒素分泌量反而增加,以提高蓝藻的环境适应能力.在高初始密度(1×10^7 cell·mL^-1)条件下,铜绿微囊藻主要通过上调丙酮酸代谢和碳代谢,促进细胞生长增殖.因此,细胞密度是影响铜绿微囊藻生长代谢的重要因素,在蓝藻水华形成过程中可能发挥重要作用,水华防治应当在细胞密度较低的阶段进行.

g-C_(3)N_(4)/WO_(3)光阳极的除污产电性能研究

光催化燃料电池(PFC)以太阳光为能源,利用半导体激发产生的活性物种降解污染物,同时将催化过程产生的电子导出获得电能,可有效应对环境污染和能源危机.本文采用热蒸汽冷凝和旋转涂膜法制备了以网状氮化碳(g-C_(3)N_(4))为基底,其上负载WO_(3)纳米片的电极材料.在双腔室H型电解池中,以制备的g-C_(3)N_(4)/WO_(3)为光阳极、Pt片为阴极,盐酸四环素(TCH)和Cr(VI)分别为阳极室和阴极室的目标污染物,构建g-C_(3)N_(4)/WO_(3)-PtPFC体系.光照240 min后,TCH和Cr(VI)的去除率分别为79.1%和91.3%,电池的最大输出功率密度达到6.70μW·cm^(-2).高活性来源于3个方面:①g-C_(3)N_(4)和WO_(3)两种窄带半导体的同时激发,光能利用率增加;②g-C_(3)N_(4)/WO_(3)间的Z-scheme异质结在提高催化剂内光生载流子分离效率的同时,最大限度地保留了g-C_(3)N_(4)的高导带和WO_(3)的低价带优势,这对于PFC实现高效电子导出和污染物降解至关重要;③g-C_(3)N_(4)的网状结构和WO_(3)的纳米片结构有利于催化剂与光子、污染物的接触.