硫循环驱动矿区地下水As污染形成与As形态转化的研究进展

矿区地下水As污染导致严重的环境与健康问题。矿区地下水As释放与迁移转化过程中,硫的生物地球化学循环起关键作用,包括一系列S-As复杂的生物化学反应。硫循环对As污染的影响机制尚不清楚,限制了As污染控制技术的研发与应用。因此,厘清生化硫循环对矿区地下水As污染形成与As形态转化的影响是控制矿区地下水As污染的关键。本文综述了硫的还原、氧化以及歧化等多个硫转化过程组成的硫循环机制及其对矿区地下水As污染形成与As形态转化中的影响。结果表明,硫还原过程对矿区地下水As污染的形成与转化作用具有两面性,既可导致As释放,亦可使As固定;硫氧化过程可把As(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)从而被吸附固定,同时可介导As还原使As毒性及可移动性增强;此外,自养的硫歧化过程可改变矿区地下水中S的价态和形态,进而对As的迁移转化产生显著影响。本文对S-As耦合循环对矿区地下水As污染控制的意义与发展前景进行了展望,提出在矿区地下水As污染的形成、转化与控制研究中,应首先明晰地下水硫生物地球化学循环网络并探明其对As形态转化的影响,进而构建S-As耦合转化数学模型,以助于研发更有效的矿区地下水As污染控制技术。本综述有助于增进对矿区地下水As污染形成及As形态转化机制的认识,为矿区地下水As污染有效控制提供可行技术支撑。

利用微生物电解池处理牛奶废水过程中产电菌落与产氢性能之间的关系

【目的】研究微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC)利用复杂有机物作为底物的运行特性,对其在废水处理中的应用有着重要的意义。【方法】以模拟牛奶废水为基质,通过构建MEC反应器来考察在不同外加电压条件下产电菌群的性能。【结果】当外加电压升高到1.2 V时,最大电流密度可达到261 A/m3,产氢速率可达0.048 m3H2/m3d,分别比外加电压为0.4 V的情形提高了467%和700%。外加电压为1.2 V时,系统对COD和蛋白质去除率可分别达59%和74%,其中COD去除较之0.4 V的情形提高了22.5%。PCR-DGGE的分子生物学分析结果表明,阳极生物膜中以Geobacter sp.作为优势菌,说明在利用大分子有机物作为基质时产电菌与非产电菌的协同作用更为明显。【结论】MEC能够利用牛奶废水作为燃料,在实现高效降解的同时以产氢的形式进行能量产出,这为MEC的实际应用提供了研究思路。

不同阴极对微生物燃料电池产电性能的影响比较

阴极催化性能及材料对微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)的产电特性及制造成本有很大影响。本研究选用金属铂(Pt)、活性炭作为催化剂、聚四氟乙烯(PTFE)和道康宁1-2577作为阴极的扩散层、碳布和不锈钢网作为阴极的基体材料制备得4种阴极,分别考察了相应MFC的产电性能和阴极特性。结果表明,采用传统Pt催化剂+PTFE扩散层+碳布制备成的阴极(Pt-PTC),MFC的最大输出电压为560 mV,最大功率密度为808 mW/m2,而采用活性炭+道康宁1-2577+不锈钢网制备成的阴极(AC-DCS),MFC的最大输出电压为510 mV,最大功率密度为726 mW/m2,两者的MFC产电性能极为接近。SEM结果表明,活性炭催化层表面和道康宁1-2577扩散层分别比Pt催化层及PTFE扩散层的更均匀光滑。阴极线性伏安测定结果表明,AC-DCS与Pt-PTC的电化学氧化性能较为接近。AC-DCS阴极成本仅为Pt-PTC的1/300左右,是一种低成本扩大化生产MFC阴极的新方法。

混菌接种条件下微生物燃料电池芯片的产电特性研究

微生物燃料电池(MFC)芯片因具有体积小、运行条件温和、产电稳定等优点而有可能成为一种新型的野外水环境监测系统中传感器供能方式.但目前采用纯菌种及贵重金属阳极构建的MFC芯片,不仅成本较高且纯菌种在复杂环境条件下不易存活和保持稳定.因此,本文通过采用混合菌群接种,以活性炭为阳极,构建了阳极体积为50μL的MFC芯片,发现其稳定运行最大输出电流为3.5μA,平均运行周期为8.0 h,最大输出功率约为160 nW,最大功率密度为10.2 mW·m-2.EIS分析结果表明,MFC芯片的总内阻约为35.6 kΩ,其中,阴阳极内阻占主要部分.本研究制备的MFC芯片产电性能达到了同类采用纯菌株及Au作阳极的MFC芯片的性能,表明采用低成本材料为阳极,接种混合菌液的MFC芯片是完全可行的.