土壤微生物燃料电池在不同条件下的产电性能及微生物群落结构分析

通过构建一种新型的无膜单室土壤微生物燃料电池(MFC),考察了电极间距和外接电阻对土壤MFC产电性能的影响,并对阳极微生物群落结构进行分析.研究结果表明,电极间距和外接电阻对土壤MFC的输出电压和最大功率密度有显著的影响.当间距从4 cm增大到12 cm时,土壤MFC的输出电压、最大功率密度呈现出先升高后降低的趋势;阴极淹没在1 cm水层以下时,其输出电压显著降低至30 mV左右,最大功率密度为4.67 mW/m~2;外接电阻从300Ω增大到2 000Ω时,土壤MFC的输出电压从80 mV增大到了330 mV,最大功率密度从14.33mW/m~2增大到了60.40 mW/m~2.电极间距的增加或外接电阻的增大对阳极电势有显著影响,而阴极电势并没有发生差异性变化.通过高通量测序分析发现,土壤MFC和开路对照组中的阳极微生物群落结构存在显著差异.产电菌Deltaproteobacteria,Desulfuromonadales和Geobacteraceae在土壤MFC中是优势种群,其中Deltaproteobacteria的相对丰度高达24.91%,Desulfuromonadales和Geobacteraceae的相对丰度也远高于开路对照组.     

淋洗法去除土壤重金属研究

利用去离子水或盐酸、EDTA等与土壤中的重金属发生作用,形成溶解性金属离子或金属-EDTA络合物,再通过淋洗使重金属从土壤中排出.实验结果表明,此法可去除土壤中大量的重金属,土壤1.(赤红壤)中重金属的去除率HCl+EDTA＞HCl＞EDTA＞去离子水;土壤2(土壤1+污泥)中重金属的去除率随着EDTA浓度的增大而增大(Zn、Cu)除外,     

不同收获期海州香薷铜吸收的动态变化规律

随着不同处理中Cu质量分数的提高,海州香薷植物体内Cu质量分数呈现2个斜率递增的阶段,海州香薷植株内Cu质量分数对外界Cu质量分数的响应曲线以0.02%为转折点,当Cu质量分数大于0.02%时曲线斜率显著增加.在开花初期,Cu400处理污染土壤中Cu清除量达到最大值27.2 mg/pot,其污染土壤重金属去除率仅为4.95%.而盛花期,各处理污染土壤中海州香薷植物内重金属含量均明显高于开花初期,Cu400处理污染土壤中Cu清除量达到最大值143 mg/pot,其污染土壤重金属去除率达26.0%,与开花初期差异显著(P<0.05).     

不同收获期海州香薷铜吸收的动态变化规律

随着不同处理中Cu质量分数的提高,海州香薷植物体内Cu质量分数呈现2个斜率递增的阶段,海州香薷植株内Cu质量分数对外界Cu质量分数的响应曲线以0.02%为转折点,当Cu质量分数大于0.02%时曲线斜率显著增加。在开花初期,Cu400处理污染土壤中Cu清除量达到最大值27.2 mg/pot,其污染土壤重金属去除率仅为4.95%。而盛花期,各处理污染土壤中海州香薷植物内重金属含量均明显高于开花初期,Cu400处理污染土壤中Cu清除量达到最大值143 mg/pot,其污染土壤重金属去除率达26.0%,与开花初期差异显著(P<0.05)。     

柠檬酸对重金属复合污染土壤的淋洗修复效果与机理

土壤淋洗修复是永久性的污染土壤修复方法之一.以Cd、Cu、Pb复合污染土壤为研究对象,采用振荡淋洗法结合形态分析技术研究了柠檬酸对重金属复合污染土壤的淋洗修复效果及其去除机理.结果表明,柠檬酸对复合污染土壤中的Cd和Cu具有较好的洗脱效果,而Pb的淋洗去除率相对较低.80mmol.L-1的柠檬酸对Cd、Cu、Pb的去除率分别能够达到90.4%、82.5%和38.6%.柠檬酸淋洗去除的重金属在土壤中主要以可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态的形式存在.     

MFC技术处理铜、银重金属废水的研究

将具有氧化性的有机废水池作为电池的阳极,具有还原性的重金属废水池作为电池的阴极,利用微生物燃料电池(MFC)同时处理有机废水和重金属废水.结果表明,利用铜离子溶液作阴极,MFC最大电压可达到0.277 V,最大功率密度为33.49 mW/m2,COD的去除率为31.6%,铜的去除率可达42%;利用银离子溶液作阴极,MFC最大电压可达到0.311 V,最大功率密度为42.21 mW/m2,COD的去除率为64.6%,银的去除率可达78%.即不管是从产电角度还是从废水处理角度考虑,都是以银离子废水作阴极优于铜离子.     

不同收获期海州香薷铜吸收的动态变化规律

随着不同处理中Cu质量分数的提高,海州香薷植物体内Cu质量分数呈现2个斜率递增的阶段,海州香薷植株内Cu质量分数对外界Cu质量分数的响应曲线以0.02%为转折点,当Cu质量分数大于0.02%时曲线斜率显著增加.在开花初期,Cu400处理污染土壤中Cu清除量达到最大值27.2 mg/pot,其污染土壤重金属去除率仅为4.95%.而盛花期,各处理污染土壤中海州香薷植物内重金属含量均明显高于开花初期,Cu400处理污染土壤中Cu清除量达到最大值143 mg/pot,其污染土壤重金属去除率达26.0%,与开花初期差异显著(P<0.05).     

淋洗剂HPAA和FA对土壤重金属的去除和淋洗废液吸附研究

采用2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)和富里酸(FA)2种环境友好型淋洗剂对土壤进行异位淋洗处理,研究了淋洗剂质量分数、pH和淋洗时间对土壤Cu, Zn, Cd的去除效果及淋洗前后土壤重金属赋存形态的变化,并利用废弃果壳处理淋洗废液.结果表明：在质量分数为2.0%,pH为3,超声淋洗时间为40 min条件下,HPAA对Cd, Cu, Zn均可取得90%以上去除效果,HPAA对Cd, Cu, Zn的去除效果明显优于FA;2种淋洗剂的淋洗过程为化学淋洗,其结果符合准二级动力学方程(R²:0.998 6～0.999 9);2种淋洗剂均可有效促进重金属从不活泼态转变为活泼态;淋洗废液处理中,天然山竹壳(Man)对Cd, Cu, Zn的吸附效率均低于30%,而KMnO₄改性山竹壳(Mn-Man)吸附效果显著,最高分别可达93.12%,36.31%和51.87%.因此,HPAA可作为一种绿色高效的淋洗剂应用于重金属污染土壤的修复,Mn-Man可以作为一种廉价高效的吸附剂处理淋洗废液.     

无患子皂苷对土壤重金属Cr的淋洗修复

为修复日益严重的重金属污染土壤,采用无患子皂苷对土壤进行批次淋洗实验,考察了无患子皂苷浓度、淋洗时间、p H、提取次数对去除重金属Cr的影响。实验结果表明:浓度为21 g/L的无患子皂苷溶液对Cr的去除效果最好,去除率达到32.05%;随着淋洗时间、提取次数的增加,Cr的去除率也随之增加;降低无患子皂苷的p H值有利于去除重金属Cr。重金属形态变化分析结果表明,无患子皂苷可以较为有效去除弱酸提取态以及可还原态的金属,降低了金属存在于环境中的风险。     

基于高炉渣的土壤重金属稳定/固化剂

通过测定土壤中重金属有效态降低量、正交实验法和扫描电镜方法,研制一种以高炉渣为主要原料的土壤重金属稳定/固化剂。研究结果表明:随着基础配方稳定/固化剂HMS-1的添加量的增加,修复土壤有效态重金属质量分数均降低越多,当HMS-1与土壤的质量比为1:4,液固比为0.28:1 L/kg,室温下养护7 d,有效态锌、镉和铅的质量分数分别降低40.23%,56.68%和48.33%。在HMS-1的基础上,采用正交实验,优化了HMS-1各组分配比,优化后的固化剂命名为HMS-2,即高炉渣、添加剂、石灰石和激发剂的质量分数比等于65:15:2:15。用HMS-2修复土壤,在添加量、液固比、养护温度不变的条件下养护90 d,修复土壤的p H接近原土壤,有水化产物低钙硅质量比的C—S—H凝胶生成,土壤内部结构致密,有利于吸附或共沉淀、包裹和固化重金属,有效态锌、镉和铅的质量分数分别降低了64.08%,66.37%和57.15%。     

微生物燃料电池同步去除硫化物及产电的对比研究

对比研究空气阴极单室与双室微生物燃料电池(MFC)在去除硫化物及产电性能。当硫化物浓度为100mg/L,共基质葡萄糖浓度为812 mg/L时,单室和双室MFC的最大开路电压分别达897.2 m V和821.7 m V,最大输出功率分别为340.0 m W/m~2和273.8 m W/m~2,库仑效率分别为5.6%和10.7%,单室MFC表现出更好的电能输出,而双室MFC的能量转化效率更高。单室MFC运行72小时后,含硫化物废水中的硫化物去除率为75.4%。含硫化物废水中的有机质也可以得到同步去除,TOC的去除率为17.8%。上述结果表明利用MFC去除硫化物并同步产电是可行的,阴极是系统的主要限制因素。     

三种提取剂对凤丹根际土壤重金属提取效率的影响

土壤重金属有效态含量更适合表征土壤重金属对环境的影响能力。采用人工外源添加方式配制Cu、Pb、Cd单一污染土壤,并选用3种提取剂[乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)和(HCl)]进行单独提取,以研究不同提取剂对凤丹根际土壤中重金属的提取效率,为铜陵尾矿区土壤重金属污染修复治理提供科学依据。结果表明:3种提取剂对重金属Cu、Pb和Cd提取量和提取率由大到小依次为EDTA-2Na、HCl、DTPA;就3种提取剂下凤丹根际土壤不同重金属的提取效率而言,EDTA-2Na适合对Pb的提取;HCl和DTPA适合对Cd的提取,EDTA次之;DTPA较适合对Cu的提取。     

化学淋洗技术修复重金属污染土壤的田间试验

采用野外大田试验,选择稻草秸秆厌氧发酵、稻草秸秆好氧发酵、氯化钾(KCl)和醋酸(HAc)对某地重金属污染农田进行化学淋洗,经过120 d的处理,试验结果表明:相比较原始土壤pH(4.78),4种淋洗剂对农田土壤pH影响均较小,KCl降低土壤pH的幅度最大(4.65),其次HAc(4.72),好氧发酵、厌氧发酵和空白pH值相近。比较4种淋洗剂对土壤中重金属(Cd、Pb、Cu和Zn)去除效果,KCl对土壤中重金属(Cd、Pb、Cu和Zn)去除效果最好其中,KCl对Cd的去除率是19.20%,对Pb的去除率是6.84%,对Cu的去除率是7.56%,对Zn的去除率是15.94%。HAc对土壤中重金属(Cd、Pb、Cu和Zn)去除效果不明显。     

Cu~(2+)对微生物燃料电池产电性能的影响及其迁移转化过程

探讨了微生物燃料电池阳极中Cu~(2+)对其产电性能的影响以及Cu~(2+)的迁移转化过程。微生物燃料电池的阳极中加入质量浓度为5.54~88.64mg/L的Cu~(2+),使其最大功率密度增加到536.6mW/m2,此时Cu~(2+)去除率大于95%。大部分的Cu~(2+)(89.24%)被生物膜吸附或还原,6.15%的Cu~(2+)沉积在阳极室底部,3.12%的Cu~(2+)附着在石墨阳极表面,只有极少量Cu~(2+)(小于0.1%)迁移到了阴极,Cu~(2+)对微生物燃料电池的最低致毒质量浓度为22.16 mg/L。通过SEMEDS和XPS分析得出大部分Cu~(2+)(63.56%)在微生物燃料电池的生物膜表面被还原为Cu~+和Cu~0。这一发现将为去除和回收有机废水中的重金属提供新的思路。     

不同收获期海州香薷铜吸收的动态变化规律

随着不同处理中Cu质量分数的提高,海州香薷植物体内Cu质量分数呈现2个斜率递增的阶段。海州香薷植株内Cu质量分数对外界Cu质量分数的响应曲线以0.02％为转折点,当Cu质量分数大于0．02％时曲线斜率显著增加。在开花初期,Cu400处理污染土壤中Cu清除量达到最大值27．2mg／pot,其污染土壤重金属去除率仅为4．95％。而盛花期,各处理污染土壤中海州香薷植物内重金属含量均明显高于开花初期,Cu400处理污染土壤中Cu清除量达到最大值143mg／pot,其污染土壤重金属去除率达26．0％,与开花初期差异显著（P〈0．05）。     

不同提取剂提取土壤中重金属能力的对比研究

为比较不同浸提剂的提取能力, 采用去离子水(DI)、硫酸-硝酸(AA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、醋酸缓冲溶液(TCLP)、氯化钙溶液(CC)对Cu、Ni、Pb、Cd复合污染土壤中的有效态重金属进行提取, 同时采用欧共体标准物质局提出的BCR连续提取法(BCR)和TESSIER提出的SEP连续提取法(Sequential Extraction Procedures)对污染土壤中的重金属进行形态分析, 探究了不同多级提取法中重金属形态分布的关系以及浸提剂浸出的重金属质量分数与多级提取法中重金属形态分布的关系.研究结果表明:各浸提剂的浸提能力从强到弱依次是:DTPA、TCLP、CC、AA、DI; 对于Cu和Ni元素, BCR法提取的活跃形态的质量分数与SEP法提取的活跃形态的质量分数相近; TCLP浸出重金属的质量分数与BCR连续提取法中重金属的形态存在紧密联系, TCLP浸提剂能提取出弱酸可提取态的重金属; DTPA浸出重金属的质量分数与SEP连续提取法中重金属的形态也存在紧密联系, DTPA浸提剂能提取出可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化态的重金属.本研究结果可为重金属污染土壤修复评估标准提供参考依据.     

白泥稳定化处理重金属污染土壤的研究

用白泥作阻隔剂通过土柱浸滤实验对土壤中重金属Cu、Zn、Cr、Pb的迁移规律和阻隔效果进行了研究.结果表明:白泥对重金属Cu、Zn、Cr、Pb有显著的阻隔效果,阻隔土样中白泥的含量别为3%、5%、8%、12%,随着白泥含量的增大,滤液的p H值和阻隔土层截留的重金属量增大,滤液中重金属浓度降低.重金属的存在形态对其在土壤中的迁移特性有一定的影响,在土样中加入白泥,重金属的稳定态含量增加,对土壤中重金属的迁移产生阻隔作用.     

反硝化菌生物阴极微生物燃料电池对模拟焦化废水的处理

本实验针对生物阴极微生物燃料电池(MFC)对模拟焦化废水的处理情况进行研究.通过从焦化厂缺氧池活性污泥中筛选出具有良好反硝化性能的反硝化菌群作为生物阴极,构建MFC处理模拟焦化废水,以电压、功率密度、COD和废水中代表性有机污染物苯酚、吡啶、喹啉与吲哚等为考察指标.结果表明,生物阴极MFC运行稳定,具有良好的产电性能,输出电压可达495mV,功率密度最高达29.23mW·m-2,COD去除率为70%;苯酚、吡啶、喹啉与吲哚等焦化废水中代表性有机污染物均有所去除,苯酚的去除率达到61%,吡啶、喹啉与吲哚等去除率也达到30%左右,反硝化菌生物阴极MFC对模拟焦化废水具有良好的处理效果.     

生物炭在矿区农田土壤中与镉的纵向共迁移行为

以广东韶关大宝山矿山废水污染的农田为研究对象,利用超纯水和甲苯/甲醇提取的溶解性有机质(DOM)的三维荧光光谱平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术,追踪荔枝树枝生物炭1年内在土壤层0~100 cm深度范围的迁移行为及其协同重金属镉(Cd)的纵向迁移性质. 结果表明:生物炭增加了0~60 cm深土壤层溶解性有机碳(DOC)的质量分数,增加了表层土壤的pH,对深层土壤pH无明显影响;EEM-PARAFAC解析得到3个DOM组分(1个类蛋白和2个类腐殖质组分),生物炭的添加增大了0~60 cm深土壤层类腐殖质的质量分数;并且甲苯/甲醇提取的DOM在0~60 cm深土壤层中均检测出生物炭特有的多环芳烃结构,说明生物炭在1年内发生了明显的纵向迁移;生物炭能够有效降低0~20 cm深土壤中有效态Cd的质量分数,但20~60 cm深土层中有效态Cd与对照组的相比最高增加了148%左右. 研究表明:需要特别关注生物炭协同重金属在土壤中纵向迁移行为所带来的环境影响.     

MICP技术对Mn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)污染土壤的修复效果

利用微生物诱导碳酸盐沉积(microbially induced carbonate precipitation, MICP)技术处理Mn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)污染土及Mn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)混合溶液,研究MICP技术对重金属污染土的修复效果,重金属离子在土壤修复过程中的竞争关系,以及pH值对已修复土壤稳定性的影响.实验结果表明:经微生物矿化修复后,单一重金属污染土中可交换态锰、铬离子的去除率分别为85.64%和77.56%;经修复的Mn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)混合污染液中可交换态锰离子的去除率大于铬离子;酸性条件影响污染土的修复稳定性,土壤中可交换态锰、铬离子含量随pH值减小而增加.