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.     

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.     

硫氮比对MFC生物脱氮脱硫和产电的影响

文章以硫化钠(Na₂S)溶液为阳极模拟废水，以硝酸钾(KNO₃)溶液为阴极模拟废水，在阴、阳极室分别接种活性污泥菌群，构建双室微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC),考察不同硫元素与氮元素的质量比(简称“硫氮比”)对生物脱氮除硫与产电性能的影响。实验结果表明：当硫氮比为5∶5时，系统中脱氮、除硫与产电性能最佳，阴极室的硝酸盐出口液质量浓度从100.00 mg/L降至8.68 mg/L,转化率为91.32%,运行周期为90 h,平均转化速率为24.35 mg/(L·d);硫化物的转化率为98.84%,脱氮脱硫的效率最高，同时MFC的电流密度和功率密度均达到最大值，分别为16 875 mA/m³、1 560.56 mW/m³。16S rRNA测序结果表明，MFC阳极富集的优势菌属为Chlorobaculum、Desulfobacterium和Longilinea等，而阴极反硝化优势菌属为Acidovorax、Thermomonas和Nitrospira等，且硫氮比影响优势菌属...     

温度和搅拌对微生物燃料电池性能的影响研究

通过改变温度和阳极室搅拌速率等条件运行双室MFC,分析了电池在不同条件下的产电效果、污染去除效率和库仑效率。结果表明:随着温度的增加,MFC的产电效果、阴极液Cu2+的去除率以及阳极液COD降解率越来越差;阳极室的搅拌降低了MFC的产电性能和阴极液Cu2+的去除率,但提高了COD的降解效率。搅拌会降低MFC的库仑效率,搅拌速率越高,库仑效率越低;而温度对库仑效率的影响不大。     

MnO_2@graphene为阴极催化剂的微生物燃料电池产电性能研究

以碳布为阴阳极材料,乙酸钠为底物,MnO_2@graphene为阴极催化剂构建空气阴极单室微生物燃料电池(MFC),研究了阳极液pH、阳极底物初始COD浓度、MFC运行温度等因素对MFC输出电压和产电功率的影响﹒研究结果表明,阳极液pH对MFC产电性能影响最大,而阳极底物初始COD浓度影响最小﹒在阳极液pH为8、MFC运行温度为308 K和阳极底物初始COD浓度为800 mg/L时MFC的产电性能和污水处理最佳﹒在此条件下,MFC对污水中COD的降解率可达98.4%,输出电压和产电功率密度分别可达0.813 V和2 046.9mW/m~2,说明以MnO_2@graphene为阴极催化剂的MFC具有较好的产电性能和污水处理效能﹒     

pH对腐熟蓝藻微生物燃料电池产电性能的影响

采用双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)装置,以腐熟蓝藻为阳极基质,以氧气为阴极电子受体,考察阳极基质初始pH对MFC产电性能和腐熟蓝藻降解效果的影响。研究结果表明:阳极基质为弱碱性时,可提高电子传递效率,有利于MFC产电。初始pH为8时,MFC最大输出功率密度为3.83 m W/m2,分别是初始pH为6,7和9时的1.46倍、1.18倍和1.58倍,并且pH为8时,COD的去除率达到89.8%。在稳定产电期间,由于阳极H+向阴极迁移的速率高于参与阴极还原反应的消耗速率,导致阴极室内H+积累,使pH持续下降。调控阳极基质pH、提高阴极还原反应速率,在有效降解蓝藻的同时实现电能输出,为蓝藻资源化利用提供了新的途径。     

Cr(Ⅵ)浓度对MFC-颗粒污泥耦合体系运行效能及微生态的影响

Cr(Ⅵ)在水体环境中的污染不容忽视，探讨高效处理含Cr(Ⅵ)废水具有重要意义。本文建立了微生物燃料电池(MFC)-颗粒污泥耦合处理含Cr(Ⅵ)废水体系，考察了Cr(Ⅵ)浓度变化对该体系运行效能及微生态的影响。实验结果表明：当进水Cr(Ⅵ)浓度达到80 mg/L时，该体系对COD的去除率与Cr(Ⅵ)生物还原率分别达到92.71%和99.70%;循环伏安法(CV)显示其具有明显的还原峰，电化学阻抗谱(EIS)表明随着进水Cr(Ⅵ)浓度的增加，电荷转移内阻逐渐减小；进水Cr(Ⅵ)浓度增大到100 mg/L时，辅酶F₄₂₀活性最低为0.026 2±0.000 2 mmol/g, INT-ETS活性明显下降，仅为5.20±0.23μg/(mg·h);X射线光电子能谱特征峰结合能表明其主要由Cr₂O₃和Cr(OH)₃组成；高通量测序分析表明，该体系中的优势菌群为Chloroflexi和Proteobacteria,进水Cr(Ⅵ)浓度增大至100 mg/L,属水平的优势菌群由以Methanothrix、Meth...     

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。     

生物阴极微生物燃料电池预处理酸性重金属矿井废水

采用以污泥+葡萄糖为有机底物,硫酸根离子为电子受体、碳毡吸附固定化硫酸盐还原菌为生物阴极、碳布为阳极的双室微生物燃料电池,处理模拟酸性重金属矿井废水.构建不同的外接电阻(分别为100Ω、1000Ω)MFC系统和开路常规生化处理对比,废水初始pH=4,Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe初始质量浓度均为20mg/L.结果表明,MFC外接电阻100Ω时,对Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe的去除率分别达到99.45%、99.68%、99.65%、98.34%、98.99%;COD、SO2-4的最大降解速率分别为83.4和23.9mg·L-1·d-1,比开路常规生化处理分别提高了15%和181%;同时pH有效提升至中性.表明了微生物燃料电池的对于传统生物法处理酸性矿井废水有预调节作用.     

典型酚类有毒废水的生物电化学降解及产电性能研究

通过构建单室型微生物燃料电池,比较了以1 000 mg/L葡萄糖为单一燃料和100 mg/L苯酚+1 000mg/L葡萄糖混合时MFC的产电性能及阳极生物膜形态.结果表明,当以葡萄糖为单一燃料时,最大输出电压为486mV,对应的库伦效率和最大功率密度为30.54%和332.35 mW·m^-2,COD去除率为90.97%.混合燃料时出现先升高再降低的趋势,体积比为50∶50时,最大输出电压为381 mV,库伦效率和功率密度为34.75%和204.26 mW·m^-2,COD去除率为88.34% .通过对SEM的分析推断在链球菌为降解葡萄糖的优势菌群,短杆菌则为降解苯酚的主要微生物,其数量多少与产电性能有直接影响.实验说明,苯酚可以作为MFC的底物产电,能被MFC中的产电混合菌有效降解.     

Reductive leaching of manganese from low-grade pyrolusite ore in sulfuric acid using pyrolysis-pretreated sawdust as a reductant

Manganese (Mn) leaching and recovery from low-grade pyrolusite ore were studied using sulfuric acid (H₂SO₄) as a leachant and pyrolysis-pretreated sawdust as a reductant. The effects of the dosage of pyrolysis-pretreated sawdust to pyrolusite ore, the concentration of sulfuric acid, the liquid/solid ratio, the leaching temperature, and the leaching time on manganese and iron leaching efficiencies were investigated. Analysis of manganese and iron leaching efficiencies revealed that a high manganese leaching efficiency was achieved with low iron extraction. The optimal leaching efficiency was determined to be 20wt% pyrolysis-pretreated sawdust and 3.0 mol/L H₂SO₄ using a liquid/ solid ratio of 6.0 mL/g for 90 min at 90℃. Other low-grade pyrolusite ores were tested, and the results showed that they responded well with manganese leaching efficiencies greater than 98%.     

Reductive recovery of manganese from low-grade manganese dioxide ore using toxic nitrocellulose acid wastewater as reductant

The hydrometallurgical strategy of extracting Mn from low-grade Mn ores has attracted attention for the production of electrolytic manganese metal (EMM). In this work, the reductive dissolution of low-grade MnO₂ ores using toxic nitrocellulose acidic wastewater (NAW) as a reductant was investigated for the first time. Under the optimized conditions of an MnO₂ ore dosage of 100 g·L-1, an ore particle size of -200 mesh, concentrated H₂SO₄-to-NAW volume ratio of 0.12, reaction temperature of 90℃, stirring speed at 160 r·min-1, and a contact time of 120 min, the reductive leaching efficiency of Mn and the total organic carbon (TOC) removal efficiency of NAW reached 97.4% and 98.5%, respectively. The residual TOC of 31.6 mg·L-1 did not adversely affect the preparation of EMM. The current process offers a feasible route for the concurrent realization of the reductive leaching of Mn and the treatment of toxic wastewater via a simple one-step process.     

Preparation of manganese sulfate from low-grade manganese carbonate ores by sulfuric acid leaching

In this study, a method for preparing pure manganese sulfate from low-grade ores with a granule mean size of 0.47 mm by direct acid leaching was developed. The effects of the types of leaching agents, sulfuric acid concentration, reaction temperature, and agitation rate on the leaching efficiency of manganese were investigated. We observed that sulfuric acid used as a leaching agent provides a similar leaching efficiency of manganese and superior selectivity against calcium compared to hydrochloric acid. The optimal leaching conditions in sulfuric acid media were determined; under the optimal conditions, the leaching efficiencies of Mn and Ca were 92.42% and 9.61%, respectively. Moreover, the kinetics of manganese leaching indicated that the leaching follows the diffusion-controlled model with an apparent activation energy of 12.28 kJ·mol-1. The purification conditions of the leaching solution were also discussed. The results show that manganese dioxide is a suitable oxidant of ferrous ions and sodium dimethyldithiocarbamate is an effective precipitant of heavy metals. Finally, through chemical analysis and X-ray diffraction analysis, the obtained product was determined to contain 98% of MnSO₄·H₂O.     

硫酸中香蕉皮还原低品位锰矿的浸出行为及动力学模型

Manganese was leached from a low-grade manganese ore (LGMO) using banana peel as the reductant in a dilute sulfuric acid medium. The effects of banana peel amount, H₂SO₄ concentration, reaction temperature, and time on Mn leaching from the complex LGMO were studied. A leaching efficiency of ~98% was achieved at a leaching time of 2 h, banana peel amount of 4 g, leaching temperature of 120°C, manganese ore amount of 5 g, and sulfuric acid concentration of 15vol%. The phase, microstructural, and chemical analyses of LGMO samples before and after the leaching process confirmed the successful leaching of manganese. Furthermore, the leaching process followed the shrinking core model and the leaching rate was controlled by a surface chemical reaction (1 ? (1 ? x)1/3 = kt) mechanism with an apparent activation energy of 40.19 kJ·mol?1.     

生物矿石颗粒浸矿方法研究

真菌具有生长速率快、生物量大、适应性强、发酵产生有机酸等特点,可应用于低品位矿石及尾矿中有价金属的提取.根据真菌浸矿过程中,真菌菌丝可以包裹矿石形成多个以矿石颗粒为内核,真菌菌丝为外壳的核-壳结构的生物矿石颗粒的特征,提出了生物矿石颗粒浸矿新方法.介绍了生物矿石颗粒浸矿方法的原理,及其在铜尾砂和铀矿石浸出中的应用.     

芦丁还原浸出低品位软锰矿的研究

为了研究糖蜜酒精废液中有机物还原浸出软锰矿的机理,采用芦丁为还原剂,在酸性介质中直接浸出低品位软锰矿。通过正交实验和单因素实验,研究了芦丁浓度、硫酸浓度、反应温度、浸出时间等因素对锰浸出率的影响,并对反应过程机理进行了初步探讨。实验结果表明,影响锰浸出率的主要因素依次为反应温度、硫酸浓度、浸出时间和芦丁浓度;当硫酸初始浓度2.35 mol/L,芦丁初始浓度0.041 mol/L,反应温度90℃,浸出时间90 m in时,锰浸出率达94.9%。     

软锰矿还原酸浸制取金属锰电解液

对软锰矿还原酸浸过程进行了理论及实验研究,得出了最佳的浸出工艺条件：软锰矿：黄铁矿：硫酸为l：0．4：0．6～0.65,浸出温度95℃,浸出时间6h,液固比5：1。同时还讨论了电解液的净化过程。     

低品位原生金矿的生物柱浸

采用粘结剂S-11将某低品位原生金矿的精矿粘结包裹在其原矿矿石上进行生物柱浸与原矿生物柱浸的对比研究.主要研究了生物柱浸过程中Fe2+浓度,pH,Eh,矿石表面吸附的细菌及菌液中游离细菌数量的变化、矿石的脱砷率、脱硫率,生物柱浸后矿石金的氰化浸出率.结果表明:金精矿包裹后的矿石表面因含硫化矿物较多,更适合细菌的吸附与繁殖;包裹生物柱浸120 d后矿石的脱砷率为70.14%,脱硫率为41.26%,金的氰化浸出率为81.21%,比传统生物柱浸矿石的脱砷率、脱硫率和浸金率分别高24.01%,19.11%和21.48%.包裹生物柱浸对矿石的氧化效果明显.     

电解法处理罗丹明B生产废水的工艺及机制研究

随着染料工业的不断发展,其生产过程中产生的废水已成为主要的工业水体污染源。采用电解法处理罗丹明B生产废水,首先研究了极板材料和电流密度对废水处理效果的影响,结果表明：分别以镍板和RuO₂-IrO₂-TiO₂/Ti钛网为阴、阳极,控制极间距3 cm,电流密度2.0 A/dm²,电解时间40 min,废水COD去除率可达44.3%,脱色率高达94.7%。然后通过H型电解槽实验和红外光谱对电解法处理罗丹明B生产废水的机制进行了探究,初步推断：阳极表面生成的氯气溶于水生成次氯酸,次氯酸氧化破坏废水中有机物分子的发色基团并促使其发生分解,生成的小分子有机物由于水溶性较差,被阳极表面生成的氯气以及阴极表面生成的氢气浮选出来,从而最终实现废水COD的降解和色度的去除。     

锰氧化物改性分子筛的制备及其在含酚废水处理中的应用

根据催化氧化原理,利用4A分子筛为载体,次氯酸钠（NaClO）为氧化剂,通过硫酸锰（MnSO₄）在其表面的原位氧化来制备对环境无害的锰氧化物（MnO_x）改性的分子筛（MnO_x@MS）材料.通过场发射扫描电镜（FE-SEM）和X射线衍射（XRD）对材料进行了表征.XRD分析表明：Mn元素是以MnO_x形式存在,在pH为7.2时,反应得到的MnO_x中Mn离子的价态最高.测试表明：Mn离子的价态越高对含酚废水的处理效果就越好.采用在最优条件下得到的MnO_x@MS材料作为催化剂,对过氧化氢（H₂O₂）氧化降解含酚废水进行研究,考察了不同体系、温度、pH值和H₂O₂用量对苯酚降解的影响.结果表明：在优化的降解条件下,120 min内,未改性分子筛对苯酚的去除率仅为35%,而MnO_x@MS改性材料对苯酚的去除率达到82%,说明通过MnO_x改性后的分子筛,对苯酚的氧化降解能力大大提高.