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耦合生物阴极SND的MLMB-MFC的构建与运行

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化工学报 2020年第4期71卷 1772-1780页

作者：黄珊陆勇泽朱光灿孔赟东南大学能源与环境学院江苏南京210000 东南大学环境医学工程教育部重点实验室江苏南京210096 江苏省城市规划设计研究院江苏南京210000

为有效提高脱氮效率、降低微生物燃料电池运行成本,设计了一种新型多通道折流板无膜微生物燃料电池(MLMB-MFC)。该系统耦合生物阴极同步硝化反硝化(SND),实现产电的同时脱氮除碳。分别考察了系统的启动和运行情况,研究了不同阴极溶解氧(... 详细信息

为有效提高脱氮效率、降低微生物燃料电池运行成本,设计了一种新型多通道折流板无膜微生物燃料电池(MLMB-MFC)。该系统耦合生物阴极同步硝化反硝化(SND),实现产电的同时脱氮除碳。分别考察了系统的启动和运行情况,研究了不同阴极溶解氧(DO)和不同进水碳氮比(C/N)对MLMB-MFC的产电性能和SND效果的影响。经5 d启动运行后,平均功率密度达42.65 mW·m^-3,稳定运行后的最大功率密度(PM)为94.22 mW·m^-3,有机物去除率为96.6%。阴极DO浓度为4.90~5.23 mg·L^-1、阳极基质C/N比为4时,总氮(TN)的去除率为27.9%,SND率为48.7%,表明该系统的生物阴极能较好地耦合硝化反应、异养反硝化反应和自养反硝化反应于一体,从而达到脱氮目的。

关键词：电化学生物过程还原多通道折流板无膜微生物燃料电池同步硝化反硝化

外电阻值对3A-MFC产电和脱氮性能的影响

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化工进展 2019年第8期38卷 3910-3916页

作者：陆圆顾霞陆勇泽黄珊朱光灿东南大学能源与环境学院

构建三阳极单阴极型微生物燃料电池(three-anode microbial fuel cells,3A-MFC),该间歇流反应器通过在阳极提供有机物,在阴极提供有机物、氨氮和氧气,在产电的同时实现生物阴极同步硝化反硝化脱氮。考察了外电阻值分别为1000Ω、500Ω、... 详细信息

构建三阳极单阴极型微生物燃料电池(three-anode microbial fuel cells,3A-MFC),该间歇流反应器通过在阳极提供有机物,在阴极提供有机物、氨氮和氧气,在产电的同时实现生物阴极同步硝化反硝化脱氮。考察了外电阻值分别为1000Ω、500Ω、150Ω、50Ω时对3A-MFC产电及脱氮性能的影响,当外电阻值为150Ω时,产电量达到最大值为583C,阳极库仑效率达到最大值为1.70%,内阻达到最小值为200Ω,此时外电阻值与内阻值最接近,产电效果最好。外电阻值由1000Ω减小到150Ω时,总氮(TN)去除率从79.7%上升到最大值为84.1%,TN去除速率从7.5mg/(L·d)上升到最大值为13.1mg/(L·d)。在一定外电阻值范围内,伴随其值的减小,电子转移速率逐渐提高,同时电对微生物的刺激作用得到增强,能够实现最佳的TN去除效率和去除速率。

关键词：电化学间歇式生物过程三阳极单阴极微生物燃料电池氨氮迁移同步硝化反硝化

电流对DF-BER反硝化和有机物转化的影响

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中国环境科学 2020年第7期40卷 2880-2887页

作者：宋亚男陆圆陆勇泽 Hassan M 朱光灿东南大学能源与环境学院江苏南京210096 中冶华天工程技术有限公司江苏南京210019 东南大学环境医学工程教育部重点实验室江苏南京210096

利用反硝化滤池耦合生物膜电极反应器(Denitrification filter coupled biofilm-electrode reactor, DF-BER)实现生物深度脱氮过程,考察了不同进水水质条件下,外加不同电流强度对DF-BER的脱氮性能、出水有机物种类和浓度的影响.结果表明... 详细信息

利用反硝化滤池耦合生物膜电极反应器(Denitrification filter coupled biofilm-electrode reactor, DF-BER)实现生物深度脱氮过程,考察了不同进水水质条件下,外加不同电流强度对DF-BER的脱氮性能、出水有机物种类和浓度的影响.结果表明,DF-BER通过降解实际污水中原有难降解有机物来强化系统反硝化效果,电流强度为5mA时,与以模拟污水为进水相比,系统脱氮率提高14.7%.随着外加电流强度的增大,DF-BER的脱氮效果增强,实际污水出水中色氨酸类芳香族蛋白质含量降低,实际污水和模拟污水出水中均出现微生物代谢产物和腐殖酸积累现象.

关键词：反硝化滤池耦合生物膜电极反应器三维电极电流强度自养反硝化实际污水

不同运行方式对多阳极型微生物燃料电池反硝化及产电性能的影响

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化工进展 2018年第10期37卷 3818-3825页

作者：顾霞黄珊陆圆孔赟朱光灿陆勇泽东南大学能源与环境学院江苏南京210096

利用多阳极型微生物燃料电池(multi-anode microbial fuel cell,MA-MFC)实现生物阴极反硝化过程,分别考察了阴极和多阳极之间不同连接方式、开路或闭路状态、阴极是否存在碳源以及电阻值的大小对MA-MFC的产电性能及反硝化过程的影响。当... 详细信息

利用多阳极型微生物燃料电池(multi-anode microbial fuel cell,MA-MFC)实现生物阴极反硝化过程,分别考察了阴极和多阳极之间不同连接方式、开路或闭路状态、阴极是否存在碳源以及电阻值的大小对MA-MFC的产电性能及反硝化过程的影响。当MA-MFC的阴极存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为64.35%,明显高于开路状态下同样时间内的硝酸盐氮去除率(45.89%)。当MA-MFC的阴极不存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为17.49%,而开路状态下的硝酸盐氮浓度没有变化。此外,MA-MFC采用并联方式运行时的产电性能和硝酸盐氮去除速率比采用串联方式运行时大幅提高。而在外电阻为100?时,MA-MFC在串联或并联状态下均能够达到最高的硝酸盐氮去除率及较高的产电性能。综合上述条件,发现当MA-MFC处于闭路状态、采用并联方式运行、阴极无碳源以及外电阻为100?时,能够实现最佳的硝酸盐氮去除率和最大输出功率,分别为94.21%、2.07W/m^3。

关键词：多阳极微生物燃料电池反硝化生物阴极

添加过磷酸钙对乡村有机废弃物太阳能辅助好氧堆肥氮素保持的影响

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生态与农村环境学报 2023年第9期39卷 1221-1230页

作者：李楠陆勇泽朱光灿李淑萍东南大学能源与环境学院江苏南京210096 西藏民族大学西藏水污染控制与生态修复国家民委重点实验室陕西咸阳712082

太阳能辅助好氧堆肥可以实现较好的腐殖化效果,但环境温度过高易造成氮素损失。为实现太阳能辅助猪粪好氧堆肥的氮素保持效果,选择猪粪和杂草作为堆肥原料,以水稻秸秆为调理剂,设计2个堆体,即堆体1添加2.5%磷酸钙,堆体2添加5%过磷酸钙,... 详细信息

太阳能辅助好氧堆肥可以实现较好的腐殖化效果,但环境温度过高易造成氮素损失。为实现太阳能辅助猪粪好氧堆肥的氮素保持效果,选择猪粪和杂草作为堆肥原料,以水稻秸秆为调理剂,设计2个堆体,即堆体1添加2.5%磷酸钙,堆体2添加5%过磷酸钙,进行为期20 d的好氧堆肥。通过分析理化性质和微生物群落变化,探究氮素保持效果。结果表明,堆体1铵态氮含量从1.40 mg·g^(-1)下降到1.34 mg·g^(-1),堆体2则从1.13 mg·g^(-1)上升到1.27 mg·g^(-1),结束堆肥时2个堆体硝态氮含量分别为0.29和0.33 mg·g^(-1),氮损失分别为22.64%和17.44%,堆体2的氮素保持效果更好,添加5%过磷酸钙有更好的保氮效果。2个堆体全磷含量分别增加26.9%和9.3%,随着过磷酸钙添加量的增加,有效磷含量有所降低,分别降低2.3%和18.3%。2个堆体种子发芽指数(GI)均大于100%,C/N值也达到腐熟要求。随着反应的进行,致病菌种〔松鼠葡萄球菌(Staphylococcus sciuri)、阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)和铅黄肠球菌(Enterococcus casseliflavus)〕丰度趋于0。堆体2的pH更低,细菌群落丰度和多样性更高,氨挥发更少。堆体2中反硝化菌〔假黄色单胞菌属(Pseudoxanthomonas)、极小单胞菌属(Pusillimonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)〕丰度低于堆体1,热酸芽孢杆菌(Bacillus thermolactis)、胺芽胞杆菌(Ammoniibacillus agariperforans)和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)等保氮菌种丰度得到提高,有利于氮素保持。

关键词：好氧堆肥乡村有机废弃物过磷酸钙氮素保持微生物多样性群落结构

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铝系混凝剂减缓膜污染的红外光谱-多变量曲线分辨分析

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化工进展 2022年第9期41卷 5132-5141页

作者：杨俊玲李翱陈悦朱光灿李淑萍陆勇泽西藏民族大学信息工程学院陕西咸阳712082 西藏水污染控制与生态修复国家民委重点实验室陕西咸阳712082 东南大学能源与环境学院江苏南京210096

超滤是一种高效的水处理技术,近年来被广泛应用于工业废水处理、生活污水回用、海水淡化预处理等领域。然而,超滤长期运行会造成膜污染。本文采用了在线混凝结合超滤工艺,使用不同形态的铝系混凝剂(硫酸铝、氯化铝或聚合氯化铝),处理含... 详细信息

超滤是一种高效的水处理技术,近年来被广泛应用于工业废水处理、生活污水回用、海水淡化预处理等领域。然而,超滤长期运行会造成膜污染。本文采用了在线混凝结合超滤工艺,使用不同形态的铝系混凝剂(硫酸铝、氯化铝或聚合氯化铝),处理含有不同溶解性有机质组分(腐殖酸、牛血清白蛋白和高岭土)的模拟原水,研究不同铝形态、不同组分及其相互作用对超滤膜污染过程的影响。本研究建立了流量衰减模型模拟膜污染过程,结合衰减全反射红外光谱(IR-ATR)和多变量曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)的数据处理方法对膜上的多种污染物进行定性和定量分析。结果表明硫酸铝和氯化铝混凝剂均可明显提高膜比通量,减缓膜污染。该工艺混凝剂投加量低于常规处理工艺即可明显减缓膜污染。混凝剂投加量为0.4mg/L时,氯化铝混凝效果较好,混凝剂投加量为2.4mg/L时,硫酸铝混凝效果较好。低投加量(0.2mg/L、0.4mg/L)下,PAC对缓解膜污染程度不明显,反而加重膜污染。牛血清白蛋白对超滤膜的污染比腐殖酸严重。因为牛血清白蛋白的存在大大降低了混凝的效果,阻碍疏松滤饼层的形成。向原水中投加硫酸铝混凝剂,膜污染主要发生在过滤前期,即膜孔窄化、堵塞。过滤后期,膜表面形成疏松滤饼层,对膜通量影响不大,膜污染减缓。

关键词：超滤膜膜污染铝系混凝剂衰减全反射红外光谱多变量曲线分辨-交替最小二乘法

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高原生活污水多阶折流A^(2)O处理工艺优化运行与磷去除特性

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环境工程学报 2022年第8期16卷 2730-2739页

作者：周大凯朱光灿李淑萍陆勇泽陈悦东南大学能源与环境学院南京210096 西藏民族大学西藏水污染控制与生态修复国家民委重点实验室咸阳712082

为探究适应高原环境且出水稳定达标的城镇污水低碳处理工艺,在拉萨某污水处理厂内搭建多阶折流A^(2)O一体化中试装置,针对实际生活污水,考察了装置启动及参数优化过程中的脱氮除磷性能,并结合污泥磷含量对工艺磷去除特性进行了分析。结... 详细信息

为探究适应高原环境且出水稳定达标的城镇污水低碳处理工艺,在拉萨某污水处理厂内搭建多阶折流A^(2)O一体化中试装置,针对实际生活污水,考察了装置启动及参数优化过程中的脱氮除磷性能,并结合污泥磷含量对工艺磷去除特性进行了分析。结果表明:通过调整工艺参数可优化厌氧释磷和反硝化除磷的反应状态,当进水量为3 m^(3)·d^(−1),气水比、污泥内回流比和污泥外回流比分别为20、4.5和9.5时,在连续运行95 d不排剩余污泥状态下,出水COD、TN、NH_(4)^(+)-N和TP分别为(26.1±12.9)、(7.3±1.6)、(1.2±0.6)和(0.9±0.1)mg·L^(−1),反硝化除磷是磷的主要去除途径。多阶折流A^(2)O工艺单位质量污泥TP含量相较西藏污水厂平均水平高60%,具有更强的储磷能力,随着单位质量污泥TP含量和污泥量的增加,系统可储磷总量不断提高。

关键词：高原环境多阶折流A^(2)O工艺脱氮除磷反硝化除磷污泥磷含量

纳米洋葱碳强化厌氧膜生物反应器处理氯霉素废水

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环境工程学报 2024年第5期18卷 1273-1282页

作者：朱明超李娜陆勇泽胡朝霞陈守文南京理工大学环境与生物工程学院南京210094 东南大学能源与环境学院南京211189 西藏民族大学西藏水污染控制与生态修复国家民委重点实验室咸阳712082 西藏民族大学信息工程学院咸阳712082

针对氯霉素难以生物降解的问题,本研究将纳米洋葱碳(carbon nano-onions,CNOs)作为导电材料投加到厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)去除废水中的氯霉素(chloramphenicol,CAP),探讨了CAP的厌氧降解途径和抗生素抗... 详细信息

针对氯霉素难以生物降解的问题,本研究将纳米洋葱碳(carbon nano-onions,CNOs)作为导电材料投加到厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)去除废水中的氯霉素(chloramphenicol,CAP),探讨了CAP的厌氧降解途径和抗生素抗性基因(ARG)分布的情况,解析了CNOs对氯霉素去除的强化作用。质谱检测结果表明CAP和参与三羧酸循环的物质之间发生了酯化反应,这些降解产物的毒性低于CAP。此外,CNOs的添加促进了部分三羧酸循环酶的上调,进一步降低了CAP的生物毒性。研究还发现CNOs可以增强ARG的水平基因转移,其中intI1基因的相对丰度显著增加。另一方面,AnMBR的膜组件有效截留了ARG。采用序批实验进一步研究CNOs对氯霉素去除的强化作用,结果表明,添加CNOs的实验组中,反应10 h时CAP去除率为90.4%,远高于未添加CNOs的对照组(59.4%)。此外,添加CNOs的厌氧生物体系24 h内甲烷产量为46.1 mL,远高于对照组,且产甲烷滞后时间更短。以上结果表明CNOs强化了厌氧生物体系对氯霉素废水的去除效果,降低了CAP的生物毒性,可为AnMBR处理抗生素废水提供参考。

关键词：纳米洋葱碳厌氧膜生物反应器氯霉素抗生素抗性基因废水处理

汞对低气压条件下污水处理系统脱氮性能的影响研究

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化工学报 2024年第5期75卷 2036-2046页

作者：高磊戴闻杨忠莲李淑萍闫刚印孙琪陆勇泽朱光灿东南大学能源与环境学院江苏南京210096 西藏自治区水质安全与水环境健康重点实验室陕西咸阳712082 西藏民族大学信息工程学院陕西咸阳712082 西藏水污染控制与生态修复国家民委重点实验室陕西咸阳712082

汞(Hg)在低气压地区污水处理系统中的存在可能会降低污水处理效率。在实验室规模下以SBR为例,通过研究Hg对低气压条件下污水处理系统的影响发现,Hg显著降低了氨氮(NH_(4)^(+)-N)的去除率,尤其是高浓度Hg的影响更显著,NH_(4)^(+)-N去除率... 详细信息

汞(Hg)在低气压地区污水处理系统中的存在可能会降低污水处理效率。在实验室规模下以SBR为例,通过研究Hg对低气压条件下污水处理系统的影响发现,Hg显著降低了氨氮(NH_(4)^(+)-N)的去除率,尤其是高浓度Hg的影响更显著,NH_(4)^(+)-N去除率从89.73%下降至38.71%。Hg对SBR周期内的氮转化过程产生了负面影响,当进水Hg浓度为250μg/L时,活性污泥氨氧化速率(SAOR)和亚硝酸盐还原速率(SNIR)分别下降96.74%和96.91%,与之相关的功能酶活性分别降低100.00%和97.87%。此外,Hg改变了活性污泥的形态和结构,导致污泥整体结构的瓦解和表面特征的变化,同时对EPS的生成产生抑制作用,特别是蛋白质含量受到影响。在微生物群落方面,Hg的加入使活性污泥群落结构发生了显著变化,尤其是和硝化过程相关的功能菌属Nitrosomonas和Nitrospira。因此,低气压条件下需对污水处理系统中Hg存在带来的影响给予关注。

关键词：汞低气压废水环境微生物群落生物过程