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【新闻】小型卫生医疗机构污水处理设备真空炉

发布时间:2020-10-18 16:11:35 阅读: 来源:亭子厂家

小型卫生医疗机构污水处理设备

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漆酶修饰阴极对H2O2的浓度影响3.3.1 提高MFC的产电性能和H2O2的浓度  本研究测量的电压实际是电阻两端的电压, 间接反映了电池的性能.当它电压值低于100 mV时, 更换两室的溶液, 这称其为一个周期, 每个周期大约能持续144 h.图 10a显示了阴极为碳毡和漆酶/海藻酸钠/碳毡的1个周期的电压变化.两者都先缓慢增长, 在13 h后快速增长, 32 h后进入稳定期, 稳定时间大约持续45 h, 稳定期过后电压开始下降, 说明电池性能良好.漆酶修饰阴极后, 最大电压为548 mV, 比碳毡电池提高21.8%.阴极反应可以提高微生物燃料电池的电位和电流, 漆酶包埋提高了生物燃料电池阴极的性能(Gouranlou et al., 2016), 促进电压的增加.同时, 本实验在1、2、4、8、12、24 h时取样测H2O2的浓度.图 10b显示了H2O2的浓度与时间的变化关系.从图 10b中可以看出, 随着电池的运行, 两者电极的H2O2浓度逐渐增加, 漆酶修饰的阴极最高可产生3.14 mg·mL-1H2O2, 比碳毡阴极提高了25.6%.这是因为Nafion膜可以促进漆酶和电极的电活性域之间的电子交换(Luo et al., 2010).漆酶可以将电子更有目标地传递到阴极的氧分子, 加强了系统的电子传递, 促进生成更多H2O2, 提高了整个系统的输出电压, 提高了MFC的产电性能和H2O2的浓度.  3.3.2 H2O2浓度对漆酶修饰阴极降解聚醚废水的影响

表 2显示5类不同阴极情况的电池(MFC-E, F, G, H和I), 阳极为碳毡, 阴极为漆酶/海藻酸钠/碳毡.在pH为4, Fe2+浓度为10 mmol·L-1, 漆酶浓度为1 mg·mL-1时, 探讨不同条件下漆酶阴极对聚醚废水降解的影响, 如图 11所示.MFC-E对聚醚废水降解仅5%, 说明在开路状态下, 电池的电极材料对废水的吸附影响是微小的, 推测是因没有电子传递至阴极, 未生成·OH所致.MFC-F、MFC-G和MFC-H降解率为9%、11.3%和62.2%.在一定程度上说明电子、O2和Fe2+是构成MFC-Fenton工艺必不可少的条件. MFC-I是每隔1 h滴加30%的3 mg·L-1 H2O2, 持续滴加13 h, 降解92.1%的聚醚废水.从MFC-H和MFC-I两电池中看出H2O2的浓度对降解聚醚废水起关键作用, 推测因为提高H2O2浓度就增加·OH含量, 提高废水降解率.  4 结论(Conclusions)  1) 在微生物燃料电池阴极中成功构建电芬顿体系降解阴极室聚醚废水.当pH为3, Fe2+浓度为10 mmol·L-1, 阴极室聚醚废水COD降解率为51.9%.  2) 漆酶包埋修饰阴极强化对聚醚废水的降解.当pH为4, 漆酶浓度为7 mg·mL-1时, 阴极室聚醚废水COD降解率68.1%, 比碳毡阴极提高28%.同时漆酶包埋修饰阴极提高电池21.8%的电压和25.6% H2O2的浓度.在三维荧光光谱中, MFC-electro-Fenton降解了聚醚废水中双酚和甲苯二胺等荧光物质.当pH提高至4.5、5和5.5, 降解速度依次下降至1.7×10-5、9.1×10-6和1.1×10-5 mol-1·dm3·s-1.推测是因为pH值影响酶总净电荷和外表面电荷分布, 进而影响酶活性和稳定性(Mani et al., 2016).随着pH上升, 过量OH-可以在T2、T3铜站点结合, 防止T1和T2、T3中心之间内部电子转移键, 使酶活性受到抑制,催化能力减弱(Christwardana, 2017).pH在逐渐增大时, Fe2+与OH-形成氢氧化物沉淀, 耗损Fe2+, 不利于·OH生成.尽管碳毡电池在pH为3时降解速度最快, 但pH值较低(pH=3)也降低固定化漆酶的活性, 从而降低降解速率.  3.2.4 漆酶浓度对漆酶修饰阴极降解聚醚废水的影响  在pH为4, Fe2+浓度为10 mmol·L-1时, 改变包埋漆酶浓度(1、7、10 mg·mL-1), 与降解率最低(5%)的断路条件下MFC-E (pH为4, Fe2+浓度为1 mmol·L-1, 漆酶浓度为1 mg·mL-1)作为对照(图 11), 探讨24 h内对降解聚醚废水COD的影响, 结果如图 8所示.当漆酶浓度达7 mg·mL-1时, 聚醚废水最大COD降解率68.1%.推测是因增加固定化漆酶含量, 在通氧条件下, 传递更多电子至氧分子上, 加速酶中心的铜离子与H2O2反应, 促进更多·OH生成, 催化更多的底物氧化, 提高聚醚废水中的有机物降解率(Cannatelli et al., 2015).但当漆酶浓度增加至10 mg·mL-1时, 聚醚废水降解率下降8.1%, 在一定程度上说明氧气存在条件下, 漆酶通过其中心4个铜离子协同传递电子和价态变化催化有机污染物氧化(Ivanec-Goranina et al., 2015).当漆酶在最适浓度时, 电子被消耗完, 无法提供漆酶电子来催化底物, 再增加漆酶的浓度反而使COD降解率降低.  3.2.5 三维荧光光谱分析  三维荧光光谱具有灵敏度高, 选择性好, 不破坏样品结构等优点, 可提供完整谱图信息来分析水质中的污染物降解情况(施俊等, 2011).  在pH为4, Fe2+浓度为10 mmol·L-1, 漆酶浓度为7 mg·mL-1时, 图 9显示MFC-electro-Fenton工艺对聚醚废水降解的三维荧光光谱.图 9a是稀释50倍降解0 h的原水荧光谱图, 9b、9c和9d是稀释5倍降解4、10和24 h的水样荧光谱图.在图 9a中出现3个完整峰Em/Ex: 350~450 nm/ 0~5 nm、Ex/Em: 340~470 nm/ 7~18 nm和Em/Ex: 390~440 nm/ 26~33 nm.增加MFC-electro-Fenton工艺对聚醚废水的降解时间, 图 9b、9c和9d中只出现1个完整峰.峰Em/Ex: 350~450 nm/ 0~5 nm在降解24 h后已消失, 峰Ex/Em: 340~470 nm/7~18 nm和峰Em/Ex: 390~440 nm/ 26~33 nm的荧光强度在减弱, 峰面积在减小.根据Lambert-Beer定律可知, 低浓度范围内荧光强度与物质浓度呈线性关系(陈诗雨等, 2015).推测聚醚废水中的双酚和甲苯二胺等芳香族的荧光物质被·OH降解, 致其浓度降低.海藻酸钠固定漆酶对COD降解动力学的影响  本研究选择海藻酸钠作为包埋材料, 因其是一种天然多糖碳水化合物, 具有价格低廉, 固定化成型方便和传质性能好等优点, 是固定漆酶的良好材料(Jampala et al., 2017).  图 6显示在pH为4, Fe2+浓度为10 mmol·L-1, 漆酶浓度为1 mg·mL-1时, 利用制成的海藻酸钠/碳毡和漆酶/海藻酸钠/碳毡阴极探讨海藻酸钠固定漆酶对降解聚醚废水的影响.图 6a说明漆酶/海藻酸钠/碳毡阴极对聚醚废水COD的降解率为62.2%, 而海藻酸钠/碳毡和碳毡阴极仅为35.4%和40.1%;将图 6a的数据进行二级动力学方程拟合, 结果如图 6b所示.用漆酶包埋修饰的阴极对聚醚废水降解速度(k=2.5×10-5 mol-1·dm3·s-1)最快.因为漆酶在通氧曝气时, 酶中心铜离子被还原与H2O2反应, 促进更多·OH生成, 加速降解聚醚废水.然而海藻酸钠/碳毡阴极降解速度(k=7.5×10-6 mol-1·dm3·s-1)慢于碳毡阴极降解速度(k=8.6×10-6 mol-1·dm3·s-1)和漆酶/海藻酸钠/碳毡阴极降解速度.结果表明海藻酸钠对提升聚醚废水COD降解率影响微小, 对促进聚醚废水降解效率的主要是漆酶包埋修饰.

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