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无动力生活污水处理设备

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为了更进一步了解CA+B+PC降解染料的途径，试验每隔12 h取样，测定其COD(表 4)，并利用GC-MS对中间产物进行检测分析(图 9).反应12 h的气相出峰图中，停留时间为58.90、62.86、66.42、71.02、72.91 min时的物质都为长链烷烃类化合物，而随着反应时间的延长，长链烷烃物质逐渐减少，36和48 h时几乎不存在这些物质.图 9中停留时间约为19.15、35.89和54.72 min左右的物质分别为2, 4-二叔丁基苯酚、邻苯二甲酸二丁酯、2, 2′-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，这些具有芳香烃结构的化合物峰面积变化规律如表 5所示.根据试验结果可以推测，反应前12 h，光催化降解染料速率远远大于光合细菌的降解速率，光催化起主导作用，此时溶液在脱色的同时，一些自由基会破坏染料分子中的苯环结构，使其生成长链烷烃类化合物.12 h后，由于光合细菌已经开始适应体系中的新环境，光合细菌降解染料生成苯环结构化合物的同时，可以即时迅速地将光催化氧化生成的长链烷烃降解矿化.这也是CA+B+PC降解染料中后期一直没有长链烷烃化合物出现的原因.在12~24 h期间，可以发现芳香烃化合物迅速增加，24 h后减少，可能是因为此时光合细菌作用大于光催化作用，酚类、酯类化合物生成量大于其降解量，使其累积，而后缓缓降解.

基于以上中间产物的测定及结合相关文献报道(涂盛辉等，2015;Wu et al., 2000;Liu et al., 2015;Xu et al., 2009)，推测出CA+B+PC降解染料(活性艳红X-3B)的途径(图 10)为：首先，由光催化产生的自由基和光合细菌共同破坏染料的偶氮结构，生成苯胺类化合物及多种具有苯环结构的化合物;然后，自由基继续破坏苯环结构产生长链烷烃，光合细菌及时利用光催化生成的长链烷烃，使其降解矿化.此外，光合细菌也可将部分含有苯环结构的中间产物缓慢降解为分子量较小的烃类、酚类、醇类、酯类，zui后矿化成CO2和H2O.　　利用海藻酸钙共固定光合细菌与可见光响应的g-C3N4-P25光催化剂，成功合成了同时具有光催化氧化和生物降解作用的g-C3N4-P25/光合细菌复合材料.研究发现，该复合材料对染料X-3B的降解效率为94%，COD去除率为84.7%，远远优于固定化微生物及固定化光催化剂.结合SEM及采用UV-Vis、FT-IR和GC-MS等手段对反应后的产物进行检测分析，发现染料的可能降解途径为：由光催化产生的自由基和光合细菌共同破坏染料的偶氮结构，生成苯胺类化合物及多种具有苯环结构的化合物，自由基继续破坏苯环结构产生长链烷烃，光合细菌及时利用光催化生成的长链烷烃，使其降解矿化.此外，光合细菌也可将部分含有苯环结构的中间产物缓慢降解为分子量较小的烃类、酚类、醇类、酯类，zui后矿化成CO2和H2O.3种材料降解反应结束后，pH值都有所下降，其中pHCA+PC>pHCA+B+PC>pHCA+B，说明反应体系中都有羧酸产生.羧酸的可能来源是葡萄糖的生物降解及光催化降解活性艳红X-3B所产生.在1450~1540 cm-1处仍存在吸收峰，这可能为苯环、萘环或三嗪环的骨架振动吸收峰，表明活性艳红X-3B染料分子没有被100%的降解即完全矿化，苯类物质很难进一步被分解.由图 7还可发现，CA+B反应产物中苯环的吸收峰(1450~1540 cm-1)比CA+PC与CA+B+PC反应产物的苯环吸收峰更强烈，说明光合细菌对苯环类物质降解能力较差，这与紫外-可见全波长扫描谱图分析的结论一致.CA+B+PC的FT-IR光谱中没有1220、1172、1140和1051 cm-1的吸收峰，说明R-SO3-的吸收峰消失，表明—SO3Na基团被破坏降解.　　3.2.4 GC-MS分析　　通过GC-MS测定CA+B、CA+PC和CA+B+PC降解活性艳红X-3B染料的产物.图 8是气相色谱的出峰图，表 3是相应停留时间对应的物质.结合图 8和表 3可发现，反应体系结束后，CA+B降解染料的中间产物主要是具有苯环结构的芳香烃物质，以及少量的短链烷烃物质.而CA+PC体系中累积的中间产物主要为高分子量的长链烷烃物质，芳香烃类的有机物相对较少.此外，在CA+B+PC反应体系中，相比于CA+B，芳香烃类化合物含量减少，而对比于CA+PC，该反应溶液中的长链烷烃类物质类型和含量都有所降低.基于以上试验结果

，可以推测CA+B+PC中光催化与微生物的相互作用关系如下：zui初，由于反应溶液中含有大量的DO，在模拟太阳光的照射下(卤素灯，全波长)，光催化活性强，活性艳红X-3B染料的发色基团在光催化与微生物的共同作用下被破坏，使其溶液脱色，此时光催化的脱色速率远远大于微生物脱色速率.然后，光催化剂产生的自由基继续攻击染料分子中的苯环结构，开环及一系列的加成聚合等反应生成长链烷烃化合物.随着时间延长，DO量减少，光催化活性也随之降低，长链烷烃类物质就很难继续被降解.此时由于光合细菌的存在，长链烷烃化合物易被微生物降解.总的来说，光催化剂的存在可以降低芳香烃物质的累积量从而减少该化合物对微生物的影响，而体系中光合细菌又可以弥补光催化的缺点.这就是复合材料降解模拟印染废水中芳香烃与烷烃化合物浓度相对较低，COD和染料去除率高的原因.试验对比了CA+B、CA+PC、CA+B+PC材料去除染料及高COD的能力(图 4).从图 4a可以看出，在60 min内，3种材料对染料的去除效率都较高，这主要是由于材料的吸附作用.随着时间的延长，脱色速率减小，反应8 h后，CA载体、CA+B、CA+PC、CA+B+PC对染料的去除率分别为20%、68%、92%和94%.CA+B在前8 h染料去除率低可能是因为细菌刚进入一个新的环境，需要一定的适应期;CA+PC和CA+B+PC的染料去除率也几乎一致.相应各材料的COD去除能力随时间变化如图 4b所示.CA+B+PC中剩余COD仅为200 mg · L-1左右，远小于CA+PC反应中的剩余COD，而CA+B的剩余COD仅次于CA+B+PC.

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