不同类型伴随阴离子钙盐对风化煤矸石污染物释放的影响

在岩溶地区煤矿山污染修复过程中,钙盐在风化的酸性煤矸石污染物质控制方面发挥着至关重要的作用,为评价不同类型伴随阴离子钙盐对风化煤矸石中特征污染组分释放影响,通过在风化煤矸石中添加等摩尔比(以钙计)的CaCO_3、Ca_3(PO_4)_2、CaC_2O_4、CaSO_4、CaCl_2、Ca(NO_3)26种钙盐并稳定7 d后,考察了浸出液的pH、EC、Eh及Fe、Mn、Cu、Zn和SO_4~(2-)等特征污染物。结果表明:CaCO_3、Ca_3(PO_4)_2能有效缓冲煤矸石的酸度,明显提高了体系的pH,极显著(p0.001)抑制风化煤矸石中特征污染组分的溶出释放;CaC_2O_4能显著提高煤矸石浸出液的pH,降低浸出液EC、Eh及Mn、Cu、Zn和SO_4~(2-)的含量,但草酸根的存在明显促进亚铁和总铁的释放;CaSO_4一定程度上会抑制Fe、Mn、Cu的释放,但会提高浸出液中Zn、SO_4~(2-)的含量,总体上对各污染组分的影响作用不显著;呈中性的强酸强碱盐CaCl_2、Ca(NO_3)_2由于离子竞争作用及Ca~(2+)形成复合物-石膏沉淀作用能显著(p0.05)抑制SO_4~(2-)的溶出,但在一定程度上可降低浸出液的pH、提高浸出液的EC及Zn离子浓度,而对其他污染组分影响作用相对较小,故建议在煤矿山污染修复过程中需谨慎使用或引入此类物质。综上,不同类型伴随阴离子的钙盐对风化煤矸石中pH、EC、Fe、Mn、SO_4~(2-)及重金属等多种特征污染组分的释放存在显著差异,影响着风化煤矸石在环境中的潜在污染风险和修复材料的污染控制效果。     

灭菌处理对不同氧化还原环境下含硫煤矸石中污染物释放的影响

为评价微生物在不同氧化还原环境下对含硫煤矸石中污染物释放的作用,通过设置氧化处理、氧化灭菌处理、还原处理和还原灭菌处理4组处理方式对煤矸石进行连续浸提实验,并测定0、1、3、6、9d后各处理煤矸石浸出液的pH、电导率(EC)、氧化还原电位(Eh)、总溶解性固体(TDS)、金属离子(Fe3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+)和阴离子(SO2-4、F-)等特征污染指标。结果表明:氧化环境下,灭菌处理能抑制煤矸石氧化酸化,提高煤矸石浸出液的pH,降低浸出液EC、TDS,并明显降低煤矸石浸出液中Fe3+的溶出浓度,对Mn2+、Cu2+、F-和SO2-4等特征污染离子的溶出也有一定的抑制效果,且随着浸提时间的延长,这种抑制效应日趋加强;而还原环境下,灭菌处理却在一定程度上减弱了还原环境对煤矸石中污染物释放的抑制作用。综上表明,灭菌与否对不同氧化还原环境下含硫煤矸石污染物的释放有重要影响。因此,可以通过工程手段调控矿山环境中微生物活性或类群,对含硫煤矸石污染进行有效的原位控制或治理。     

厌氧消化污泥与菌渣对煤矸石特征污染物释放的原位控制效果研究

为评价厌氧消化污泥与菌渣对煤矸石特征污染物释放的原位控制效果,分别向煤矸石中添加厌氧消化污泥、菌渣、厌氧消化污泥与菌渣混合物,稳定、陈化30d后测定煤矸石浸出液pH、电导率(EC)、氧化还原电位(Eh)、总Fe、Fe~(2+)、SO_4~(2-)及煤矸石有效态Fe、Mn、Cu、Zn等指标进行控制效果研究。结果表明:(1)厌氧消化污泥、菌渣及其混合物的添加均能不同程度提高煤矸石浸出液pH。(2)厌氧消化污泥、菌渣及其混合物的添加均可不同程度降低煤矸石浸出液总Fe、Fe~(2+)、SO_4~(2-)及煤矸石有效态Fe,且厌氧消化污泥与菌渣混合组降低效果总体上最明显。(3)厌氧消化污泥、菌渣及其混合物对煤矸石中Mn、Zn、Cu释放的影响存在明显差别,其中厌氧消化污泥、厌氧消化污泥与菌渣混合组均增加煤矸石浸出液总Mn、总Zn及煤矸石有效态Mn、Zn;菌渣组、厌氧消化污泥与菌渣混合组均能有效降低煤矸石浸出液总Cu及煤矸石有效态Cu。     

抗菌处理对含硫煤矸石污染物释放的原位控制作用

自然堆放过程中,矿山环境微生物对大量含硫矿物的氧化产酸发挥着重要作用,为评价抗菌处理对暴露于空气中煤矸石污染物质释放的影响,设置十二烷基硫酸钠(SDS)抗菌处理、苯甲酸钠(SBZ)抗菌处理和对照(CK)3种处理条件对含硫煤矸石进行连续淋溶实验。结果表明,对照处理煤矸石淋溶液具有较强的酸度(pH=2.2~2.8)、较高的电导率(EC=4 426~24 925μS/cm)和氧化还原电位(Eh=334~499 mV),并富含Fe、Mn、Cu、Zn等金属离子和高浓度SO2-4和F-(其中,总铁平均为636 mg/L、Mn=16 mg/L、硫酸根=4 297 mg/L),呈现出煤矿酸性废水(AMD)的典型污染特征。相对于对照处理,SDS和SBZ抗菌剂处理对暴露于空气中的煤矸石污染的释放具有极显著的抑制作用,抗菌处理后,煤矸石淋溶液的pH(pHSDS=3.30~3.47、pHSBZ=5.13~5.64)、电导率(ECSDS=6 703~1 177μS/cm、ECSBZ=669~19 335μS/cm)、氧化还原电位(EhSDS=338~285 mV、EhSBZ=118~230 mV)和溶出离子Fe(总铁平均SDS=227 mg/L、SBZ=7.0 mg/L)、Mn(MnSDS=5.9 mg/L、MnSBZ=6.9 mg/L)、Cu、Zn等金属离子及阴离子SO2-4和F-等特征污染物的浓度均与对照存在极显著的差异(p0.01);且抗菌处理能显著抑制亚铁向高价铁的转化(pSDS=0.0012;pSBZ=0.0014)。2种抗菌剂处理均可极显著抑制暴露于空气中含硫煤矸石的氧化产酸和自身有毒有害污染物质的释放,且SBZ抗菌处理明显优于SDS抗菌处理。因此,SDS和SBZ等抗菌剂处理可用于含硫煤矸石等尾矿堆场污染的原位控制。     

Citrobacter sp.strain Y1S抑制煤矸石产酸及重金属释放的研究

从长期受煤矸石酸性废水污染的底泥中分离筛选出一株非传统硫酸盐还原菌Citrobacter sp. strain YS1(以下简称YS1),考察了菌株YS1对煤矸石产酸及重金属释放的抑制效应。结果表明,菌株YS1能有效抑制煤矸石产酸及重金属释放,加菌(SM)组煤矸石浸出液中Mn、Zn、Cu、Ni、Cd、Fe的浓度比空白对照(CK)组分别降低30.91%、42.12%、51.50%、56.25%、45.45%、34.02%。加菌+碳源(SMR)组的抑制效果更优,煤矸石浸出液中Zn、Cu、Cd均低于仪器检出限,Mn、Ni、Fe浓度相比CK组分别降低99.78%、98.75%、99.95%。SMR组的抑酸效果也更明显,可将煤矸石浸出液pH从5.45提升至7.88。菌株YS1可将SO■还原为S^2-,并与重金属离子生成固体硫化物覆盖在煤矸石表面,减缓煤矸石中黄铁矿氧化。YS1表面的多糖、蛋白以及脂质中的羟基、氨基等基团均可能参与了对重金属离子的络合作用。     

天然矿物组合材料渗透反应墙修复地下水镉污染

实验模拟地下环境,以天然矿物材料石灰石、海泡石和膨润土作为可渗透反应墙(PRB)填充材料,采用正交实验法设计了16种可渗透反应器,研究了天然矿物组合材料组配对污染地下水模拟液中镉污染的修复效果、出水pH、有效孔隙度和渗透系数的影响,同时对机理进行了分析。实验结果显示,组合材料对镉去除率达99.8%以上,石灰石对处理效果贡献最大,增加石灰石用量,处理效果明显改善,当石灰石含量为10%及更高时,对含镉1.0 mg/L的污染地下水模拟液处理后镉浓度低于0.7μg/L,达到地下水质量标准GB/T 14848-93规定的II类水质标准;石灰石用量的增加对渗透系数影响不大,但出水pH呈弱碱性(7pH9),随反应时间延长逐渐降低并稳定于8。增加海泡石和膨润土用量对处理效果改善作用不大,但显著降低体系渗透系数,影响透水性。以正交实验直观分析法计算得到修复效果最优的PRB填充材料组配为石灰石/海泡石/膨润土=20/10/2(质量分数)。     

煤矸石堆积下多环芳烃的淋溶污染特征

淋溶是使有害物质析出的主要途径之一。为查明煤矸石堆放淋溶造成的有机污染效应,对不同风化强度煤矸石进行了动态淋溶模拟实验,系统研究了煤矸石中US EPA优先控制的16种多环芳烃（PAH16）的析出规律和迁移方式。获得煤矸石中多环芳烃（PAHs）淋溶特征如下：煤矸石堆积期遭受短期降雨（500~1 600 mm）作用后,煤矸石溶出的PAH16总质量浓度达125.6~451.2 ng/L。PAH16溶出量初期较高,在一定降雨期后又达到峰值,酸雨条件下,煤矸石山淋溶出的PAH16可由线性累加转为指数快速累加的趋势。淋溶液中优势组分为萘、二氢苊、芴和菲,4种组分之和占所测PAHs总量的80%~90%。煤矸石溶出的PAHs环数分布为2环〉3环〉4环〉5环、6环。迁移方式上,2环PAHs多以溶解相迁移,3环PAHs主要以颗粒态迁移,存在少量溶解形式,而4环以上PAHs则以颗粒相形式迁移。     

西安市城市主干道路面径流初期冲刷效应

以西安市城市主干道南二环太白路高架桥为路面径流采样区域,采用人工等时间间隔采样方法,在桥梁排水立管对2010年9—11月的3场径流事件进行全程采样,测试径流过程SS、COD、溶解性COD、NH3-N、Pb、溶解性Pb、Zn和溶解性Zn的浓度变化,研究路面径流的初期冲刷效应及其影响因素。结果表明,西安市城市主干道路面径流污染严重,降雨数小时后的末期径流仍具有较高的污染水平;径流过程污染物浓度变化规律与其赋存形态有关,SS、COD、Pb等以颗粒态为主的污染物的浓度随雨强变化剧烈波动,NH3-N、溶解态COD、溶解态Zn等以溶解态为主的污染物浓度变化受雨强影响较小,随径流过程呈逐渐减小趋势;路面径流初期冲刷现象并非普遍存在,与污染物的赋存状态和场次降雨特征密切相关,溶解态污染物易于出现初期冲刷现象,颗粒态污染物是否出现初期冲刷与场次降雨特征有关;测试的3场径流事件初期30%的径流携带的SS、COD、溶解性COD、NH3-N、Pb、Zn和溶解性Zn的负荷占场次径流总负荷的比例分别为21.8%～50.0%、25.5%～49.3%、36.3%～52.6%、52.6%～66.7%、26.8%～45.0%、27.2%～63.4%和36.2%～62.6%,表明仅对初期径流进行治理无法实现对西安市路面径流污染的有效控制。     

用微观作用力解析无机离子对腐殖酸的膜污染行为影响

基于Na+、Ca2+离子在天然水体中的普遍存在及对超滤膜有机污染行为的影响,本研究主要考察了不同离子条件下腐殖酸(HA)对PVDF超滤膜污染行为的影响机理。使用原子力显微镜结合自制的膜材料及污染物探针定量测定了不同离子条件下PVDF-HA及HA-HA之间的相互作用力,同时进行了相应的膜污染实验及定量研究腐殖酸的去除效果。结果表明,PVDF-HA及HA-HA之间的相互作用力大小与膜污染速率及污染幅度呈正相关关系。一价Na+离子通过电荷屏蔽可降低HA表面的带电量,对HA膜污染行为及PVDF-HA及HA-HA之间作用力的影响并不明显。二价Ca2+离子通过电荷中和作用大幅度降低了HA表面的有效带电量,使得PVDF-HA及HA-HA之间的粘附力增大,加剧了膜污染速率。而过多的Ca2+离子会加剧HA之间的聚合,降低了HA进入膜孔内的机率,虽然会短暂的增加腐殖酸的去除效率但无法从根本减轻膜污染。     

重金属离子在钠基膨润土中的吸附特征与机理

膨润土是一种天然粘土矿物,比表面积大、吸附能力强。通过钠基膨润土对复合重金属离子Cu2+、Zn2+和Cd2+的竞争吸附实验研究,探讨了钠基膨润土对Cu2+、Zn2+和Cd2+的吸附特征。结果表明,钠基膨润土对Cu2+、Zn2+和Cd2+的吸附随离子浓度增加而增大。吸附具有选择性,Cu2+、Zn2+和Cd2+的吸附能力大小顺序为Cu2+>Zn2+>Cd2+。并通过XRD及IR等分析探讨了钠基膨润土的吸附机理主要表现为离子交换吸附。     

水中碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度的测定方法探讨

对水中碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度的测定方法作了探讨，试验结果表明，水样于电炉上加热煮沸6min后，碳酸盐硬度可基本消除，冷却后测定的硬度即为非碳酸盐硬度，从总硬度中减去非碳酸盐硬度，即为水样的碳酸盐硬度。     

不同Ca/P比下碳酸根对磷酸钙沉淀反应回收磷的影响

以模拟污水处理厂污泥厌氧消化液为处理对象,进行磷酸钙沉淀除磷小试实验,考察了不同Ca/P物质的量比下碳酸根(CO2-3)对磷酸钙沉淀反应回收磷的影响;利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对沉淀产物进行表征。结果表明,磷酸钙沉淀反应是一个快速过程,CO2-3的存在并未改变这一显著特征。磷酸钙沉淀反应过程中,CO2-3的存在降低了磷的去除率,改变了沉淀物形貌、结构和组分;实验设定范围内,磷酸钙的过饱和度越高,越难形成晶体态羟基磷灰石((Ca5(PO4)3OH,HAP);当pH值为9.0,Ca/P比为1.67时,CO2-3取代HAP晶格中的PO3-4,形成碳磷灰石(CHAP);当pH值为9.0,Ca/P比为3.33和5.01时,CO2-3和PO3-4之间竞争,形成碳酸钙(CaCO3);增大Ca/P能有效提高磷的去除率,降低CO2-3对磷酸钙沉淀反应的抑制作用,但综合考虑实际效果,选择Ca/P比为3.33作为适宜的反应条件。     

合成碳羟基磷灰石对水中双酚A的吸附性能研究

利用废弃蛋壳为原料、尿素为添加剂，合成纳米碳羟基磷灰石(CHAP)用于吸附水中双酚A（BPA）。利用红外光谱、扫描电镜和X射线能谱测试技术对CHAP样品表面化学进行了表征，同时考察了环境因子pH值、吸附时间和BPA初始浓度对吸附的影响。实验结果表明，CHAP对BPA去除率在酸性（pH=3～6）溶液中较好，而在中性和碱性环境中减弱。通过静态吸附实验数据计算分析得知，CHAP对BPA吸附符合Langmuir和Freundlich等温式，准二级动力学模型比准一级动力学模型能更好地描述CHAP对BPA吸附动力学行为。     

用丙二醇碳酸酯对膨润土进行活化的研究

膨润土及其产品GCL正广泛应用于城市垃圾填埋场的防渗系统中。但是膨润土的膨胀性能在成分复杂的液体(如渗滤液)中会大幅下降,从而直接影响防渗效果。在分析中,利用丙二醇碳酸酯对钠基膨润土进行活化,提高其耐化学性,并分析了其性能改善的机理。     

钢铁厂冷轧废水污泥中铬回收实验研究

钢铁厂冷轧废水污泥中含有10%以上的铬、20%以上的铁和1.5%以上的锌(均以质量分数计).为了从污泥中回收铬,首先研究了污泥中铬的形态,确定为Cr(Ⅲ);然后以碳酸钠为氧化助剂,将污泥与碳酸钠按一定比例混合后焙烧,再用水浸取.研究了碳酸钠的添加量、焙烧温度和时间、浸取时间和浸取方式对铬回收率的影响.研究表明,每克干污泥中添加0.6 g或以上碳酸钠,在固定床上700 ℃焙烧4 h以上,可实现60%以上的总铬浸出率,残渣为Fe2O3基脱硫剂原料.     

碳酸根对磷酸钙沉淀反应回收磷的影响

以模拟的厌氧消化液为处理对象，通过小试实验，考察不同初始磷浓度Cp、Ca／P物质的量比、pH和温度下，碳酸根（CO3 2-）对磷酸钙沉淀反应回收磷的影响；利用扫描电镜（SEM）、x射线衍射仪（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT．IR）对沉淀产物进行表征。结果表明，高浓度的CO3 2-对以磷酸钙沉淀反应去除和回收磷的效率影响较大；Cp相同时，CO3 2-浓度（CCO3^2-）越大，P的去除率越低，低C，（20mg／L）时尤为显著；当CCO3^2-相同时，随着Cp的增大，反应速率加快，P的去除率逐渐升高，但升高幅度越来越小；增大Ca／P比和pH能提高P的去除率，降低CO3 2-对磷酸钙沉淀反应的抑制作用，综合考虑实际效果，应选择Ca／P比为3．33，pH为9．0作为适宜的反应条件；升高温度对降低CO3 2-对磷酸钙沉淀反应的抑制作用贡献不大。在Cp为60ITIg／L，Ca／P比为1．67，pH为9．0，温度为20℃的条件下，当CCO3^2-为0时，得到的沉淀产物主要为羟基磷灰石HAP；当CCO3^2-为30mmol／L时，得到的沉淀产物为磷酸钙和碳酸合磷灰石的混合物。     

碳酸根对磷酸钙沉淀反应回收磷的影响简

以模拟的厌氧消化液为处理对象，通过小试实验，考察不同初始磷浓度C_P、Ca/P物质的量比、pH和温度下，碳酸根（CO₃^2-）对磷酸钙沉淀反应回收磷的影响；利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对沉淀产物进行表征。结果表明，高浓度的CO₃^2-对以磷酸钙沉淀反应去除和回收磷的效率影响较大；C_P相同时，CO₃^2-浓度（C_CO3^2-）越大，P的去除率越低，低C_P（20 mg/L）时尤为显著；当C_CO3^2-相同时，随着C_P的增大，反应速率加快，P的去除率逐渐升高，但升高幅度越来越小；增大Ca/P比和pH能提高P的去除率，降低CO₃^2-对磷酸钙沉淀反应的抑制作用，综合考虑实际效果，应选择Ca/P比为3.33，pH为9.0作为适宜的反应条件；升高温度对降低CO₃^2-对磷酸钙沉淀反应的抑制作用贡献不大。在C_P为60 mg/L，Ca/P比为1.67，pH为9.0，温度为20℃的条件下，当C _CO3^2-为0时，得到的沉淀产物主要为羟基磷灰石HAP；当C _CO3^2-为30 mmol/L时，得到的沉淀产物为磷酸钙和碳酸合磷灰石的混合物。     

薄膜级碳酸钙可焚烧母料的环保性能的探讨

采用 12 5 0目以上的碳酸钙填充料、铝酸酯偶联剂、焚烧热氧降解剂、生物活性剂等助剂制备的可焚烧PE母料 ,吹制成购物袋和垃圾袋。经人工加速老化实验、户外曝晒实验后 ,用红外光谱、高效液相色谱、热 红联用仪等对其综合环保性能进行表征 ,实验结果表明 ,该薄膜适应于垃圾的焚烧处理 ,特别是对促进塑料的快速完全燃烧和降低尾气中有害气体的含量 ,具有积极的意义 ,可用于装盛焚烧发电垃圾     

Biomineralization-based conversion of carbon dioxide to calcium carbonate using recombinant carbonic anhydrase

Recently, as a mimic of the natural biomineralization process, the use of carbonic anhydrase (CA), which is an enzyme catalyzing fast reversible hydration of carbon dioxide to bicarbonate, has been suggested for biological conversion of CO₂ to valuable chemicals. While purified bovine CA (BCA) has been used in previous studies, its practical utilization in CO₂ conversion has been limited due to the expense of BCA preparation. In the present work, we investigated conversion of CO₂ into calcium carbonate as a target carbonate mineral by using a more economical, recombinant CA. To our knowledge, this is the first report of the usage of recombinant CA for biological CO₂ conversion. Recombinant α-type CA originating in Neisseria gonorrhoeae (NCA) was highly expressed as a soluble form in Escherichia coli. We found that purified recombinant NCA which showed comparable CO₂ hydration activity to commercial BCA significantly promoted formation of solid CaCO₃ through the acceleration of CO₂ hydration rate, which is naturally slow. In addition, the rate of calcite crystal formation was also accelerated using recombinant NCA. Moreover, non-purified crude recombinant NCA also showed relatively significant ability. Therefore, recombinant CA could be an effective, economical biocatalyst in practical CO₂ conversion system.     

以废弃磷石膏为原料水热合成碳酸钙晶须的研究

以废弃磷石膏为钙源水热合成碳酸钙晶须，研究了不同反应前驱物和添加剂对碳酸钙样品晶形的影响，利用奥林巴斯显微镜和扫描电镜(SEM)观察晶体形貌，并用X衍射(XRD)和红外光谱(FTIR)对样品进行了表征。实验结果表明，采用柠檬酸钠为添加剂，在反应时间12 h，反应温度120℃，柠檬酸钠浓度2％的工艺条件下，可制得晶须长度约为50～120 μm、长径比为40～100∶1、大小相对均匀的文石型碳酸钙晶须。同时，实验还制得了形貌独特的稻草捆状和竹叶状碳酸钙晶体。