附着微生物黄铁矾回流对不同温度酸性硫酸盐体系亚铁氧化及总铁沉淀的强化效果

氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)生物氧化Fe2+与石灰中和相耦合是一种具有发展潜力的酸性矿山废水处理工艺.在Fe2+生物氧化段提高Fe2+氧化与总Fe沉淀效率是调控此类废水高效处理的关键步骤,且该阶段常伴有黄铁矾等次生铁矿物的合成.本研究通过摇瓶实验,在p H约2.50的K2SO4(8 mmol·L-1)-Fe SO4(160 mmol·L-1)-H2O酸性硫酸盐体系中按约3×105cells·m L-1的浓度接入A.ferrooxidans,在15℃和30℃两个温度水平下,探究附着微生物的黄钾铁矾回流对体系Fe2+生物氧化与总Fe沉淀行为的影响.结果表明,15℃条件下培养至144h,体系p H变化至2.40,Fe2+氧化率和总Fe沉淀率分别仅为46.7%和12.2%.当体系接入附着微生物黄钾铁矾10 g·L-1时,体系Fe2+在132h即可完全氧化.144 h时,体系p H降低至2.24,总铁沉淀率为25.3%.30℃条件下体系Fe2+在72 h完全氧化,p H变化至1.89,总Fe沉淀率为34.3%.当体系接入回流的黄钾铁矾10 g·L-1时,体系Fe2+完全氧化时间缩短至60 h,p H降低至1.85,总Fe沉淀率为37.3%.本研究不同处理体系所得次生铁矿物均为黄钾铁矾,附着微生物黄铁矾回流对15℃环境所得黄钾铁矾形貌影响不大,均为粘附紧密、表面光滑的晶体形貌.而30℃环境中,附着微生物黄铁矾回流却使得原本较为分散、晶型棱角明显的黄铁矾晶体结构变得紧密而光滑.本研究结果可为酸性矿山废水处理提供一定的参数支撑.     

响应面法优化印染废水的脱色研究

以肼黄染料废水为模拟对象,在单因素试验的基础上通过响应面法优化Fenton氧化的脱色效果,研究了初始pH值、Fe2+投加量和H2O2投加量3个因素在该废水脱色过程中的显著性和交互性.结果表明,这3个因素对肼黄染料废水的脱色率的影响均具有显著性,且初始pH值与Fe2+投加量的交互影响、Fe2+投加量与H2O2投加量的交互影响也具有显著性.响应面法优化得到的最佳脱色工艺:初始pH值为3.19,Fe2+质量浓度为23.2 mg/L,H2O2质量浓度为345.4 mg/L,反应温度45℃,反应时间5 min;在此条件下的理论脱色率为90.85％,与3次实际平行试验的脱色率均值仅相差2.30％.     

温度对嗜酸性硫杆菌活性和生物成因次生铁矿物形成的影响

通过实验室摇瓶试验研究了温度对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidan)氧化亚铁的活性及对生物成因次生铁矿物形成的影响.结果表明,在FeSO4-H2O-A.ferrooxidans休止细胞体系中,低温明显抑制了A.ferrooxidans菌的氧化活性.培养5 d后,10℃和28℃体系中Fe2+氧化率分别为11.81%和100%.当温度从10℃(培养7 d)调至28℃后,Fe2+氧化率在1 d内就迅速上升到95.10%.Fe2+最高氧化速率依次为:10℃(培养7 d)+28℃(2.25 h-1)>28℃(1.42 h-1)>10℃(0.81 h-1).次生铁矿物XRD图谱表明,在9K培养基中,10℃条件下较低的Fe3+供应速率更有利于无定型施威特曼石的形成.而在28℃条件下,施威特曼石优先于黄铁矾生成,且随着时间延长黄铁矾结晶度愈来愈高.通过XRD图谱和SEM微形貌特征判断,28℃下生物合成次生铁矿物主要为施威特曼石和黄钾铁矾的混合物.     

三种次生矿物固定A. ferrooxidans的Fe2+氧化及成矿性能比较

氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）介导的生物矿化方法促使可溶性Fe向次生铁矿物转变对酸性矿山废水（AMD）治理具有重要意义.化能自养菌A.ferrooxidans易受水流冲击而流失,常采用固定化方式来提高菌密度,从而保证较高的Fe²⁺氧化和成矿速率以满足实际需要.本研究在相同初始条件下（pH=2.30、Fe²⁺浓度4.48g/L、A.ferrooxidans密度8×10⁶cells/mL）生物合成固定有A.ferrooxidans的施氏矿物、黄钾铁矾和黄铵铁矾,比较矿物溶解前（固定态）和溶解后（游离态）A.ferrooxidans的Fe²⁺氧化性能,并分析各矿物对A.ferrooxidans的固定能力.结果表明,生物成因次生铁矿物干重排序为施氏矿物（0.24g） < 黄铵铁矾（0.35g） < 黄钾铁矾（0.67g）,但矿物固定A.ferrooxidans的能力却依次为施氏矿物 > 黄铵铁矾 > 黄钾铁矾.以游离态A.ferrooxidans的Fe²⁺氧化速率作为参比,推算出本研究所得施氏矿物、黄铵铁矾、黄钾铁矾固定A.ferrooxidans的有效生物量依次为5.33×10⁷~ 5.33×10⁸,5.72×10⁶~5.72×10⁷,6.35×10⁶cells/g（干基）.次生铁矿物载体有效生物量不仅直接影响AMD体系中Fe²⁺氧化速度,也间接决定了总Fe的矿化去除效果.     

FeSO_4-K_2SO_4-H_2O体系中Fe/K摩尔比对生物成因羟基硫酸铁矿物质量的影响及环境意义

在FeSO4-K2SO4-H2O的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌催化氧化体系中,当起始Fe2+浓度分别为20、40、80和160mmol.L-1时,通过设定系列Fe/K摩尔比(3~200)来调控溶液的K+含量,合成得到次生羟基硫酸铁矿物,主要包括施威特曼石、黄钾铁矾以及两者的混合物.结果表明,当起始Fe2+浓度较低,如20mmol.L-1和40mmol.L-1时,72h反应后,不同Fe/K摩尔比处理所得矿物质量很少,最大只有0.38g.而随着Fe2+浓度增大,Fe/K摩尔比例的减小,矿物质量明显增加,例如在Fe2+=160mmo.lL-1、Fe/K=3时,250mL体系中矿物质量达到了4.48g,同时矿物相由结晶度差的施威特曼石逐渐过渡到结晶度好的黄钾铁矾.笔者发现矿物质量与矿物相有非常密切的关系,当产物为晶型黄钾铁矾时,其对应的矿物质量也更多.因此,微生物成因羟基硫酸铁矿物质量在很大程度上取决于起始Fe2+浓度和Fe/K摩尔比,该现象对去除酸性矿山废水中可溶性Fe和SO24-有潜在意义.     

色氨酸对生物成因铁硫酸盐次生矿物形成的影响

采用氧化亚铁硫杆菌催化合成铁硫酸盐次生矿物,研究不同L-色氨酸添加浓度对矿物合成体系pH、氧化还原电位（ORP）、Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率,以及次生矿物产量、化学组成及矿物相的影响.结果表明,随着体系色氨酸浓度的增加,pH降低幅度越小,ORP上升越不明显.色氨酸对铁硫酸盐次生矿物合成的影响依赖于其浓度,当色氨酸浓度低于1.67 g·L^-1时,色氨酸对铁硫酸盐次生矿物的形成起促进作用,表现为总Fe沉淀率及矿物产量随着色氨酸浓度升高而增加.而当色氨酸浓度升高至6.67 g·L^-1时,Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率和矿物产量远低于对照组,表明高浓度色氨酸会抑制铁硫酸盐次生矿物的形成.次生矿物内Fe/S比介于施氏矿物和黄钾铁矾的理论值之间,表明不同合成体系所得次生矿物均为黄钾铁矾和施氏矿物的混合物.矿物学特征分析表明,随着色氨酸浓度的升高,矿物的合成表现为黄钾铁矾向施氏矿物转移.     

Fenton试剂处理选矿废水的实验研究

研究了用Fenton试剂处理某选矿废水中残余的黄药,分别考查了氧化时间、反应初始pH值、Fe2+浓度及H2O2用量对黄药降解效果的影响,用正交试验确定了四个因素的最好条件。结果表明:初始pH值和H2O2用量是影响去除效果的主要因素;氧化时间为60min,反应初始pH=4,[Fe2+]=20mg/L,[H2O2]=20mg/L,黄药的浓度为125mg/L时,黄药的去除率达到99.5%。     

草酸盐介导下含As(V)黄钾铁矾的相转化过程与As(V)的再分配行为

黄钾铁矾能够通过吸附和共沉淀作用固定酸性矿山废水（AMD）中的重（类）金属（如砷）,降低其迁移性和生物可利用性.草酸盐广泛存在于天然水环境中,其具有的羧酸官能团能改变铁矿物的稳定性,进而影响吸持的重（类）金属的再分配行为.利用水热法合成含As（V）黄钾铁矾,探究其在不同草酸盐浓度与pH条件下的溶解、重结晶和共沉淀As（V）的行为.研究结果表明,草酸盐与含As（V）黄钾铁矾表面Fe（III）活性位点配位形成的可溶性强络合物是促进矿物溶解的第一步和关键;在pH 2.5时,含As（V）黄钾铁矾的溶解速率随草酸盐浓度增加而增加,伴随大量As（V）释放到溶液,反应过程中只有少量As（V）重新吸附到固相上,这是由于草酸盐与As（V）竞争矿物表面的同一活性位点;在pH 6.5条件下,草酸盐促进含As（V）黄钾铁矾的重结晶,经X射线衍射分析表明针铁矿和纤铁矿为主要产物,能有效地吸附释放的As（V）.研究结果有助于揭示在AMD环境下黄钾铁矾沉积物与含羧酸官能团有机酸共存时对As（V）的释放和固定机理,对AMD环境中As（V）污染控制有重要意义.     

氧化亚铁硫杆菌的分离及生长特性研究

从酸性矿坑水中分离得到3株细菌S1、S2和S3,经16S rRNA序列分析,S3为氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)。对S3菌,选取初始Fe2+浓度和初始pH值为影响因子,设计正交试验,通过测定培养过程中pH值、氧化还原电位Eh、Fe2+浓度和总Fe浓度的变化,并计算Fe2+氧化速率,研究初始Fe2+浓度和初始pH值对细菌生长的影响。     

UV-Fenton氧化法处理DMSO废水的应用研究

采用UV-Fenton高级氧化法对含二甲基亚砜(DMSO)的碳纤维生产模拟废水进行降解处理,初步探索了UV/H2O2/Fe2+氧化反应机理和DMSO降解反应机理,研究了H2O2浓度、Fe2+浓度、初始pH值及H2O2投加方式等因素对DMSO去除率的影响。结果表明:当H2O2浓度为0.15 mol/L,Fe2+浓度为0.6g/L,体系初始pH值为3⁴时,DMSO去除效果最佳,可达90%;在最佳条件下分3次等量加入H2O2,DMSO去除率可达95%。二甲基亚砜主要被降解成为CO2和SO2-4,不会造成二次污染。     

Charge transfer between biogenic jarosite derived Fe~(3+) and TiO_2 enhances visible light photocatalytic activity of TiO_2

In this work, we have shown that mining waste derived Fe~(3+)can be used to enhance the photocatalytic activity of TiO_2. This will allow us to harness a waste product from the mines, and utilize it to enhance TiO_2 photocatalytic waste water treatment efficiency. An organic linker mediated route was utilized to create a composite of TiO_2 and biogenic jarosite. Evidence of Fe\O\Ti bonding in the TiO_2/jarosite composite was apparent from the FTIR, EFTEM, EELS and ELNEFS analysis. The as prepared material showed enhanced photocatalytic activity compared to pristine TiO_2, biogenic jarosite and mechanically mixed sample of jarosite and TiO_2 under both simulated and natural solar irradiation. The prepared material can reduce the electrical energy consumption by 4 times compared to pristine P25 for degradation of organic pollutant in water. The material also showed good recyclability. Results obtained from sedimentation experiments showed that the larger sized jarosite material provided the surface to TiO_2 nanoparticles, which increases the settling rate of the materials. This allowed simple and efficient recovery of the catalyst from the reaction system after completion of photocatalysis. Enhanced photocatalytic activity of the composite material was due to effective charge transfer between TiO_2 and jarosite derived Fe~(3+)as was shown from the EELS and ELNEFS. Generation of OHU was supported by photoluminesence(PL) experiments.     

Citrobacter sp.EBS8对施氏矿物和黄钾铁矾的还原溶解及相转化行为的影响

铁硫酸盐次生矿物广泛存在于酸性矿山废水（AMD）污染流域沉积物中,是多种有毒有害重金属的沉淀库.硫酸盐还原菌对矿物的还原作用可破坏矿物的稳定性从而引起共沉淀重金属的释放.在前期研究中发现柠檬酸杆菌Citrobacter sp.存在于AMD流域沉积物中,且在还原条件下具有较强的硫酸盐还原能力.因此,探究其对铁硫次生矿物的还原溶解及矿物晶相转化行为的影响尤为重要.本研究选取矿区沉积物中典型的铁硫次生矿物施氏矿物和黄钾铁矾为研究对象,在实验室条件下考察了从AMD污染沉积物中筛选到的菌株Citrobacter sp.EBS8对矿物的还原溶解及相转化的影响.结果表明,在缺氧、中性pH及电子供体足量时,在EBS8的作用下施氏矿物和黄钾铁矾均出现了明显的还原溶解现象.菌株EBS8可利用乳酸盐作为电子供体还原SO₄^2-和Fe（III）.SEM结果显示,施氏矿物在反应初期出现表面毛刺不平现象,黄钾铁矾发生由外向内的逐层溶解,矿物转化过程中都出现空壳形貌.XRD检测到施氏矿物组的主要转化产物为菱铁矿和蓝铁矿,黄钾铁矾体系中主要是蓝铁矿和马基诺矿.这些结果有助于了解AMD污染沉积物中铁硫酸盐矿物的转化行为及为AMD污染治理提供理论支撑.     

甘肃寒山金矿区黄钾铁矾的形成机制及其地质意义

在分析寒山金矿区原生矿物和氧化矿物组合的基础上，通过对黄钾铁钒的热力学计算分析得出：在常温条件下，黄铁矿要形成黄钾铁钒，所需的氧逸度较低，但需要有一个较高的碱性、富钾、富Fe2＋以及富水的环境，这一条件暗示了围岩为富铁的基性火山岩在湿润的气候条件下有利于形成黄钾铁钒，同时也表明寒山金矿区氧化带的形成过程中，其气侯环境不是现在的沙漠干旱气候，而是湿润动植物繁盛的大陆性气候。结合区域地质特征，可以得出寒山金矿的氧化带可能形成于早侏罗世-中侏罗世。     

粤北大宝山槽对坑酸性矿山废水中不同沉积层次生矿物研究

矿山尾矿渣中硫化物的氧化作用易形成酸性矿山废水(AMD)和重金属污染,而氧化过程中形成的次生矿物对控制重金属污染起重要的作用。本文利用XRD和SEM等主要手段,对粤北大宝山多金属矿槽对坑酸性矿山废水四种不同颜色沉积层的次生矿物种类及其形貌进行了研究,发现不同沉积层均有丰富的次生矿物。从上到下,次生矿物种类从简单变复杂多样。尾矿砂层(S1)次生矿物种类主要为叶绿矾、针绿矾、黄钾铁矾;赭色层(S2)主要次生矿物有磷铝矾、七水铁矾,四水白铁矾、黄钾铁矾等;灰绿色沉积层(S3)主要有水砷铁矿,镁叶绿矾、赤铁矾及较丰富的李时珍石;S4层主要有黄钾铁矾、施威特曼石、铁明矾、水绿矾、镁叶绿矾等。其中黄钾铁矾是最常见的次生矿物,主要呈片状、菱面体状,与施威特曼石共生;施威特曼石也相对较富集,呈海胆状、放射状、鳞片状、球状等集合体产出;石膏较富集,呈完整晶体出现。酸性矿山废水中重金属元素的活动性受到次生矿物的影响;次生矿物在一定程度上能净化酸性矿山废水中有害元素,减少酸性矿山废水对周围环境的污染。     

Mechanisms of Pb(II) coprecipitation with natrojarosite and its behavior during acid dissolution

Lead (Pb) coprecipitation with jarosite is common in natural and engineered environments, such as acid mine drainage (AMD) sites and hydrometallurgical industry. Despite the high relevance for environmental impact, few studies have examined the exact interaction of Pb with jarosite and the dissolution behavior of each phase. In the present work, we demonstrate that Pb mainly interacts with jarosite in four modes, namely incorporation, occlusion, physically mixing, and chemically mixing. For comparison, the four modes of Pb-bearing natrojarosite were synthesized and characterized separately. Batch dissolution experiments were undertaken on these synthetic Pb-bearing natrojarosites under pH 2 to simulate the AMD environments. The introduction of Pb decreases the final Fe releasing efficiency of jarosite-type compounds from 18.18% to 3.45%-5.01%, showing a remarkable inhibition of their dissolution. For Pb releasing behavior, PbSO₄ dissolves in preference to Pb-substituted natrojarosite, i.e., (Na, Pb)-jarosite, which primarily results in the sharp increase of Pb releasing concentration (> 40 mg/L). PbSO₄ occlusion by jarosite-type compounds can significantly reduce the release of Pb. The results of this study could provide useful information regarding Fe and Pb cycling in acidic natural and engineered environments.     

皂素在含硫铁矿采选固废生物氧化中的作用

为提升含硫铁矿采选固废生物氧化分解效率,以皂素-微生物-含硫铁矿采选固废为反应体系,研究皂素对含硫铁矿采选固废生物氧化过程中H⁺、Fe及S释放的影响,并探讨其作用机制。结果表明：添加30 mg/L皂素,生物氧化38 d后,含硫铁矿采选固废释放H⁺0.55 mmol/g、总Fe 111.4 mg/g和SO■359.3 mg/g,相比未添加皂素的空白对照组,释放量分别提升了175%、82.9%和39.2%。皂素的添加,促进了矿物表面沉淀层(黄钾铁矾、S⁰)的氧化溶解,并抑制了次生矿物黄钾铁矾生成,从而减缓了钝化作用;可显著减小溶液与矿物表面的接触角、表面张力,增强溶浸液Fe³⁺在矿物微孔裂隙中的渗透作用,从而加速了含硫铁矿采选固废的氧化与溶解。研究结果可为皂素在含硫铁矿采选固废生物氧化的应用提供理论支撑。