Al13改性羟基磷灰石的除氟性能研究

为了提高羟基磷灰石（HAP）的除氟效果,采用化学沉淀法合成3种不同Al/Ca值的Al₁₃改性后的HAP吸附材料,并对其进行XRD、FTIR、SEM、BET等表征,考察吸附过程中pH的影响,同时通过吸附热力学、吸附动力学等探讨了其除氟性能.结果表明,Al₁₃-HAP材料比HAP更加疏松多孔,当Al/Ca=0.7时,比表面积增大到了137.2 m²·g^-1,孔容增大到0.8217 cm³·g^-1.FTIR结果表明,Al₁₃的掺入给吸附材料中带入了大量—OH.根据Al₁₃-HAP吸附F^-前后的表征,F^-主要通过配体交换取代Al₁₃-HAP中的—OH从环境中被去除.当Al/Ca=0.4时,Al₁₃-HAP最大除氟效果达到5.03 mg·L^-1;零电荷点pH_PZC为8.46,大于HAP的pH_PZC,具体表现为对天然水体pH值适用性较广.吸附过程与Langmuir吸附模型以及拟二级动力学模型契合度高,这也证实了化学吸附为主要作用,吸附热力学结果表明Al₁₃-HAP吸附氟是自发的吸热过程.     

共存氯离子对饮用水纳滤除氟的影响研究

采用深井地下水配水试验研究了高氟饮用水纳滤除氟的可行性、膜污染及共存氯离子浓度对纳滤除氟的影响.结果表明,纳滤对原水中的所有共存阴离子均有截留效果,原水F^-浓度低于6 mg/L,纳滤出水的F^-浓度低于1.2 mg/L,能满足农村地区的生活饮用水标准.随着F^-浓度的增加,其截留率下降;进水共存Cl^-浓度的增加,F^-的截留率呈下降的趋势,F^-的截留率降低的百分数在Cl^-每增加1个mol数和氟离子增加0.1个mol数时相当,当Cl^-浓度>220 mg/L时,F^-的截留率有所上升,但变化没有达到显著水平.环境扫描电子显微镜、能谱分析和X-射线衍射(XRD)对膜污染成分分析表明,膜污染主要是晶体颗粒形状规则的无机碳酸钙,柠檬酸+氨水清洗可有效清除污染成分,恢复膜通量.     

平朔矿区不同水体水化学特征及氟分布成因

为了探明采煤驱动下平朔矿区所在流域内不同水体水化学特征及氟分布成因,综合运用水化学图解、主成分分析和地球化学模拟等方法,对2020~2021年采集的468组地表水、地下水和矿井水样品进行分析.结果表明,地表水、地下水和矿井水均呈近中性至弱碱性;地表水和矿井水中优势阴离子为SO₄^2-,地下水中优势阴离子为HCO₃^-,Ca²⁺是所有水体中的优势阳离子.地表水和矿井水水化学类型以SO₄·HCO₃-Ca·Mg为主.地下水水化学类型主要为HCO₃-Ca·Mg,采煤区的浅层或深层地下水存在HCO₃·SO₄-Ca·Mg型.水体水化学主要受碳酸盐岩风化溶解、采煤活动以及含氟矿物的风化溶解影响,采煤和工农业等人类活动加速了不同水体间水化学转换,尤其是浅层地下水.水体ρ（F^-）介于0.10~1.76 mg·L^-1,其中,42%浅层地下水F^-浓度高于国家饮用水安全限值;时空分布上,西北至东南地下水中F^-浓度平均值呈增加趋势,3月和8月F^-浓度偏高.高氟浅层地下水化学呈现偏碱性和高Na⁺特征.F^-富集主要受采煤活动和含氟矿物风化溶解影响,水体中方解石饱和加速了含氟矿物的风化溶解.     

镧负载沸石壳聚糖复合吸附剂高效除磷性能研究

本研究制备合成一种新型可高效除磷的镧负载复合吸附剂材料（La-MZ/CTS）,考察了材料的表面特性以及投加量、初始溶液pH、共存阴离子等因素对除磷效果的影响.SEM、BET和EDS分析说明负载镧后,材料表面均匀覆盖了La（OH）₃并且表现出较大的孔径和比表面积,分别为16.681 nm、32.342 m²·g^-1.材料对磷酸根的最大吸附量可以达到27.9 mg·g^-1,与负载前的材料相比提高了近10倍.在pH为6时,La-MZ/CTS的吸附性能最佳.溶液中共存F^-和CO₃^2-会抑制该材料除磷效果,材料对于磷的吸附容量分别下降8.9%和16.3%.该材料吸附动力学过程符合准二级动力学模型,吸附等温线拟合结果表明Freundlich拟合方程能较好地描述其对磷酸盐的吸附过程,表明材料的吸附过程为多分子层化学吸附.此外,镧在整个吸附反应过程中的溶出量低于ICP检测限,进一步表明La-MZ/CTS是一种稳定性较好的高效除磷吸附剂.     

不同水化学因素对砷在河砂上的吸附影响研究

河岸带作为一种常见的地下水和地表水相互作用带,砷在其主要含水层介质中的行为特征及其影响因素较少有研究报道.基于此,采集河岸带河砂开展室内实验,查明砷在河砂上的吸附动力学和等温吸附特征,重点探究不同pH、氧化还原条件和共存离子对砷与河砂相互作用的影响.结果发现：As（Ⅲ）和As（V）在河砂上的吸附过程符合准二级动力学模型,均能很好地用Langmuir和Freundlich模型拟合（R²>0.99）;随着pH值（3~11）的增大,河砂对As（Ⅲ）和As（V）的平衡吸附量（q_e）逐渐减小;相对于有氧环境,缺氧环境下q_e较低且随着初始S^2-含量的增加而逐渐减小;整体上,共存阴离子对河砂吸附砷存在抑制作用,顺序为：PO₄^3- > SiO₃^2- > S^2->HCO₃^- > SO₄^2- > NO₃^-,共存阳离子对河砂吸附砷具有促进作用,顺序为：Fe³⁺>Fe²⁺.     

3种人工湿地基质材料对氨氮的吸附特性

对陶粒、石英砂和砾石这3种人工湿地基质材料进行了氨氮（NH₄⁺-N）吸附特性研究.通过扫描电镜和BET比表面积分析仪对材料进行表征分析,发现陶粒表面相比石英砂和砾石更为粗糙,内部孔隙也较发达,陶粒（18.97 m²·g^-1）比表面积高于石英砂和砾石.在纯氨氮溶液和模拟污水厂出水一级B标准的混合溶液中,3种基质对NH₄⁺-N的吸附能力均表现为：陶粒>砾石>石英砂.陶粒对NH₄⁺-N的饱和吸附容量在混合溶液中最大（63.55 mg·g^-1）.陶粒对NH₄⁺-N的吸附过程符合伪二级动力学模型（在纯氨氮溶液中R²为0.99、在混合溶液中R²为0.98）.在纯氨氮溶液中运用Freundlich和Langmuir模型对等温吸附试验结果进行拟合,发现Freundlich模型（R²=0.93）描述陶粒的吸附特性比Langmuir模型更为精确（R²为0.93）,表明陶粒对NH₄⁺-N的吸附为多层吸附.综上所述,陶粒的吸附容量较强,在混合溶液中吸附容量较纯氨氮溶液增大了31%,适用于作为人工湿地基质填料.     

改性活性炭除亚砷酸盐的性能研究

制备了2种负载铁锰氧化物的改性活性炭（FM-GAC-1、FM-GAC-2）并研究其对水中的亚砷酸盐的去除性能.考察了2种改性活性炭除三价砷的吸附等温线、反应动力学及pH、温度、水中共存离子对其去除三价砷的影响,发现FM-GAC-1和FM-GAC-2对三价砷均有较好的去除效果,吸附容量分别为32.37、 26.67 mg·g^-1.吸附速率符合拟二级反应动力学,化学反应控制过程是改性活性炭除砷的限速步骤.pH值偏酸性有利于吸附的进行,温度升高,吸附容量有所下降,该吸附过程是自发的放热过程.同时,水体中的共存阴离子在其浓度值为三价砷的200倍时,SiO^2-₃、 PO^2-₃、NO^-₃对FM-GAC-1吸附三价砷有明显影响; SiO^2-₃、CO^2-₃对FM-GAC-2吸附三价砷有显著影响.总体上讲,FM-GAC-1较FM-GAC-2有更为优异的去除三价砷性能.     

镧铁羟基氧化物修饰还原氧化石墨烯复合电极材料电吸附除磷效能及机理研究

污水处理厂尾水中低浓度PO₄^3-的排放是水体中总磷的主要来源,是导致水体富营养化的重要原因之一,对其开展深度去除的应用基础性研究具有重要的理论意义和实践价值.复合金属氧化物材料表现出较好PO₄^3-吸附能力,但仍然存在吸附速率较慢的问题.本研究采用溶剂热、复合薄膜压片法制备了镧铁羟基氧化物（LaFeO_xH_y）修饰还原氧化石墨烯（rGO）复合电极材料（LaFe-rGO）,LaFe-rGO复合电极材料显著提高了对PO₄^3-的吸附速率,5 min可达到吸附平衡,在1.2 V电压下对PO₄^3-的最大吸附量为108.69 mg·g^-1.提出了基于晶格氧提供活性位点及LaFe-rGO双电层电容电促吸附除磷机理,LaFe-rGO复合电极材料中晶格氧La-O与Fe-O同时对PO₄^3-吸附提供吸附位点,PO₄^3-与材料中的La/Fe键合以形成内球表面复合物La/Fe-PO₄,掺杂在rGO表面上的LaFeO_xH_y增加了电极材料电容并提高了其电化学活性,促进了LaFe-rGO复合电极材料对PO₄^3-的吸附.     

2017年1月天津市区PM2.5化学组分特征及高时间分辨率来源解析研究

为了快速分析天津市区冬季以及重污染过程中PM_2.5的化学组成特征及来源,本研究于2017年1月利用在线监测仪器快速采集了天津市区环境受体中PM_2.5及其化学组分的小时数据,并通过PMF（positive matrix factorization,正定矩阵因子分解法）模型解析了天津市区2017年1月及重污染过程中PM_2.5的主要贡献源类,分析了重污染过程中排放源的变化趋势.结果表明：2017年1月天津市区PM_2.5浓度为6.0~449.0 μg·m^-3,平均值为153.3 μg·m^-3.NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺是PM_2.5中水溶性离子的主要组分,三者之和占水溶性离子总量的88.3%.NH₄⁺与Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-均表现出显著的正相关性（r=0.82,0.95,0.97;p<0.01）.NO₃^-和SO₄^2-（r=0.90;p<0.01）,Ca²⁺与Mg²⁺（r=0.65;p<0.01）均表现出显著的相关性,说明它们分别具有较高的同源性.OC和EC也是PM_2.5的重要组成部分,两者之和占PM_2.5质量浓度的20.4%.重污染过程中,PM_2.5及其主要离子的浓度显著的增加（p<0.01）,并存在较高的二次离子生成.PMF解析结果表明,二次源类是天津市区2017年1月PM_2.5的首要源类,分担率为38.1%,其次为机动车源（分担率为25.6%）、燃煤源（分担率17.1%）、扬尘（分担率10.1%）和生物质燃烧（分担率9.1%）.重污染过程中,二次源是PM_2.5的主要贡献源类,分担率达到39.3%;说明重污染期间存在显著的二次转化及二次粒子的积累过程.重污染发生演变过程中,二次源、机动车源和燃煤源对PM_2.5贡献表现出显著增加的趋势,而扬尘和生物质燃烧的贡献则没有显著增加.     

粒径对水合氧化镧除氟效果的影响

针对La2O3·nH2O的高效除氟作用,确定了La2O3·nH2O除氟的最佳pH,在此基础上研究了La2O3·nH2O的粒径对其除氟容量以及除氟动力学的影响,并与活性氧化铝除氟效果进行了对比.结果表明:La2O3·nH2O除氟的最佳pH为5.5～6.5;La2O3·nH2O对氟的吸附基本符合Langmuir单分子层吸附原理;随着粒径的减小,其最大吸附容量及吸附速率均有明显的提高.试验中粒径为0.038～0.050mm的La2O3·nH2O粒径为 > 0.500～0.710mm的La2O3·nH2O相比,前者的最大吸附容量是后者的3.32倍;当平衡ρ(氟)为1 mg,L时,前者计算所得的吸附容量是后者的10.13倍.与活性氧化铝相比,当平衡ρ(氟)为1mg/L时,相同粒径的La2O3·nH2O的吸附容量是活性氧化铝的2.55～13.88倍.     

铝基吸附剂去除饮用水中氟的研究进展

活性氧化铝是饮用水除氟中使用最为广泛的吸附剂,但它存在一些问题,如吸附容量偏低、适用pH范围偏小、吸附平衡时间较长、出水铝超标等。针对这些问题,许多研究者对活性氧化铝吸附剂进行改进,将多种金属元素或金属氧化物以不同的比例和方式掺杂到活性氧化铝中,开发了多种基于活性氧化铝的新型复合吸附剂。其中被用于掺杂的金属主要有铁、镁、锰、锌及稀土元素等。文章按掺杂金属的不同,对铝基吸附剂的各类性能和除氟效果进行了比较,并对除氟吸附剂未来的发展进行了展望。     

吸附法除氟技术的原理与方法

在水处理中应用的除氟的方法主要有：沉淀法、吸附法、电凝聚法、电渗析法、反渗透法和离子交换法等,其中吸附法是处理高含氟水的重要方法。本文重点介绍了几种常用的及新型的氟吸附剂的特点及应用概况,其中包括：铝盐吸附剂、铁盐吸附剂、稀土类吸附剂、生物类吸附剂以及其他类型的吸附剂;介绍了几种常用的及新型的氟吸附剂的除氟作用机理,并对今后的除氟研究进行了展望。     

Bio-F生物吸附剂对水中铁锰的去除与特性

以Bio-F（Bio-F生物吸附剂）为材料,研究其对水中Fe2+和Mn2+的去除能力与特性. 结果表明,Bio-F可同时去除水中Fe2+和Mn2+且吸附过程符合Lagergren一级动力学模型. Langmuir吸附等温线能较好地描述Bio-F吸附Fe2+和Mn2+的过程,表现为单分子层化学优惠吸附,其对Fe2+和Mn2+的最大饱和吸附量分别达491和380 mgg. Bio-F对Fe2+和Mn2+的吸附为吸热反应且在pH 6~7范围内可保持86％以上吸附能力(P>005). 较高的c(Ca2+)和c(Mg2+)可明显抑制Bio-F去除Fe2+和Mn2+的能力（P<005),但高c(PO₄3-)则可促进该吸附过程（P>005). Bio-F经10次再生后对Fe2+和Mn2+的去除率分别达9727%和9467%. Bio-F无毒安全,采用Bio-F处理高铁锰饮用水具有应用潜力.      

Deflouridation of water using amended clay

Excessive presence of fluoride (F) in potable water continues to be a serious public health problem in many parts of the world. Hence, the need for a cost effective, simple and user-friendly method for water defluoridation is being felt in such areas. Clay vessels are commonly used in rural parts of India and other developing countries, not only for storing water, but also to get cold potable water during summers. The present study investigates the role of vessels made from locally derived sample of silty clay (C) in water defluoridation. Besides, F sorption by C and its chemically amended forms were also studied to investigate improvement opportunities of clay vessels with regard to their application in water defluoridation. The study revealed C to be a potent F binder and amending it with Al (activated Al₂O₃), Fe (FeCl₃) and/or Ca (CaCO₃) significantly improved its F sorption capacity. F sorption by C amended with Al, Fe or Ca, decreased in the same order. C amended simultaneously with 50 mg/g each of Al, Fe and Ca proved to be the most effective F sorbent at pH≈6. F sorption by amended C followed a rapid kinetics with considerable F being removed within 5 min of shaking. The pilot study employing clay vessels to achieve defluoridation of water exhibited encouraging results suggesting the viability of using chemically amended clay vessels for water defluoridation.     

吸附-超滤工艺用于饮用水除氟的试验研究

采用吸附-超滤工艺进行饮用水除氟的试验研究,试验在恒流条件下进行,重点考察吸附剂粒径、膜区曝气量和回流量对除氟效果和膜污染的影响. 结果表明,粉末状的活性氧化铝较颗粒状吸附容量有了很大的提高. 在膜通量为150 mL/min,反冲周期为6 h,反冲时间为2 min,反冲流量为150 mL/min,原水ρ(氟)为2 mg/L,活性氧化铝投加量为0.1 g/L的条件下,选取活性氧化铝粒径为0.050～0.074 mm,膜区不曝气,沉淀区与反应区间的回流比为0.5(对应的回流量为4.5 　L/h),可获得较好的除氟效果,并能有效地控制膜污染,使该系统在一定时间内稳定运行.      

天然活化沸石负载壳聚糖对高氟水的处理

为提高天然沸石对氟的吸附能力,采用活化天然沸石负载壳聚糖改性处理,研究了除氟剂的性能,确定了除氟剂的最佳改性条件:2.0%冰醋酸溶液,壳聚糖浓度为0.05 g/mL,壳聚糖:沸石(质量比)=0.07,室温下改性5 min。最适除氟条件:pH=6.0,粒径1~2 mm,100 r/min的速度搅拌反应50 min,静置0 min。吸附剂对F-的吸附过程符合Langmuir吸附等温线,对氟离子的饱和吸附容量为10.63 mg/g。     

自研制粉煤灰滤料处理高氟饮用水的研究

文章采用无机造孔添加剂,将粉煤灰和粘土在900℃经短时间烧制得到高强大比表面积的滤料。该滤料可用于吸附氟离子,吸附类型属于Freundlich型,是一种中等覆盖度的多层吸附。将该滤料填装于玻璃柱中进行动态过滤模拟试验、过滤高氟饮用水,滤出水pH增加、浊度降低;对进水浓度和温度等影响因素进行研究,结果表明,随着进水氟离子浓度的增加,滤水量减少,滤料的除氟率增加;随着温度的增加,滤水量增加,除氟率也增加。     

改性灰岩除氟的实验研究

采用改性灰岩作为除氟材料,通过批实验和柱实验,考察不同条件下的除氟效果,并探讨了其实际应用的可能性。结果表明:FeCl3溶液联合灰岩除氟,可使高氟水中的氟浓度达到国家饮用水标准,在含氟水样中加灰岩后,直接加FeCl3会促进灰岩对氟的去除效率。在氟离子浓度为5 mg/L,粒径0.2～0.5 mm的灰岩为1 g的条件下,铁离子含量为0.016 mmol/L时,即可达到去除的最佳效果,除氟率可达95.74%。柱实验说明在FeCl3溶液浓度一定时,除氟率随着总出水量的增加而提高;填充的灰岩总量不变时,随着FeCl3溶液浓度的增加,除氟效果明显增加,说明本实验具有实际应用的可能性。     

微波辐射对污水处理厂动态流活性污泥性能的影响研究

通过微波辐射对污水处理厂动态流活性污泥性能进行实验研究,考察了微波辐射3min内污泥沉降性能、脱水性能的变化,探讨了微波辐射对污泥挥发性悬浮固体(VSS)溶解率、上清液中COD和污泥微观形态的影响.结果表明,低强度的微波辐射对活性污泥相关性质的影响不显著,没有从根本上改善活性污泥的结构.适宜的微波辐射能显著改善活性污泥的沉降性能和脱水性能,500、700和900W微波辐射的适宜辐射时间分别为180、150和60s,此时,活性污泥的比阻为0.3×109S2·g-1左右,较原活性污泥减小了88%,泥饼含水率由原活性污泥直接抽滤的85.2%降低到70.0%.VSS溶解率和上清液COD都随着辐射功率及辐射时间的增加而升高.适宜的微波辐射能促进污泥的团聚絮凝,过度的辐射会破坏活性污泥结构,使活性污泥颗粒细小化,混合液黏度增大,导致脱水性能变差.通过动态流动下微波辐射对活性污泥性能影响的研究,可为微波辐射在活性污泥处理的实际应用提供理论依据.