本期导读

正本期封面文章为《Al_(13)的分子学及其在环境工程中的应用》,属于"专论与综述"栏目。作为Al(Ⅲ)水解过程中重要中间产物的Al_(13),具有特殊的形态结构和表面基团,可被用来做实验模型,以模拟天然矿物表面的分子动力学过程。同时,由于Al_(13)具有独特的物化性质,在工业生产中有着极为广泛的应用前景。为促进Al_(13)的机理研究及其在水环境工程领域的实际应用,本     

pH对铝盐絮凝剂形态分布与混凝除氟性能的影响

对比研究了AlC13和3种不同碱化度的聚合氯化铝(PACl)在不同pH与投量下除氟效果,并对不同形态铝盐除氟机理进行了初步探讨.结果表明,pH对絮凝剂水解后铝形态分布及其除氟效果有重要影响.pH 5 ～6时,Al3+和Al2、Al3等低聚态铝为AlCl3主要形态,且AlCl3更易水解生成可将溶解态氟转化为颗粒态氟的Al(OH)3,从而较PACl具有更佳除氟效果.pH ＞7时,PACl较AlCl3具有更佳除氟效果,且增大PACl碱化度可促进氟的去除,这主要是由于具有较高Al13含量的PACl更容易与电负性F-结合所致;且絮凝剂混凝除氟絮体ζ电位越高,越利于F-在絮体表面吸附.     

论铁离子的水解机理

铁离子的水解机理是一个探索已久的老问题。在水解过程中,铁离子并不是单纯地按照 Fe~(3+)→Fe(OH)_3↓那样简单,而是在水溶液中生成了如 Fe(H_2O)_6~(3+)、Fe_2(OH)_2~(4+)、Fe_3(OH)_4~(5+)等等各种各样的离子和分子。由于它们之间的相互作用,形成了多种聚合体,这些聚合体在凝聚过程中起着极为重要的作用。     

氧化铝吸附氟化氢的特性

用电解铝的活性Al_2O_3为吸附剂吸附烟气中的HF,吸附之后HF与Al_2O_3化学反应生成AlF_3:Al_2O_3+6HF=2AlF_3+3H_2O,Al_2O_3的晶体结构、比表面积,吸附温度以及Al(OH)_3焙烧成Al_2O_3的温度都直接影响吸附量。Al_2O_3同时还吸附碳氢化合物和其他杂质,经500℃净化处理,这种含有AlF_3的Al_2O_3可作为原料返回铝电解槽使用。     

高聚聚硫氯化铝混凝去除水中腐殖酸

采用快速加碱法制备了分别以Al13和Al30为主要水解形态的聚合氯化铝PAC-Al13和高聚聚合氯化铝PACAl30。通过向PAC-Al30中引入SO2-4/Al3+摩尔比为0.06的SO2-4离子,制得高聚聚硫氯化铝SPAC-Al30。激光散射粒径分析以及Ferron逐时络合比色结果表明,加入SO2-4后SPAC-Al30的平均粒径增大为4.85 nm,高聚合水解形态Alc含量分别比PAC-Al13和PAC-Al30提高52.7%和17.5%。ζ电位分析以及烧杯混凝实验结果表明,SPAC-Al30的电中和能力不及PACAl30和PAC-Al13,混凝去除水中腐殖酸的效果却有显著提高,且由于SPAC-Al30较为温和的电中和性能,在混凝剂投量较高时不易出现再稳现象。SPAC-Al30的纳米级分子尺寸和高聚合水解形态有利于其发挥更优的吸附架桥和网捕卷扫作用,SPAC-Al30是去除水中腐殖酸的一种新型高效混凝剂。     

蔬菜类废弃物甲烷发酵的产气潜能及过程特征

蔬菜废弃物具有适合厌氧发酵的特性。采用Batch实验方法,对5种常见的蔬菜废弃物的产气潜能进行研究,并在此基础上进一步对厌氧发酵过程限制性步骤及物质转化特征进行分析。研究结果表明:5种蔬菜废弃物累积产甲烷量在发酵0~10 d内增加较快,土豆和白菜废弃物产甲烷潜能最大,分别达到102 mL·g~(-1)(VS),和83 mL·g~(-1)(VS),而黄瓜废弃物的甲烷化潜能较低,只有35 mL·g~(-1)(VS)左右。动力学参数拟合表明:土豆和白菜废弃物厌氧发酵水解、酸化、乙酸化和甲烷化各过程转化速率都明显高于其他废弃物,并且各过程最大转化潜能也较其他类蔬菜高出2倍之多。厌氧发酵限制性步骤分析表明,快速水解生成的SCOD不能有效地转化为VFAs,限制了白菜废弃物厌氧消化的后续转化,而VFAs的累积则是胡萝卜、黄瓜和土豆废弃物厌氧发酵的限制性步骤,SCOD以及VFAs同时累积是茄子废弃物发酵过程的显著特征。对各物质发酵过程物质转化特征分析表明,各废弃物由于4 d以后甲烷菌对乙酸的利用减慢,导致丙酸向乙酸的转化减慢而发生累积现象,10 d以后由于产酸过程的减弱,累积的丙酸盐逐渐转化。     

城市污水处理厂二级处理出水中磷深度去除技术

以某城市污水处理厂二级出水为研究对象,分析了其中磷的形态及浓度分布,分别采用FeCl_3、PAC、Al_2(SO_4)_3混凝剂和羟基铁颗粒吸附剂开展了基于化学法和吸附法的深度除磷技术的研究。在相同的水质和环境条件下,对不同形态磷的去除效果进行了分析,并对两者的技术经济性进行了对比。结果表明,该厂二级出水中TP浓度的平均水平为0.332 mg·L~(-1),其中可溶性活性磷酸盐为主要存在形态,占TP浓度的64.16%。与FeCl_3相比,Al_2(SO_4)_3和PAC比较适合本实验原水水质,当其投加量为3 mg·L~(-1)时,出水TP可降至0.05mg·L~(-1)以下。以Al_2(SO_4)_3和PAC作为混凝剂,各种形态的磷均得到不同程度的去除,可溶性活性磷酸盐的去除效果最好,几乎全部得以去除,而颗粒态磷和其他溶解性磷的去除效果较差。通过技术经济比较,Al_2(SO_4)_3在除磷效果和药剂费用上均比PAC占有优势。羟基铁颗粒吸附剂对可溶性活性磷酸盐吸附效果显著,对其他溶解性磷吸附效果较差,当空床接触时间(EBCT)大于10 min时,出水TP可降至0.05 mg·L~(-1)以下。从长期的技术和经济效益综合考虑,吸附剂优于混凝剂。     

液相络合脱硝中吸收脱除NO的反应机理

在鼓泡反应器中研究了乙二胺合钴溶液吸收NO的反应机理。实验结果表明:[Co(en)_2(NO)(OH~-)]~+不能被O2直接氧化;[Co_2(en)_4O2(OH~-)]~(3+)基本没有脱除NO的能力;[Co_2(en)_4O_2(OH~-)]~(3+)能够与[Co(en)_2(NO)(OH~-)]~+反应生成NO_3~-和NO_2~-;[Co_2(en)_4O_2(OH~-)]~(3+)与[Co(en)_2(NO)(OH~-)]~+的混合溶液具有脱除NO的能力。     

水热温度对硫酸铝水解产物相结构及微观形貌的影响

采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)综合分析水热温度对硫酸铝水解产物物相的影响及其反应机理,同时通过低温氮气吸附法(BET)测定产物孔结构。结果表明:水热温度t≤96℃时,Al_2(SO_4)_3水解产物为无规则团聚的非晶态氢氧化铝;t≥120℃,氢氧化铝不稳定,存在再溶解-再沉淀过程,非晶态氢氧化铝向NaAl_3(SO_4)_2(OH)_6转化;t=180℃时,通过奥氏熟化,Al_2(SO_4)_3水解产物转变为斜方六面体NaAl_3(SO_4)_2(OH)_6,择优向(113)面生长。BET结果表明,水热温度t≤96℃时,产物孔径分布不均匀,t≥120℃时,产物孔径分布窄而均匀,且t=120℃时,产物比表面积最大为91.99 m~2·g~(-1)。     

电镀污泥钠钙化焙烧过程金属的矿相转化及平衡分布

电镀污泥钠化焙烧过程,由于Al、Cr和Zn的氧化物易与Fe_2O_3反应生成铁酸盐及其他复杂含铁盐类,导致灰渣水浸过程其浸出率较低。在添加剂CaO作用下,采用FactSage软件模拟污泥焙烧过程金属的矿相转化规律,找到提高Cr、Al和Zn浸出率的方法。研究结果表明,污泥钠化焙烧过程,添加剂CaO易与Fe_2O_3反应生成2CaO·Fe_2O_3,阻止Fe_2O_3与Cr、Al和Zn的氧化物反应生成铁酸盐及其他复杂盐类,一定程度上提高了Cr、Al和Zn的浸出率。但高温下,Al_2O_3也易与Cr、Al和Zn的氧化物反应生成难溶性铝酸盐,所以浸出率提高幅度不大。可采用稀碱先脱除污泥中的铝,铝的浸出率达95%以上,脱铝渣再拌苏打和CaO焙烧,灰渣水浸脱铬率达95%以上。通过分析可知,污泥在焙烧之前脱铝和在焙烧过程铁转化成2CaO·Fe_2O_3,阻止了难溶性铝酸盐、铁酸盐以及其他复杂盐类的生成,同时Cr和Al得到分离,且灰渣中铜、镍和锌以游离氧化物和极少部分结合氧化物形式存在,有利于后续金属的浸出和分离。     

水热炭化餐厨垃圾制备纳米铁/炭复合材料

以餐厨垃圾中有机组分作为碳源,通过添加铁盐水热炭化制备铁/炭纳米复合材料。考察了不同铁盐(Fe-SO4,FeCl3,Fe(NO3)3)对餐厨垃圾水热炭化物的形貌,以及氮、磷元素的迁移转化的影响;并研究了负载铁的物理、化学性质。实验结果表明,铁盐在水热炭化过程中促进了餐厨垃圾转化生成多种纳米结构。铁的价态是影响复合物形貌的主要影响因素:三价铁离子对大分子有机物的水解和炭化过程有催化作用,从而促进壳核式结构的纳米线及微米球复合物的生成;而亚铁离子则导致可溶性有机物炭化形成空心纳米球结构。负载铁的化学形态主要受阴离子的影响:硝酸铁体系中铁主要以氢氧化物形式沉积、其他阴离子体系则以磷酸盐为主要形态负载。     

EVO(乳化油)-Mg (OH) 2双功能缓释剂强化修复三氯乙烯污染地下水

氯代烃污染地下水在外加有机质(电子供体)进行强化还原脱氯时,存在有机质消耗快、pH持续降低等影响脱氯效率的问题。利用乳化油(EVO)与胶体氢氧化镁复配的方法,制备了一种兼具电子供体缓释性和OH-缓释性的双功能缓释剂EVO-Mg(OH)_2;成功制备了不同EVO∶Mg(OH)_2配比的EVO-Mg(OH)_2试剂,并对其稳定性、分散性及粒径分布进行了研究;向模拟砂柱中注入不同体积的EVO-Mg(OH)_2,考察试剂的迁移性能以及试剂注入对三氯乙烯(TCE)迁移的影响;开展了EVO-Mg(OH)_2强化TCE还原脱氯摇瓶实验,考察了该试剂对脱氯效果的影响。结果表明:不同EVO∶Mg(OH)_2配比的试剂稳定性及分散性良好,粒径无明显差异;EVO-Mg(OH)_2可以有效地在多孔介质中迁移并实现部分滞留;注入量对EVO-Mg(OH)_2的迁移性有一定的影响;EVO-Mg(OH)_2可以促进TCE溶解和迁移从而减小EVO-Mg(OH)_2和TCE之间的传质阻力;EVO-Mg(OH)_2能够实现电子供体及OH-的双重缓释,有效促进脱氯微生物的生长,提高TCE的降解速率(k=0.128 d-1),同时抑制pH的降低(pH=7.5)。     

两种硫酸盐对花溪河天然有机物混凝的影响研究

以Al_2(SO_4)_3和FeSO_4为混凝剂,探讨了在不同混凝条件下对贵阳市花溪河中天然有机物的去除影响。通过改变混凝剂投加量、pH和水力条件对去除效果进行分析。混凝剂投加量为2~18 mg/L时,Al_2(SO_4)_3对天然有机物的去除率高于FeSO_4;分别投加8 mg/L Al_2(SO_4)_3和11 mg/L FeSO_4,均达到最佳去除效果。Al_2(SO_4)_3作为混凝剂时,最佳pH为5.0~8.0;Fe_SO_4作为混凝剂时,最佳pH为6.0~9.0。在200r/min下快速搅拌1min,在40r/min下慢速搅拌20min,天然有机物的去除率较高。     

废弃混凝土的水热固化与力学强度

为实现废弃混凝土的资源化规模利用,将废弃混凝土回收、粉碎后,掺入适量氢氧化钙(Ca(OH)_2)、碱性激发剂(NaOH)和水,经均匀混合、模压成型后,在高温饱和水蒸气环境中转化为具有较高机械强度的块状制品。实验系统考察了原料配比以及反应温度和时间等因素对水热固化样品劈裂抗拉强度(简称劈拉强度)和微观结构的影响。研究结果表明:Ca(OH)_2掺量为20%时对于结晶性水化硅酸钙(托勃莫来石相)的形成最为有利,水化产物彼此交织成密实结构,实现了最高的样品力学强度;NaOH的引入可激发废弃混凝土的水热反应活性,但掺量不宜过高;水热反应条件下,样品的劈拉强度随环境温度的升高或反应时间的延长而明显增大,但温度过高、时间过长,会因晶型转变及内部结晶应力等原因而导致样品力学强度降低。     

染料废水处理技术的研究与进展

概述了含染料废水处理方法的研究现状和最新进展 ,尤其是在物化法 (包括辐射法、吸附 萃取法、磁分离法、混凝沉降法和氧化法 )、生物法 (好氧 厌氧氧化 -还原序列反应器、固定化微生物降解、膜生物反应器 )及生物 -物化联合法 (生物吸附剂、生物活性炭、厌氧折流板反应池 -生物接触氧化池 -混凝沉淀 -砂滤池处理工艺、水解酸化 -接触氧化法等 )中的新技术的研究现状 ,新方法、材料、工艺的应用方面 ,对提高此类废水的处理效果有重要的理论和实际意义     

臭氧对混凝剂形态及功能的影响

应用Ferron逐时络合比色法,从铝形态分布及其转化的角度,研究了臭氧对聚合氯化铝混凝性能影响并探究其原因。结果表明,预臭氧对聚合氯化铝(PAC)的混凝效果有显著影响。在一定质量浓度范围内(0~3.60mg/L),臭氧浓度越高,水样浊度越高(其UV254(即254nm波长下水样的紫外吸光度值,表征含芳香环结构和共轭双键结构的有机物含量)和溶解性有机碳(DOC)的去除效果较显著)。臭氧对混凝剂水解形态有显著影响。预臭氧后,混凝絮体形成和浊度的去除与铝混凝剂中中等聚合态铝(Alb)的含量有关,Alb的含量越高,浊度去除效果越好。因此,臭氧剂量的增加抑制Alb生成可能是导致浊度升高的一个重要原因。     

染料废水处理技术的研究与进展

概述了含染料废水处理方法的研究现状和最新进展，尤其是在物化法(包括辐射法、吸附，萃取法、磁分离法、混凝沉降法和氧化法)、生物法(好氧，厌氧氧化—还原序列反应器、固定化微生物降解、膜生物反应器)及生物—物化联合法(生物吸附剂、生物活性炭、厌氧折流板反应池—生物接触氧化池—混凝沉淀—砂滤池处理工艺、水解酸化—接触氧化法等)中的新技术的研究现状，新方法、材料、工艺的应用方面，对提高此类废水的处理效果有重要的理论和实际意义。     

水中腐殖酸对Al13混凝除氟的影响

针对含氟矿井水中有机物含量较高的问题,使用混凝区域图研究了在腐殖酸(HA)存在的条件下Al13混凝除氟的效果及相关的影响因素;使用电喷雾飞行时间质谱(ESI-TOF-MS)、差分吸收光谱法(DOAS)和X射线光电子能谱分析(XPS)考察了HA与F在混凝过程中的竞争关系,且表征了Al13与F的络合产物;分析了HA影响Al...     

膨润土的2种不同柱撑改性方式及其吸附重金属锌离子的比较

考察了钙基膨润土钠化过程中改性剂的用量,矿浆浓度,改性时间等对改性效果的影响,并测试了不同超声反应时间、陈化时间等条件下制备的钠化膨润土的性能,如:膨胀容,膨润值和阳离子交换容量CEC,然后分别以Al13-Cl和Al13-SO4方式嵌入矿物层间域中制备柱撑膨润土,考察和比较了不同陈化时间下2种柱撑膨润土煅烧前后的微观结构,及其对污水中锌离子的吸附去除效果,结果表明,Al13-Cl改性方法制备的柱撑膨润土对锌离子的吸附性能明显优于Al13-SO4柱撑效果。     

电镀污泥氨浸渣中铬的回收

以电镀污泥氨浸渣为研究对象,采用钠化氧化焙烧方法,实现了铬物相的转化和回收。钠化氧化焙烧过程以Na_2CO_3作为钠化剂,掺量为20%(质量分数),在750℃下焙烧2.5h,铬的转化效果最佳。X射线光电子能谱结果表明,钠化氧化焙烧实现了氨浸渣中铬由非水溶态Cr(OH)_3向水溶态Na_2CrO_4的有效转变。在室温条件下水浸,固液比1g∶10mL,浸出5min,铬浸出率可达到91.36%。热力学计算结果显示,Cr(OH)_3与O_2、Na_2CO_3反应的吉布斯自由能为负值,表明Cr(OH)_3易于生成Na_2CrO_4,Na_2CrO_4易溶于水,易于回收。