改性沸石用于饮用水除氟的试验研究

试验针对存在饮用水的氟污染问题,将天然沸石用NaOH和Al2(SO4)3溶液改性制成除氟材料。静态试验研究表明:改性沸石除氟吸附反应快,其最佳pH值范围为5￣9,而且对氟离子具有较好的离子选择性能。通过动态试验研究发现降低进水流量和原水浓度可以增大滤层的吸附容量。两种再生方式对比试验表明用Al2(SO4)3溶液再生效果优于用NaOH和Al2(SO4)3溶液联合再生。     

沸石的改性及其对氨氮吸附特征

为研究不同改性方法及其组合顺序对天然沸石吸附NH₄+效率的影响及其吸附特征,选择盐、高温、酸3种改性方法进行不同组合. 结果显示,改性组合顺序对天然沸石的吸附性能影响较明显,最佳改性组合顺序为“盐+酸+高温”,其改性后的沸石在初始ρ(NH₄+)为15、30和50 mg/L下对NH₄+的去除率分别为87%、92%和94%. 采用Langmuir和Freundlich 2种方程来拟合“盐+酸+高温”改性后沸石的吸附行为,表明其更符合Langmuir模型,R2为0.998 5,其最大吸附量(q_max)为8.23 mg/g,并且其吸附过程符合一级动力学方程, R 2为0.998 1. 扫描电子显微镜(SEM)和比表面积(BET)分析结果表明,沸石经最优组合改性后表面形态明显变化,比表面积增大.      

改性沸石的沉积物磷钝化效果研究

通过室内模拟实验,对天然沸石及不同方法改性沸石的磷吸附性能及沉积物磷钝化效果进行了对比研究。磷吸附实验结果表明,磷吸附量大小为改性沸石Z3>改性沸石Z2>改性沸石Z1>天然沸石,35d的平均吸附量分别为832、466、168和70mg/kg。改性沸石的磷吸附量与沸石含量正相关,并随时间呈增长趋势,其中改性沸石Z3第35d的磷吸附量可达1690mg/kg。离子交换量测定结果显示,沸石经改性后促进了Ca2+的释放,同时减少了K+、Na+的释放量。沉积物磷钝化实验表明,改性沸石可有效减少沉积物TP、DRP的释放,减少释放量达80%以上。天然沸石主要通过表面吸附减少水体磷含量,其次,物理阻隔作用拓展了钝化作用的时间和空间。Al(OH)3絮凝物通过表面吸附、电中和及架桥作用可显著提高改性沸石的磷吸附量,增强沉积物磷钝化效果。     

锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附特性

采用锆对天然沸石进行改性,并研究了锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附特性.结果表明,锆改性沸石对水中磷酸盐和铵均具有很好的吸附能力.锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学过程满足准二级动力学模型.Langmuir、Freundlich和Dubinin–Radushkevich(D–R)等温吸附模型可以很好地描述锆改性沸石对水中磷酸盐的等温吸附行为.Langmuir等温吸附模型可以很好地描述锆改性沸石对水中铵的等温吸附行为.由Langmuir等温吸附模型计算得到锆改性沸石对磷酸盐和铵的最大吸附容量分别达到26.2,7.82 mg/g.热力学参数表明锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附是自发的吸热反应过程.锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力随着pH值的增加而降低.当pH4~8时,锆改性沸石对水中铵的吸附能力较高;当pH低于4或高于8时,对铵的吸附能力下降.水中共存的Cl-、SO42-、HCO3-和NO3-等阴离子对锆改性沸石吸附磷酸盐的影响很小,而共存的SiO32-对磷酸盐的吸附则具有较强的负面影响.水中共存的Ca2+和Mg2+对锆改性沸石吸附铵的影响较小,而共存的K+和Na+对铵的吸附则具有较强的负面影响.锆改性沸石吸附水中磷酸盐的主要机制是阴离子配位体的交换,吸附水中铵的主要机制是与沸石中可交换阳离子的离子交换.     

锆、镧和镧锆改性沸石添加控制底泥磷释放的对比

本研究采用镧和锆作为改性剂制备了3种不同类型的改性沸石,即锆改性沸石(Zr MZ)、镧改性沸石(La MZ)和镧锆改性沸石(La Zr MZ),对比考察了其对水中磷酸盐的吸附作用,并对比研究了其添加对上覆水、间隙水和底泥中磷的影响.结果发现,3种改性沸石均可有效地吸附水中的磷酸盐,且La Zr MZ对水中磷酸盐的吸附性能明显优于La MZ和Zr MZ. 3种改性沸石添加均可有效地降低上覆水和间隙水中SRP的浓度.La MZ对底泥中潜在活性磷的钝化效果优于La Zr MZ,而后者又优于Zr MZ. 3种改性沸石添加均可以降低底泥中水溶性磷(WSP)、藻类可利用磷(AA-P)和铁氧化物-滤纸提取磷(Fe O-P)的含量,WSP和AA-P削减效应的排序为:La MZ La Zr MZ Zr MZ,Fe O-P削减效应的排序为:La Zr MZ Zr MZ La MZ. La Zr MZ和La MZ添加均可以降低底泥中易解吸磷(RDP)的含量,且削减效应的排序为:La MZ La Zr MZ. La Zr MZ和Zr MZ添加均可以降低底泥中Na HCO_3提取磷(Olsen-P)的含量,且削减效应的排序为:La Zr MZ Zr MZ.以上结果显示,镧、锆和镧锆改性沸石均可以有效控制水体内源磷向上覆水的释放;从吸附容量和生物可利性磷钝化效果看,镧锆联合改性沸石是一种非常有希望的用于控制水体内源磷释放的底泥改良材料.     

竞争性阳离子对粉煤灰合成沸石除氨氮的影响

研究了四种竞争性阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)对三种改性粉煤灰合成沸石(Na沸石,Ca沸石,Al沸石)除氨氮能力的影响,并测定了合成沸石对四个湖泊水样(太湖、巢湖、洱海、抚仙湖)中氨氮的去除效果。结果表明,与Na+、Ca2+、Mg2+比较,K+对合成沸石除氨氮影响大得多;而前三者的影响大小的顺序为Na+Ca2+Mg2+。在纯水中,或不同竞争性阳离子存在下,或天然湖泊水样中,Al沸石和Ca沸石对氨氮的去除能力均远高于Na沸石。太湖和巢湖主要含Na+和Ca2+;洱海水样主要含Ca2+;抚仙湖水样主要含Ca2+和Mg2+;但四个湖泊水样中K+的浓度均为最低。Al沸石和Ca沸石对四个天然湖泊水样中的氨氮具有良好的去除效果,去除率达77%～90%。     

高Al13纳米聚合氯化铝的结构表征及混凝效果

采用AlCl36H2O和Na2CO3制备了聚合氯化铝(PAC),并采用SO42-/Ba2+沉淀-置换法分离提纯了其中的纳米Al13形态,应用27Al-NMR和XRD等现代实验技术对其中的Al13形态进行了分析表征,27Al-NMR结果表明,分离提纯后样品中的Al13含量明显高于PAC,XRD结果表明,Al13的衍射峰出现在2q角为5~25之间;混凝烧杯实验表明,纳米级PAC较传统的混凝剂AlCl3、Al2(SO4)3和PAC具有更好的除浊、脱色效果.     

载镁活化天然沸石处理高氟地下水实验研究

为了研究地下水中阴离子对载镁活化天然沸石除氟效果的影响,考察了4种主要阴离子——Cl-,HCO3-,SO42-,PO43-的影响,并分析了吸附剂的除氟机理及表面结构和成分。结果表明:对于初始氟浓度不同的水样,随着阴离子浓度的增加,吸附剂对氟的去除效率逐渐降低。Cl-对吸附剂除氟效果影响较小,氟去除率降低较慢;随着HCO3-浓度的增大(由100 mg/L到1 000 mg/L),水样pH缓慢由7.48增大到9.44,而氟去除率则由63.78%缓慢下降到52.70%(2 mg/L);SO42-及PO43-对改性沸石除氟效果影响较大,氟去除率降低较快,且SO42-的影响大于PO43-。所以,镁改性天然沸石对该4种阴离子的吸附顺序是:SO42->PO43->HCO3->Cl-。     

HDTMA改性沸石对三氯生的吸附特性研究

采用固-液吸附法,以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)为改性剂,制备了HDTMA质量与沸石表面阳离子交换容量(ECEC)百分比分别为50％、100％、150％和200％的HDTMA改性沸石(分别标记为S50、S100、S150和S200),并用元素分析、FTIR、XRD、BET和Zeta电位测试对HDTMA改性沸石进行了表征.同时,采用单因素吸附实验系统考察了HDTMA改性沸石吸附三氯生的主要影响因素.结果表明,HDTMA+成功负载并主要分布在沸石的表面,未改变原沸石的晶相结构.改性沸石的比表面积随HDTMA用量的增加而减小,表面正电荷随HDTMA用量的增加而增加.4种不同质量负载比的HDTMA改性沸石对三氯生的吸附均可在2h内达到平衡;原沸石、S50、S100和S150对三氯生的吸附容量均随pH升高而降低,吸附的最佳pH为7.0,而S200在强碱性下吸附容量更大.在pH =7、NaCl离子强度0.001 ～0.5mol·L-内,较高的离子强度有利于三氯生的吸附.吸附等温线和热力学研究表明,HDTMA改性沸石对三氯生的吸附过程放热,吸附机制主要为分配作用,三氯生与改性沸石之间无化学键、配位基交换等强作用力.     

微波混凝技术处理甲基橙模拟废水研究

采用微波混凝技术处理甲基橙模拟偶氮染料废水,对比Fe2(SO4)3、AlCl3、CaCl2、PAC四种混凝剂在有无微波作用条件下,对甲基橙模拟废水的色度去除率效果,表明Fe2(SO4)3的效果最佳,可提高21.4%.重点考察了微波强化混凝剂Fe2(SO4)3,在不同因素,如微波功率、微波辐射时间、pH值、Fe2(SO4...     

Zn系LDHs覆膜改性人工湿地沸石基质除磷机制

选择Zn系层状双金属氢氧化物(LDHs),采用水热-共沉淀法合成3种不同类型的Zn-LDHs(Fe Zn-LDHs、Co Zn-LDHs和Al Zn-LDHs)并覆膜于常用人工湿地沸石基质表面;利用模拟垂直流人工湿地小试系统,对原始沸石及3种Zn-LDHs覆膜改性沸石基质进行除磷净化实验、等温吸附-解吸实验以及动力学吸附实验,通过上述实验对以Zn-LDHs覆膜改性沸石基质为代表的改性基质除磷机制进行研究.结果表明,Zn-LDHs覆膜改性沸石基质对磷素净化效果具有明显的提升功能,其中以Fe Zn-LDHs覆膜改性基质尤为突出;改性使基质的饱和吸附容量得以提高,增强了基质对磷酸盐的解吸性能,并使沸石基质对磷酸盐的主要吸附类型由物理吸附向化学吸附转换;通过对沸石基质类型及其改性方式的合理选择,可达到利用沸石人工湿地强化除磷以高效净化富营养化水体的目的.     

垂直流人工湿地LDHs覆膜改性沸石基质强化除磷效果及其机制

采用碱性水热-共沉淀法,将6种金属化合物(CaCl2、ZnCl2、MgCl2、FeCl3、AlCl3、CoCl3)两两组合生成9种不同类型的层状双金属氢氧化物并覆膜于常用垂直流人工湿地沸石基质表面;利用分别填充原始沸石及9种LDHs覆膜改性沸石基质的模拟垂直流人工湿地小试系统进行除磷净化实验,并结合10种沸石基质的等温吸附实验结果,对LDHs覆膜改性沸石基质的强化除磷机制进行研究.结果表明,相对于原始沸石基质,9种不同组合方式生成的LDHs覆膜改性沸石基质除磷效果均有不同程度的提高;Zn2+参与合成的改性基质除磷效果优良,其中ZnFe-LDHs改性沸石基质对总磷、溶解性总磷及磷酸盐的平均去除率超过90%,其最大理论吸附量达到了原始沸石基质的3倍;LDHs覆膜改性沸石基质通过增加化学吸附容量、提高物理吸附能力达到强化除磷效果的目的.     

铝盐混凝剂的混凝效果与残留铝含量和组分之间的关系研究

研究了氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝(poly-aluminum chloride, PAC)3种铝盐混凝剂在腐殖酸-高岭土模拟水样中的应用,以比较3种混凝剂在该水样中的混凝效果与残留铝含量和组分之间的关系.结果表明, 3种铝盐混凝剂在试验选取的投加量下对浊度和UV254的去除率最高可达90%左右,PAC能在较高的投加量下达到较好的混凝效果;较高投加量下PAC混凝沉淀出水中残留总铝含量为0.9 mg/L左右,余铝率为-3.0%左右,均明显低于传统的铝盐混凝剂;3种混凝剂混凝处理腐殖酸-高岭土模拟水样时,残留铝均大部分以溶解性总铝的形式存在,且溶解性有机铝在总溶解性铝中所占比例较大;PAC在腐殖酸-高岭土混凝沉淀出水中残留总铝的含量下降最快,且能够有效降低出水中毒性较大的溶解性铝的含量,其混凝沉淀出水中残留总溶解性铝含量为0.6 mg/L左右.     

生物沸石对吡啶、喹啉的降解与吸附作用

探讨了通过生物沸石的降解及吸附作用,解决吡啶、喹啉及转化产物NH 4+-N的污染问题.结果表明,生物沸石中的吡啶降解菌Shinella zoogloeoides BC026及喹啉降解菌Pseudomonas sp.BW003能有效去除吡啶、喹啉,同时转化后的NH 4+-N也能被天然沸石或改性沸石所吸附.尽管改性沸石吸附能力不如天然沸石,但其表面能更有效附着微生物,在实际工程应用上更具前景.     

铝和锆改性沸石对太湖底泥-水系统中溶解性磷酸盐的固定作用

通过试验方法考察了2种不同底泥改良剂(铝和锆改性沸石)对太湖底泥-水系统中SRP(可溶解性磷酸盐)的固定作用. 改性沸石改良前后太湖底泥对水中较高浓度磷的吸附平衡数据可用Langmuir和Freundlich等温吸附方程进行描述,吸附动力学过程可用准二级动力学模型进行描述. 太湖底泥、铝和锆改性沸石改良太湖底泥的最大磷吸附量分别为395、613和1 009 mg/kg. 被改良太湖底泥中,铝改性沸石所吸附的磷主要以NaOH-rP(NaOH提取态磷)形态存在,锆改性沸石所吸附的磷主要以NaOH-rP和Res-P(残渣态磷)形态存在. 当水中初始ρ(SRP)很低时,太湖底泥和改性沸石改良太湖底泥均释放出磷,其中后者的释磷量较低. 改性沸石改良太湖底泥中的w(BAP)(BAP为生物有效磷)低于太湖底泥,w(liable-P)(liable-P为弱吸附态磷)也明显偏低. 铝改性沸石改良太湖底泥中的w(BD-P)(BD-P为氧化还原敏感态磷)与太湖底泥相比差异不显著,而锆改性沸石改良太湖底泥中的w(BD-P)明显低于太湖底泥. 可见,铝和锆改性沸石均可用于控制太湖底泥磷的释放,其中锆改性沸石的控制效果更好.      

表面活性剂改性沸石对水中酚类化合物吸附性能研究

使用表面活性剂对2种粉煤灰合成沸石进行改性处理,研究改性沸石对酚类化合物（苯酚、对氯酚和双酚A）的吸附特性.吸附试验结果表明,合成沸石经过阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性后,对酚类化合物的吸附性能均有大幅提升,吸附等温线模型均较符合Langmuir模型.2种改性沸石对酚类化合物（苯酚、对氯酚和双酚A）的Langmuir理论最大吸附量分别可达37.7、52.36、90.9 mg.g-1和10.71、22.83、56.8 mg.g-1.当溶液pH值高于酚类化合物的解离系数pKa时,吸附效果随pH升高而增加.结果还表明,酚类化合物的疏水性（辛醇/水分配系数Kow）越强,改性沸石的吸附能力也越高.     

厌氧氨氧化污泥中氨氧化的潜在电子受体

通过接种亚硝酸盐型厌氧氨氧化污泥,投加潜在电子受体(亚硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐)研究了厌氧条件下氨氮氧化的潜在电子受体.结果表明,亚硝酸盐是厌氧氨氧化最适合的电子受体,能够与氨氮在短暂的时间内完全反应;在亚硝酸盐缺乏的情况下,厌氧氨氧化污泥中微生物利用自身细胞有机物将产物硝酸盐转化为亚硝酸盐参与氨氮转化;Fe~(3+)与硫酸盐在氨氮氧化后期出现转化,但是直接还是间接参与还需进一步研究.厌氧氨氧化污泥对氨氮产生过量氧化之前必须以亚硝酸盐为电子受体进行微生物活性激活,并且好氧氨氧化菌和亚硝化菌出现增长,推测微生物产生了H_2O_2.该现象并不可长久持续.虽然其氧化速率较慢,但是过量氧化现象较为明显.因此厌氧氨氧化污泥中肯定存在氨氮过量氧化的现象.厌氧氨氧化污泥对电子的利用顺序是亚硝酸盐、硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐.     

水体环境内毒素活性的鲎法定量检测及影响因素研究

内毒素是革兰氏阴性菌和某些蓝藻细胞壁上的脂多糖复合物,是常见的外源性致热原,具有强免疫刺激能力,与人类多种疾病密切相关.本研究采用最低检测限为0.03 EU.mL-1的动态浊度东方鲎(Tachypleus Amebocyte Lysate,TAL)试剂,对不同水体环境样品的内毒素活性定量检测,分析了pH值和无机盐对TAL试验检测结果的影响.结果表明pH值在6.0～8.4范围内适合进行内毒素检测,过酸条件引起检测结果的抑制,过碱条件引起检测结果的增强,检测前可用无热原Tris-HCl(pH=7.4)溶液调节pH.当NaCl、Na2SO4、CaCl2、MgCl2和KCl浓度小于50 mg.L-1时不会干扰内毒素的检测,当浓度升高至1 000～10 000 mg.L-1时引起抑制效果.浓度为2.5 mg.L-1的FeCl3、Fe2(SO4)3、AlCl3和Al2(SO4)3即可以引起强烈抑制效果,内毒素活性的实测值已经严重偏离实际值.采用动态浊度TAL试验检测超纯水、自来水和景观用水的内毒素活性,结果表明所检测的超纯水的内毒素活性<0.06 EU.mL-1,自来水的内毒素活性为0.46 EU.mL-1,景观用水的内毒素活性为432.68EU·mL-1.     

Removal of metals by sorghum plants from contaminated land

The growth of high biomass crops facilitated by optimal of agronomic practices has been considered as an alternative to phytoremediation of soils contaminated by heavy metals. A field trial was carried out to evaluate the phytoextraction efficiency of heavy metals by three varieties of sweet sorghum (Sorghum biocolor L.), a high biomass energy plant. Ethylene diamine tetraacetate (EDTA), ammonium nitrate (NH₄NO₃) and ammonium sulphate ((NH₄)₂SO₄) were tested for their abilities to enhance the removal of heavy metals Pb, Cd, Zn, and Cu by sweet sorghum from a contaminated agricultural soil. Sorghum plants always achieved the greatest removal of Pb by leaves and the greatest removal of Cd, Zn and Cu by stems. There was no significant difference among the Keller, Rio and Mray varieties of sweet sorghums in accumulating heavy metals. EDTA treatment was more efficient than ammonium nitrate and ammonium sulphate in promoting Pb accumulation in sweet sorghum from the contaminated agricultural soil. The application of ammonium nitrate and ammonium sulphate increased the accumulation of both Zn and Cd in roots of sorghum plants. Results from this study suggest that cropping of sorghum plants facilitated by agronomic practices may be a sustainable technique for partial decontamination of heavy metal contaminated soils.     

Ammonium-dependent regulation of aerobic methane-consuming bacteria in landfill cover soil by leachate irrigation

The impacts of landfill leachate irrigation on methane oxidation activities and methane-consuming bacteria populations were studied by incubation of landfill cover soils with leachate and (NH₄)₂SO₄ solution at different ammonium concentrations. The community structures and abundances of methane-oxidizing bacteria (MOB) and ammonia-oxidizing bacteria (AOB) were examined by PCRDGGE and real-time PCR. Compared with the pure (NH₄)₂SO₄ solution, leachate addition was found to have a positive effect on methane oxidation activity. In terms of the irrigation amount, ammonium in leachate was responsible for the actual inhibition of leachate. The extent of inhibitory effect mainly depended on its ammonium concentration. The suppression of the predominant methaneconsuming bacteria, type I MOB, was responsible for the decreased methane oxidation activity by ammonium inhibition. Methaneconsuming bacteria responded diversely in abundance to ammonium. The abundance of type I MOB decreased by fivefold; type II MOB showed stimulation response of fivefold magnification upon the first addition but lessened to be lower than the original level after the second addition; the amount of AOB was stimulated to increase for 20-30 times gradually. Accumulated nitrate from nitrification strengthened the ammonium inhibition on type I and type II MOB, as a result, repetitive irrigation was unfavorable for methane oxidation.