纳米零价铁硫化改性对印染废水中锑的强化去除机制研究

针对目前印染废水中特征污染物锑难以达标的问题,采用纳米零价铁(nZVI)并对其进行硫化改性(S-nZVI),研究了nZVI在硫化改性前后的除锑性能变化及吸附机理.表征分析显示,硫化改性后形成的FeS_x会使材料形成不规则的、具有复杂形态的FeS_x及FeO_x表面,增大了材料的比表面积;其次,FeS_x可以提高电子的转移效率,促进氧化还原反应的发生,使得少部分Sb(V)被还原为更容易沉淀的Sb(OH)₃或FeSbO₃;同时由于硫元素的存在,形成的无定型态铁氧化物更为稳定,不易向结晶态转变,而无定型态铁氧化物对Sb(V)的吸附效果要远高于结晶态铁氧化物;此外,锑也可以与硫元素结合形成稳定的锑硫化合物而从废水中去除.实验结果表明,投加量为60 mg·L^-1的S-nZVI能够使初始浓度为200μg·L^-1 Sb(V)的模拟印染废水和实际印染废水中总锑浓度处理至排放标准(<50μg·L^-1),体现出S...     

HMP和SDS在KMnO4氧化水溶相PCE中的联合效应

利用KMnO₄原位化学氧化法处理污染地下水中的氯代烯烃已被证实有效可行,但是反应中产生的MnO₂沉淀会影响修复效果,延长修复时间. 采用KMnO₄氧化法处理水溶相的PCE(四氯乙烯),研究了添加HMP(六偏磷酸钠)和SDS(十二烷基磺酸钠)对该反应的联合效应. 结果表明,离子强度对MnO₂沉淀的生成影响显著,离子强度越高,MnO₂沉淀生成得越快. 在20℃, ρ(PCE)初始值为20mg/L,n(KMnO₄)∶n(PCE)为15∶1,离子强度为0.1mol/L的条件下,单独添加HMP可减少反应过程中MnO₂沉淀的产生,ρ(HMP)为0.1g/L的条件下,24h内没有产生MnO₂沉淀;单独添加SDS可增加Cl-生成量,在ρ(SDS)为1.0g/L的条件下,Cl-生成量增加了8.2%,但会增大MnO₂沉淀的生成速率;在同时添加HMP〔(ρ(HMP)为0.1g/L)〕和SDS〔(ρ(SDS)为1.0g/L)〕的条件下,Cl-生成量增加了7.5%,并且24h内没有产生MnO₂沉淀,表明二者同时添加既可提高PCE的去除率又可减缓MnO₂沉淀的生成.      

自然水体中铁-锰氧化细菌的研究

通过在河流中悬吊自行设计的载玻片架,获取了具有由铁-锰氧化细菌产生的特异的铁锰氧化物结构的生物膜,设计了4种培养基,采用2种不同的细菌分离方法,对生物膜上的铁细菌进行分离,应用荧光X射线分析仪(XRF)分析了分离菌株产物的化学元素组成,并对分离菌株的铁锰氧化形态进行了观察.研究发现,铁细菌2号培养基为合适的分离培养基;采用平板涂布法分离出的2株氧化铁和锰的细菌,经系统发育地位的分析确定为纤发菌属;对运动纤发菌的产物分析确定无定形铁和锰为其主要金属元素;形态观察确定霍氏纤发菌呈树枝状鞘结构,而运动纤发菌呈蛛网状鞘结构.采用原位培养法分离出1株具有独特铁锰氧化物结构的细菌,经基因序列比对,确定为丛毛菌属.该实验获得的3株铁-锰氧化细菌的序列为设计针对于自然水体中的铁-锰氧化细菌FISH探针及PCR引物提供了关键数据.     

高分子絮凝剂DTMPAM复配FeCl3协同去除水中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的性能及机理

为了有效提高水中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)去除效果，将高分子絮凝剂二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺(DTMPAM)和三氯化铁(FeCl₃)进行复配应用到含铬废水的处理中，通过絮凝实验法分别考查了DTMPAM复配FeCl₃前后对含Cr(Ⅵ)水样和含Cr(Ⅲ)水样的去除性能.结果表明，DTMPAM在pH值分别为3.0、4.0、5.0时，单独投加DTMPAM对含Cr(Ⅲ)水样中Cr(Ⅲ)的去除效果均不太理想，Cr(Ⅲ)的最高去除率分别为23.80%、41.11%、42.38%;FeCl₃的投药顺序和浓度对DTMPAM复配FeCl₃去除水样中Cr(Ⅲ)具有较大影响，按照先投加FeCl₃后调节pH值再投加DTMPAM进行絮凝的投药顺序，且FeCl₃浓度为60 mg·L^-1时，含Cr(Ⅲ)水样中Cr(Ⅲ)的最高去除率可达到99.55%.单独投加DTMPAM对含Cr(Ⅵ)水样中Cr(Ⅵ)具有良好的去除效果，而对总Cr的去除效果较差，当pH值为3.0、DTM...     

土壤中三价锑的老化对秀丽隐杆线虫毒性的影响

为明确老化过程对土壤外源三价锑〔Sb(Ⅲ)〕毒性的影响,结合土壤中Sb的化学分析和生物毒性测试,以模式生物秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)为测试生物,研究经Sb(Ⅲ)处理后老化7和56 d的2种土壤(安徽黄棕壤和新疆灰漠土)中不同价态Sb浓度、可提取态Sb浓度以及对线虫生长、生育、繁殖毒性的变化. 结果表明:①经Sb(Ⅲ)处理后老化56 d的安徽黄棕壤和新疆灰漠土中Sb(Ⅴ)的占比均显著高于老化7 d的土壤,与安徽黄棕壤相比,新疆灰漠土中Sb(Ⅲ)能更快地转化为毒性较低的Sb(Ⅴ). ②相较经Sb(Ⅲ)处理后老化7 d的土壤,经56 d老化的安徽黄棕壤和新疆灰漠土中可提取态Sb浓度分别下降了9.3%~36.8%和3.3%~47.0%. ③经Sb(Ⅲ)处理后老化56 d的安徽黄棕壤和新疆灰漠土对线虫生长毒性的EC₅₀(50%效应浓度)值较老化7 d的土壤分别提升1.7和2.3倍,对线虫生育毒性的EC₅₀值分别提升1.1和2.4倍,对线虫繁殖毒性的EC₅₀值分别提升1.2和1.9倍. 研究显示,老化过程可降低土壤中可提取态Sb浓度和毒性较高的Sb(Ⅲ)占比,导致外源Sb(Ⅲ)对线虫毒性的减弱,pH、有机质含量以及铁锰铝氧化物含量对土壤中Sb(Ⅲ)氧化和Sb吸附过程的影响导致外源Sb(Ⅲ)老化效应以及对线虫毒性的差异.      

地下水水化学组成对Fe(Ⅱ)氧化过程中锰氧化菌失活的影响

溶解态Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)常共存于还原性地下水中,受O_2扰动Fe(Ⅱ)会快速发生氧化。为了解地下水化学组成对Fe(Ⅱ)氧化过程中锰氧化菌Pseudomonas putida MnB1失活的影响,利用平板计数和邻菲咯啉显色法研究了pH值、天然有机质和阴阳离子对Fe(Ⅱ)氧化过程中MnB1菌株活菌数量和Fe(Ⅱ)浓度变化的影响。结果表明:pH值为7.0的实验体系中MnB1菌株的失活率大于pH值为6.6的实验体系;柠檬酸钠、草酸和腐殖酸均能抑制MnB1菌株的失活,其机制可能为抑制铁(氢)氧化物沉淀的生成,其中草酸和腐殖酸的抑制作用大于柠檬酸钠;PO■通过与Fe(Ⅲ)形成不可溶的非晶态铁(氢)氧化物,从而促进MnB1菌株的失活;Mg~(2+)、Ca~(2+)的加入可通过降低实验体系的pH值以及共存的Cl~-竞争·OH,进而抑制MnB1菌株的失活。该研究结果补充了对地下水中铁锰生物地球化学循环的认识。     

化学预氧化耦合生物锰氧化对水中有机物的去除

在饮用水处理过程中,高锰酸钾与铁锰氧化物预氧化作为化学预氧化的典型工艺,能有效去除饮用水中有机物的污染,并控制消毒副产物(DBPs)的产生.但研究发现,这两种预氧化都会生成具有遗传毒性效应的Mn2+.为解决该问题,研究构想在化学预氧化后耦合生物锰氧化技术,通过生物作用将Mn2+转化为具有较强氧化吸附能力的生物锰氧化物,从而对水质进一步净化.在以天然有机物酪氨酸(Tyr)和人工合成有机物2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸(BP-4)为基质的模拟污染源水中,试验结果验证了上述构想.高锰酸钾或铁锰氧化物预氧化能够去除Tyr,但无法去除BP-4,并会产生Mn2+;在以锰氧化细菌Pseudomonas sp.QJX-1构建的生物体系中,Pseudomonas sp.QJX-1能利用Tyr进行生长并产生锰氧化,生成的生物锰氧化物能有效去除BP-4;在最优试验条件下,特定强度的高锰酸钾预氧化耦合生物锰氧化试验中Tyr、BP-4及Mn2+去除率分别为100%、50%和98.9%.     

电增强零价铁强化厌氧氨氧化处理高氮养猪废水

为解决ZVI(零价铁)电极表面的钝化问题,实现anammox(厌氧氨氧化)工艺稳定、高效地运行,采用EEZVI-UASB(电增强零价铁-升流式厌氧污泥床)技术处理养猪废水,研究了EEZVI电极电压、ρ(COD_Cr)及脱氮贡献率的相关性. 结果表明,在温度为(35±1)℃、pH为6.80～7.10、电极电压为0.60 V的条件下,EEZVI-UASB对NH₄+-N和NO₂--N的去除率均维持在较高的水平;NH₄+-N去除率＞90.00%,NO₂--N去除率＞96.00%,TN平均去除率>90.00%. 当EEZVI电极电压为0.60 V时,AAOB(厌氧氨氧化菌)的活性为91.10 mg/(g·d)(以NH₄+-N计);EEZVI-UASB中的优势功能菌主要为Pseudomonas属,其菌属16S rDNA的PCR扩增相似性达97%;系统中同时存在着反硝化、anammox、甲烷化等反应;其中anammox占主导作用,其对TN去除率的贡献率为54.10%~93.30%,反硝化及其他反应对TN去除率的贡献率为6.70%~45.90%.      

氨氧化菌对填埋场CH4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔(C₂H₂)抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH₄浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH₄浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH₄氧化的贡献率及铵对CH₄氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH₄协同氧化及铵抑制作用. 结果表明:4种供试样品中氨氧化菌对CH₄氧化的贡献率在5.64%~16.24%之间,次序为砂土＜黏土＜覆盖土＜矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品(矿化垃圾和覆盖土)是一般土壤(砂土和黏土)的1.8~10.9倍. 铵对CH₄氧化过程的抑制率在11.90%~24.84%之间,次序为砂土＜黏土＜覆盖土＜矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9~2.1倍. 填埋场样品中氨氧化菌对CH₄氧化的贡献率及铵对CH₄氧化的抑制率明显高于一般土壤.      

芬顿氧化深度处理厌氧氨氧化出水影响因素的最优组合

利用正交试验对影响芬顿氧化深度处理垃圾渗滤液厌氧氨氧化出水的起始pH、 nFe²⁺/nH₂O₂、mH₂O₂/m CODcr、反应温度4种主要因素的最优组合开展研究。结果表明：4种因素均对芬顿氧化深度处理垃圾渗滤液厌氧氨氧化出水产生显著影响,影响顺序为起始pH>反应温度> mH₂O₂/m COD_Cr>nFe²⁺/nH₂O₂,起始pH对COD_Cr去除率影响极显著, mH₂O₂/m COD_Cr和nFe²⁺/nH₂O₂影响程度较为接近;4种影响因素最优组合为起始pH=4.0、nFe²⁺/nH₂O₂=1:3、mH_2...     

氧化还原电位对土壤中重金属环境行为的影响研究进展

E_h（redox potential,氧化还原电位）代表土壤氧化性和还原性的相对程度,是以电位反映土壤所处氧化还原状态的指标.由于重金属易与对E_h敏感的组分发生吸附、络合、沉淀等化学反应,因此E_h的变化会直接/间接影响重金属形态从而决定其毒性和活性.E_h变化对重金属活性往往存在双向影响:①淹水环境使E_h降低,引发反硝化反应、铁锰氧化物和硫酸盐还原,使pH向中性靠拢,从而间接导致酸性土壤中游离态重金属沉淀或碱性土壤中吸附态重金属释放.②厌氧条件在使E_h发生变化的同时,会引起铁锰氧化物、有机质、硫化物的形态或含量发生改变,如铁锰氧化物还原、大分子有机质分解,分解产物与重金属离子结合增加了可溶性重金属的浓度,但厌氧条件也可以使重金属离子和硫化物产生沉淀,且还原Cr、Hg等元素,降低毒性;在氧化条件下,硫化物氧化形成硫酸盐促进了重金属释放;但铁锰离子沉淀及其氧化物形态变化形成的具有强吸附力的无定形铁锰氧化物可重新吸附游离态金属离子.这些复杂的化学变化对定量化研究E_h对重金属的影响造成困难,从而降低了E_h波动环境（水稻土、周期性覆水潮滩沉积物等）中重金属污染风险评价的准确性,也限制了通过改变E_h来原位修复重金属污染土壤的方法实施.因此,需进一步对E_h诱导下土壤颗粒界面上发生的与重金属行为相关的反应进行深入研究,并开发检测分析技术,如无损伤的物理探测方法或同位素稀释技术等,建立不同土壤中E_h与重金属形态、活性的定量关系,以揭示E_h对重金属形态的影响机制.      

Fe(Ⅲ)对Anammox污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(Anammox)污泥,研究了Fe(Ⅲ)对Anammox污泥脱氮效能长短期影响.结果表明,适量提升Fe(Ⅲ)浓度可以提升Anammox菌的活性.当进水Fe(Ⅲ)浓度达到0.09mol/L时,反应器氮去除速率最高为0.238kg/(L·d),较对照组提升了14.2%.继续提高进水Fe(Ⅲ)浓度,氮去除速率逐步下降,当Fe(Ⅲ)浓度升至0.18mol/L时,氮去除速率降至0.215kg/(L·d),与最高氮去除速率相比下降10.75%.采用Haldane抑制动力学模型拟合得到Fe(Ⅲ)对Anammox半速率常数(K_Fe)为0.012mol/L,半抑制常数(K_I)为0.449mol/L.长期结果表明,在0.09mol/L Fe(Ⅲ)浓度下,Anammox氮去除速率增幅最快,并且随着Fe(Ⅲ)浓度增加而逐步降低.由于Fe(Ⅲ)代替了NO₂^--N作为电子受体发生厌氧铁氨氧化反应,在含有Fe(Ⅲ)的反应器中NO₂^--N与NH₄<...     

Fenton预氧化促进土壤微生物均衡降解烷烃

针对石油污染土壤中各类烷烃的生物选择性降解问题,通过多种土壤固相铁Fenton预氧化方式调控土壤微生物群落,探究土壤微生物数量、活性和群落变化对石油烃降解的影响,确定各类烷烃均衡降解的微生物群落特征。结果表明：A45(45 mmol/L柠檬酸)和F8.7(8.7 mmol/L Fe²⁺)土壤固相铁Fenton预氧化后,土壤微生物代谢活性分别高达0.59 mol/kg(A45)和0.60 mol/kg(F8.7),土壤石油烃残余率分别低至30%(A45)和29%(F8.7)。土壤中形成以不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)为主要优势菌属的土壤微生物群落。土壤微生物多样性高,群落组成丰富,烷烃代谢的功能基因相对丰度高,促进了各类烷烃的均衡降解,各类烷烃的生物降解率均高达60%。     

沸石负载纳米零价铁去除水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的研究

锑矿开采和含锑化合物的应用在一定程度上会造成环境锑污染的加重,对人体健康和生态系统带来风险,为缓解这一现象,采用液相还原负载的方式制备沸石负载纳米零价铁(Z-ZVI)复合材料,探究其对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的去除效果;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对反应前后复合材料进行表征,并探究不同材料配比、溶液初始pH及无机阴离子对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附效率的影响.结果表明：(1)沸石负载后的纳米零价铁(Z-ZVI)具有较高的比表面积(54.54 m²/g)和反应活性,能够有效吸附、还原高价锑.(2)在pH=7、1.0 g/L Z-ZVI的条件下,反应4 h对20 mg/L Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附率分别达到88%和62%,吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型.(3)Sb(Ⅲ)的去除率受pH变化的影响不大,但Sb(Ⅴ)的去除率随初始pH的升高而下降,溶液反应终点pH相比初始pH均有所上升.(4)XRD和XPS表征发现,Sb的去除过程中同时存在吸附和还原作用,Fe⁰氧化过程中...     

两种不同形态MnO2降解卡马西平的效果及途径对比

研究了两种不同形态MnO₂（δ-MnO₂和胶体MnO₂）对难降解有机药物卡马西平（carbamazepine,CBZ）的去除效果,并通过液相色谱质谱联用技术（LC/MS）分析了不同pH值条件下δ-MnO₂和胶体MnO₂氧化转化CBZ的产物,探究其氧化转化途径.结果表明,δ-MnO₂和胶体MnO₂能通过化学氧化作用在2h内去除约1mg/L CBZ,相比之下,胶体MnO₂受pH影响较小且单位质量Mn对CBZ具有更好的去除效果.δ-MnO₂和胶体MnO₂与CBZ反应过程中各检出7种和4种产物.胶体MnO₂具有更强的氧化能力,越过了多种中间产物的产生步骤,使CBZ的降解途径更加简明.     

铁氧化物对模拟印染废水中锑的去除性能研究

含锑化合物常作为纺织工业的催化剂,易引发锑(Sb)污染问题.本文以针铁矿、四方纤铁矿与水铁矿等3种常见的铁氧化物作为吸附剂,比较了不同铁氧化物对Sb(Ⅴ)的去除性能,探究了印染废水中各类因素对锑吸附性能的影响.研究结果显示,3种铁氧化物均可使锑浓度为200μg·L-1的模拟印染废水的出水Sb(Ⅴ)浓度小于50 μg·L...     

太原市冬季不同污染程度下PM2.5的化学组成、消光特征及氧化潜势

为深入探究重污染地区气溶胶的消光特征和健康风险,于2019年冬季开展了太原市PM_2.5主要化学成分和氧化潜势的分析.采样期间ρ(PM_2.5)为（89.9±33.6）μg·m^-3,其中水溶性离子和碳质气溶胶分别占到43.3%和33.8%,浓度较高的组分依次为：OC>SO₄^2->NO^-₃>EC>NH⁺₄>Cl^->Ca²⁺.随着污染程度的增加,PM_2.5中有机物（OM）和矿物尘的占比下降了5.8%和11.2%,而SNA(NO^-₃、 SO₄^2-和NH⁺₄)的质量分数由33.9%显著增加到56.0%.基于IMPROVE公式估算,太原市冬季大气颗粒物的平均消光系数为（453...     

微生物对砷的氧化还原竞争

滤池被广泛运用于饮用水厂中,前期研究发现某水厂生物滤池处理含砷地下水时,一方面三价砷可被生物氧化锰氧化为五价砷,另一方面滤池系统中存在的微生物砷还原酶可促使五价砷还原为三价砷,而滤池表面存在的这种微生物竞争关系会影响滤池的稳定性及处理效率.为探讨其内在机制,本研究选取1株锰氧化模式菌(Pseudomonas sp.QJX-1)和1株砷还原模式菌(Brevibacterium sp.LSJ-9),考察在Mn2+、As(As3+、As5+)共存时,两菌株对空间、营养物质以及对砷氧化/还原的竞争关系.结果表明,不同的反应时间,Mn、As质量浓度/价态不同,三价及五价砷体系中,Pseudomonas sp.QJX-1生成的锰氧化物在砷的氧化还原反应中占主导地位,即能迅速氧化本身存在的As3+(三价砷体系)和砷还原菌产生的As3+(五价砷体系),最终两体系中砷都主要以As5+的形式存在.PCR及RT-PCR结果表明,反应过程中锰氧化菌功能基因(cum A)抑制了砷还原酶(ars C)的表达,锰氧化菌16S rRNA表达量始终比砷还原菌高两个数量级,即锰氧化菌在生长竞争过程中占优势.实验结果表明滤池的水力停留时间是决定出水中砷价态的一个重要因素.     

低温下废铁屑对厌氧氨氧化系统的影响

考察了在低温条件下(<20℃)废铁屑及其投加方式对厌氧氨氧化反应器脱氮性能和微生物群落的影响.结果表明,当废铁屑投加量为10g/L时,直接(R2)和间接(R3)投加方式均会对厌氧氨氧化反应造成短期抑制,总氮去除率分别降低4.7%和3.4%;30d连续运行后,2组反应器总氮去除率均提升至70%左右;反应器稳定运行阶段,R2的R_s(NO₂^--N与NH₄⁺-N去除量之比)和R_p(NO₃^--N生成量与NH₄⁺-N去除量之比)为1.57和0.22, R3的R_s和R_p为1.49和0.23,比R2更接近厌氧氨氧化反应理论值.废铁屑在水中发生腐蚀,降低DO并提高pH值,且R2,R3污泥中铁含量分别为对照组的1.64倍和1.93倍,废铁屑不仅改善了厌氧氨氧菌的生境,还满足了其对铁元素的需求.高通量测序结果显示,在20~50d的运行过程中, R1,R2,R3中优势厌氧氨氧化菌属Candidatus_Kuenenia的相对丰度分别增加-1.05%,0.14%和0.96%,废铁屑的投加促进了厌氧氨氧化菌在低温下的生长,且间接投加促进效果更为显著.     

微囊藻吸附剂对Sb(Ⅲ)的生物吸附特征

为去除锑矿山废水中Sb(Ⅲ)污染,采用静态吸附试验,调查了湖泊水华主要藻种——微囊藻(Microcystis)对Sb(Ⅲ)的生物吸附特征及机理,并推断其反应方程式.结果表明:微囊藻吸附剂对Sb(Ⅲ)的吸附作用受生物量、pH、离子强度和吸附时间影响.最佳微囊藻吸附剂投加量为0.50 g,pH为4.0,吸附时间为60 min,室温条件,此时Sb(Ⅲ)的吸附量最大,为5.67 mg/g;微囊藻吸附剂对Sb(Ⅲ)的吸附速率非常快,遵循假二级动力学模型;pH对Sb(Ⅲ)吸附的影响与Sb形态以及吸附剂表面官能团质子化作用密切相关.阳离子(Na+和Ca2+)对Sb(Ⅲ)生物吸附效率的抑制作用随离子强度增加而加强,阴离子(NO₃-、Cl-和SO₄2-)未对其吸附产生影响.研究显示,微囊藻吸附剂对Sb(Ⅲ)的生物吸附以化学吸附为主.羧基和羟基为主要吸附位点,通过表面络合作用与Sb(OH)₃相结合形成内源络合物.