热活化过硫酸钠耦合甲酸技术研究——处理水溶液中四氯化碳与六价铬污染

以甲酸为活化剂,耦合热活化过硫酸钠技术产生还原性二氧化碳阴离子自由基（CO₂^·-）,从而还原去除水溶液中四氯化碳（CT）和Cr（VI）,考察过硫酸钠和甲酸初始浓度的影响以及复合污染处理效果.结果表明：当过硫酸钠与甲酸浓度均为100mmol/L时,单独CT或Cr（VI）分别在120min、60min内基本完全去除（50℃）,且污染物去除效率随过硫酸钠及甲酸浓度升高而增强.在CT和Cr（VI）复合污染体系中,Cr（VI）的存在能够抑制CT降解,且抑制程度随Cr（VI）初始浓度升高而提高,但Cr（VI）去除率随CT初始浓度增大而升高.加入CO₂^·-猝灭剂（甲基紫精）能够抑制CT降解,但促进Cr（VI）去除,表明有机物的存在能够增强Cr（VI）去除效率.     

紫外活化甲酸产二氧化碳阴离子自由基还原Cr(Ⅵ)的研究

研究高效还原技术是去除废水中Cr(Ⅵ)的有效手段,本研究提出了一种新颖有前景的基于紫外(UV)活化甲酸(HCOOH)产还原性二氧化碳阴离子自由基(CO_2~(·-))去除Cr(Ⅵ)的方法.通过对比UV、HCOOH、UV/HCOOH三种体系对Cr(Ⅵ)还原效率和电子自旋共振(EPR)对体系中自由基的检测研究了其活化原理和还原机制.结果表明UV能显著活化HCOOH产生CO_2~(·-)(αH=19.08G,αN=15.86G,g=2.0036).此外,试验考察了主要影响因素对Cr(Ⅵ)去除效果的影响,包括初始Cr(Ⅵ)浓度、甲酸投加量、初始p H值、反应温度、有机污染物以及水中常见阴离子.结果显示当甲酸浓度为40mmol/L,Cr(Ⅵ)初始浓度为10mg/L,反应时间在60min内,UV/HCOOH体系对Cr(Ⅵ)的去除率能达到100%.在酸性条件下(pH≤3.5)能显著促进Cr(Ⅵ)的还原,且Cr(Ⅵ)去除效率随着初始HCOOH浓度和反应温度升高而增加.进一步研究表明,该体系下NO_3~-对Cr(Ⅵ)的还原有着显著的促进作用,而Cl~-、HCO_3~-和对硝基苯酚(pNP)则有抑制作用.不同温度下Cr(Ⅵ)去除率与时间关系的拟合结果表明,当反应时间t≥40min,UV/HCOOH体系去除Cr(Ⅵ)过程遵循准一级反应动力学,根据不同温度下对应的反应速率常数k,结合阿伦尼乌斯方程,计算求得准一级反应的活化能为15.9k J/mol.     

Cu2+强化UV活化过氧乙酸降解水中的双氯芬酸

研究了Cu²⁺强化UV活化过氧乙酸（Cu²⁺/UV/PAA）对水中双氯芬酸（DCF）的降解,考察了pH值、PAA投加量、Cu²⁺投加量、无机阴离子（Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-和CO₃^2-）和溶解有机物（DOM）对DCF去除的影响;探讨了DCF在该体系中的降解产物和转化机理.结果表明：UV和Cu²⁺都能活化PAA产生活性自由基促进DCF降解.DCF在Cu²⁺/UV/PAA中的降解遵循准一级动力学,其降解可能归因于直接光解、HO^·氧化和CH₃COO^·、CH₃COOO^·等其它自由基氧化.在pH=3~11范围内,DCF降解的最佳pH=8.5.DCF的降解效率随着PAA投加量的增大而逐渐增高,过量的PAA能与DCF竞争HO^·.Cu²⁺用量的提高也能促进DCF的去除,但是过量的Cu²⁺可生成Cu（OH）₂导致其催化能力下降.由于NO₃^-在UV照射下可以产生HO^·,其对DCF降解有促进作用,且NO₃^-浓度越高,促进作用越明显.不同浓度的Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-和DOM对DCF降解影响较小.在Cu²⁺/UV/PAA降解DCF的过程中,共检测出13种降解产物.根据这些降解产物,提出了DCF可能的转化机理,包括8种不同的反应路径.     

氢自养还原菌同步去除水中Cr(Ⅵ)和NO3-

本实验研究了序批式条件下Cr（Ⅵ）和NO₃^-浓度、pH值和H₂含量对于氢自养还原菌同步去除水中Cr（Ⅵ）和NO₃^-的性能及微生物群落的影响.结果表明：系统中存在氢气时,正常活性的氢自养还原菌可实现Cr（Ⅵ）的还原;Cr（Ⅵ）初始浓度不高于2000 μg/L时,Cr（Ⅵ）和NO₃^-的还原速率及氢自养还原菌的活性不会受到Cr（Ⅵ）初始浓度的影响;作为一种优先电子受体,NO₃^-会与Cr（Ⅵ）争夺电子,降低Cr（Ⅵ）的还原速率;氢自养还原菌同步还原Cr（Ⅵ）和NO₃^-的最佳pH值为7.0左右,酸性或碱性环境都会抑制Cr（Ⅵ）还原,且NO₂^-会随着pH值的升高逐渐积累;作为电子供体,H₂是还原Cr（Ⅵ）和NO₃^-的必要条件,但H₂足量后,过量提供H₂不能提高Cr（Ⅵ）和NO₃^-的还原速率.     

亚铁改性沸石活化过氧乙酸降解水中双氯芬酸的研究

采用亚铁改性沸石-过氧乙酸（FMZ/PAA）新型高级氧化体系降解水中双氯芬酸（DCF）.考察了初始pH、药剂投加量、共存干扰离子（CO₃^2-,NO₃^-,Cl^-,SO₄^2-,Fe³⁺,Cu²⁺,Ca²⁺,Mg²⁺）及天然有机物（NOM）对DCF去除效果的影响,通过自由基清除实验探讨了反应过程中的关键活性物种.结果表明,DCF在FMZ/PAA体系中的降解符合一级反应动力学方程,在常温常压、初始pH值为7.0、FMZ投加量为0.2g/L、PAA投加量为80 μmol/L的条件下,1 μmol/L的DCF在40min内得到完全去除.共存Cl^-、CO₃^2-和NOM由于自由基竞争反应明显抑制DCF的降解,而Cu²⁺则参与了PAA的活化,有助于DCF的去除.碳中心自由基是FMZ/PAA体系降解DCF反应中的主要活性物种.基于DCF降解过程中检出的3种产物,提出了其在FMZ/PAA体系中的3种转化途径,即C-N键断裂、脱羧反应和甲酰化反应.     

A.ferrooxidans对高硫煤矸石去除酸性水体中Cr(VI)的强化作用

本研究考察了Acidithiobacillus ferrooxidans（A.ferrooxidans）联合高硫煤矸石（富含FeS₂）对模拟煤矿酸性水体中Cr（VI）的去除效果.结果表明,处理Cr（VI）初始浓度为50mg/L的模拟煤矿酸性废水（pH=2.5）时,投配率为6.67~33.33g/L高硫煤矸石可使Cr（VI）去除达到良好效果.50mg/LCr（VI）在24h内即可完全被高硫煤矸石中的FeS₂还原成Cr（III）,且在反应终点时（120h）,6.67,13.33,33.33g/L高硫煤矸石对还原产物Cr（III）的吸附去除率分别为7.1%、20.2%、29.1%.然而,在高硫煤矸石的还原和吸附作用下,大部分的Cr仍以Cr（III）形式残留在酸性水体中,且高硫煤矸石的大量投加也给水体带来了Fe²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等二次污染物.在高硫煤矸石-Cr（VI）体系中引入A.ferrooxidans和9K培养基后,A.ferrooxidans介导的Fe²⁺生物氧化及产物Fe³⁺水解矿化过程可促进部分Fe²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等向次生铁矿物（包括施氏矿物和黄钾铁矾）转变,从而使模拟酸性水体中残留的Cr（III）通过次生铁矿物的吸附或共沉淀作用被清除.在A.ferrooxidans强化作用下,模拟煤矿酸性废水中Cr（VI）在96h即可达到99.4%的去除率.     

高强UV/SO32-体系高效降解一氯乙酸

为有效解决饮用水中卤代乙酸（HAAs）污染问题,选取水中典型HAAs一氯乙酸（MCAA）作为目标污染物,系统研究了高强UV/SO₃^2-体系对其降解效能及影响因素.结果表明,高强UV/SO₃^2-体系可高效降解MCAA,50s内初始浓度为50 μmol/L的MCAA可被完全降解.与已报导的还原法降解MCAA的文献相比,本研究中MCAA降解速率提高了1000倍以上.提高SO₃^2-浓度、溶液初始pH以及紫外光强均有利于体系中MCAA降解率的提高.水中共存物质研究表明,NH₄⁺可促进MCAA降解,而NO₃^-、HCO₃^-、NOM均会抑制MCAA降解,其中,HCO₃^-影响较小.     

Cu2+强化UV活化过氧乙酸降解水中的双氯芬酸

研究了Cu²⁺强化UV活化过氧乙酸（Cu²⁺/UV/PAA）对水中双氯芬酸（DCF）的降解,考察了pH值、PAA投加量、Cu²⁺投加量、无机阴离子（Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-和CO₃^2-）和溶解有机物（DOM）对DCF去除的影响;探讨了DCF在该体系中的降解产物和转化机理.结果表明：UV和Cu²⁺都能活化PAA产生活性自由基促进DCF降解.DCF在Cu²⁺/UV/PAA中的降解遵循准一级动力学,其降解可能归因于直接光解、HO^·氧化和CH₃COO^·、CH₃COOO^·等其它自由基氧化.在pH=3~11范围内,DCF降解的最佳pH=8.5.DCF的降解效率随着PAA投加量的增大而逐渐增高,过量的PAA能与DCF竞争HO^·.Cu²⁺用量的提高也能促进DCF的去除,但是过量的Cu²⁺可生成Cu（OH）₂导致其催化能力下降.由于NO₃^-在UV照射下可以产生HO^·,其对DCF降解有促进作用,且NO₃^-浓度越高,促进作用越明显.不同浓度的Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-和DOM对DCF降解影响较小.在Cu²⁺/UV/PAA降解DCF的过程中,共检测出13种降解产物.根据这些降解产物,提出了DCF可能的转化机理,包括8种不同的反应路径.     

盐酸羟胺强化Fe(Ⅲ)-EDDS/过硫酸盐处理水溶液中TCE

采用盐酸羟胺（HAH）强化Fe（Ⅲ）-EDDS（乙二胺二琥珀酸）活化过硫酸盐（PS）体系降解水溶液中的三氯乙烯（TCE）.结果表明,Fe（Ⅲ）-EDDS/PS体系中加入HAH能够强化TCE去除效率,TCE降解效率随PS或HAH初始浓度增大而增强,但实验条件下存在最佳投加量.当溶液初始pH值为3~7时,Fe（Ⅲ）-EDDS/PS/HAH降解TCE基本没有影响,但碱性条件会抑制TCE去除,HAH强化工艺能够有效缓解Cl^-（1~100mmol/L）和低浓度HCO₃^-（1~10mmol/L）对TCE降解的抑制作用.与Fe（Ⅲ）-EDDS/PS相似,加入HAH后反应体系中存在SO₄^·-、^·OH和O₂^·-,但降解TCE的主导自由基由^·OH转变为SO₄^·-.     

碳酸氢盐活化过氧化氢去除四环素的机理研究

采用碳酸氢盐活化过氧化氢(BAP)类芬顿体系去除水中四环素污染物,研究了不同反应条件对四环素去除效果的影响,并探究了碳酸氢盐活化过氧化氢降解四环素的机理.结果表明,BAP体系的pH适应范围较宽;HCO₃^-浓度和H₂O₂浓度的增加可加速BAP体系高效降解水中四环素的反应;温度显著提升了BAP体系中四环素的去除速率;水中共存阴离子(Cl-、NO₃^-、SO₄^2-)对BAP降解TC的影响不显著;当水中共存溶解性有机质浓度超过20 mg·L^-1时,对BAP降解TC的抑制作用明显.在不同的影响因素实验中,最优反应条件的TC去除率均保持在85%以上.自由基淬灭实验和电子顺磁共振鉴定结果表明体系中产生了CO₃^·-、HO·、O₂·-和1O₂,其中CO₃^·-起主要作用.在最优反应条...     

α-Fe2O3砂芯微球制备及紫外辅助下活化PMS降解AO7

以FeCl₃为原料，尿素为沉淀剂，抗坏血酸为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为结构导向剂，纳米碳粉为模板，水热法制备了一种新型α-Fe₂O₃砂芯微球.通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和比表面积及孔径分析（BET/BJH）等手段对其结构和性能进行表征.结果表明新型α-Fe₂O₃砂芯微球尺寸均匀，直径为50μm左右，是由直径40nm"米粒状"纯相α-Fe₂O₃自聚而成，S_BET为25.45~32.46m²/g.在紫外（UV，高压汞灯）辐射下能够活化过硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）.40min内AO7的降解率可达98.6%，采用电子自旋共振（ESR）技术鉴定了主要的活性氧自由基（ROS）为SO₄^-·.此外发现PMS作为一种电子捕获剂，能有效抑制光生电子（e_CB^-）和空穴（h_VB⁺）的复合，AO7能直接和h_VB⁺、SO₄^-·和羟基自由基（OH·）反应而迅速被氧化降解；α-Fe₂O₃回收重复使用10次，仍可以达到80%以上的去除率.通过考察α-Fe₂O₃投加量、PMS浓度、初始pH值、阴离子和初始AO7浓度等不同条件对AO7降解率的影响，发现在初始pH值为7.0，α-Fe₂O₃的投加量为1.0g/L，PMS浓度为0.3g/L时，40min内对AO7的降解率可以达到99%以上；阴离子CO₃^2-、NO₃^-以及Cl^-对该体系均有不同程度的促进作用.     

重金属絮凝剂DTMPAM去除Cr (Ⅵ)的性能与机理

以二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺（DTMPAM）作为高分子絮凝剂,研究DTMPAM对水中Cr （Ⅵ）的去除性能,考察了DTMPAM投加量、pH值、Cr （Ⅵ）初始浓度以及共存浊度、无机物质、有机物质对DTMPAM处理含Cr （Ⅵ）废水性能的影响.结果表明,DTMPAM在酸性条件下对不同Cr （Ⅵ）初始浓度的含Cr （Ⅵ）水样均具有良好的去除效果,且Cr （Ⅵ）的去除率随着体系初始pH值的降低而升高;当pH值为3.0时,DTMPAM对Cr （Ⅵ）初始浓度为5,15,25和50mg/L水样中Cr （Ⅵ）的最高去除率分别达到94.78%,96.52%,96.53%和97.49%.共存浊度对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）具有抑制作用.在低DTMPAM投加量下,共存无机阳离子K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺,共存无机阴离子SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-,以及共存有机物质柠檬酸钠、乙酸钠、三氯乙酸和氨基乙酸等对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）均具有一定的抑制作用;而在高DTMPAM投加量下,这些物质的存在会对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）表现出较小的促进作用.无机阳离子Fe³⁺、Ni²⁺、Ba²⁺的存在对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）具有较明显的抑制作用,其中Ba²⁺的抑制作用最显著.红外光谱和能谱分析显示,DTMPAM高分子链上的二硫代羧基可将水样中Cr （Ⅵ）还原为Cr （Ⅲ）,Cr （Ⅲ）进一步和DTMPAM分子链上的二硫代羧基、胺基发生螯合反应形成絮体.     

双膜曝气生物膜反应器除水中硝氮和高氯酸盐

构建了一种以CO₂为唯一碳源的膜曝气氢基质生物膜反应器（H₂-MBfR）对模拟地下水中2种主要的氧化型无机无污染物（NO₃^--N和ClO₄^-）进行生物还原去除.通过膜曝气方式使CO₂起到提供碳源和调节反硝化过程中pH值跃升的双重作用,克服了传统方法所带来的二次污染和运行成本增加的问题.通过调整H₂和CO₂压力能够实现对反应器出水pH值的较为稳定的控制,当CO₂压力分别为0.05MPa和0.08MPa 2个阶段时,在平均NO₃^--N和ClO₄^-进水浓度分别为20.73mg/L和10.57mg/L条件下,两阶段出水平均pH值分别为8.45和8.06,NO₃^--N和ClO₄^-去除率均大于95%;当第3阶段CO₂压力提升至0.12MPa时,平均出水pH值下降至6.93,此时NO₃^--N和ClO₄^-去除通量明显降低.而提供过量的CO₂会导致在偏酸性条件下甲烷化过程的产生,从而会导致其对H₂的负面消耗进而使目标污染物的还原速率下降.因此,合理控制CO₂压力使反应体系pH值维持在中性偏碱性条件下有利于NO₃^--N和ClO₄^-还原过程的高效进行.     

HRT对CO2-MBfR去除高SO42-废水中NO3--N的影响

针对含NO₃^--N与较高浓度SO₄^2-实际工业废水处理较难的问题,考察了不同水力停留时间（HRT）下连续运行的CO₂-氢基质膜生物膜反应器（CO₂-MBfR）处理模拟废水和实际工业废水的性能,结果表明,2种废水的出水NO₃^--N浓度均随着HRT的减小而增大,模拟废水中NO₃^--N的处理效果和电子通量分配比例均优于实际废水,但其电子通量分配的格局基本不变：NO₃^--N和SO₄^2-的电子通量分别在90.09%~97.49%和2.51%~9.91%左右.要实现实际废水总氮达到15mg/L的排放标准,需维持HRT不少于10.4h.     

京津冀中南部污染气象贡献的时空变化特征

基于环境气象评估指数（EMI,environmental meteorology index）,以石家庄、邢台、邯郸、衡水四个京津冀中南部重点城市为研究对象,对2013~2018年的气象条件变化时空分布特征进行分析.结果显示：EMI指数与经过去趋势处理的PM_2.5浓度的相关系数达0.88,说明EMI指数具有较好的可靠性,能够可靠性地应用于大气环境评价和重污染天气过程评估业务;基于气象条件对PM_2.5浓度贡献的定量分析方法,计算得到2013~2018年月度气象条件对PM_2.5浓度变化的贡献率,定量分析不同月份的气象条件变化,可有效评价不同污染程度月份的气象条件影响.此外,该定量方法在重大活动期间气象条件和减排效果评估中得到有效应用;从冬季气象定量贡献的空间分布来看,在京津冀中南部的山前地区形成EMI正距平百分比高值区,除人为排放较高外,恶劣的气象条件是京津冀中南部颗粒物污染严重的重要原因.