零价铁去除堆浸采铀工艺废水中U(Ⅵ)的研究

研究了零价铁(Zero-valent iron,ZVI)粉和废铁屑分别去除堆浸采铀工艺废水中以铀酰离子形式(UO2+2)存在的U(Ⅵ),分析了p H值、震荡时间、反应温度、ZVI投加量、共存离子等因素对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明:在p H=6,震荡时间为80 min,ZVI投加量为1.5 g,铀去除量为0.18 mg/g,ZVI对U(Ⅵ)的去除率可达到98.6%,零价铁粉比废铁屑去除效率略高,共存离子Mg2+,Mn2+,Cl-,NO-3对ZVI去除U(Ⅵ)影响不超过3%,CO2-3和Cu2+影响显著。ZVI去除溶液中U(Ⅵ)以还原沉淀和吸附作用为主,吸附-还原反应遵循一级化学反应动力学方程,探讨出零价铁去除堆浸采铀工艺废水中U(Ⅵ)的机理。     

MnO2/FeOOH复合材料对水中U(Ⅵ)的去除及机理试验研究

采用化学沉积法制备了二氧化锰/羟基氧化铁(MnO2/FeOOH)复合材料,并将其用于吸附去除水中的放射性重金属铀。通过静态吸附试验,考察了Fe/Mn物质的量比、pH值、吸附时间和干扰离子等因素对MnO2/FeOOH吸附U(Ⅵ)效果的影响,利用扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)对材料结构和形貌进行表征,并分析其吸附机理。结果表明,在投加量为150 mg/L、温度为30℃、U(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L、pH值为5、Fe/Mn物质的量比为1/2及吸附时间为120 min的条件下,MnO₂/FeOOH对U(Ⅵ)的去除率最大可达97.7%,且pH值对铀去除效果的影响最为明显。MnO₂/FeOOH对U(Ⅵ)吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线均能符合Langmuir和Freundlich模型,且最大吸附容量达260.34 mg/g。干扰离子试验表明,SO₄^2-、CO₃^2-和Fe³⁺对MnO₂/FeOOH吸附U (VI)几乎没有影响,而Ca²⁺和Cu²⁺具有明显的抑制作用,且抑制随浓度的增大而增强。FTIR和XPS分析表明MnO2/FeOOH对U(Ⅵ)的主要作用机制为表面羟基、Mn-O与铀的配位作用。因此,MnO2/FeOOH可作为一种潜在的铀吸附材料。     

腐殖酸吸附水中铀的特性与机理

通过序批式试验研究了腐殖酸(Humic Acid,HA)对铀的吸附行为及时间、吸附剂用量、铀的初始质量浓度、pH值、温度和共存离子等试验条件对吸附的影响,分析了其热力学和动力学过程,用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)手段分析了相关吸附机理.结果表明,吸附过程在60 min后达到动态平衡,吸附率最高达99％以上.当pH值在5左右时,HA投加量越大,吸附效率越高.体系中HCO3-、H2PO4-;的存在对HA吸附U(Ⅵ)有促进作用,而柠檬酸根离子、EDTA2-及Cr6+、Mn2+使HA对U(Ⅵ)的吸附率降低,影响程度与其离子浓度正相关.准二级吸附动力学方程可以较好地描述HA吸附U(Ⅵ)的动力学规律,R2=0.9951.当温度为25℃时,U(Ⅵ)质量浓度与吸附量之间的关系符合Langmuir经验公式,饱和吸附容量为170.94 mg/g.HA吸附U(Ⅵ)前后的IR光谱分析表明,HA主要含有—OH、—COOH、—NH2、—C—N、苯环等结构,推断与U(Ⅵ)相互作用的主要基团为—OH、—C=O、—C—N—、—NH2.     

高锰酸钾改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附特性

选用农林剩余物加工制得生物炭,用强氧化剂(KMnO_4、H_2O_2、HNO_3)对生物炭进行化学改性,选择最佳改性方法。通过吸附试验得出用0.01 mol/L KMnO_4改性的生物炭除铀效果最佳。采用KMnO_4改性的生物炭对废水中的铀进行吸附,考察吸附剂投加量、溶液pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度等因素对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,当吸附剂投加量为0.3 g/L、U(Ⅵ)质量浓度为10mg/L、溶液pH=6、温度为25℃、吸附时间为120 min时,改性生物炭对U(Ⅵ)的去除效果最佳,吸附量达到32.57 mg/g,比未改性前提高了67.9%。对改性前后的生物炭进行了SEM、XRD、FTIR表征及表面含氧官能团测定、吸附动力学分析。结果表明,改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学方程及Langmuir等温吸附模型(决定系数R20.99)。这表明对溶液中铀的去除可能是化学沉淀作用的结果,改性后含氧官能团增加,对溶液中铀的去除也可能存在官能团络合作用与表面吸附,使吸附剂化学吸附能力增强,除铀能力提高。     

一株抗铬细菌的分离鉴定及其还原特性研究

拟通过筛选出高效还原Cr(Ⅵ)的菌株来修复铬污染土壤,从重庆废弃化工厂铬污染土壤中分离得到一株高效还原菌株,对该菌进行形态和生理生化特征研究,并结合分子生物学进行测序分析,同时对该菌在不同条件下还原Cr(Ⅵ)的能力进行检测,探讨了pH值、接种量、初始Cr(Ⅵ)质量浓度及温度对Cr(Ⅵ)还原的影响.结果表明,该菌株为革兰氏阳性杆菌,命名为NO.1.经形态和生理生化特征及16S rDNA序列比对分析,鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)(相似度为99％).该菌株具有较强的还原Cr(Ⅵ)的能力,在pH=8.0、接种量50％(体积分数)及30℃条件下,100 mg/L的Cr(Ⅵ)在处理3d后可基本被还原.研究表明,该细菌有望用于铬污染土壤的修复.     

Cr(Ⅵ)的微生物还原去除机理与应用研究进展

重点分析了Cr(Ⅵ)的微生物还原去除研究现状,包括报道发现的部分Cr(Ⅵ)还原菌种类及特性、微生物还原Cr(Ⅵ)的机理(电子供体、碳源、还原途径等)以及微生物还原在Cr(Ⅵ)污染水体治理中的应用研究进展,进一步探讨了该领域今后的研究热点与方向。     

零价铁基可渗透反应墙技术治理Cr(Ⅵ)污染地下水的研究进展

可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier, PRB)技术原位处理污染地下水是地下水治理领域的重要研究方向之一，以零价铁为填料的PRB在去除Cr(Ⅵ)污染地下水时具有显著优势。归纳总结了零价铁基PRB治理Cr(Ⅵ)污染地下水的反应机理，包括还原(主要作用)、吸附、共沉淀、微生物作用和铁腐蚀，并指出目前存在的反应性差和沉淀堵塞问题。硫化改性、双金属改性、负载碳材料和材料复配增强了零价铁对Cr(Ⅵ)的反应性能。耦合微生物菌(Cr(Ⅵ)还原菌、铁还原菌和硫酸盐还原菌等)治理方法由于更加绿色而受到越来越多的关注，但需注意微生物生长堵塞问题。电动治理技术强化了PRB被动捕获污染羽的能力并增强了PRB寿命。介绍了零价铁基PRB的渗透性能，并考虑水文地质条件、副反应以及二次污染等问题，以对未来研究做出展望，为零价铁基PRB技术治理Cr(Ⅵ)污染地下水的研究与应用提供参考。     

聚磷菌协同生物炭对水中U(Ⅵ)的去除特性及机理研究

低浓度含铀废水中铀的高效去除是铀矿冶安全生产过程中亟待解决的问题。生物吸附法是处理较低浓度重金属废水的高效廉价的方法之一。采用生物炭负载聚磷菌,制备了一种新型吸附剂,通过对比分析普通生物炭与负载聚磷菌生物炭对水中U(VI)的去除特性,结合BET、SEM及XPS等检测手段,考察聚磷菌对生物炭去除水中U(VI)的协同作用,探究低浓度铀废水处理新方法。结果表明,通过负载聚磷菌,生物炭能够快速降低水中U(VI)的浓度,去除率可达99.86%。BET及SEM表征手段表明,聚磷菌被固定在生物炭表面,负载聚磷菌的生物炭比表面积大大减小,但对铀的去除率反而增加。结合XPS结果可知,吸附后沉淀产物为四价铀和六价铀的混合物,表明聚磷菌对水中铀进行了还原、微沉淀,具有协同生物炭除铀作用。吸附动力学试验表明,该吸附过程符合准二级动力学模型;Freundlich吸附等温线模型能更好地描述吸附剂对铀的吸附行为。     

铬渣-煤矸石砖中Cr(Ⅵ)解毒机理研究

铬渣因所含Cr(Ⅵ)具有强氧化性而会对环境造成严重污染.本文采用自养煤矸石砖焙烧技术对铬渣进行无害化治理,对不同铬渣掺量的铬渣-煤矸石砖,进行铬的浸出毒性分析.通过试验得出,除铬渣掺量为15%的砖中六价铬浸出浓度超标外,其余铬的浸出浓度均小于国标规定,铬的解毒率都在95%以上.此技术对Cr的还原解毒为,在高温熔融条件下,煤矸石中的碳及随后产生的CO、H2、CH4等还原性物质与Cr(Ⅵ)化合物发生反应.铬渣、煤矸石及砖的X-粉晶衍射物相分析表明,砖中Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ)后,以类质同相方式进入辉石、尖晶石、铝硅酸盐等稳定物相,得以固化解毒.因此,还原后Cr的存在形式稳定,可以经受恶劣自然环境而不会重新溶出和造成二次污染,作为建材,可以安全利用.     

U(Ⅵ)在天然黏土介质中的分配系数及其影响因素研究

采用静态吸附法测定了铀(U)在黏土中的分配系数,并考察了固液比、pH值、U(Ⅵ)质量浓度和吸附时间等因素对分配系数的影响,分析了其吸附过程中的热力学和动力学,通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)探讨了相关吸附机理。结果表明,吸附在120 min时基本达到平衡,在pH=6时吸附效果最好,铀在黏土中的分配系数达到4.9×104mL/g,且黏土对铀的吸附过程符合Freundlich、Langmuir等温模型,准二级吸附动力学方程能很好地描述黏土对铀的吸附规律(R20.993)。铀的吸附分配系数随固液比增大先增大后减小。     

奇球菌(Deinococcus radiodurans)吸附U(Ⅵ)的试验研究

为了探讨奇球菌对铀的吸附特性,研究了pH值、吸附时间、菌体浓度、铀起始浓度和预处理奇球菌对铀吸附的影响,并考察了菌体上铀的解吸作用.结果表明,在pH值为4.0时,吸附量最大;30 min吸附基本达到平衡;吸附量与菌体浓度负相关,与铀起始浓度正相关,吸附量最大可达126.27 mg/g.经乙醇预处理的菌体,其吸附量有所上升.解吸试验表明,0.5 mol/L Na2CO3对铀的解吸率可达93.15%.与Langmuir吸附模型相比,奇球菌对U(Ⅵ)的吸附更符合Freundlich吸附等温式.     

生物硫铁复合材料对水中U(Ⅵ)的去除性能及作用机理

目前,生物材料处理含铀废水已成为研究热点,为此,对硫酸盐还原菌(SRB)产生的生物材料的性能进行研究。通过接种硫酸盐还原菌制备了生物硫铁复合材料,探讨了p H值、U(VI)初始质量浓度和温度对生物硫铁去除U(VI)的影响,对比了硫铁、活性生物硫铁和硫酸盐还原菌(SRB)对U(VI)的去除效果。采用环境扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、高分辨率透射电镜(TEM)-X射线能谱(EDS)分析了生物硫铁结构特性及其对U(VI)的去除机理。结果表明,当初始p H值为7.5、温度为35℃,U(VI)初始质量浓度为7.2 mg/L、生物硫铁投加量为0.1 g时对U(VI)的去除效果最好,12 h完成反应,去除率达99.5%。活性生物硫铁除U(VI)效果优于硫铁和SRB,表明活性生物硫铁中硫铁化合物和SRB同时对U(VI)产生吸附与还原作用,具有速度快、效率高等优点。生物硫铁中的硫铁化合物为无定形态和不规则角柱体,角柱体厚度为20~150 nm,长度为200 nm~1μm。TEM-EDS分析表明,生物硫铁除U(VI)机理有胞外吸附与胞内积累,铀占总元素的质量分数为9.70%,特征峰明显,生物硫铁具有良好的U(VI)去除能力。FTIR分析表明,与U(VI)作用的基团主要有羟基、羧基、磷酸基和C=O、C—N、P—O。     

某铀尾矿库渗水中铀的化学形态和影响因素模拟分析

铀尾矿库中铀是污染周边环境的主要根源,其半衰期长难以处置。本文以我国南方某铀尾矿库为例,利用地球化学模拟软件PHREEQC对尾矿库渗水铀的主要化学形态和影响因素进行模拟分析。结果表明:(1)尾矿库渗水中铀主要以正六价存在,约占总铀浓度的99.99%,且其6种主要化学形态所占百分比大小为:UO_2F~+UO_2F_2UO_2SO_4(UO_2SO_4)_2~(2-)UO_2~(2+)UO_2F_3~-。(2)铀的6种主要化学形态摩尔浓度在4.1pH值6.1受影响较小,而当pH值6.1时,摩尔浓度下降明显;温度除了对UO_2(SO_4)_2~(2-)的摩尔浓度影响较大之外,对铀的其他主要化学形态摩尔浓度影响较小。(3)随着p E值的增大,渗水溶液中U6+摩尔浓度减小,U~(4+)和U~(5+)摩尔浓度增加。(4)该场地下U~(6+)迁移占绝对优势,建议采用阻滞材料阻滞迁移。     

铀矿井排风口尾气对周边农田土壤放射性污染的预测

铀矿井尾气排风口周围土壤中放射性物质的累积性污染不容忽视,但目前处于监测和积累数据阶段.在对指数平滑法综合应用分析研究的基础上,根据某铀矿井排风口周边某一农田土壤中近10 a的铀(238U)质量比监测数据建立了指数平滑预测模型,对土壤放射性铀(238U)污染进行预测,并对预测结果进行了深入分析,精度达75%以上.预测结果表明,采用指数平滑法建立土壤放射性污染预测模型是可行的,具有一定的应用价值.铀矿井排风口尾气对周边土壤的放射性累积性污染呈逐年递增趋势,迫切需要采取一些切实可行的控制措施.     

铬污染土壤的固化稳定化及药剂还原的修复研究

采用室内模拟试验的方法,研究使用水泥为固化剂,石灰、粉煤灰为稳定剂,FeSO_4·7H_2O,Na_2S·9H_2O,Na_2SO_4为还原剂时,不同养护时间(5,7,14,21,28 d)、固化剂/稳定剂/还原剂不同添加量对铬污染土壤中六价铬浸出浓度的影响,来模拟对某铬污染产地的修复情况;并进行正交试验,得出最佳修复工艺。结果表明,随养护时间增加,添加固化剂、稳定剂可以固化/稳定化土壤,降低铬污染土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度,养护28 d期间,添加固化剂、稳定剂的土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度分别降低了99.4%~99.9%,64.3%~99.2%,3%~76.2%。在养护28 d时,随固化剂、稳定剂、还原剂的添加量增加,固化、稳定、还原效果相应增强,土壤Cr(Ⅵ)浸出浓度达到场地表层土壤的修复目标值45.37 mg/kg。正交实验表明最佳修复工艺为每修复200 g污染土壤,添加200 g水泥,100 g石灰,1.75倍的理论反应量硫酸亚铁。相关分析表明,固化剂水泥、稳定剂石灰的使用能够固化稳定铬污染土壤的Cr(Ⅵ),还原剂硫酸亚铁能将Cr(Ⅵ)还原为毒性较低的Cr(Ⅲ),从而达到修复铬污染土壤的目的。     

纳米α - Fe2O3微球对U(Ⅵ)的吸附特性研究

将海藻酸钠与纳米α-Fe2O3制成微球,用于吸附U(Ⅵ)。探讨了纳米α-Fe2O3含量、交联时间、pH值、投加量、浓度、温度等对吸附的影响。结果表明,pH值对U(Ⅵ)的吸附过程影响显著,适宜pH值为3。U(Ⅵ)在微球上的吸附量随着吸附时间的增加而增大,初始阶段(1.5 h)反应进行得很快,9 h时达到吸附平衡。当U(Ⅵ)初始质量浓度为10mg/L时,其饱和吸附量为2.64mg/g。准二级动力方程很好地拟合了吸附动力学数据,且R2>0.99。吸附率与温度呈正相关,Lang-muir与Freundlich吸附等温方程均能较好地拟合固定化微球对U(Ⅵ)的吸附过程(R2>0.99),但Freundlich等温线效果更好。吸附反应中ΔG<0,ΔH>0且小于40 kJ/mol,ΔS>0,这表明吸附过程能自发进行,为吸热反应。     

铀尾矿库中核素U(Ⅵ)的扩散迁移试验

利用自制的设备,采用水平土柱吸渗法,测定了不同参数土壤中铀溶液的质量浓度,通过Fick扩散第二定律推导的公式计算其扩散系数。并对比氯离子迁移试验,探讨了时间、距离、土质、孔隙度等对铀扩散的影响,进而研究尾矿库中核素U(Ⅵ)的运移扩散规律。结果表明:铀和氯离子在砂质土壤中的扩散均比在黏质土壤中快,氯离子在黏土中的扩散系数D=0.354×10~(-3)m~3/d,在砂土中的扩散系数D=1.830×10~(-3)m~3/d,铀在黏土的扩散系数D=0.950×10~(-3)m~3/d,在砂土中的扩散系数D=1.623×10~(-3)m~3/d;铀在土壤中的质量浓度随扩散时间延长逐渐增大,且与扩散距离呈比例关系;铀在土壤中的扩散系数随土壤孔隙度增大而变大。     

不溶性腐殖酸对U(Ⅵ)的吸附动力学和吸附热力学

以不溶性腐殖酸(Insolubilized Humic Acid,IHA)为吸附剂,去除废水中的U(Ⅵ).通过静态吸附试验,考察了pH值、时间、U(Ⅵ)初始质量浓度和温度等对吸附的影响,分析了吸附过程的动力学、热力学及等温吸附规律,并用红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)分析了吸附机理.结果表明:35℃下1.4 g/L的IHA在pH值为5时对10 mg/LU(Ⅵ)的去除率可达99.37％;IHA对U(Ⅵ)的吸附是自发的、放热的反应,符合Freundlich等温吸附方程,决定系数达0.99以上;吸附动力学过程符合准二级吸附速率方程,决定系数为1;IHA吸附U(Ⅵ)后表面形态发生了变化,与U(Ⅵ)相互作用的基团主要是羧基和酚羟基,综合看来,IHA吸附U(Ⅵ)的机理表现为离子交换.     

钙钛锆石和榍石基人造岩石固化铀的研究

以天然锆英石(ZrSiO4)、CaCO3、TiO2和UO2(NO3)2·6H2O为原料,通过高温固相反应,制备了包容铀(质量分数4.5 %)的钙钛锆石和榍石基人造岩石固化体.借助X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了其矿相组成和微观结构.采用MMC-1静态浸泡法和γ射线辐照方法测定了其抗浸出性能和抗辐照性能.结果表明,制备钙钛锆石和榍石基固化体的最佳合成及烧结温度为1 290 ℃.所得固化体结构致密,有较好的抗浸出性和辐照稳定性.     

甲基橙-Cr(Ⅵ)复合体系光催化反应的研究

以自制TiO2为光催化剂,在紫外光和可见光照射下,研究甲基橙(MO)-Cr(Ⅵ)复合体系的光催化反应.讨论了复合体系MO和Cr(Ⅵ)的质量配比、体系pH值、入射光波长、TiO2用量、焙烧温度以及改性TiO2对MO-Cr(Ⅵ)复合体系光催化的影响.结果表明:复合体系光催化受MO-Cr(Ⅵ)质量配比、入射光波长、体系pH值和TiO2焙烧温度影响较大.Cr(Ⅵ)-MO质量配比在2/3～2/5时二者光催化协同作用效果最好.复合体系下MO和Cr(Ⅵ)的光催化效果比单一体系有较大提高.可见光下,单一体系基本无反应,而复合体系可以顺利进行.体系pH=1,40 mg/L MO和20 mg/L Cr(Ⅵ)组成的50 mL混合液,采用80 mg (1.6g/L) 550℃焙烧的TiO2,λ≥420 nm可见光催化下,MO 40 min完全脱色,Cr(Ⅵ) 70 min完全被光催化还原.