碱/抗坏血酸活化分子氧氧化水中As（III）

研究了碱/抗坏血酸（H₂A）活化分子氧体系（碱/H₂A体系）氧化水中三价砷（As（III））的过程与机理.考察了pH、H₂A浓度、As（III）初始浓度、水中常见阴离子（Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-）和有机质富里酸对As（III）氧化效率的影响,通过自由基抑制实验及电子自旋共振（ESR）鉴定了体系中的活性氧物质（ROS）,并采用液相色谱-质谱分析技术鉴定了H₂A的降解产物.结果表明,在pH=9~12范围内,pH值越高,As（III）氧化速率越快;pH=10条件下,随着H₂A浓度从0.05 mmol·L^-1增加到1 mmol·L^-1,反应1 h后,As（III）氧化率从24%增加至92%.机理研究结果表明,H₂O₂是碱/H₂A活化分子氧体系中氧化As（III）的主要ROS,它主要来自碱性条件下H₂A与分子氧的单电子或双电子反应,同时,体系中H₂A也发生了氧化性降解.碱/H₂A体系可用于含砷废水的预处理,并与离子交换吸附方法联合,实现高效除砷.     

改性活性炭除亚砷酸盐的性能研究

制备了2种负载铁锰氧化物的改性活性炭（FM-GAC-1、FM-GAC-2）并研究其对水中的亚砷酸盐的去除性能.考察了2种改性活性炭除三价砷的吸附等温线、反应动力学及pH、温度、水中共存离子对其去除三价砷的影响,发现FM-GAC-1和FM-GAC-2对三价砷均有较好的去除效果,吸附容量分别为32.37、 26.67 mg·g^-1.吸附速率符合拟二级反应动力学,化学反应控制过程是改性活性炭除砷的限速步骤.pH值偏酸性有利于吸附的进行,温度升高,吸附容量有所下降,该吸附过程是自发的放热过程.同时,水体中的共存阴离子在其浓度值为三价砷的200倍时,SiO^2-₃、 PO^2-₃、NO^-₃对FM-GAC-1吸附三价砷有明显影响; SiO^2-₃、CO^2-₃对FM-GAC-2吸附三价砷有显著影响.总体上讲,FM-GAC-1较FM-GAC-2有更为优异的去除三价砷性能.     

磁性CeO2-Fe3O4复合材料光催化/吸附去除水中As(III)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO₂半导体的光催化活性及CeO₂和Fe₃O₄对As（V）的强亲和力,合成了双组份磁性CeO₂-Fe₃O₄复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始pH值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O₂^-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As（Ⅲ）能完全被氧化为毒性较低的As（V）,同时将As（V）高效吸附于CeO₂-Fe₃O₄粒子表面.在中性条件下,CeO₂-Fe₃O₄粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g^-1.共存离子Cl^-和SO₄^2-对As（V）的吸附没有显著影响,而CO₃^2-、SiO₃^2-和PO₄^3-与As（V）存在明显的竞争吸附,使As（V）的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As（V）的吸附以化学吸附为主导.CeO₂-Fe₃O₄复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

纳米零价铁颗粒去除As(III)和As(V)的动力学过程及性能研究

本研究系统分析了不同初始砷浓度和不同nZVI投加量等条件下,nZVI去除As（III）和As（V）的动力学过程和除砷性能.结果表明,nZVI可快速有效地去除As（III）和As（V）,除砷过程均符合准二级动力学模型,且As（III）的去除速率明显快于As（V）.在砷浓度为5 mg·L^-1时,As（III）去除速率常数达最大值0.30 g·mg^-1·min^-1,为As（V）去除速率（0.034 g·mg^-1·min^-1）的8.8倍.Weber-Morris粒子内扩散模型拟合结果表明,nZVI除砷速率是由外扩散和颗粒内扩散共同控制的.分析反应平衡时砷浓度测定结果,发现不同砷浓度条件下nZVI对As（III）的去除量为As（V）的1.5~2.6倍,nZVI对砷的去除量随初始砷浓度增加而降低,随nZVI投加量增加而增加.砷浓度为50.0 mg·L^-1时,As（III）和As（V）去除量达到最高,分别为152.14 mg·g^-1和62.02 mg·g^-1,均高于传统（羟基）氧化铁对As（III）和As（V）的去除量.因此,nZVI可高效去除水中As（III）和As（V）,且用于修复以As（III）污染为主的地下水更具有优势.     

锰氧化物负载施氏矿物去除酸性矿山废水中As(III)的性能及机理

施氏矿物是天然的砷吸附剂,但其存在酸性条件下对As(III)吸附性能较弱且无法对As(III)氧化降毒的缺陷. 采用液相沉淀法成功制备出锰氧化物负载施氏矿物(MnO_x@Sch),研究锰负载量、初始pH值和共存离子对MnO_x@Sch去除As(III)的影响,并采用吸附动力学结合XPS、FTIR及TEM等表征探究该过程的机理. 结果表明:在初始pH=3、投加量为0.5 g·L^-1、As(III)初始浓度为1 mg·L^-1的条件下,As(III)与MnO_x@Sch反应后的剩余浓度仅为2.42~3.38 μg·L^-1.MnO_x@Sch去除As(III)受初始pH影响较小,H₂PO₄^-共存时As(III)去除存在明显的抑制作用. MnO_x@Sch 去除As(III)的过程符合准二级动力学方程和颗粒内扩散方程. 液相化学组分和固相产物表征分析显示MnO_x@Sch对As(III)的去除机理可概括为As(III)氧化、静电吸附和络合配位及配体交换. 研究结果可为施氏矿物及其改性材料应用于酸性矿山废水砷污染治理提供理论依据.     

不同水化学因素对砷在河砂上的吸附影响研究

河岸带作为一种常见的地下水和地表水相互作用带,砷在其主要含水层介质中的行为特征及其影响因素较少有研究报道.基于此,采集河岸带河砂开展室内实验,查明砷在河砂上的吸附动力学和等温吸附特征,重点探究不同pH、氧化还原条件和共存离子对砷与河砂相互作用的影响.结果发现：As（Ⅲ）和As（V）在河砂上的吸附过程符合准二级动力学模型,均能很好地用Langmuir和Freundlich模型拟合（R²>0.99）;随着pH值（3~11）的增大,河砂对As（Ⅲ）和As（V）的平衡吸附量（q_e）逐渐减小;相对于有氧环境,缺氧环境下q_e较低且随着初始S^2-含量的增加而逐渐减小;整体上,共存阴离子对河砂吸附砷存在抑制作用,顺序为：PO₄^3- > SiO₃^2- > S^2->HCO₃^- > SO₄^2- > NO₃^-,共存阳离子对河砂吸附砷具有促进作用,顺序为：Fe³⁺>Fe²⁺.     

FeMnNi-LDHs对水中As(Ⅲ)的吸附性能与机制

稳定和高效地去除地下水中的As（Ⅲ）仍然是一个具有挑战的全球性问题.本研究以Fe、Mn和Ni这3种元素作为层板阳离子,采用共沉淀法制备出三金属层状双氢氧化物FeMnNi-LDHs,利用XRD、TEM、FT-IR和XPS等技术对其结构进行表征,并探讨其对水中As（Ⅲ）的吸附去除能力与机制.结果表明,FeMnNi-LDHs具有层状双氢氧化物的典型特征峰,峰型尖锐,结晶度高,TEM图像也显示有明显的层状结构.其对As（Ⅲ）的吸附动力学符合准二级动力学模型,等温吸附曲线符合Freundlich等温方程,45℃时最大吸附量为240.86 mg·g^-1,明显高于其他层状双氢氧化物.在pH为2~9范围内,FeMnNi-LDHs对As（Ⅲ）均有较好的吸附效果.水中共存PO₄^3-和CO₃^2-离子对As（Ⅲ）存在竞争吸附,而NO₃^-、Cd²⁺和Pb²⁺影响较小.其去除吸附机制主要为氧化、离子交换和配位络合,其中Mn在As（Ⅲ）的氧化过程中有重要贡献.制备出的FeMnNi-LDHs对水中As（Ⅲ）的吸附去除和毒性控制具有良好的应用潜力.     

载铁(β-FeOOH)球形棉纤维素吸附剂去除地下水As(Ⅴ)的研究

制备了一种载铁(β- FeOOH)球形棉纤维素吸附剂,球珠孔隙度大,强度好,活性成分铁的载入量可高达360mg/mL ,(质量分数达50%) ,活性好.研究表明,当铁含量为220mg/mL时,该吸附剂对As(V)的最大吸附量为15.6mg/mL(33.2mg/g) ,Langmuir和Freundlich方程能很好地描述吸附等温线.吸附速度较快,10h可达到吸附平衡,吸附动力学符合Lagergren二级方程.SiO₃^2- ,SO₄^2-,Cl^-干扰离子均不影响砷的去除.柱吸附实验表明,空床停留时间为5.9min ,进水As(V)浓度为500μg/L时,As(V)的穿透体积为5000BV .吸附剂可以用1.5mol·L^-1 NaOH再生,洗脱和再生效率可达90%以上.活性成分β-FeOOH形态稳定,柱操作和再生时铁无溶出.吸附剂制备方法简单,新颖,对地下水和饮用水砷去除具有较好的应用前景.     

垃圾渗滤液配水对UASB-ANAMMOX反应器进行二次启动的研究

通过温度和进水控制对UASB-ANAMMOX反应器内的ANAMMOX菌的反应活性进行充分抑制后,采用垃圾渗滤液配水来进行二次启动.结果表明,二次启动的时间相对较快,在第21 d的 NH^＋₄-N的去除率就可以达到96 .17%,NO^-_２-Ｎ的去除率达到86 .77%;由于反硝化的协同作用降低使得COD的去除率有下降的趋势,平均去除量只有60 mg/Ｌ; 反应启动过程中的平均三氮比即去除的NH^＋₄-N∶去除的NO^-_２-Ｎ∶生成的NO^-_３-Ｎ=1∶0 .75∶0 .26; 反应成功进行二次启动后的平均三氮比即去除的NH^＋₄-N∶去除的NO^-_２-Ｎ∶生成的NO^-_３-Ｎ=1∶0 .95∶0 .26,三氮比中的亚硝氮去除比率较大幅度上升.     

限NH4+和限NO2-厌氧氨氧化系统的运行特性及微生物种群特征

在控制进水TN浓度<50 mg·L^-1、水力停留时间为2.0 h和水温为20℃条件下,采用连续流完全混合式反应器对比研究了限NH₄⁺和限NO₂^-厌氧氨氧化系统的脱氮效能及微生物种群特征.结果表明,尽管两厌氧氨氧化反应器维持了类似的TN去除负荷［0.45~0.5 kg·（m³·d）^-1］和TN去除率（70%左右）,但限NH₄⁺厌氧氨氧化反应器中ΔNO₃^-/ΔNH₄⁺呈现更快的上升趋势.批式试验及高通量测序结果表明,限NH₄⁺厌氧氨氧化反应器比限NO₂^-反应器具有更为显著的功能及微生物种群空间异质性.Candidatus_Brocadia是两反应器中的优势厌氧氨氧化菌属,限NH₄⁺条件下Candidatus_Brocadia在大粒径颗粒污泥中的富集水平（53.9%）显著高于絮体污泥（19.1%）;而在限NO₂^-条件下颗粒污泥与絮体污泥中Candidatus_Brocadia的相对丰度差别不大,分别为28.1%和21.3%.两反应器中均有Nitrospira存在且主要生存于絮体污泥中,对O₂的需求应是驱动Nitrospira于絮体污泥中生长的关键因素;此外,限NH₄⁺（即NO₂^-富余）环境可以促进Nitrospira的生长繁殖.综上,提出了基于选择性排泥的限NH₄⁺厌氧氨氧化系统优化运行策略.     

硫和石英砂比对自养填充床反应器去除高浓度高氯酸盐的影响

运行不同硫和石英砂体积比的3个自养填充床反应器R1(2∶1)、R2(1∶1)、R3(1∶2)去除模拟高浓度高氯酸盐(ClO_4~-)污染水,在不同进水ClO_4~-浓度和水力停留时间(HRT)下研究反应器的ClO_4~-去除效果、动力学及生物膜生长规律.结果表明,ClO_4~-去除率随着ClO_4~-浓度的提高和HRT的减小而下降,且R1R2R3;当HRT为3.2 h,进水ClO_4~-浓度为300mg·L-1时,R1达到最大去除负荷2.18 kg·(m3·d)-1;3个反应器ClO_4~-去除均符合半级动力学,反应速率常数1/2K1/2v分别为8.036、6.596、4.212 mg1/2·(L1/2·h)-1;硫歧化反应使出水SO_4~(2-)浓度高于理论值,硫歧化反应随着ClO_4~-浓度的提升和HRT的下降受到抑制,R3出水SO_4~(2-)浓度最低,歧化反应最弱;出水p H和碱度随着进水ClO_4~-浓度和HRT的增大而减小,且R3一直较高;R2、R3挂膜效果好于R1,胞外聚合物(EPS)的分泌可以促进生物膜生长,且分泌量随着HRT的减小而减少.     

电吸附技术去除水中磷酸盐离子的研究

水体富营养化是世界各国面临的重大环境污染问题.水中的磷酸盐作为水体富营养化的关键因素,如何有效去除日益引起研究者的关注.本研究利用电吸附技术处理水中PO_4~(3-)、HPO_4~(2-)和H_2PO_4~- 3种常见磷酸盐离子,并分析电吸附和脱附的特性及机理.实验得到电吸附处理K_3PO_4时,离子去除率最大,但脱附率最差,这严重影响电吸附电极的再生性.K_3PO_4溶液中存在大量的OH~-,炭电极对KOH产生物理吸附,该吸附类型比电吸附的双电层吸附难脱附.添加少量HCl调节磷酸盐的pH,减少OH~-,将溶液中PO_4~(3-)转化为HPO_4~(2-)和H_2PO_4~-,可以提高电极的脱附率,增加电极的循环使用效率,同时可增加溶液中磷含量的去除率.炭电极电吸附K_3PO_4+HCl溶液时,电极的再生性良好,连续循环四次,离子去除率由28.7%降为26.6%.     

新型材料磁性氧化锆的除氟效能

采用一步共沉淀法制备了磁铁矿纳米颗粒为核和水合氧化锆为壳的磁性氧化锆材料,研究了其除氟性能.结果表明,磁性氧化锆对氟的Langmuir最大吸附量为35. 46 mg·g~(-1),远高于磁铁矿、活性氧化铝和活性炭.磁性氧化锆对氟的吸附过程较快且吸附动力学数据符合准二级动力学模型,吸附过程为吸热反应.磁性氧化锆对氟的吸附量随pH升高而降低. Cl~-、NO_3~-和SO_4~(2-)的共存对磁性氧化锆除氟没有明显影响,而HCO_3~-和CO_3~(2-)明显抑制氟的吸附.磁性氧化锆吸附的氟可通过1mol·L~(-1)NaOH成功脱附,脱附率99. 5%～99. 6%.脱附后的磁性氧化锆经过再生处理可继续使用.磁性氧化锆对实际井水中的氟的去除效果低于纯水,但适当增加投加量仍可以达到饮用水标准对氟浓度的要求.磁性氧化锆制备简单、使用后可从水中磁分离从而可反复使用,因此是一种有较好应用前景的除氟材料.     

“异养-硫自养”组合工艺去除高浓度高氯酸盐特性

通过运行双室的异养-硫自养联合反应器(下部为异养区、上部为自养区),去除高浓度高氯酸盐(ClO_4~-)废水.考察不同进水碳氯比(C/Cl)和ClO_4~-浓度条件下,ClO_4~-的降解特性及出水硫酸盐(SO_4~(2-))浓度.结果表明,通过调节进水C/Cl比由2~1,反应器在36 d快速成功启动;进水ClO_4~-浓度由250 mg·L~(-1)提升至400 mg·L~(-1)时,微生物对高浓度ClO_4~-表现出良好的耐受性,ClO_4~-的去除率始终稳定在95%以上;通过调整C/Cl比至1.2,可减少自养区ClO_4~-负荷,使出水SO_4~(2-)浓度降至250 mg·L~(-1)以下.此外,本研究证实了细菌分泌的溶解性有机物中色氨酸和酪氨酸是造成自养区出水TOC升高的原因.由于采用异养-硫自养联合工艺,控制碳源的投加,从而减少了异养区污泥的产量;同时,异养区产生碱度可以平衡自养区产生的酸度,减少了自养过程中碱度的投加;异养区产生碳酸盐也可以作为自养区的碳源,实现了异养区和自养区功能上的"互补".     

Absorption characteristics of elemental mercury in mercury chloride solutions

Elemental mercury （Hg^0） in flue gases can be efficiently captured by mercury chloride （HgCl2） solution. However, the absorption behaviors and the influencing effects are still poorly understood. The mechanism of Hg^0 absorption by HgCl2 and the factors that control the removal were studied in this paper. It was found that when the mole ratio of Cl^- to HgCl2 is 10：1, the Hg^0 removal efficiency is the highest. Among the main mercury chloride species, HgCl3^- is the most efficient ion for Hg^0 removal in the HgCl2 absorption system when moderate concentrations of chloride ions exist. The Hg^0 absorption reactions in the aqueous phase were investigated computationaIIy using Moller-Plesset perturbation theory. The calculated Gibbs free energies and energy barriers are in excellent agreement with the results obtained from experiments. In the presence of SO3^2- and SO2, Hg^2＋ reduction occurred and Hg^0 removal efficiency decreased. The reduced Hg^0 removal can be controlled through increased chloride concentration to some degree. Low pH value in HgCla solution enhanced the Hg^0 removal efficiency, and the effect was more significant in dilute HgCl2 solutions. The presence of SO4^2- and NO3^- did not affect Hg^0 removal by HgCl2.     

厌氧膜生物反应器耦联部分亚硝化/厌氧氨氧化用于污水处理研究

本研究构建了厌氧膜生物反应器（AnMBR）-部分亚硝化/厌氧氨氧化（PN/Anammox）污水处理工艺,以探究AnMBR-PN/A工艺处理效果最佳的水力停留时间（HRT）.AnMBR将厌氧生物处理与膜分离技术相结合实现有机物去除,AnMBR出水NH₄⁺-N通过PN部分转化为NO₂^--N,最终通过NO₂^--N氧化剩余NH₄⁺-N去除.实验结果表明：在HRT=11.2 h时,AnMBR-PN/A工艺化学需氧量（COD）去除率稳定在97%以上,COD转化为CH₄效率超过77.5%,总氮（TN）去除率为78%,出水COD和TN浓度分别低于14和11 mg·L^-1.AnMBR段COD去除率达到95%,平均甲烷产率为0.39 L·L^-1·d^-1.PN段实现了NO₂^--N的高效积累,其出水中NO₂^-/NH₄⁺为0.91±0.11.Anammox段出水中的NO₂^--N、NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度分别低于1.0、4.9和5.1 mg·L^-1.高通量测序结果表明PN段氨氧化菌主要为Nitrosomonas,丰度为7.09%,Anammox段主要微生物为Candidatus Brocadia,丰度高达21.01%.本研究构建的AnMBR-PN/A工艺实现了污水处理过程的高效能源回收和深度自养脱氮,研究成果为工程应用提供了理论支撑.     

膨润土负载纳米铁/镍还原阿莫西林的环境影响因素研究

采用液相还原法制备膨润土负载纳米铁/镍(Bent-Fe/Ni)用于还原阿莫西林,研究了不同浓度的阴离子(SO2-4、HCO-3)和阳离子(Ca2+、Cu2+)对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林的影响.结果表明,SO2-4、HCO-3浓度对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林的影响较大,当其浓度分别为0和500mg·L-1时,阿莫西林的去除率分别为93.7%和21.5%(SO2-4),以及93.7%和5.8%(HCO-3);Ca2+对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林起到抑制作用,当其浓度为0和500 mg·L-1时,阿莫西林的去除率分别为93.7%和77.8%;低浓度的Cu2+对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林起到促进作用,而高浓度的Cu2+对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林起到抑制作用,当其浓度为0、10和100 mg·L-1时,阿莫西林的去除率分别为93.7%、94.8%和86.7%.     

La-腐殖酸/Al_2O_3凝胶复合物的制备及其氟吸附性能

以腐殖酸钠为原料,采用凝胶聚合法制备La-腐殖酸/Al2O3凝胶复合物(标记为LHAGC).用N2吸附-脱附试验,XRD,SEM,IR表征吸附剂的结构和形貌,并通过静态吸附试验探讨了LHAGC对水中F-的吸附性能以及吸附饱和LHAGC的再生方法.试验结果表明,LHAGC对F-等温吸附数据与Langmuir吸附等温方程拟合较好,最大吸附容量为219.30 mg·g-1,吸附过程符合准2级动力学方程,液膜扩散和颗粒内扩散过程控制着吸附速率;在p H值为5~11时,F-吸附率较高;当水中Cl-、NO-3、SO2-4、HCO-3或PO3-4以F-质量浓度的15倍存在时,F-吸附率仍能达到94%以上,LHAGC表现出较强的抗干扰能力.将F-吸附饱和的LHAGC用浓度为10-1mol·L-1的Na OH溶液进行脱氟,再用Al Cl3溶液将脱氟后LHAGC表面中和至p H值为5时所获得的再生吸附剂,再生率可达96.08%,由此表明LHAGC的潜在应用前景.     

SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究

以模拟废水为研究对象,对SBR双颗粒污泥系统的脱氮除磷性能进行了考察.试验结果表明,A₂N双颗粒污泥系统能使硝化菌和聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长,有利于系统脱氮除磷的稳定和高效运行,可控制性也得到了提高.在COD为300 mg·L^-1条件下,系统对COD的平均去除率达到78.8%,大部分COD被聚磷菌用来合成PHA;当溶解氧控制在3.55~4.90 mg·L^-1和5.60~6.60 mg·L^-1之间时,硝化SBR对氨氮的去除率分别为87.0%和94.5%.除磷SBR仅设置缺氧段时,磷去除率为72%;增设后曝气段后,磷去除率增至85%.NO_x^--N(NO₂^--N+ NO₃^--N)的去除主要发生在缺氧段,在反硝化除磷时作为电子受体被去除,平均去除率为90.6%.     

Universally improving effect of mixed electron donors on the CO2 fixing efficiency of nonphotosynthetic microbial communities from marine environments

The universality of improved CO2 fixing upon the addition of mixed electron donors（MEDs）composed of Na2 S,NO2-,and S2O32-to non-photosynthetic microbial communities（NPMCs）obtained from 12 locations in four oceans of the world was validated. The CO2 fixing efficiencies of NPMCs were universally enhanced by MED compared with those obtained using H2 alone as electron donor,with average increase of about 276%. An increase in microbial inoculation concentration could increase the net amount of CO2 fixing to853.34 mg/L in the presence of MED. NO2-and S2O32-may play the roles of both electron acceptor and electron donor under aerobic conditions,which may improve the energy utilization efficiency of NPMC and enhance the CO2 fixation efficiency. The sequence determination of 16 S ribosomal deoxyribonucleic acid（rDNA） from 150 bacteria of NPMC showed that more than 50% of the bacteria were symbiotic and there were many heterotrophic bacteria such as Vibrio natriegens. These results indicate that NPMC acts as a symbiotic CO2 fixing system. The interaction between autotrophic and heterotrophic bacteria may be a crucial factor supporting ladder utilization and recycling of energy/carbon source.