磁性氨基功能化生物炭对水中Cr（Ⅵ）的吸附去除特性及机制

采用静态吸附实验方法,以一步水热碳化法制备的磁性氨基功能化生物炭(Fe₃O₄@C-NH₂)为吸附剂,重点考察了p H、共存离子对水中Cr(Ⅵ)去除性能的影响,并结合光谱学分析探究了Cr(Ⅵ)的吸附去除机制.结果表明,Cr(Ⅵ)去除率随p H值升高而降低,p H为2时Cr(Ⅵ)去除率高达95.8%;总铬去除率随p H值变化特征与Cr(Ⅵ)一致,但p H为2时总铬去除率为81.8%.Cr(Ⅵ)去除率随SO₄^2-浓度增加而降低,总铬去除率随SO₄^2-浓度变化趋势与Cr(Ⅵ)基本相同,但Cr(Ⅵ)去除率显著高于总铬.准二级动力学模型可以很好地描述Fe₃O₄@C-NH₂对Cr(Ⅵ)的吸附行为.除离子交换、孔填充、氢键及静电作用外,吸附去除Cr(Ⅵ)的主要机制是配位和还原作用.     

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%.     

电场辅助活性炭吸附法去除水中的Cu2+

通过电场辅助活性炭吸附水中的Cu²⁺,分析吸附机理,pH值对Cu²⁺吸附的影响以及活性炭电极的再生性.结果表明,活性炭电极添加电场后,Cu²⁺的去除率明显提高,当活性炭电极间施加1.0V电压时,Cu²⁺的去除率提高了223.5%.通过Langmuir和Freundlich吸附等温线模型分析,添加电场后,活性炭电吸附Cu²⁺主要是带电活性炭表面形成的双电层作用,而不仅仅是活性炭表面化学吸附点位.pH值对电场辅助活性炭吸附水中Cu²⁺的影响极大,pH值太低时,水中H⁺会与Cu²⁺竞争活性炭表面化学吸附点位以及双电层点位.研究发现采用电极短接方式可提高Cu²⁺后的脱附率及脱附速率,脱附率达到79.1%.通过FTIR图谱可知,表面官能团-COOH和-C=O吸附的Cu²⁺难以脱附出来,但得益于此,再循环吸附-脱附2~4次时,主要以双电层静电吸附为主,脱附效率提高,电极的再生性良好.     

复合制剂对富营养化水体中氮磷的去除效果

利用等温吸附模型评价了沸石粉的吸氨性能,结果表明该沸石粉易于吸附NH₃-N. 在此基础上,研究获得了一种有效去除富营养化水体中氮磷污染物的复合制剂. 该复合制剂成分为沸石粉和聚合氯化铝,其最佳质量配比为95∶5. 在ρ(NH₃-N)和ρ(TP)分别为10和1 mg/L的模拟水样中,复合制剂投加量越大对NH₃-N和TP的去除率越大,但去除率增大趋于缓慢;当接触时间为4 d时,复合制剂趋于达到吸附平衡,NH₃-N和TP的去除率基本达到最大. 复合制剂除磷效果受pH影响明显,在pH为7时,其对氮磷的去除效果最佳;随着温度的升高,复合制剂对NH₃-N和TP的去除效果略有提高. 将复合制剂用于实际污染河水中,其对NH₃-N,TP和浊度的去除效果明显,同时也能去除少量的COD_Cr. 在对富营养化水体的修复中,投加复合制剂可以作为修复工程的辅助技术进行应用.      

处理低污染河水的湿地内氮迁移转化过程模拟

为了明确以低污染河水为原水的人工湿地中的主要脱氮机制以及氮素的归趋形式,以洱海流域邓北桥湿地工程为研究对象,根据湿地内发生的生物反应、物理吸附以及沉淀等过程,建立了生态动力学模型,模拟湿地中氮素的迁移转化. 结果显示,所建模型能较好地模拟出水中ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(ON)(ON为有机氮)的变化趋势,效率系数(R)分别为50.2%、67.6%、81.2%. 通过对湿地氮素迁移转化与去除量的模拟结果分析,确定了湿地除氮的主要机制为硝化、反硝化、植物吸收. 反硝化作用可以去除进水中50.0%的TN,植物吸收可以去除进水中11.0%的TN,底泥则可以吸附进水中3.5%的TN. 模拟得到硝化速率平均值、反硝化速率平均值、植物吸收氮速率平均值分别为0.234、0.438、0.050 g/(m3·d).      

溴离子和溴酸盐活性炭竞争吸附及溴酸盐生成影响

采用3种活性炭对水体中溴离子和溴酸盐的吸附去除规律进行了考察.结果表明,单吸附条件下溴离子和溴酸盐的吸附去除效率分别达到69%和88%以上,双吸附质条件时溴离子去除率减少到10%.溴酸盐去除率为60%以上;有机物与溴酸盐之间存在竞争吸附关系,AC-400的孔径分布条件更适合于有机物的吸附过程.而不利于溴酸盐的吸附,在低浓度平衡溶液条件下(ce＜72 mg·L-1),AC-100对有机物的吸附能力较高,在溶液平衡浓度72mg·L-1＜ce＜211 mg·L-1条件时,AC-150对有机物的吸附能力较强,影响程度取决于活性炭比表面积和粒度分布等因素;溴酸盐的去除效率同时受到水体中氨含量和pH的影响,氨含量超过200μg/L以上溴酸盐减少量变化不显著,较低pH值溴酸盐生成量较少.     

稳定型UiO-66-(COOH)2对Cs+的有效吸附

采用水浴法合成了具有孔道结构、高稳定性和多活性位点的固体吸附材料UiO-66-(COOH)₂.通过考察接触时间、温度、起始浓度、干扰离子等因素，评估了UiO-66-(COOH)₂对放射性铯离子(Cs⁺)的吸附性能.试验表明，吸附过程遵循二级动力学和Langmuir吸附等温线模型，在313 K条件下，最佳吸附容量和去除率分别达到90 mg·g^-1和60%.结构表征验证了吸附过程是在Cs⁺与有机连接体中羧酸根的质子交换以及与金属节点的离子交换的共同作用下进行的.值得注意的是，材料吸附Cs⁺后仍能保持其化学和热稳定性；同时，在钠和钾干扰离子共存时，UiO-66-(COOH)₂对Cs⁺仍表现出较高的选择性(S_Cs/M=5)和去除效率(58%).本文的研究结果可为用于核废水处理、放射性污染和放射性同位素回收的新型材料的设计提供重要参考与借鉴.     

混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透组合工艺对页岩气返排液水质净化效能分析

页岩气返排液中部分小分子有机物如二甲基苄胺（DMBA）、吲哚啉和6-甲基喹啉较难去除,采用混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透组合工艺处理页岩气返排液,探究了其有机、无机组分的去除规律。结果表明:混凝-臭氧-超滤-反渗透组合工艺对离子的去除率为96.7%~99.86%,对DOC和UV₂₅₄的去除率分别为98.7%和99.13%,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉去除率分别为82.02%、98.02%和97.67%;混凝-吸附-超滤-反渗透组合工艺对离子的去除率为95.99%~99.86%,对DOC和UV₂₅₄的去除率分别为95.31%和97.54%,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉去除率分别为70.19%、94.70%和87.93%。混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透工艺可有效去除返排液中的离子、DOC和UV₂₅₄,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉的去除效果显著,有利于返排液的外部回用。     

复合高分子凝胶在重金属废水处理中的应用

研究了以海藻酸钠(SA)与聚丙烯酸钠(PAAS)交联形成的复合高分子凝胶对废水中重金属离子的去除性能。讨论了凝胶用量、吸附时间、p H范围等因素对去除率的影响,并比较了复合凝胶对各种离子的去除率大小。结果显示该复合高分子凝胶对Cu2+、Pb2+、Cr3+3种重金属离子的去除效果明显。吸附时间达到4 h后,3种离子均可达吸附平衡。当用量增加到462.5 mg/L对Pb2+、Cr3+的去除率可分别达到最大值98.7%和99.5%,当用量增加到1 387.5 mg/L对Cu2+的去除率达最大值98.1%。溶液的p H为4~8时,对3种离子均有较高的去除率。结果表明以SA-PAAS复合高分子凝胶吸附去除废水中的重金属离子是可行的。     

海藻酸钙包覆纳米Ni/Fe颗粒用于同时去除水中铜离子和氯苯

基于纳米铁系材料易团聚、使用寿命短等缺点,本文利用"绿色"、可降解的海藻酸钙包覆Ni/Fe纳米颗粒(CA-Ni/Fe NPs)同时去除水溶液复合污染物铜离子和氯苯.结果发现,降解120 min后,CA-Ni/Fe NPs对混合液中初始浓度为50 mg·L-1铜离子的去除率为85.9%,而对于50 mg·L-1氯苯的去除率则为95.7%.这说明由于纳米Ni/Fe催化剂的高反应活性,CA-Ni/Fe NPs可以用于同时去除复合污染物.实验同时发现,铜离子和氯苯的去除率均随着体系温度、投加量、pH值的升高而增大.动力学和热力学实验研究表明,铜离子和氯苯的同步去除符合伪一级动力学,并且是化学吸附占主导的反应,提出了CA-Ni/Fe NPs对氯苯脱氯降解和还原铜离子的机理.将CA-Ni/Fe NPs用于处理废水,经过3次使用之后同时去除水溶液中铜离子和氯苯的效率分别维持在83.8%和91.7%.     

纳米钯铜改性毛竹炭三维电催化还原水中硝酸盐氮的机理研究

为揭示三维粒子电极对电催化还原水中硝酸盐氮(NO₃-N)的贡献及机理,以毛竹生物炭为模板,通过钯铜盐浸渍、焙烧及氢气有限表面还原等手段,制备了纳米钯铜改性毛竹炭(Nano-Pd/Cu-BC),以其为三维粒子电极搭建三维电催化还原体系,以强化传统电催化还原体系(无三维粒子电极)对NO₃-N的去除效果. 结果表明:①制备的Nano-Pd/Cu-BC保留了毛竹天然的遗态分级多孔结构特征,表面存在均匀分散的纳米Pd0和纳米Cu0金属粒子. ②三维电催化还原体系对水中NO₃-N具有更高的去除率,在反应240 min内,对NO₃-N的质量催化活性达0.069 mg/mg,较传统电催化还原体系提升5.35倍. ③三维电催化还原体系N₂的生成率为13.4%,较传统电极电催化还原体系提升2.84倍. 研究显示,采用Nano-Pd/Cu-BC搭建的三维电催化还原体系可以提升水中NO₃-N的去除率和N₂生成选择率.      

脉冲与直流电场对厌氧氨氧化脱氮效果的影响

脉冲电场目前主要运用于食品、医疗灭菌等领域,其被广泛认可的灭菌机制为电穿孔理论。基于此,在较低电压和频率下脉冲电场可改变细胞通透性的同时能保证细胞不被灭活。为了探究脉冲电场对厌氧氨氧化脱氮效果的影响,将不同类型的电场分别施加在反应器中,以进出水NH₄+-N、NO₂--N浓度及微生物细胞结构为检测指标,考察各条件下的脱氮效果。结果显示,施加脉冲电场组能有效维持厌氧氨氧化反应的稳定,TN去除率可达到80%以上,相较于施加直流电场组和空白电场组,TN去除率分别提高了60%和20%。同时,脉冲电场组的微生物结构较直流电场组和空白电场组更加完整,表明脉冲电场能有效促进厌氧氨氧化脱氮效果并维持反应系统稳定。     

微电解-电极生物膜法在污水深度处理中的应用

为考察微电解-电极生物膜法的污水深度处理效果,以受污染河水为处理对象,以碳素纤维作为微电解和电极生物膜的电极材料,研究微电解和电极生物膜的污水处理特点及运行条件. 结果表明:微电解可有效去除污水中PN(颗粒态总氮)、PP(颗粒态总磷)、DTP(溶解性总磷)和NH₃-N,去除率分别达到94%、95%、93%和98%;其中DTP的去除以与微电解产生的Fe2+的沉淀反应为主,NH₃-N的去除以硝化反应为主. 微电解提高了有机物的去除率,但对DTN(溶解性总氮)的去除率较低. 电极生物膜能有效去除污水中的NO₃--N,对不同进水水质的适应性较强,脱氮以自养反硝化为主,异养反硝化可有效去除剩余有机物,ρ(NO₃--N)低于45.0 mg/L的污水经过电极生物膜处理后,NO₃--N可被完全去除. 在HRT(水力停留时间)为8 h、电流密度为0.10 mA/cm2的条件下,微电解-电极生物膜法对各种污染物去除效果显著,工艺运行稳定,出水ρ(TN)和ρ(COD_Mn)平均值均低于0.5 mg/L,ρ(TP)低于0.05 mg/L,浊度小于1.0 NTU,可实现污水的深度处理.      

南海东北部间隙水营养盐的空间分布及其交换通量

为探究南海东北部沉积物间隙水中生源要素的分布规律及其对海洋生态环境的影响,于2014年10月至11月秋季,对南海东北部海区5个站位的沉积物间隙水中营养盐的含量及其空间分布进行现场采样分析。结果发现,沉积物间隙水中NH₄-N、NO₃-N、NO₂-N、PO₄-P、SiO₃-Si的平均含量分别为:25.20、11.62、3.05、7.42、305.8μmol/L。其中SiO₃-Si和NH₄-N是沉积物间隙水中含量最大的两种组分,且NH₄-N占无机氮的比例为57.4%~75.1%,是溶解无机氮的主要成分。通过实验室培养对沉积物-水界面营养盐的交换通量进行估算,估算的营养盐NH₄-N、NO₃-N、NO₂-N、PO₄-P的平均交换通量分别为:8.34、1.89、-0.89、0.41μmol/m2/d。整体上沉积物作为NH₄-N、NO₃-N和PO₄-P的源,不断地向上覆水释放营养物质,对南海东北部海区浮游植物生长繁殖及生产力的发展具有重要意义;初步探讨了早期成岩过程中营养盐的地球化学行为,对沉积物中营养盐的积累和输运进行了探究。     

三沙湾水质分布特征对陆源污染、湾内养殖的响应

根据福建三沙湾海域2018年洪季一个定点站和12个走航站的5项营养盐及水文资料,研究发现:（1）三沙湾沿岸城市排放水是主要的污染源。其中,蕉城区外大金溪湾的硝酸盐、氨盐、悬沙含量、硅酸盐和磷酸盐浓度,在落潮盐度最小时期（宁德城区排放水）分别是涨潮盐度最大时期（海水）水质浓度的1.2倍、3.6倍、6倍、2.5倍和2倍。（2）三沙湾营养盐从陆向海的变化既受陆域河流排放的影响,也受湾内养殖排放的影响。其中NO₃-N和SiO₃-Si浓度受陆源排放影响较大,从陆向海分别下降了31%和50%。而NO₂-N、NH₄-N和PO₄-P浓度变化受湾内养殖的影响,从陆向海下降的趋势不明显。（3）12个走航站无机氮（DIN）的平均值为57.33 μmol/L,大于21.41 μmol/L;PO₄-P平均值为2.28 μmol/L,大于1.45 μmol/L;DIN/DIP基本为8~30。这些参数表明三沙湾水质已经超四类海水水质标准,并达到富营养化状态。     

大亚湾滨海湿地沉积物间隙水无机氮分布特征及其沉积物-水界面交换通量

为探讨大亚湾滨海湿地沉积物间隙水中无机氮的时空分布规律及其环境效应,于2017年3月（枯水期）和8月（丰水期）分别采集了大亚湾湿地3个断面的沉积柱,测定了间隙水中无机氮含量并对其在沉积物-水界面交换进行了实验室培养实验。结果发现,滨海湿地近岸上覆水中氮营养盐含量远高于大亚湾水体平均值,说明近岸人类活动对湿地生态系统中氮含量的影响较为严重,河流输送是其来源的主要途径。间隙水中NH₄-N、NO₃-N和NO₂-N的平均含量分别为:770.60、7.63和7.39 μmol/L,其中NH₄-N是DIN的主要组分,约占DIN的85.82%~99.67%。室内培养实验发现,NH₄-N、NO₃-N和NO₂-N的界面交换通量平均值分别为0.09、-0.18和0.36 mmol/（m2·d）,不同断面下DIN的交换速率存在明显差异。整体上,DIN的交换通量在枯水期约为0.41 mmol/（m2·d）,湿地沉积物表现为上覆水DIN的源;而丰水期沉积物则成为DIN的汇,其平均通量约为-0.23 mmol/（m2·d）。对照实验结果表明,灭菌之后NH₄-N、NO₃-N和NO₂-N的平均交换通量均有所降低,相比于原始组分别降低了76.5%、23.7%和50.3%,说明微生物在氮的转化中起到了非常重要的作用。     

乐清湾海水养殖环境水质质量时空变化及富营养化状况评价

本文分析了2016－2018年乐清湾养殖区水体中pH、温度、盐度、溶解氧（dissolved oxygen,DO）、叶绿素（chlorophyl A,Chl a）、氨氮（ammonia nitrogen,NH₄-N）、亚硝酸盐氮（nitrite nitrogen,NO₂-N）、硝酸盐氮（nitrate nitrogen,NO₃-N）、可溶性磷酸盐（soluble active phosphors,DIP）等海水水质质量指标,并研究了其水质质量状况。通过单因子污染指数法的评价结果表明,乐清湾养殖区的pH、温度、盐度、DO等指标均符合国家二类水质标准。与其他海域养殖区比较,DO浓度处于偏低状态;而DIN和DIP的浓度较高。利用水质质量富营养化指标分析法（the analysis of water quality eutrophication index,TRIX）,本研究发现乐清湾养殖区的水质富营养指标值较大,处于较高的富营养化状态。通过主成分分析（principal component analysis,PCA）可知,第一主成分相关指标主要是NO₂-N、NH₄-N、DIP、温度以及NO₃-N,且NH₄-N、NO₃-N、DIN与TRIX之间存在良好的正相关关系。     

曝气比和NH4-N浓度影响生物滤池净化海水养殖外排水效果研究

采用4组不同NH₄-N浓度的曝气生物滤池,分析滤池在7个曝气比条件下对海水养殖外排水的净化效果。结果表明:生物滤池启动阶段,生物膜成熟期随NH₄-N浓度的升高而缩短,高NH₄-N浓度滤池的生物膜成熟期较其它三组滤池缩短了10 d左右。滤池启动成功后,在相同曝气比条件下,随NH₄-N浓度的升高,4组滤池对出水NH₄-N的平均去除率由81.1%降至73.3%;高NH₄-N浓度滤池的出水NO₂-N浓度与其它三组相比增加了10倍,最终达到2.6 mg/L。随着曝气比的逐步增大,4组滤池对出水NH₄-N的平均去除率先升高后降低,在曝气比为10:1时平均去除率达到最大值（88.2%）。本研究表明,选取4 mg/L的NH₄-N浓度,维持曝气比10:1是生物滤池运行的理想条件:生物滤池启动周期较短,出水NH₄-N去除效果达到最佳且NO₂-N浓度较低,从而实现对海水养殖外排水的最佳净化效果。     

上覆水环境因子对滨海水库沉积物氮磷释放的影响

为了解我国滨海水库富营养化过程,以北大港水库沉积物为研究对象,通过室内模拟试验,考察上覆水环境因子〔扰动、ρ(Cl-)、pH、温度、ρ(DO)〕对滨海水库沉积物氮、磷释放的影响.结果表明:①扰动促进氮、磷的释放,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)增加了54.4%～230.8%,扰动对滨海水库沉积物TN、TP释放通量的促进作用比淡水沉积物强;②ρ(Cl-)升高促进氮、磷释放,ρ(Cl-)越高,促进效果越强,ρ(Cl-)为1 000和5 000 mg/L时,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别增加了4.2%、3.2%、35.0%、11.9%和8.4%、4.8%、44.7%、23.8%;③与pH为7.0时相比,pH为8.5和10.0时,ρ(TP)增加了21.3%～42.6%,ρ(NH₃-N)降低了14.9%～18.6%,ρ(NO₃--N)和ρ(TN)基本没有变化,但NO₃--N释放通量增加了5.2%～10.3%,TN的释放通量降低了7.1%～21.5%;④温度升高促进了NH₃-N、TN和TP释放,抑制了NO₃--N释放,滨海水库沉积物中较高的盐度减弱了温度对TP释放的促进作用,25 ℃时,ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)比5 ℃时增加了37.3%～71.0%,ρ(NO₃--N)降低了34.0%;⑤好氧条件抑制了NH₃-N、TN和TP释放,促进了NO₃--N释放,好氧条件下ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)降低了54.2%～85.6%,ρ(NO₃--N)增加了20.5%.研究显示,上覆水环境因子会影响滨海水库沉积物氮、磷释放,其中以扰动、温度和ρ(DO)影响较大.      

秋季牟平海洋牧场及其邻近海域沉积物-水界面营养盐交换通量

本研究于2017年11月在牟平海洋牧场及其邻近海域采集表层沉积物样品,通过实验室模拟培养法估算了该季节沉积物-水界面营养盐的交换通量,并研究了溶解氧与温度对交换通量的影响。结果表明,目标海域沉积物水界面NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P的交换通量平均值分别为1.01、-181.91、-268.41、-45.69 μmol/（m2·d）,沉积物表现为NO₂-N的"源",NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P的"汇"。溶解氧及温度均对交换通量有较大影响,富氧条件下NO₂-N、NH₄-N、PO₄-P交换通量大于贫氧条件,NO₃-N反之;温度升高,NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N的交换通量增大,PO₄-P反之。