裂隙地下水生物修复及水流特征研究

裂隙地下水作为储量最丰富的地下水资源,已经受到非水相液体(NAPL,Non Aqueous Phase Liquid)的严重污染威胁。通过物理实验的方法,对裂隙地下水中残留NAPL污染的生物修复展开研究,通过激发地下水中原生微生物群的生物活性,得出微生物活动对NAPL溶解的加速作用及程度。试验结果显示微生物群能将裂隙中甲苯的溶解速率提高约1倍,并加速裂隙内部甲苯的降解,而外界温度对该过程的影响甚微。     

泡沫去除含水层硝基苯微观过程及其稳定化机理

为了研究泡沫在地层多孔介质中的微观渗流行为、去除污染物的过程和机理,以及纳米SiO₂颗粒对泡沫稳定性能的影响,制作了真实砂岩微观模型并利用硬脂酸钠对纳米SiO₂颗粒进行了改性以稳定泡沫.结果表明,泡沫在多孔介质中的生成、破灭和运移是同时发生的,其生成方式与注入气流速度有关,破灭与气体扩散有关,运移则是以大部分被孔道所捕集而少部分以气泡链的形式进行;泡沫去除污染物硝基苯的方式包括乳化增溶、剥离携带和封堵作用,其中封堵作用是主要方式;疏水改性的纳米SiO₂颗粒对泡沫的稳定性有极大的提升,添加的纳米颗粒浓度越大,稳定性越强;纳米SiO₂颗粒稳定的泡沫在模拟中迁移时仍具有较强的稳定性,随着泡沫注入体积的增大,注入压力及阻力因子增大,封堵效应增强.     

链长和官能团对全氟有机酸降解路径的影响

考察了碳链长度和官能团对高强UV/SO₃^2-体系降解全氟有机酸的影响,选取典型全氟有机酸PFOA和PFOS,探明其降解机制.结果表明,高强UV/SO₃^2-体系可高效降解5种全氟有机酸.全氟有机酸的降解速率随着碳链长度的增加而增加.官能团对全氟有机酸的降解有重要影响,全氟羧酸在体系中的降解速率显著快于全氟磺酸.全氟羧酸是从与羧基相连的α碳上的氟原子开始,通过逐步脱CF₂单元的形式生成短链全氟羧酸进行降解.全氟磺酸主要有三条降解路径：脱磺酸基、α位脱氟以及中心C—C键断裂.     

水力空化强化H2O2氧化降解水中苯酚的研究

采用水力空化强化H₂O₂降解水中苯酚,考察入口压力,ρ(H₂O₂)和溶解气体等因素对苯酚降解的影响;比较了水力空化方法和超声空化方法降解水中苯酚的能耗效率.研究表明:苯酚降解率随着入口压力的增大而增大,入口压力从1.0×105 Pa增大到3.5×105 Pa时,相应地苯酚降解率从17.6%增加到47.6%;在一定条件下,ρ(H₂O₂)有一个最佳值;不同的溶解气体对苯酚降解效果的影响不同,O₂的效果比N₂好.分析ρ(H₂O₂)和溶解气体对苯酚降解效果的影响及苯酚降解中间产物的分布表明,羟基自由基的产生是苯酚降解的主要原因,水力空化的能量利用率是超声空化的5.4倍.      

类单晶纳米片状WO3的制备及其光催化性能

通过调控水热温度、反应pH值和前驱体比例制备了类单晶WO₃纳米片光催化材料,通过XRD,SEM,TEM,XPS,UV-vis和光电流密度测试等手段对WO₃纳米片的形貌、晶型、组成以及电荷分离性能进行了表征,并研究了可见光照条件下其对罗丹明B的催化降解活性.结果表明,研究获得了厚度约10nm,边长尺寸约300~500nm的单斜晶相WO₃纳米片,且纳米片具有连续整齐的晶格结构、较高的能带结构和较好的电荷载流子分离性能.光催化实验结果表明,WO₃纳米片催化降解罗丹明B的反应过程符合一级动力学,反应速率常数为2.91h^-1,是WO₃纳米颗粒催化罗丹明B降解反应速率常数（0.56h^-1）的5.2倍,推测WO₃纳米片较好的催化活性是源于其较高的载流子分离效率.自由基捕获实验证明,可见光照下·OH和·O₂^-均为WO₃纳米片催化降解污染物过程中的活性自由基.循环降解实验证明制备的光催化剂具有良好的稳定性.     

铁基双金属强化降解地下水中四氯化碳

采用沉积置换法制备了微米级的Ni-Fe、Cu-Fe、Ag-Fe双金属颗粒，应用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）分析了其表面特征，考察了负载金属类型、金属负载量对铁基双金属降解四氯化碳（CCl₄）的影响.结果表明：Ni、Cu、Ag等催化金属非均匀地负载在铁基体上，双金属颗粒表面发生了氧化.CCl₄的降解速率对催化金属的负载量比较敏感，双金属体系Ni、Cu、Ag的适宜负载量分别为1.0wt%、0.8wt%和0.4wt%.CCl₄在双金属体系中的降解途径为零价铁颗粒表面的直接还原及催化金属表面的催化加氢还原，以催化加氢还原为主.Ni-Fe、Cu-Fe、Ag-Fe对CCl₄的还原降解速率大小顺序与其电偶电池电动势的大小顺序一致，即Ag-Fe对CCl₄的降解速率最快，Cu-Fe次之，Ni-Fe最慢.     

纳米SiO2对含十二烷基苯磺酸钠微污染原水的助凝特性

以含微污染有机物——十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的高岭土悬浊液为研究对象,投加聚合氯化铝(PAC)与纳米SiO₂,借助在线显微摄像技术与分形理论,探讨了纳米SiO₂作为水处理剂的絮凝作用、助凝效果以及形态学特性.结果表明:①PAC与纳米SiO₂单独使用时,PAC对无机高岭土颗粒去除效果好;而纳米SiO₂对去除SDBS有利. ②仅投加PAC,当pH为10时,SDBS去除率低于4%;当pH为5～6时,SDBS去除率可达50%. ③不同pH下将纳米SiO₂与PAC联用,SDBS去除率显著提高;以纳米SiO₂为助凝剂,偏酸性环境有利于SDBS的去除,当pH为5时,SDBS去除率可达75%.④中性条件下,在PAC与纳米SiO₂投加量比值为3时,纳米SiO₂的助凝效果最优;纳米SiO₂宜在投加PAC后40 s时加入,絮体粒径大、结构强大、沉降性能好、分形维数值大、剩余浊度低,SDBS去除率高.      

钛酸钡压电臭氧化降解水中的硝基苯

将臭氧（O₃）体系与压电（PE）体系相结合提出了压电臭氧化（PE-O₃）体系,探究了该体系对难降解有机污染物硝基苯（NB）的降解效果,考察了转速、O₃浓度、钛酸钡（BT）投加量和初始pH值对NB去除的影响.此外,探讨了PE-O₃体系降解NB过程中存在的活性物质,并分析了反应机理.结果表明：PE-O₃体系对NB的降解体现出明显的协同效应（协同系数高达5.04）,在15min内对NB的去除率高达85.37%,反应符合一级反应动力学规律,k为0.1256min^-1.此外,PE-O₃体系在120min内对NB实现了74.06%的矿化.随着磁力转子转速的增加,体系反应速率提升,当转速提高到1500r/min时,反应速率常数可达到0.1446min^-1.反应速率随体系中BT浓度和O₃浓度的增加而增加,但一定程度后,增长趋势变缓.NB降解速率随pH值的增加而增大,当pH值为9.0时,在15min后体系中的NB降解率达85.69%.反应过程中产生的是降解NB的主要活性物质.     

同化和共代谢降解氯苯菌株的筛选与特性研究

基于污染场地,筛选了一株可降解氯苯（CB）的微生物,经鉴定该菌株属于粘质沙雷氏菌属（Serratia marcescans）,命名为Serratia marcescans TF-1.同化降解结果表明,该菌株能够在有氧的条件下以CB为唯一碳源和能源,菌体平均增长速率为0.0063~0.022g_cell/（mol_CB·h）,最大比生长速率（μ_max）为0.015~0.42h^-1,CB降解速率（V_CB）为1.35~4.47mol/（g_cell·h）,菌株对CB最高耐受浓度高于200mg/L.共代谢降解结果显示,TF-1可以琥珀酸钠和柠檬酸钠为底物共代谢降解CB;氯苯浓度（c_CB）<80mg/L时,μ_{max（柠檬酸钠）}（0.21~0.87h^-1）>μ_{max（琥珀酸钠）}（0.20~0.81h^-1）,V_{CB（柠檬酸钠）}（0.15~0.47mol/（g_cell·h））<V_{CB（琥珀酸钠）}（0.17~0.48mol/（g_cell·h））;c_CB>80mg/L时,μ_{max（柠檬酸钠）}（0.086~0.21h^-1）<μ_{max（琥珀酸钠）}（0.17~0.25h^-1）,V_{CB（柠檬酸钠）}（0.61~1.11mol/（g_cell·h））>V_{CB（琥珀酸钠）}（0.56~0.95mol/（g_cell·h））,表明共代谢降解过程中,CB浓度,底物种类是调控污染降解的重要因素.最后考察了温度、pH值和接种量对TF-1降解CB的影响,结果发现,该菌株适宜生长的温度范围为20~35℃,最适温度为30℃;适宜生长pH值为5~9,最适pH值为7;最适接种量为5%.与现有菌株比较发现TF-1的温度和pH值适用范围更广,降解能力更强,污染物耐受浓度更高,既能同化又能共代谢降解CB,在贫营养和富营养污染场地中应用潜力更大.本研究可为原位CB污染场地修复提供有效的生物资源.     

氨氮对异养硝化菌Acinetobactor sp.活性影响及动力学特性分析

异养硝化菌株Acinetobactor sp.JQ1004能够在初始氨氮浓度为0~2000mg/L范围内进行生长和氮源代谢,菌株在初始氨氮浓度为2500mg/L条件下被完全抑制,无法生长.当菌株在温度为30℃,pH7.5,转速为160r/min,初始氨氮浓度分别为100,300,500,700,1000,1500,2000,2500mg/L条件下培养时,菌株的最大比生长速率分别为0.251,0.308,0.286,0.243,0.197,0.115,0.088h^-1,相应的最大比氨氮降解速率分别为1.335,1.906,1.859,1.759,1.562,1.286,0.965g/（gDCW·d）.在高浓度氨氮和游离氨的抑制作用下,菌株的比生长速率及对氨氮的比降解速率随初始氨氮浓度的增加呈先增加后降低的趋势.3种基质抑制动力学模型（Haldane,Yano,Aiba模型）均能够很好地模拟菌株随初始氨氮浓度的生长变化规律,对应地相关系数分别为0.9944,0.9983和0.9929.由Haldane模型可知,菌株在不同初始氨氮浓度（游离氨）条件下的最大氨氮比降解速率μ_max为2.604h^-1,基质亲和系数K_s为22.57mg/L,基质抑制系数K_i为1445.31mg/L.其中由K_i值远大于自养菌（硝化细菌及厌氧氨氧化菌等）的值,这表明异养硝化菌株Acinetobactor sp.JQ1004比自养菌具有更强的抗抑制能力.另外,菌株在游离氨浓度为5.436mg/L时,比生长速率达到最大值0.583h^-1.以上研究结果表明,菌株JQ1004在处理高氨氮废水中具有潜在的应用前景.     

EDDS螯合Fe(Ⅲ)活化过硫酸盐技术对TCE的降解效果

为解决传统Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐过程中Fe有效性较低的问题,采用可生物降解的EDDS(乙二胺二琥珀酸)螯合Fe(Ⅲ)活化过硫酸盐处理水溶液中的TCE(三氯乙烯),考察c(过硫酸盐)、c〔Fe(Ⅲ)〕/c(EDDS)〔下称Fe(Ⅲ)/EDDS〕、溶液初始pH以及阴离子浓度对TCE降解效果的影响,并研究体系中产生的活性氧自由基. 结果表明:c(过硫酸盐)为15.0 mmol/L、Fe(Ⅲ)/EDDS为4时,60 min内TCE去除率达99.7%;提高c(过硫酸盐)、Fe(Ⅲ)/EDDS均有利于TCE降解,但超过一定限值后对TCE去除效果增强不明显;溶液初始pH(3~11)越高,TCE去除率越低;加入Cl-、HCO₃-、SO₄2-和NO₃- 4种阴离子均会抑制TCE降解,抑制程度表现为HCO₃->Cl- >SO₄2->NO₃-;自由基清扫试验证实体系中存在SO₄-·、·OH和O₂-·等3种活性氧自由基,·OH对TCE的降解起主导作用. 因此,EDDS螯合Fe(Ⅲ)活化过硫酸盐技术能够产生以·OH为主的活性氧自由基,从而快速高效去除水溶液中TCE,但降解过程受水质参数影响.      

金鱼藻过氧化物酶降解双酚A的特性

本文对金鱼藻（Ceratophyllum demersum）过氧化物酶（POD）进行了分离纯化及酶学特性分析,并探讨了其对双酚A （BPA）的降解特性.结果表明,采用硫酸铵和AKTA蛋白纯化系统获得纯化的POD,该酶具有较广的温度和pH值适应范围,在温度为70℃,pH值为7,H₂O₂浓度为5mmol/L时POD酶活力最大.金鱼藻POD可高效降解BPA.当金鱼藻POD活力为10U/mL时,15min内对0.02mmol/L BPA的降解率达到99.67%,活力为25U/mL及以上时,完全降解.降解条件的最适范围分别为H₂O₂ 1~5mmol/L、30~60℃、pH 5~7.其降解动力学米氏K_m为0.09mmol/L,最大反应速度为9.71mmol/（L·h）.BPA经金鱼藻POD降解后无雌激素效应.金鱼藻POD高稳定性和高活性的特点以及对BPA的高效降解能力是该水生植物成为水环境BPA污染的理想修复工具的重要原因.     

高效选择性除铯的PVDF复合膜制备及优化

为实现对放射性核素铯（Cs）的高效去除,本研究基于表面接枝技术利用均苯三甲酰氯（TMC）在羟基化的PVDF微滤/超滤膜表面接枝了一层氨基化SiO₂,并通过SiO₂表面的氨基基团与Fe³⁺结合实现亚铁氰化铁（Ferrocyanide,FeCN）的负载,从而制备了FeCN/SiO₂/PVDF复合膜.基于膜表面的SEM与XPS表征考察了氨基化SiO₂的不同负载条件,研究发现粒径和浓度分别为300nm及0.4%时可实现SiO₂的最大负载量.对比不同亚铁氰化铁负载量下复合膜的水通量和Cs去除率,结果表明对微滤平板膜进行3次负载后过滤效果最好,可实现99.6%以上的Cs去除率,且XPS结果表明强酸及超声条件下该复合膜仍然具有良好的稳定性.复杂水质条件下的过滤实验表明,过滤前期由于对吸附点位的竞争使得溶液中共存离子半径与Cs越接近其对Cs截留率的影响越大;过滤后期在道南作用的影响下,随着共存离子水合离子半径提高,其对Cs的去除率的影响越大;天然有机质对水通量影响较大,对Cs去除率影响弱于共存离子.     

高级催化氧化法降解有机工业废水的研究

用煤灰渣加入活性组分复合成催化剂,以H₂O₂作为氧化剂处理有机工业废水.结果表明,该方法对有机工业废水具有很高的处理效率.在ρ(H₂O₂)/ρ(COD_Cr)为0.6,pH为4,反应2 h条件下,COD_Cr去除率可达83%以上.该催化剂是以一定粒度的燃煤锅炉废渣为载体,加入FeSO₄, MnO₂, Al₂O₂和SiO₂多种活性组分复合而成.      

矿物演化行为对垃圾焚烧飞灰熔融特性的影响

以焚烧飞灰为主要原料,采用灰熔点测试、差示扫描量热法、X射线衍射、扫描电子显微镜等方法,研究了掺加SiO₂(以w计)对焚烧飞灰熔融特性的影响,并利用CASTEP模块模拟计算生成矿物的反应活性. 结果表明,当w(SiO₂)为29.14%时,焚烧飞灰流动温度为1 355 ℃,比原灰降低了近200 ℃,熔融特征温度随w(SiO₂)增加而上升. 将焚烧飞灰熔融并热处理后得到微晶玻璃,其矿物质组成为硅灰石、假硅灰石、钙铝黄长石、钙铁榴石、硬石膏和三型钾霞石等. 分子模拟计算结果表明,假硅灰石、钙铝黄长石和钙铁榴石形成能高,属耐熔矿物,而硅灰石、硬石膏和三型钾霞石等助熔矿物的低共熔会导致灰熔融温度降低. SiO₂/CaO(质量比,下同)<1时,过量的Ca2+易与活性氧发生集聚反应,形成热稳定性好的假硅灰石;SiO₂/CaO接近于1时,生成以硅灰石为主晶相的助熔矿物,硅灰石形成能为-41.67 eV,低于其他矿物,并且晶体氧原子中活性氧比例达到77.78%;当SiO₂/CaO>1时,大量无定形SiO₂及方石英(非活性氧)的存在致使灰熔融温度升高. 硅酸盐矿物熔体中非活性氧(Si—O—Si)和活性氧(Si—O,自由氧)占氧原子比例的变化是焚烧飞灰熔融特性改变的内因.      

TiO2/GO复合材料紫外光催化降解水中腐植酸

采用溶胶凝胶法在最优煅烧温度（350℃）下,制备不同石墨烯（GO）负载比例的TiO₂/GO复合光催化材料,通过SEM、XRD、Raman、FT-IR、TGA、BET等技术表征并分析材料的表面形貌、晶相结构、官能团与化学键合等特征,进而探究该复合材料在紫外光下对水中腐植酸（HA）的降解性能和机理。结果表明:随着石墨烯（GO）负载比例的增大,TiO₂/GO复合催化剂粒径变小,比表面积增大,有层次的形貌空隙有效减小了团聚,提升了光生载流子迁移效率;Raman光谱中1350 cm-1和1600 cm-1的2处特征峰验证GO成功负载,且晶型仍以锐钛矿相为主;3%GO负载量的TiO₂/GO光催化性能最优。当TiO₂/3%GO投加量为0.5 g/L,水中HA初始浓度为10 mg/L时,在紫外光下催化反应1 h后降解率达到84.7%,其降解速率常数为0.0313 min-1。     

Fe/Ti-MIL-NH2吸附-光催化降解NDPhA

通过水热法成功制备Fe/Ti-MIL-NH₂吸附-光催化复合材料,考察了该材料对亚硝基二苯胺(NDPhA)的降解效能与机制.结果表明,Fe/Ti摩尔比为3:1时,Fe/Ti-MIL-NH₂能在不同水质条件下稳定去除84.4%以上的NDPhA,10mmol/L HCO₃^-的加入可使去除率达95.1%.与Fe-MIL-NH₂相比,Fe/Ti-MIL-NH₂(3:1)优异的吸附-光催化性能归因于其原位异质结构的形成,使其比表面积增加(310.2m²/g),加速光生空穴对分离并抑制其复合.通过动力学、吸附等温线拟合,明确了Fe/Ti-MIL-NH₂对NDPhA的吸附机制为表面吸附和分配作用.自由基捕获与探针实验结果表明,Fe/Ti-MIL-NH₂光催化过程通过自由基(^·O₂^-, ^·OH)与非自由基(Fe[IV]=O, h⁺)的共同作用降解NDPhA,提出了Fe/Ti-MIL-NH₂去除NDPhA的吸附光催化机制.通过分析光催化氧化中间产物,提出了NDPhA可能的降解路径.此外,Fe/Ti-MIL-NH₂(3:1)可完全去除天然水体基质中浓度<0.1mg/L的NDPhA,且重复使用5次后仍能去除83%的NDPhA,表明该材料稳定性较高.     

BDD电极电化学氧化降解废乳化液

废乳化液是机械加工过程产生的一种高浓度有机废液,属于危险废物.通过实验研究了 BDD电极电化学氧化处理废乳化液的降解效果,考察了电流密度、电解质种类及浓度、初始pH值和反应温度对降解效率的影响.结果表明:BDD电极电化学氧化可有效降解废乳化液中的有机物,当采用Na2S2O8为电解质,电流密度超过60 mA/cm2时,降...     

浏阳河长沙段CODMn、NH3-N和TP综合降解系数研究

采用现场水团追踪法,研究了浏阳河长沙段COD_Mn、NH₃-N和TP的综合降解系数与河段水流流速之间的相关关系,并通过河段历史水文和水质监测数据对所建立的相关方程进行了验证.结果表明,浏阳河长沙段COD_Mn、NH₃-N和TP的综合降解系数与流速之间呈明显的线性相关关系,相关方程形式分别为K（COD_Mn）=0.037+0.635v、K（NH₃-N）=0.059+0.315v和K（TP）=0.004+0.140v.所建立的线性相关方程对研究河段COD_Mn、NH₃-N和TP浓度预测结果的决定系数均大于0.90、相对均方根误差均小于0.10.受风浪作用、紊动水流和弯道环流的影响,当流速小于0.35m/s时,顺直河段的污染物综合降解系数均大于弯曲河段的污染物综合降解系数;当流速大于0.46m/s时,弯曲河段污染物综合降解系数均大于顺直河段的污染物综合降解系数.研究成果对浏阳河长沙段水质管理与水环境保护具有重要的参考价值.     

Mo掺杂FeS2非均相Fenton催化剂的制备及催化性能研究

为提高FeS₂活化H₂O₂降解有机物的性能,本研究通过引入多价金属钼(Mo)制备得到Mo掺杂的FeS₂催化剂(FeS2@Mo),并用于催化降解水中双酚A (BPA).通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)对样品形貌和结构组成等进行表征.研究了H₂O₂浓度、FeS₂@Mo投加量、初始pH等条件对BPA降解效果的影响.结果表明：(1)Mo掺杂的FeS₂呈现花瓣形球体,尺寸500～1 000 nm.(2)在条件为5 mmol/L H₂O₂、100 mg/L FeS₂@Mo、pH=3.5时降解效果最优,且在该条件下反应10 min时BPA的降解率可达99.1%.(3)淬灭试验和电子顺磁共振(EPR)试验的结果表明,该体系中的活性物种包括羟基自由基(·OH)、单线态氧(¹...