过硫酸盐缓释材料释放性能及机理

采用过硫酸钾、水泥、砂和水按照一定配比均匀混和后,于立方体模具中成型制备过硫酸盐缓释材料(A₁、A₂、A₃、A₄),参照欧盟标准化组织制定的NEN 7375水槽试验方法,分8个阶段更换浸取液连续浸泡缓释材料,考察过硫酸盐缓释材料的释放性能,并初步探讨其缓释机理. 结果表明:过硫酸盐缓释材料在浸泡初期释放速率较大,短时间内释放速率迅速降低,之后缓慢降低;4种配比缓释材料的过硫酸盐释放特性均满足二级动力学方程;砂的含量水平是影响过硫酸盐释放特性的主要因素之一,砂含量较高的A₄材料的传质阻力小,传质系数(K)为58.11mg/(d·g),释放过硫酸钾的速率较快;砂含量低的A₁、A₂材料传质阻力大,传质系数分别为14.59、17.11mg/(d·g),过硫酸钾释放速率较慢. 该研究中过硫酸盐缓释材料最长释放时间可达159.08~501.44d,能够有效实现有效组分过硫酸盐的缓慢释放. 总体上,浸泡初期释放机理表现为标准扩散过程,后期为损耗扩散过程.      

双层包覆型缓释材料中过硫酸盐释放性能研究

为了使修复材料在地下水原位修复技术中更持久、稳定的发挥作用,制备双层包覆型缓释材料并研究其释放性能.采用水泥、砂和水作为包覆材料制备不同规格的材料,通过周期性浸出试验方法研究外包覆层组分配比及厚度对其释放性能的影响,建立各影响因素与其释放性能的响应关系.结果表明:①双层包覆型缓释材料释放规律符合零级动力学特征,与单一包覆型缓释材料相比,稳定释放速率由初期释放速率的10%~15%升至60%~80%.②外包覆层厚度相同时,稳定释放速率随包覆材料渗透性的增加而逐渐增加,最小值为10 mg/d,最大值约为380 mg/d.③外包覆层组分配比相同时,材料稳定释放速率随其厚度的增加呈幂函数降低,使用寿命随外包覆层厚度的增加呈指数上升,采用自然临近点插值法预测材料最短使用寿命约为100 d,最长的可达10~15 a.外包覆层厚度导致渗透性能的改变是造成其释放特性发生变化的主要原因.④相同外包覆层厚度下,双层包覆型缓释材料稳定释放速率随包覆层渗透性的增加均呈现增加的趋势,并且外包覆层厚度越大,其稳定释放速率随渗透性能变幅越小.研究显示,双层包覆型缓释材料能够在长时间保持稳定的释放速率,构建的外包覆层组分配比与其释放特性之间的定量关系可指导实际地下水修复工程中修复材料的制备.      

过硫酸钠缓释材料的释放性能及其对2, 4-二硝基甲苯的降解效果

针对原位化学氧化技术修复土壤和地下水时氧化剂因释放过快而导致的利用率低等问题,通过熔化成型法制备过硫酸钠缓释材料,分析石蜡、硅砂和过硫酸钠不同配比对材料成型度和释放性能的影响,研究缓释过程中溶液pH的变化,探讨其在水溶液中的缓释行为及其对2,4-二硝基甲苯（2,4-DNT）的降解效果.结果表明:当固定过硫酸钠质量为6 g、硅砂质量为18 g、蜡砂比（石蜡、硅砂质量之比）为1:4~1:8时,过硫酸钠缓释材料成型度适中,且过硫酸钠的累积缓释量随着时间的延长而逐渐增大,第31天时过硫酸钠累积释放百分比为74.67%~88.40%,可实现过硫酸钠的持续可控释放.当硅砂质量为18 g、蜡砂比为1:1~1:6时,过硫酸钠累积释放百分比随着过硫酸钠质量的增加而增大,且溶液中的pH呈先降低后上升的变化规律.缓释材料缓释前后实物图和显微镜分析结果显示,过硫酸钠缓释材料的释放是一个由外到内、速率由快变慢最终趋于平稳的过程.过硫酸钠质量为12 g、硅砂质量为18 g、蜡砂比为1:4的缓释材料对2,4-DNT具有较好的降解效果,第16次置换浓度为0.2 mg/L的2,4-DNT水溶液时,2,4-DNT的降解率为56.38%.研究显示,改变制备材料的配比可有效实现缓释材料中过硫酸钠的缓慢释放及对污染物的有效降解,可为原位化学氧化修复土壤和地下水提供理论支撑.      

复合型高锰酸钾缓释体的制备及其缓释性能研究

采用熔化成型法,以环境友好型材料石蜡和硅砂为复合材料制备复合型高锰酸钾缓释体,研究其在水中和TCE溶液中的缓释性能及缓释过程.研究结果表明:当固定高锰酸钾含量为6 9,蜡砂比在1:4 ～1:6之间时,复合型高锰酸钾缓释体成型度适中,高锰酸钾的缓释量随着时间的延长逐渐增大,13 d高锰酸钾累积释放百分数分别为28.3％和58.8％,可以作为缓释材料,实现高锰酸钾的持续可控释放当固定蜡砂比,释放速率随着高锰酸钾百分含量的增大而增大.SEM分析结果表明,复合型高锰酸钾缓释体在水中和TCE溶液中的释放机理:首先表层外露的高锰酸钾晶体遇水快速溶解留下一些孔洞和缝隙,然后水分子通过这些孔洞进入缓释体内部溶解高锰酸钾,最后由浓度梯度差将高锰酸钾扩散到水相中,与溶液中TCE发生氧化降鳃反应.蜡砂比为1:4和1:6的缓释体4h对TCE的去除率分别为90％和100％;实际的高锰酸钾释放量分别约为理论所需高锰酸钾总量的1.7倍和2.6倍,说明该法制备得复合型高锰酸钾缓释体可通过控制蜡砂比来持续释放高锰酸钾,用于氯代烃的去除.     

生物甲烷抑制剂缓释扩散模型推导与优化

以石蜡和松香为缓释基质,以碳化钙为生物甲烷抑制材料,对有效抑制组分——乙炔的扩散规律进行了研究.以T.Higuchi方程为基础,针对复杂基质的气体缓释进行了修正,得到缓释抑制剂的扩散机制模型,该模型可以有效预测乙炔的扩散系数De.同时考察了基质优化对扩散系数的影响,如果缓释基质的硬度不够,碳化钙与水反应产生的热量可导致缓释抑制剂内部膨胀从而影响缓释效果.当基质中松香的质量分数为20%,基质与碳化钙的质量比为1/1时,缓释基质的硬度和致密度提高,乙炔的扩散系数达到2.2849×10-8cm2/min(R2=0.9901),该缓释抑制剂可以有效地解决生活垃圾填埋场等人为源生物甲烷的减排问题.     

“蜡烛”型过硫酸盐缓释材料释放行为与机制

选取石蜡(PW)为基质材料,通过融化注模冷凝法制备多规格“蜡烛”型过硫酸盐缓释材料(PS@PW),通过静态释放批实验评估了PS的释放特征.结果表明,PS与PW的质量比对PS释放性能影响较大,PS:PW≤1:1时,反应20d后PS释放率低于30%,PS:PW>1:1时PS释放率高于80%.PS@PW中PS与PW质量比相同时,直径越大,PS释放时间越长,但PS最大释放率有所降低.PS:PW=2:1、h=70mm、D=22mm的PS@PW最长释放时间为36d,PS释放率为92%.采用Bhasker和Rigter-Peppas模型拟合了PS@PW释放PS过程,结合SEM表征,确定PS@PW中PS的释放机制分为表面PS溶解及内部PS扩散两个阶段.研究成果为探究PS@PW在有机污染场地原位氧化应用提供理论基础.     

外源硫酸盐对武汉南湖表层沉积物磷形态的作用

采用室内模拟实验,选取武汉市南湖表层沉积物及相应上覆水,研究了硫酸盐的输入对沉积物磷形态的影响.结果表明,硫酸盐输入水体后提高了沉积物磷的迁移活性,导致上覆水中总磷(TP)、溶解性正磷酸盐(SRP)含量升高,上升幅度随硫酸盐输入量的增加而增加.硫酸盐扩散到沉积物后,先是生成酸可挥发性硫(AVS),进而转变成铬还原硫.硫酸盐输入提高了沉积物pH值,而使Eh降低.沉积物不同磷形态对外源硫酸盐的响应有所差异,二钙磷(Ca2-P)含量随输入硫酸盐浓度的增加而增加,含量最高的铁磷(Fe-P)为800mg/kg左右,占总磷的51.4%~56.6%,受硫酸盐的影响极显著(P<0.01),在沉积物中含量降低而向上覆水中释放.上覆水中溶解性铁和TP、SRP均呈显著正相关.硫酸盐对沉积物中闭蓄态铁磷(O-Fe-P)也产生显著影响(P < 0.05),总体而言是促进其释放.     

用于地下水原位生物脱氮的缓释碳源材料性能研究

针对地下水原位生物脱氮时缺乏电子供体(碳源)导致反硝化受抑的问题,以淀粉为碳源原料.聚乙烯醇(PVA)为载体,a-淀粉酶为添加剂,采用共混技术制备GPVAS和GEPVAS两类反硝化原位反应格栅(PRB)缓释有机碳源(SOC)材料.扫描电镜和静态实验研究结果表明.材料内部形成淀粉分子填充的PVA网状骨架结构.释碳符合二级动力学过程.动力学参数平衡浓度(Cm)和释放速率系数(k)可作为评价缓释碳源释碳能力的核心指标.材料配比和a-淀粉酶含量对材料性能影响显著,当淀粉/PVA=40/60时,材料Cm和K值最低;Cm值随酶含量增加显著升高,k值随酶含量增加先升高后降低,表明碳源释放速率可通过组分配比和酶添加剂含量进行有效控制.以适应不同地下水环境和硝酸盐污染程度.提高原位脱氮效率.     

过硫酸钠缓释胶囊反应带修复苯胺污染地下水

针对有机污染地下水原位化学氧化修复中普遍存在的氧化剂过量使用、污染物反弹和二次污染问题,以苯胺（AN）为特征污染物,以活化过硫酸盐为氧化剂,采用硬脂酸为胶结剂,制备过硫酸钠（PS）和硫酸亚铁（FeSO₄）缓释胶囊,构建基于PS和FeSO₄缓释胶囊的可渗透反应屏障（PS-FeSO₄-PRB）,考查了缓释胶囊组分、地下水流速对PRB中活性物质释放和AN去除的影响.结果表明,当缓释胶囊中活性物质/硬脂酸为1/2,地下水流速为0.1mL/min时,48h后PRB中PS和Fe²⁺累计释放率分别为43.18%和14.98%.当PRB中FeSO₄/PS为1/9时,AN累计去除率达到95.37%,TOC累计去除率为57.07%.采用砂柱模拟AN污染地下水,比较了直接注射PS和FeSO₄与PS-FeSO₄-PRB两种处理方式的修复性能,4d内两者的AN累计去除率分别为35.22%和69.74%,TOC累计去除率分别为15.83%与14.88%.PS-FeSO₄-PRB修复效果明显高于直接注射处理.GC/MS分析表明,处理后产生了对苯醌、偶氮苯以及长链烷烃等产物,导致AN矿化率不高.pH值和Eh连续记录结果表明,PS-FeSO₄-PRB处理能够保持反应体系氧化还原电位和酸碱性的相对稳定.相比直接注射氧化剂,基于PS和FeSO₄-缓释胶囊的PRB处理中地下水的急性毒性更低,二次污染风险更小.     

城镇污水处理厂污泥堆肥对喷播基质物理性质的影响

通过室外模拟喷播基质的配比试验及室内理化性质试验,研究不同污泥堆肥含量对喷播基质物理性质的影响,为污泥堆肥在边坡绿化喷播基质中的2次使用提供科学依据。结果表明污泥堆肥含量与喷播基质之间存在一定相关性:1)在污泥堆肥含量为20%~30%时,喷播基质的硬度、容重和总孔隙度与污泥堆肥含量呈反比;2)在污泥堆肥含量为20%~30%时,喷播基质的保水性能、毛管孔隙度和非毛管孔隙度与污泥堆肥含量呈正相关关系。用污泥堆肥替代草炭土时,其含量应控制在20%~30%,这样比较有利于形成良好的基质结构。     

缓释氧复合材料不同投加方式对沉积物-水界面污染物迁移的影响

为改善湖泊沉积物-水界面生境,开发了一种可原位供氧同时削减内源氮释放的缓释氧材料。发现以m（CaO₂）:m（白土）:m（水泥）=2:1:1制备的缓释氧材料具有较好的释氧和pH缓冲能力。通过模拟实验比较缓释氧材料不同投加方式（表层投加和泥内投加）对释氧和沉积物中污染物释放的影响。结果表明:1）表层投加缓释氧材料使得上覆水中DO浓度和pH值明显升高,而在泥内投加可以使pH值维持在7.5以内,同时DO浓度缓慢增加,延长了释氧周期;2）缓释氧材料对沉积物中NH₄+-N释放有显著的抑制作用,且表层投加方式明显高于泥内投加,以空白组作参比,静态培养31 d后,泥内加入缓释氧材料对NH₄+-N的抑制率为53.4%,而表层投加对NH₄+-N的抑制率达到81.1%,投加释氧材料有利于提高上覆水DO水平,促进硝化细菌的生长,从而抑制NH₄+-N的释放;3）缓释氧材料有利于微生物生长,促进了微生物腐殖化作用,从而对沉积物中类陆源腐植酸的释放略有促进,而对类酪氨酸蛋白释放略有抑制;4）缓释氧材料可促进沉积物中Fe/Al-P向Ca-P转化,对DIP的释放略有抑制,但由于pH增加导致沉积物中DOC以及重金属As和Cr的释放略有增加。     

应用过硫酸盐氧化法预测焦化厂土壤中PAHs的生物有效性

采用过硫酸盐氧化法测定了北京市某焦化厂表层土壤中16种PAHs的生物有效性,并分析了过硫酸盐氧化前、后SOM(土壤有机质)的质量分数及其结构组成,以研究过硫酸盐氧化法预测焦化厂土壤中PAHs生物有效性方面的可行性. 结果表明:①7个供试土壤样品中w(∑PAHs)(16种PAHs质量分数之和)为10.80~249.00 mg/kg,并以HPAHs(高分子量PAHs)为主,不同环数PAHs的质量分数与w(SOM)均呈正相关,二者关系符合对数方程(R2为0.653~0.798). ②依据过硫酸盐氧化前、后土壤中w(PAHs)的变化得到PAHs的生物有效性,其中,2~3环PAHs的生物有效性平均值为0.46,略高于4环PAHs(0.22)和5~6环PAHs(0.28),较高w(SOM)及HPAHs均易引起焦化厂土壤中PAHs生物有效性的下降. ③过硫酸盐氧化前不同环数PAHs的质量分数与氧化后PAHs的残留量呈显著正相关(R2为0.991~0.994),故可利用过硫酸盐氧化前的w(PAHs)预测土壤中PAHs的生物有效性. ④与过硫酸盐氧化前相比,氧化后土壤中w(SOM)平均下降23.0%,FTIR(傅里叶变换红外光谱)分析结果显示,1 448 cm-1处吸收峰表征的脂肪碳可能是被氧化去除的软质碳的主要组分,氧化后SOM中的芳香碳相对吸光度增幅为0.88%~11.62%,可引起SOM的缩合程度加剧、憎水性增强. 因此,过硫酸盐氧化法能够作为测定焦化厂土壤中PAHs生物有效性的快速方法,可利用过硫酸盐氧化前的w(PAHs)预测土壤中PAHs的生物有效性.      

To take a clean technology as a strategy for pollution control in industry

A clean technology in thermal power station by adding of limestone into coal for getting the co-melted compounds was studied. Comparing with conventional technology, the quantity of ash discharged is decreased from 85% to 15%, the water consumption is 80% less than traditional method. The slag discharged could be used as raw materials for cement and bricks. In addition, the SO2 content is decreased as well.     

三峡入库河流大宁河回水区消落带土壤氨氮释放动力学研究

在室内模拟条件下,通过消落带土壤氨氮释放动力学实验,研究了三峡入库河流大宁河消落带土壤氨氮释放动力学特征,并分析了样品组成特征对释放动力学的影响,结果表明:(1)一级动力学方程可以很好的拟合大宁河回水区消落带土壤样品氨氮释放动力学特征,前120分钟为快反应,氨氮释放速度较大,随后进入慢反应,逐渐达到最大氨氮释放量;(2)土壤样品释放动力学特征与总氮、总磷呈现较好的相关性,与有机质、样品氧化物组成、颗粒组成理化指标相关性较弱;(3)土壤样品释放动力学特征与可转化态氮呈现极显著正相关关系,与非可转化态氮的相关性较弱,这说明样品中氨氮的释放量主要受其可转化态氮含量控制。研究结果可为三峡库区支流大宁河回水区富营养化治理提供参考和理论依据。     

水泥土阻隔墙阻控地下水污染

阻隔墙能够有效阻止地下水中的污染物扩散,以水泥土为研究对象,通过渗透实验、稳定性实验、吸附实验及工程案例研究了阻隔墙的性能。结果表明:随着水泥掺量增大,水泥土渗透系数不断降低,粉质黏土、黏质粉土、粉砂水泥掺量分别为12%、20%、25%时,抗渗效果较好。无侧限抗压强度随水泥掺量增加而增大,粉砂水泥土阻隔墙增幅显著。土壤黏粒含量越高,满足水泥土坍落度要求的水灰比越大。等温吸附符合Freundlich模型,水泥土对Cu2+和Zn2+吸附效果较四氯酚和六价铬显著。吸附动力学符合准二级吸附动力学方程,吸附过程主要为化学吸附,粉质黏土水泥土吸附Cu2+和Zn2+的平衡吸附量最高,分别为7.692,7.143 mg/g。工程应用表明,水泥土阻隔墙对地下水石油烃有机污染物具有显著的阻控效果,监测井检测浓度均低于风险控制值。