一种新型壳聚糖交联树脂的制备及对Cr(Ⅵ)吸附性能研究北大核心CSCD

采用改进的滴加成球法合成壳聚糖树脂,用环氧氯丙烷对树脂进行交联,制备新型壳聚糖交联树脂。研究了交联树脂对Cr(VI)的吸附效果,探讨了溶液pH值、吸附时间、温度、Cr(VI)初始质量浓度等因素对吸附性能的影响及吸附热力学和动力学。结果表明,各因素中pH值对壳聚糖交联树脂吸附Cr(VI)影响较大。对初始质量浓度为120mg/L的Cr(VI)溶液,壳聚糖交联树脂投加量为1 g/L,pH=3,温度为25℃,吸附2h时可达到最大吸附容量(72mg/g)。用Langmuir等温模型和Pseudo second-order动力学模型对树脂的吸附过程进行线性拟合,R2分别为0.999 9和0.999 7,模型计算的饱和吸附容量qmax(73.53 mg/g)和平衡吸附量qe(29.23 mg/g)与试验结果(72.10 mg/g和27.73 mg/g)基本吻合。Fick扩散模型表明,树脂对Cr(VI)的吸附可分为3个阶段,说明Cr(VI)的去除是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。     

原位固化黑荆树皮对Cr(VI)吸附性能的研究

通过甲醛的交联作用使单宁分子在黑荆树树皮内形成相互交联的大分子,低成本地制成原位固化黑荆树皮,用于吸附溶液中的Cr(VI).结果表明,原位固化黑荆树皮对Cr(VI)的吸附量随体系pH值的增加而减小,随Cr(VI)初始浓度和温度的升高而增加.在284 K、吸附4 h条件下,pH＝1.96时原位固化黑荆树皮对Cr(VI)的吸附容量是pH＝5.10时的2.7倍; pH＝2.0时,Cr(VI)初始质量浓度从30 mg/L升高到120 mg/L,吸附容量由30.0 mg/g增大到100.1 mg/g; 溶液温度从284 K升高到298 K,吸附容量由76.2 mg/g增大到94.2 mg/g.原位固化黑荆树皮对Cr(VI)的吸附动力学可以用拟二级速度方程来描述.吸附前后的原位固化黑荆树皮红外谱图表明,Cr(VI)可能先被还原成Cr(Ⅲ),再与原位固化黑荆树皮中酚羟基螯合而被吸附.     

离子交换膜化学反应器去除饮用水中Cr(Ⅵ)的研究

构建离子交换膜化学反应器,研究其在无外加电压作用下去除饮用水中Cr(Ⅵ)的效果.结果表明,当原水Cr(Ⅵ)初始浓度为0.019 2 mmol/L,补偿溶液NaCl浓度为100 mmol/L,流量为2.5 mL/min时,给体池Cr(Ⅵ)分离去除率为86.2％.随着给体池共存离子浓度的增加,其对Cr(Ⅵ)交换竞争作用加强,给体池Cr(Ⅵ)分离去除率逐渐降低;在相同共存离子浓度条件下,3种共存离子对Cr(Ⅵ)分离效果的影响程度依次为SO42-、NO3-、Cl-.补偿溶液NaCl浓度由1mmol/L增加至100 mmoL/L时,Cr(Ⅵ)分离去除率基本不变,但是Donnan分离12 h后化学反应池Cr(Ⅵ)浓度由0.001 5 mmol/L增加至0.016 0 mmol/L.Cr2O72-离子交换过程可用一级反应动力学方程描述,离子交换反应速率常数为0.014 2 min-1.加入10 mmol/L共存离子Cl-、NO3-和SO42-后,离子交换反应速率常数分别降低至0.013 5min-1、0.010 5 min-1和0.008 9 min-1.Cr(Ⅵ)在化学反应池中浓缩富集,离子交换26 h后化学反应池Cr(Ⅵ)浓度为0.069 8 mmol/L,可通过投加硫酸亚铁还原剂和碱液将其去除.     

污泥热解残渣对废水中Cr(VI)去除作用的研究

为探索污泥热解残渣的资源化利用途径,研究污泥热解残渣直接用作吸附剂去除废水中Cr(VI)的可行性,分析热解温度、时间以及吸附时间、溶液pH值和吸附剂用量等因素对污泥残渣吸附性能的影响.结果表明,在700 ℃下热解1.0 h的污泥残渣的吸附性能最佳,吸附过程可以用准二级反应动力学方程描述;污泥残渣对Cr(VI)的吸附受多种过程(如化学吸附、颗粒内扩散等)反应速度的影响;Langmuir模型和Freundlich模型均能很好地对试验数据进行拟合,相对而言,吸附行为更符合Langmuir模型;当吸附时间为24.0 h,初始溶液pH=4.0,吸附剂质量浓度为20 g/L时,污泥残渣对Cr(VI)的最大吸附质量比qmax为13.87 mg/g.研究表明,将污泥热解残渣作为廉价吸附剂处理含Cr(VI)废水有一定的应用前景.     

不同物质对铬价态测定结果的影响

采用单波长法和双波长法,分别考察了KH2PO4、H3PO4、H2SO4、KNO3、牛肉膏和蛋白胨对Cr(III)和Cr(VI)质量浓度测定的影响。结果显示,Cr(III)和Cr(VI)在测量中是相互影响的,并且Cr(III)对Cr(VI)影响较显著。在单波长法测定中,牛肉膏、蛋白胨及2种酸对Cr(III)和Cr(VI)的影响较钾盐对其影响更为显著,H3PO4和H2SO4对Cr(III)和Cr(VI)的特征吸收峰值影响最大,降低幅度在20%～50%。这些物质对双波长法测定Cr(VI)几乎没有影响;但对Cr(III)测定中,H2SO4和H3PO4的影响较大,其相对误差分别为14.57%和8.87%,其余物质产生的相对误差均小于1.6%。因此,双波长法可用于生物样品中Cr(III)和Cr(VI)的测定,线性范围分别为0～160 mg/L和0～80mg/L。     

饮用水水源突发性铊污染应急处理试验研究

模拟自来水厂现有工艺对含铊(Tl)原水进行处理,含Tl质量浓度为0.15 μg/L的原水在处理后剩余Tl质量浓度为0.142 μg/L,未能达到世界饮用水卫生标准规定的0.1 μg/L限值.在水厂现有工艺基础上,通过投加高锰酸钾、粉末活性炭和调节pH值来强化Tl去除.单因素试验和正交试验结果表明,高锰酸钾对Tl去除有极显著影响.最佳去除率方案为:高锰酸钾1.00 mg/L,pH值9.00,粉末活性炭30.0mg/L,聚合氯化铝铁1.88 mg/L.在此条件下处理Tl质量浓度为0.336 μg/L的原水,出水剩余Tl质量浓度为0.045 μg/L,同时该条件能使质量浓度低于1.24 μg/L的Tl污染原水处理后达标.以经济投药方案处理Tl质量浓度为0.336μg/L的原水,出水Tl质量浓度为0.081 μg/L,而每吨水的制水成本较原工艺仅增加0.021元.该投药方案也适用于质量浓度低于0.64μg/L的Tl污染原水.研究表明,在应对饮用水水源突发性Tl污染时,可采用高锰酸钾预氧化强化混凝应急处理.     

二次回归正交旋转组合优化硫酸盐还原菌处理高浓度含铬废水研究

从皮革工业园区沉淀池污泥中分离出对六价铬有高耐受性和强还原力的硫酸盐还原菌(SRB),经形态特征观察、常规生理生化测定、16S r DNA测序和系统进化树构建,确定为脱硫弧菌属(Desulfovibrio)。选取1株SRB降铬菌株(CR-1)为研究对象,运用单因素试验研究温度(X1)、p H值(X2)和菌废比(X3)等条件对CR-1去除Cr(VI)的影响。在单因素试验的基础上,运用二次回归正交旋转组合对Cr(VI)去除条件进行优化,并建立正交回归模型。结果表明,当温度为35℃、p H值为7.1、菌废比为1∶4时,Cr(VI)去除率最佳,理论值可达到99.9%。根据方程估算降铬菌株CR-1的最大Cr(VI)还原量为201.98 mg/L,实际24 h内对Cr(VI)还原量为187.4 mg/L,动力学方程估算的最大还原量与实际还原量相差14.58 mg/L,表明菌株CR-1的降铬能力较好。     

不同条件下活性啤酒酵母对Cr(Ⅵ)吸附的研究

研究吸附时间、pH值、温度、Cr(Ⅵ)初始浓度等因素对活性啤酒酵母吸附Cr(Ⅵ)的影响及最佳条件.采用制备的啤酒酵母菌体吸附剂在摇床(145 r/min)中对Cr(Ⅵ)进行吸附试验,当吸附时间分别为5 min、10 min、20 min、30 min、60 min、120 min、180 min、240 min和300 min时,Cr(Ⅵ)去除率随吸附时间的增加而增加并趋于稳定;当吸附4 h时,去除率达到最大值94.33%,而当吸附1 h时,去除率可达到最大去除率的94.67%.当溶液pH值分别为0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10时,33 ℃下去除率随着溶液pH值的增加先增大后减小;当pH＝2时吸附效果最好,去除率达到99.31%.吸附温度为25 ℃、33 ℃和40 ℃时,去除率随着温度的升高而增加,但温度过高会使啤酒酵母失活且能耗较大,而常温吸附即可达到较高的去除率(78.19%).当Cr(Ⅵ)初始质量浓度分别为15 mg/L、20 mg/L、25 mg/L、30 mg/L、35 mg/L和40 mg/L时,去除率总体上随着Cr(Ⅵ)质量浓度的增加而减小.本研究可为含Cr(Ⅵ)废水的生物吸附处理提供指导.     

预加碱强化混凝应急处理模拟突发性铅污染研究

采用烧杯混凝试验研究了加碱种类、pH值、混凝剂聚氯化铝(PAC)投加量、助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)投加量以及初始铅质量浓度对除铅效果的影响.进行了为期1个月规模为4 m3/h的中试,对小试结果进行了验证,考察了优化后的应急处理方法对不同铅质量浓度原水的去除效果.小试结果表明,采用石灰乳调pH值的除铅效率优于氢氧化钠和石灰水,最佳pH值为9～10.强化混凝能提高铅的去除效率,PAC最佳投加量为20 mg/L,PAM的最佳投加量为0.4 mg/L,铅初始质量浓度在2 mg/L以下时铅去除率都在97%以上.中试运行结果与小试基本一致.原水铅质量浓度超标168倍以下,采用预加碱强化混凝的应急处理工艺能使滤后水中铅稳定达标,沉淀出水中铅质量浓度低于0.03 mg/L.预加碱强化混凝应急技术可行性高,处理费用仅0.026 37元/t,为可能突发的水源铅污染事故应急处理提供了技术支持.     

以河床井水为应急水源的可行性研究

为解决城市水源地突发污染事故引起的自来水厂断水问题,提出了以河床井水代替受污染河水作为应急水源的应急预案,在取水口附近的河床打一口水井,当城市水源地发生突发污染事故时,关闭取水头水阀,开启水井水阀,以河床井水作为应急水源,并通过模拟试验验证了其可行性.结果表明,在细沙体积分数为40％的土壤条件下,原水苯胺质量浓度分别为952 mg/L、781 mg/L、580 mg/L、452mg/L、352mg/L、182mg/L的试验中,出水苯胺质量浓度开始超标的时间随土壤渗透系数减小而延迟,与原水苯胺质量浓度无关.当土壤渗透系数为1.94×10-5～ 3.64×10-5 cm/s时,出水苯胺质量浓度开始超标的时间为84～ 144h,以河床井水作为应急水源可以避免由河水突发污染引起的84h内的自来水厂断水事故.土壤对苯胺的吸附量仅占原水中苯胺含量的14.95％～ 2.86％,其对出水苯胺质量浓度开始超标的时间的影响可以忽略,出水苯胺开始出现的时间主要由土壤渗透系数决定.出水苯胺最大质量浓度随原水苯胺质量浓度增大呈线性增加,线性方程为y =0.4979x-3.7029,R2=0.9775.研究表明,以河床井水作为应急水源,能够有效地降低城市因突发污染事故而引起的自来水厂断水的可能性.