聚磷菌协同生物炭对水中U(Ⅵ)的去除特性及机理研究

低浓度含铀废水中铀的高效去除是铀矿冶安全生产过程中亟待解决的问题。生物吸附法是处理较低浓度重金属废水的高效廉价的方法之一。采用生物炭负载聚磷菌,制备了一种新型吸附剂,通过对比分析普通生物炭与负载聚磷菌生物炭对水中U(VI)的去除特性,结合BET、SEM及XPS等检测手段,考察聚磷菌对生物炭去除水中U(VI)的协同作用,探究低浓度铀废水处理新方法。结果表明,通过负载聚磷菌,生物炭能够快速降低水中U(VI)的浓度,去除率可达99.86%。BET及SEM表征手段表明,聚磷菌被固定在生物炭表面,负载聚磷菌的生物炭比表面积大大减小,但对铀的去除率反而增加。结合XPS结果可知,吸附后沉淀产物为四价铀和六价铀的混合物,表明聚磷菌对水中铀进行了还原、微沉淀,具有协同生物炭除铀作用。吸附动力学试验表明,该吸附过程符合准二级动力学模型;Freundlich吸附等温线模型能更好地描述吸附剂对铀的吸附行为。     

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。     

高锰酸钾改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附特性

选用农林剩余物加工制得生物炭,用强氧化剂(KMnO_4、H_2O_2、HNO_3)对生物炭进行化学改性,选择最佳改性方法。通过吸附试验得出用0.01 mol/L KMnO_4改性的生物炭除铀效果最佳。采用KMnO_4改性的生物炭对废水中的铀进行吸附,考察吸附剂投加量、溶液pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度等因素对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,当吸附剂投加量为0.3 g/L、U(Ⅵ)质量浓度为10mg/L、溶液pH=6、温度为25℃、吸附时间为120 min时,改性生物炭对U(Ⅵ)的去除效果最佳,吸附量达到32.57 mg/g,比未改性前提高了67.9%。对改性前后的生物炭进行了SEM、XRD、FTIR表征及表面含氧官能团测定、吸附动力学分析。结果表明,改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学方程及Langmuir等温吸附模型(决定系数R20.99)。这表明对溶液中铀的去除可能是化学沉淀作用的结果,改性后含氧官能团增加,对溶液中铀的去除也可能存在官能团络合作用与表面吸附,使吸附剂化学吸附能力增强,除铀能力提高。     

MnO2/FeOOH复合材料对水中U(Ⅵ)的去除及机理试验研究

采用化学沉积法制备了二氧化锰/羟基氧化铁(MnO2/FeOOH)复合材料,并将其用于吸附去除水中的放射性重金属铀。通过静态吸附试验,考察了Fe/Mn物质的量比、pH值、吸附时间和干扰离子等因素对MnO2/FeOOH吸附U(Ⅵ)效果的影响,利用扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)对材料结构和形貌进行表征,并分析其吸附机理。结果表明,在投加量为150 mg/L、温度为30℃、U(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L、pH值为5、Fe/Mn物质的量比为1/2及吸附时间为120 min的条件下,MnO₂/FeOOH对U(Ⅵ)的去除率最大可达97.7%,且pH值对铀去除效果的影响最为明显。MnO₂/FeOOH对U(Ⅵ)吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线均能符合Langmuir和Freundlich模型,且最大吸附容量达260.34 mg/g。干扰离子试验表明,SO₄^2-、CO₃^2-和Fe³⁺对MnO₂/FeOOH吸附U (VI)几乎没有影响,而Ca²⁺和Cu²⁺具有明显的抑制作用,且抑制随浓度的增大而增强。FTIR和XPS分析表明MnO2/FeOOH对U(Ⅵ)的主要作用机制为表面羟基、Mn-O与铀的配位作用。因此,MnO2/FeOOH可作为一种潜在的铀吸附材料。     

零价铁去除堆浸采铀工艺废水中U(Ⅵ)的研究

研究了零价铁(Zero-valent iron,ZVI)粉和废铁屑分别去除堆浸采铀工艺废水中以铀酰离子形式(UO2+2)存在的U(Ⅵ),分析了p H值、震荡时间、反应温度、ZVI投加量、共存离子等因素对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明:在p H=6,震荡时间为80 min,ZVI投加量为1.5 g,铀去除量为0.18 mg/g,ZVI对U(Ⅵ)的去除率可达到98.6%,零价铁粉比废铁屑去除效率略高,共存离子Mg2+,Mn2+,Cl-,NO-3对ZVI去除U(Ⅵ)影响不超过3%,CO2-3和Cu2+影响显著。ZVI去除溶液中U(Ⅵ)以还原沉淀和吸附作用为主,吸附-还原反应遵循一级化学反应动力学方程,探讨出零价铁去除堆浸采铀工艺废水中U(Ⅵ)的机理。     

纳米Fe_3O_4负载铜绿假单胞菌吸附U(VI)的热力学与动力学研究北大核心CSCD

探讨纳米Fe3O4负载铜绿假单胞菌吸附铀的动力学与热力学过程,以及相关反应的速率控制过程。结果表明:纳米Fe3O4负载铜绿假单胞菌对U(VI)的吸附过程符合准二级动力学模型(R2≥0.9995);膜扩散和粒子内部扩散是吸附的控制步骤;Bangham模型拟合结果表明粒子内部扩散不是唯一的速率控制步骤,而液相边界层和粒子外部传质过程对吸附的影响不能忽略;表观活化能为15.705kJ/mol。热力学试验结果表明:纳米Fe3O4负载铜绿假单胞菌对U(VI)的吸附服从Langmuir、Freundlich等温模型,表明吸附是一个单层覆盖与多层吸附相结合的过程;在298 K、303 K、308 K下Langmuir模型拟合最大吸附量分别为92.483 mg/g、103.875 mg/g、107.918 mg/g;吸附过程ΔH>0、ΔS>0、ΔG<0,表明吸附过程自发进行,为吸热过程,存在着各种化学键力和范德华力作用,化学吸附与物理吸附过程共存。     

以SRB颗粒污泥为载体的硫酸盐型厌氧氨氧化的启动研究

采用复合式厌氧折流板反应器(HABR),研究先驯化硫酸盐还原菌(SRB)颗粒污泥、再以之为载体进行硫酸盐型厌氧氨氧化的启动,通过NH_4~+-N、SO_4~(2-)、COD等指标的变化探讨启动的效能。在7pH8.5、温度为(32±1)℃的条件下,采用低负荷启动方式,以CH_3COONa为有机碳源,通过逐步缩短HRT提高进水负荷来驯化培养硫酸盐还原菌颗粒污泥。结果表明,SO_4~(2-)与COD去除效果逐步达到稳定,最高去除率分别为86.2%和68.8%,S0全程积累并趋于稳定,经过60 d的驯化,SRB颗粒污泥平均粒径达到3 mm,硫酸盐还原反应启动成功。之后以驯化成熟的SRB颗粒污泥为载体,保持COD为50 mg/L,通过提高进水中NH+4-N和SO2-4负荷的方式启动硫酸盐型厌氧氨氧化。结果表明,NH_4~+-N和SO_4~(2-)去除效果逐步上升并稳定在50%以上,最高分别达到52.5%与53.7%。硫酸盐型厌氧氨氧化成功启动。     

L-谷氨酸功能化氧化石墨烯制备及其对铀的吸附研究

为探讨改性氧化石墨烯(GO)的性质特征对其吸附放射性重金属铀的影响,将L-谷氨酸(L-Glu)与氧化石墨烯发生亲核反应,从而制得L-谷氨酸功能化的氧化石墨烯(L-Glu/GO)。通过静态吸附试验,考察了p H值、投加量、反应时间、温度与铀初始质量浓度等因素对L-谷氨酸功能化氧化石墨烯吸附铀效果的影响,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)对吸附剂的结构和形貌进行了表征,分析其吸附机理。结果表明,铀初始质量浓度为10mg/L,p H=4,投加量为0. 2 g/L时吸附效果最佳,吸附平衡时间为40 min,温度对吸附效果影响不大。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程,铀初始质量浓度为70 mg/L,30℃时最大吸附容量为309. 36 mg/g。L-Glu/GO的表征结果表明,L-谷氨酸上的氨基进攻GO上的环氧基团并与C发生了亲核取代反应,为GO引入了含氮基团,实现了GO的功能化。相比GO,L-Glu/GO的晶体结构发生了较大改变,L-Glu/GO吸附U(VI)后表面更光滑。     

硫酸盐还原菌(SRB)污泥固定化小球还原硫酸盐的动力学研究

通过研究硫酸盐还原菌(SRB)污泥固定化小球还原硫酸盐过程硫酸盐浓度的变化规律,建立了反应动力学方程,确定了pH值和球液配比量对反应速率常数的影响,计算了相应的反应表观活化能.结果表明: SRB还原硫酸盐的反应为一级反应,反应动力学方程为:V=-dC/dt=0.080 56C.pH值为6-7时,SRB还原硫酸盐的反应速率常数相差不大,pH＜4和pH＞10时,反应速率常数逐渐减小.球液配比量减少,反应速率常数也随之减小,反应表观活化能增大.在实验条件下,SRB还原硫酸盐属化学控制.并由此确定了SRB污泥固定化小球还原硫酸盐的最佳工艺条件为温度35 ℃、pH值6-7、球液配比量1∶10(g/mL).     

硫酸盐还原菌去除铅的实验研究

考查了初始p H值、反应温度、接种量等对硫酸盐还原菌菌株的生长和对重金属铅去除效果的影响,应用X射线衍射(XRD)、表面能量色谱分析(EDS)对沉淀物进行了表征。结果表明,该菌株生长及去除铅的最佳条件为:p H=8.0,温度30℃,接种量10%,该条件下的去除率高达99.79%。所得到的沉淀物为硫化铅,立方方铅矿结构,结晶度良好。进一步研究了最佳条件下不同初始浓度硝酸铅对硫酸盐还原菌细胞中亚硫酸盐还原酶(SiR)和腺苷酰硫酸还原酶(APS)比活力的影响。结果表明,硝酸铅质量浓度低于950mg/L时,亚硫酸盐还原酶和APS还原酶比活力受到轻微抑制,当硝酸铅质量浓度为1 100 mg/L时,其比活力受到明显的抑制。重金属铅对亚硫酸盐还原酶比活力抑制作用相对明显。     

乌梁素海湖滨湿地硫酸盐还原菌群落多样性及系统发育分析

以内蒙古高原湖滨湿地乌梁素海小河口为研究对象,在湖中芦苇沉积物、湖滨沼泽水葱沉积物、湖滨碱蓬盐碱化草甸土壤、湖岸白刺荒漠化土壤的陆向分布梯度上采集样品,应用克隆文库构建技术对湿地环境中硫酸盐还原菌(SRB)群落多样性进行研究,分析了土壤基质条件对SRB群落的影响及该类功能菌群在湿地退化过程中的环境响应机制。结果表明:4个样地中的硫酸盐还原菌属于Proteobacteria中的5个目,即着色菌目(Chromatiales)、酸硫杆状菌目(Acidithiobacillales)、脱硫弧菌目(Desulfovibrionales)、脱硫杆菌目(Desulfobacterales)和硫还原菌目(Desulfurellales),且着色菌目(Chromatiales)、脱硫弧菌目(Desulfovibrionales)和脱硫杆菌目(Desulfobacterales)为优势菌群;沉积物与土壤环境中SRB群落结构差异性较大,沉积物基质中SRB群落结构较为相似,而盐碱化与荒漠化环境中SRB群落较为相似,沉积物环境中SRB群落多样性较高;铵态氮、含水率对沉积物SRB群落影响显著,水溶盐总量对土壤基质SRB群落影响显著。     

固定化SRB小球吸附乳酸钠及处理Cd(Ⅱ)的研究

用聚乙烯醇(PVA)-硼酸包埋法对硫酸盐还原菌(SRB)进行固定, 考察加入PVA、SRB污泥、碾磨颗粒活性炭的量对其吸附乳酸钠的影响, 从而确定平衡参数, 进行吸附平衡分析.同时还考察Cd2 浓度、温度等因子对其处理Cd2 的影响.结果表明: 添加15%PVA, 6%碾磨颗粒活性炭, 40%SRB污泥后, 固定化小球的平衡时间为3.5 h, 平衡吸附量为6.1 mg/g,该吸附过程属于物理吸附;当Cd2 ≤900 mg/L时,其去除率均超过90%;且在100mg/L Cd2 ,pH 7.0,温度30 ℃时,Cd2 处理率更高达98.5%;而固定化SRB受初始pH和转速的影响不显著,受温度的影响稍显著.     

硫酸盐还原菌生理特性及其在废水处理中的应用

硫酸盐还原菌(SRB)是一类利用硫酸盐或者其他氧化态硫化物作为电子受体来异化有机物质的严格厌氧菌.介绍了SRB的生理特性及检测方法,在阐明SRB降解水中污染物原理的基础上,充分探讨了SRB在处理重金属废水、无机和有机废水中的应用现状及研究进展,指出SRB固定化技术是其发展的必经之路.     

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。     

微生物吸附处理低浓度含铀废水的效能

生物吸附是目前处理低浓度含铀废水最有前途的方法之一.本文探讨了不同种类微生物的来源及其对铀的吸附效能.分析了生物吸附过程的影响因素和吸附机理.细菌、放线菌、真菌和藻类对铀的吸附能力依次递减,pH值、菌种预处理、共存离子和金属初始浓度是生物吸附的主要影响因素;微生物的细胞结构在生物吸附过程中发挥了重要的作用,静电吸附、酶促反应、无机微沉淀和氧化还原等是生物吸附的主要机理.最后预测了生物吸附处理低浓度含铀废水的研究方向.     

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.     

好氧颗粒污泥生物吸附酸性红B的试验研究

为了考察灭活好氧颗粒污泥(Aembic cranular Siudge,AGS)生物吸附偶氮染料酸性红B(Acid Red B,ARR)的能力,对初始pH值、吸附剂用量、ARB初始浓度以及NaCl浓度等条件对生物吸附的影响进行了批式试验.结果表明,初始pH值是影响ARB生物吸附的最苇要因素,最佳pH值为2.0.平衡吸附量随ARB初始浓度的增加而增加,随吸附荆浓度和NaCl浓度的增加而减少.通过傅立叶红外光谱分析得出AGS上的化学官能团(如胺基、羧基和羟基等)是吸附酸性红B的活性位置.研究表明,灭活ACS可以作为一种低成本的生物吸附剂来去除偶氮染料ARB及类似染料.     

不同杀菌剂抑制渤海湾海域高温油藏中硫酸盐还原菌活性效力研究

为控制渤海湾海域油藏中硫酸盐还原菌(SRB)引发的危害,采用改进的API RP-38培养基从两个高温油田(S、K油田)油藏采出液中富集了SRB,并通过批次培养试验在60℃下评价了次氯酸钠、四羟甲基硫酸磷(THPS)、氨基三甲基氯化铵(BTAC)、溴硝醇、戊二醛及其复配对SRB活性及数量的抑制效应。结果表明,5种杀菌剂抑制S油田中SRB的最低抑菌质量浓度(MIC)分别为500 mg/L、60mg/L、200 mg/L、10 mg/L和300 mg/L,抑制K油田SRB的MIC分别为500 mg/L、50 mg/L、200 mg/L、15 mg/L和300 mg/L。溴硝醇与BTAC复配呈现协同抑制效应,与THPS复配则表现出拮抗效应,THPS与BTAC的复配为无关作用。延长接触时间有助于提高杀菌效率。单独使用低质量浓度的溴硝醇、THPS以及溴硝醇与BTAC复配均可有效抑制渤海湾海域高温油藏中SRB的活性与数量,在这些油藏酸化控制中具有较好的应用潜力。     

腐殖酸对砂质土壤吸附Cr(VI)的影响

利用系列摇瓶振荡实验,研究了在砂质土壤介质中腐殖酸(HA)对Cr(VI)还原作用及增强土壤表面对其吸附的影响.通过改变反应接触时间、pH值、HA投加量等条件,确定了最佳吸附反应条件.结果表明:砂质土壤中存在HA时,可使Cr(VI)还原为毒性较小的Cr(Ⅲ),明显增强土壤对可溶态Cr离子的吸附能力,比同等条件下无HA的土壤吸附量增大1倍以上.一般整个反应过程约8 h即可达到稳定.pH值对Cr的还原和吸附有很大的影响,酸性条件下的吸附量比碱性条件可增大1倍,最佳pH值为2～4;当pH＞5时吸附能力急剧下降,pH=10时吸附去除量降为20%.有HA存在时砂质土壤土对Cr(VI)的吸附反应为一级动力学反应,K298=0.033 5 min-1,砂土对CrO2-4的等温吸附曲线较好地满足Langmuir公式.     

内聚营养源SRB污泥固定化技术最佳污泥选择的研究

以某污水厂的氧化沟污泥和剩余污泥为培养对象,经厌氧驯化成以硫酸盐还原菌(SRB)占优的污泥.在pH值为6.0-7.0,最佳温度为35℃,硫酸盐质量浓度为4 g/L,剩余污泥固定化小球在反应时间为24 h,Zn(Ⅱ)的进水质量浓度为400 mg/L时,Zn(Ⅱ)的去除率达到了100%,而氧化沟污泥固定化小球Zn(Ⅱ)的去除率只有90%左右;剩余污泥固定化小球在反应时间为8 h,Cd(Ⅱ)的进水质量浓度为500 mg/L时,Cd(Ⅱ)的去除率就达到了95%左右,而氧化沟污泥固定化小球Cd(Ⅱ)的去除率不到80%.实验结果表明剩余污泥是硫酸盐还原菌污泥固定化技术的最佳污泥.