活体微藻对镉(Ⅱ)的富集机理

选取小球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)等4种微藻,通过室内模拟实验,对水体中的Cd~(2+)进行吸附,并对吸附Cd~(2+)的微藻分别采用去离子水、0.2 mol·L~(-1)Ca Cl2与研磨处理,测定Cd~(2+)的解脱量,研究活体微藻对重金属离子的富集特征与机理。结果表明:4种活体微藻均对水体中Cd~(2+)有较强的富集能力,在Cd~(2+)初始浓度为10 mg·L~(-1)、溶液pH为7.0的实验条件下,小球衣藻富集量可达76.34 mg·g~(-1),铜绿微囊藻、钝顶螺旋藻和四尾栅藻富集量分别为24.78、15.28和9.85 mg·g-1,说明微藻是良好的重金属吸附剂;4种活体微藻对Cd~(2+)的富集特征均符合准二级动力学方程(R20.99),反映出活体微藻对Cd~(2+)的富集主要是一种化学行为;活体微藻对Cd~(2+)的富集主要是离子交换形式的化学吸附,富集比例均在60%以上,其中小球衣藻最高,达86.51%。除化学吸附外,还包括物理吸附与生物吸收,生物吸收所占富集比例为6.75%~18.96%,而物理吸附量最少,为3.02%~14.63%。     

影响钝顶螺旋藻固碳的环境因子优化

为了提高钝顶螺旋藻生长过程中的固碳速率,从CO2浓度、温度和光周期3个主要环境因子进行优化。实验结果表明,钝顶螺旋藻在2 L三角瓶中培养时,最佳培养条件为10%CO2,温度30℃,光周期16/8。最佳培养条件下,钝顶螺旋藻对数生长期内比生长速率与固碳速率均达到峰值0.512 d-1和42.506 mg/(L.h)。此外,钝顶螺旋藻的底物消耗表明培养液中的N、P足量,其初始添加量可以满足藻体的生长需要;生长过程中补加10%CO2一方面补充钝顶螺旋藻可吸收碳源,另一方面有利于缓解培养液pH升高对藻生长的影响。     

海藻酸钠-改性碳纤维复合材料对水中Cd~(2+)的吸附研究

采用海藻酸钠与改性聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)制作复合材料吸附去除水溶液中的Cd~(2+),考察不同吸附时间和溶液pH对Cd~(2+)吸附效果的影响。结果表明,改性后PAN-CF的表面官能团增加,表面能提高,相比于未改性PAN-CF制备的复合材料,改性PAN-CF能够缩短复合材料对Cd~(2+)的饱和吸附时间,增加Cd~(2+)饱和吸附量,随着溶液pH的升高,复合材料对Cd~(2+)的吸附量呈先增加后下降的趋势,pH=6时Cd~(2+)的吸附量最大,为162.8mg/g。     

钝顶螺旋藻固定模拟烟道气中的CO_2

研究了钝顶螺旋藻对模拟烟道气中CO2的固定性能,及其对NOx和SOx水溶形态亚硝态氮、亚硫酸氢根的耐受性。结果显示：随CO2浓度的增加,藻细胞达到最大比生长速率的时间缩短,CO2浓度为15%时藻细胞比生长速率达到最大的时间最短,生物量最终达到最大值4.1 g/L;CO2浓度为15%时藻细胞的固碳率为12.34 mg/（L·h）。研究发现,钝顶螺旋藻能够耐受浓度小于10 mmol/L的亚硝态氮,可将其作为钝顶螺旋藻生长的唯一氮源,但藻生长的延迟期增长。钝顶螺旋藻能够耐受8 mmol/L的亚硫酸氢盐,可将其作为生长的唯一硫源,藻细胞6 d后开始快速增长。     

钝顶螺旋藻固定模拟烟道气中的CO2

研究了钝顶螺旋藻对模拟烟道气中CO2的固定性能,及其对NOx和SOx水溶形态亚硝态氮、亚硫酸氢根的耐受性。结果显示:随CO2浓度的增加,藻细胞达到最大比生长速率的时间缩短,CO2浓度为15%时藻细胞比生长速率达到最大的时间最短,生物量最终达到最大值4.1 g/L;CO2浓度为15%时藻细胞的固碳率为12.34 mg/(L·h)。研究发现,钝顶螺旋藻能够耐受浓度小于10 mmol/L的亚硝态氮,可将其作为钝顶螺旋藻生长的唯一氮源,但藻生长的延迟期增长。钝顶螺旋藻能够耐受8 mmol/L的亚硫酸氢盐,可将其作为生长的唯一硫源,藻细胞6 d后开始快速增长。     

碳酸钙对潮土Cd~(2+)的固定及土壤酶活性的影响

通过小白菜种植实验,在潮土中施加CdCl2和碳酸钙,分析植株体内Cd~(2+)浓度及土壤酶活性的动态变化,研究碳酸钙对潮土中Cd~(2+)的固定作用及其对土壤酶活性的影响。结果表明,植株各部位Cd~(2+)浓度随碳酸钙施加量的增加而先减小后增大(P0.05)。脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性均随碳酸钙施加量的增加呈先增大后减小的趋势,在施加量相同时,3种酶活性均随种植时间的增加而明显增大(P0.05)。回归分析表明,碳酸钙施加量在7.5~8.2g/kg时植株体内的Cd~(2+)浓度最低,且酶活性达到最大值。综上所述,在碳酸钙作为潮土Cd~(2+)固定剂使用时应控制施加量在7.5~8.2g/kg,以达到最佳的综合效果。     

不同热解温度污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪(EDS)、环境扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb~(2+)、Cd~(2+)浓度下污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb~(2+)的吸附量最大,而Cd~(2+)在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附量为RC500RC400RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb~(2+)(14.39 mg·g~(-1))Cd~(2+)(1.45 mg·g~(-1)),污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

改性硅酸钙对Cd2+的吸附性能及其对Cd污染土壤的修复潜力

通过吸附-解吸实验和土柱淋溶实验,研究了改性硅酸钙对镉(Cd~(2+))的吸附性能及对Cd污染土壤的钝化效果。结果表明,改性硅酸钙对Cd~(2+)有较强的吸附能力,其吸附平衡时间在60 min左右,对溶液pH有较宽的适应范围,且当pH呈中性时,对Cd~(2+)的吸附效果最好。由Langmuir模型拟合结果可知,改性硅酸钙对Cd~(2+)的饱和吸附容量可达441.55 mg·g-1。改性硅酸钙对Cd~(2+)有较好的吸附稳定性,适合用于Cd污染土壤的修复。土柱淋溶实验表明,改性硅酸钙对Cd污染土壤的钝化效果明显,不仅降低淋溶液Cd~(2+)含量,使淋溶液Cd~(2+)累积量显著降低47.01%,还使土壤CaCl2-Cd浓度显著降低94.4%,并促使土壤易溶态Cd向难溶态Cd转变。     

羟肟酸功能化PMMA/AM/HOA的合成及对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能

用悬浮聚合法合成了甲基丙烯酸甲酯(MMA)与丙烯酰胺(AM)的共聚物PMMA/AM,再经羟胺改性制备了含羟肟酸功能基的改性PMMA/AM/HOA树脂。通过红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)对PMMA/AM/HOA树脂的结构和稳定性进行了表征。以PMMA/AM/HOA为吸附剂,考察了温度、吸附时间、pH值和金属离子浓度等条件对Hg~(2+)、Cd~(2+)两种金属离子吸附性能的影响。结果表明,改性树脂对Hg~(2+)、Cd~(2+)具有良好的吸附能力,其实验吸附量分别为0.822和0.384 mmol·g~(-1)。改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附过程符合拟二级动力学方程,25℃时其二级动力学吸附速率常数分别为5.301×10~(-2)和3.582×10~(-2)g·(mmol·min)~(-1);改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附量随温度的升高有所增大,吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温式。     

蚓粪腐殖酸对Cd2+的吸附作用研究

以蚯蚓粪中提取到的腐殖酸为研究材料,采用傅里叶变换红外光谱仪分析了蚓粪腐殖酸的功能基团组成,考察了pH、Cd~(2+)初始浓度和吸附时间对蚓粪腐殖酸吸附Cd~(2+)的影响,得到蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的最佳吸附条件。研究结果表明:蚓粪腐殖酸的红外光谱特征吸收峰主要位于3 300～3 600cm-1,主要功能基团为羧基、羟基和胺基;pH小于4.0时,蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附效果较差,近中性条件下吸附效果最佳;Cd~(2+)初始浓度对吸附效果影响较大,Langmuir模型模拟得到Cd~(2+)的最大饱和吸附量为4.47mg/g;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附作用较为稳定,吸附40min后基本达到饱和;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)有较强的吸附能力,为土壤Cd~(2+)污染修复提供参考。     

垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度(300、400和500℃)下的垫料生物炭(D300、D400和D500)和秸秆生物炭(S300、S400和S500),通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd~(2+)浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd~(2+)的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附效果最好;D300和D400对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd~(2+)到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

壳聚糖-纳米铁去除上覆水和底泥中Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的研究

利用具有较好抗氧化性和分散性的壳聚糖-纳米铁(CS-NZVI)颗粒去除上覆水-底泥系统中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),分析了Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)去除的动力学特征,考察了pH和盐度对去除效果的影响。结果表明,CS-NZVI颗粒能够有效去除上覆水及底泥中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的去除过程满足准一级反应动力学方程;随着pH的升高,上覆水中Cr(Ⅵ)的去除率逐渐降低,而Pb~(2+)、Cd~(2+)去除率逐渐升高,底泥中Cr(Ⅵ)去除率先大幅降低后小幅上升,而Cd~(2+)、Pb~(2+)去除率总体呈降低趋势;高盐度不利于上覆水中Cr(Ⅵ)的去除,但对底泥中Cd~(2+)和Pb~(2+)的去除具有促进作用,对底泥中Cr(Ⅵ)的去除没有明显影响。     

利用餐厨中水培养钝顶螺旋藻

为了降低钝顶螺旋藻的培养成本,采用经厌氧-好氧技术处理后的餐厨垃圾中水,进行了钝顶螺旋藻培养实验,研究了利用经技术处理后的餐厨中水培养高价值钝顶螺旋藻的可行性。结果表明:在批次培养实验中,餐厨中水经过合适的稀释倍数后能够实现钝顶螺旋藻的培养,当餐厨中水稀释6倍灭菌培养时可获得最大生物量为1.314 g·L~(-1),且餐厨中水灭菌与否对钝顶螺旋藻培养无明显生物量差异;光生物反应器培养实验中,钝顶螺旋藻在稀释6倍且未经过灭菌的餐厨中水中可正常生长繁殖,获得的最大生物量为1.129 g·L~(-1)。在实验培养过程中,培养液pH值维持在9.0~9.3,DO值为7.0~8.6 mg·L~(-1);培养周期结束时,培养液中氨氮被全部利用,总氮(TN)和总磷(TP)分别利用了24.401和0.957 mg·L~(-1)。     

狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)与Pb~(2+)的吸附及机理分析

为了解狭叶香蒲(Typha angustifolia L.)活性炭的吸附性能及其机理,采用磷酸一步活化法制备了狭叶香蒲活性炭,并对其理化性质进行了表征;通过静态实验,研究了溶液起始pH、Cd~(2+)和Pb~(2+)浓度、吸附时间、温度、活性炭剂量对狭叶香蒲活性炭吸附水溶液中Cd~(2+)和Pb~(2+)的影响。狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)和Pb~(2+)的吸附量随溶液起始pH与温度的增加而增加,吸附平衡时间约为10 min;热力学分析表明,吸附过程自发而且吸热,吸附动力学实验结果符合拟二级动力学模型,Langmuir吸附等温模型能更好地拟合狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)的吸附,Pb~(2+)的平衡吸附量与Freundlich模型的拟合性更好。25℃条件下,由Langmuir线性模型拟合得到的Cd~(2+)和Pb~(2+)最大吸附量Qm分别为83.33和116.28 mg/g。狭叶香蒲活性炭的理化性质分析表明,活性炭表面凹凸不平、多孔,比表面积为780.42 m2/g、孔容23.29 m L/g、平均孔径3.14 nm;活性炭含有羟基、磷酸基、CC键等,等电点为3.3。结果表明,狭叶香蒲活性炭是Cd~(2+)和Pb~(2+)吸附的有效吸附剂,吸附过程包括静电吸附、离子交换等。     

纳米级天然黄铁矿去除水中Cr~(6+),Cd~(2+)和Pb~(2+)

利用机械球磨的方法可以提高天然黄铁矿的活性,通过XRD和TEM对机械球磨后黄铁矿粉末的表面形态和物理性质进行表征。通过批实验的方法探讨在不同的pH,不同的球磨黄铁矿用量,不同的反应时间和温度的条件下黄铁矿对Cr~(6+),Cd~(2+)和Pb~(2+)的去除效果。研究结果表明,金属离子的吸收受到pH的影响,随着pH的升高,3种金属离子的吸附趋势出现了很大的不同。并且在分析pH对反应效果的影响时,需要考虑金属生成沉淀时的pH。同时,随着反应时间和温度的增加,3种金属离子的吸收量都有不同程度的升高。通过实验比较,球磨黄铁矿对Cr~(6+),Cd~(2+)和Pb~(2+)的去除能力大小为Pb~(2+)Cr~(6+)Cd~(2+)。纳米级黄铁矿与Cr~(6+),Cd~(2+)和Pb~(2+)的反应过程符合准二级动力学方程。     

不同热解温度下污泥基生物炭的性质及对Cd~(2+)的吸附特性

以市政污泥为原料,在300、500和700℃无氧气氛下热解制备污泥基生物炭,探讨不同热解温度对污泥基生物炭性质的影响,研究污泥基生物炭对水溶液中重金属Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,随着热解温度升高,污泥基生物炭的产率降低,pH值增大,碳、氢、氧和氮含量降低,芳香化程度增强,亲水性和极性降低,稳定性增强;随热解温度的升高,比表面积不断增大,生物炭表面变得粗糙并且出现明显的孔隙,但平均孔径呈现先增大后减小。在700℃下制备的污泥基生物炭对水溶液中Cd~(2+)的吸附效果优于其他制备温度下获得的生物炭,温度为298.15 K时,最大吸附容量为27.47 mg·g~(-1)。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程模型,吸附速率主要由化学吸附控制。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附表现为快速吸附过程,生物炭前10 min的吸附量超过饱和吸附量的80%。Langmuir吸附等温模型能很好的描述污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附行为,吸附容量随热解温度升高而增大。     

棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附特征

为了研究棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对溶液中Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附过程的特征,分别从动力学、热力学和吸附等温线三方面进行了实验,同时还研究了pH、温度、时间、重金属离子起始浓度和吸附剂用量对吸附过程的影响。等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述。在实验设定条件下,棘孢曲霉对Pb~(2+)和Cd~(2+)最大吸附量分别为71.2 mg/g和59.8 mg/g;动力学实验数据很好的符合二级动力学方程,吸附达到平衡的时间为3 h;热力学实验数据显示该吸附过程为自发的、吸热的过程。     

棉花秸秆黑炭对Cd~(2+)的吸附特性研究

以棉花秸秆黑炭(以下简称黑炭)为吸附剂,通过吸附动力学、吸附热力学以及等温吸附实验研究了黑炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,Cd~(2+)在黑炭上的吸附动力学更加符合准二级动力学方程,其吸附可分为快速吸附和慢速吸附两个过程,在60min就可以达到饱和吸附量的92%。颗粒内扩散并不是控制吸附速率的唯一步骤,同时受到液膜扩散和表面吸附的作用。吸附等温线拟合发现Langmuir方程能更好地描述Cd~(2+)在黑炭上的吸附行为,Cd~(2+)在炭变化时间为3.0、4.5h的黑炭上的最大吸附量分别为36.36、38.61mg/g。吸附热力学研究结果表明,黑炭对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程。     

PRB技术同步去除地下水中硝酸盐和镉

为评估可渗透反应墙(PRB)技术同步去除复合污染地下水中硝酸盐和重金属的可行性,选取蛭石、活性炭、固定化微生物为PRB反应介质,采用批实验和柱实验在不同填装方式及不同水力停留时间等条件下,考察PRB技术对硝酸盐和Cd~(2+)的同步去除效果。结果表明:PRB介质为蛭石或活性炭与固定化微生物组合型填料时,Cd~(2+)对PRB去除复合污染水体中的硝酸盐影响甚微,可实现高效的同步去除;当进水NO_3-N浓度为50 mg·L-1、Cd~(2+)浓度为10 mg·L-1时,活性炭与固定化微生物的组合型反应介质对NO_3-N和Cd~(2+)去除率分别可达93.13%和95.80%,蛭石与固定化微生物的组合型反应介质对NO_3-N和Cd~(2+)去除率分别可达92.70%和99.50%,经处理后的水质可达到地下水Ⅲ级质量标准(GB/T14848-2017)。以蛭石+固定化微生物、活性炭+固定化微生物作为反应介质的PRB技术可以实现NO_3-N和Cd~(2+)的同步去除,该技术可应用于处理硝酸盐和重金属复合污染地下水。