基于超声波机械搅拌耦合作用下赤泥对二氧化碳的固化封存

以拜耳法赤泥为二氧化碳(CO_2)固化剂,提出了基于超声波机械搅拌耦合作用下赤泥吸收二氧化碳的新思路,以期实现"以废治废"、行业气固两类废弃物得到高效综合利用的目标。以拜耳赤泥吸收低浓度二氧化硫的前期研究为基础,自行设计了超声波与机械搅拌耦合作用的鼓泡反应器,利用其"空化作用"与机械搅拌的耦合作用促进赤泥对低浓度二氧化碳的高效吸收。考察了在焙烧条件、温度、搅拌桨转速、液固比、气体流量、超声波功率对赤泥吸收二氧化碳的影响规律,得到最优条件,焙烧后可以大大提高赤泥对CO_2的固定能力,单独机械搅拌作用下,赤泥吸收CO_2适宜的条件为:反应温度25℃、气体流量0.025 m3·h~(-1)、液固比为6:1和搅拌转速150 r·min~(-1),此时最大固碳量为71.72 g·kg~(-1),加入超声波后固碳效果进一步提高,最佳超声波功率为600 W。     

利用拜耳法赤泥和氟化钙污泥制备烧结砖块

拜耳法赤泥是用氢氧化钠溶解铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废弃物。针对拜耳法赤泥的强碱性、重金属含量高等特点,提出了一种利用酸性氟化钙污泥进行共同烧制砖块的方法。以砖块的氟离子浸出量、铬离子浸出量、抗压强度、砖块密度及烧失量5个变量为评价指标,利用主成分分析法对五个指标进行综合评分,并研究了以氟化钙污泥与赤泥比,黏土添加量、铝灰添加量、黏结剂添加量、烧结温度为自变量对综合评分的影响。利用响应面法(RSM)对实验数据进行分析,得出最佳实验条件依次为氟化钙污泥与赤泥比=61.1%,黏土添加量=21.4%,铝灰添加量=15%,黏结剂添加量=2.5%,烧结温度=1 000℃。此条件下所得砖块对应的氟离子浸出量为0.33 mg·L~(-1),铬离子浸出0.034 mg·L~(-1),抗压强度5.73 MPa,烧失量9%,砖块密度1.07 g·cm~(-3)。可用做非承重砖。     

福州市蔬菜基地土壤重金属和多环芳烃的含量及其与土壤磁性指标的关系

蔬菜基地土壤污染状况与人类健康有着密切的关系。本研究对福州市蔬菜基地土壤中6种重金属和15种美国环境保护总署(US EPA)优控的多环芳烃(PAHs)污染状况进行了调查,并分析了污染物含量与土壤磁性指标间的关系。结果表明,土壤中重金属平均含量为Zn 147.0 mg·kg~(-1)、Pb 55.0 mg·kg~(-1)、Cu 45.5 mg·kg~(-1)、Cr 21.3 mg·kg~(-1)、As 16.0mg·kg~(-1)、Cd 0.6 mg·kg~(-1);PAHs的总量范围为324.3~1 838.6μg·kg~(-1)。Cu含量和PAHs总量与土壤磁化率χ都具有显著的相关性(p0.05)。PAHs特征比值和频率磁化率χfd的结果分析表明,土壤中PAHs主要来源于石油泄漏和生物质的燃烧;重金属来源复杂,为混合来源,包括人类活动排放和成土母质固有含量。污染评价结果表明,土壤中Cr和As的含量都未超标,Cu、Zn和Cd的含量均超标;参考荷兰土壤修复标准中的目标值,PAHs含量超标的土壤为11.1%,而参照我国土壤污染状况评价技术规定,PAHs含量超标的土壤为22.2%。     

白地霉处理玉米酒精醪液积累菌体蛋白的研究

以逐级驯化的白地霉为特定微生物,进行了玉米酒精醪液处理的同时积累菌体蛋白(SCP)的研究,并通过小试对其工艺条件进行了优化.结果表明,在接种量为15%(体积分数)、温度为25℃、起始pH为5、处理时间为4 d、硫酸铵(氮源)投加量为0.30 g/L的条件下,玉米酒精醪液COD去除率可达83.58%,同时回收白地霉SCP 62.03 g/L.该方法既可去除玉米酒精醪液中的有机污染物,又能回收一定量的SCP,可作为酒精废水资源化和一级生化处理的工艺.     

小分子有机酸诱导野苋菜修复Pb污染土壤

通过土培实验,研究小分子有机酸对野苋菜吸收重金属Pb的影响。结果表明,添加小分子有机酸处理能有效促进野苋菜的生长,显著提高野苋菜地上/下部Pb含量,柠檬酸、乙酸在15 mmol·kg~(-1),草酸在10 mmol·kg~(-1)时,植物Pb积累量达到最大值,分别为15.625、18.732和9.072 mg·kg~(-1),高于对照166%、219%和54%;高浓度(20 mmol·kg~(-1))有机酸处理,对植株产生一定的毒害作用,影响植株富集Pb能力。3种有机酸均能促进植株地上部对Pb的吸收,作用表现为乙酸柠檬酸草酸,说明适当浓度的有机酸能增强土壤中重金属Pb的活性,提高植株修复Pb污染土壤的能力。     

赤泥添加对石灰性土壤中Pb、Cd形态分布及小麦根系的影响

通过田间种植小麦实验,研究添加不同剂量拜耳赤泥(0%、1%、2%、3%、4%和5%)对重金属污染的石灰性土壤Pb、Cd化学形态和小麦幼苗根系的影响。培养1个月,添加赤泥显著地提高了土壤p H值,提高幅度随赤泥投加量增加而增大。培养3个月,添加不同剂量的赤泥均明显降低土壤中可交换态Pb和Cd的含量,赤泥投加量为5%时效果最为显著,分别比对照下降90%和72%。添加赤泥对所种植小麦幼苗的根系也有影响。种植5个月,小麦根系总根长、总表面积和总体积等随添加赤泥的剂量增加呈现先增大后减小的趋势,赤泥投加量为3%时增幅最大,总根长、总表面积和总体积分别比对照增加88.23%、75%和90.32%。研究表明,赤泥可作为重金属污染的石灰性土壤的理想改良剂,但考虑到小剂量赤泥(即1%~3%)促进重金属污染农田中小麦根系的生长,建议在种植区采用小剂量赤泥(即3%)处理的重金属污染修复方案。     

联合法赤泥的特性及其对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除

赤泥作为氧化铝冶炼过程中排出的一般工业固废,具有数量大、碱性强、粒径小、孔隙结构丰富等特征。采用XRF、XRD、SEM/EDX等分析手段,研究了赤泥的化学组成、矿物结构、粒度、比表面积、表面形貌、酸中和能力等特性。通过批实验观测了赤泥对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除效果,并对Pb(Ⅱ)初始浓度、pH等影响因子对去除效果的影响展开了分析。结果表明,赤泥的主要化学成分为CaO、SiO_2、Al_2O_3和Fe_2O_3,平均比表面积为43.8 m~2·g~(-1);赤泥有很强的酸中和能力,对硝酸的中和能力约为1.875 mol·kg~(-1)。初始pH=4,且过程中不控制pH时,反应在10 min之内达到平衡,去除率为98%～100%,赤泥对Pb(Ⅱ)的去除能力可达到25.9 mg·g~(-1)。当pH=4时,赤泥对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除反应在90～120 min时达到平衡,去除率为10%～45%,当初始浓度为1～100 mg·L~(-1)时,Pb(Ⅱ)初始浓度越高,Pb(Ⅱ)去除能力越强,去除率越低。当pH为7和10时,Pb(Ⅱ)去除率分别为92%和98%,残留Pb(Ⅱ)浓度小于污水综合排放标准中第一类污染物最高允许排放浓度1.0 mg·L~(-1)。通过分析可知,赤泥对Pb(Ⅱ)的去除符合拟二级动力学模型,吸附机理主要为化学吸附。     

小尺度水平上植被格局对城市绿地土壤污染物累积的影响

小尺度水平上土壤污染物累积特征不仅与人们的生活直接相关,与社区环境管理和园林规划也有密切联系。选择北京市五环内具有不同植被格局(围绕式、行列式、混合式和群点式)的典型居民区为研究对象,通过小区内绿地的多点布点,调查分析表层土壤中的7种重金属元素(Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Mn)和16种优先控制多环芳烃(PAHs)的浓度;探究小尺度水平上,植被格局对绿地土壤重金属及多环芳烃累积的影响。结果表明:Cu、Zn、Cd和Pb为主要的重金属污染物;居民区土壤中,16种多环芳烃总量(Σ16PAHs)的浓度为88.1～2 844μg·kg~(-1),其主要来源于煤炭燃烧而非石油及其产物燃烧;行列式植被格局的绿地土壤中,主要重金属和PAHs污染物的浓度分布较为分散,高浓度污染物也往往出现在该类植被格局的土壤中;而群点式植被格局土壤中,主要重金属污染物以及本地指示性多环芳烃Ant、BaA和BaP的浓度中位值都较其他3种植被格局低。对行列式植被格局的小区进行土壤质量调查时,需要采集较多的样品数量才能获得代表性污染物浓度;同时,行列式植被格局有利于对污染物的截获,使绿地土壤起到吸纳污染物的作用,而群点式植被格局的绿地土壤环境质量较好,但是不利于发挥吸纳污染物的生态功能。     

拜耳赤泥中镓的酸法浸出及残渣的除氟

贵州铝土矿资源普遍富含镓元素,拜耳法工艺中,约70%的镓随氧化铝同时溶出,其余30%残存于赤泥中未回收直接外排,造成镓资源的严重浪费。采用酸法工艺浸出拜耳赤泥中镓金属,设计4因素3水平L_9(3~4)正交实验,考察盐酸添加量、浸出温度、浸出时间和液固比对镓浸出效果的交互影响规律,并测试了浸出残渣对含氟水处理性能。结果表明:影响镓浸出率因素的主次顺序依次为盐酸添加量、浸出温度、液固比和浸出时间;最适宜浸出条件为盐酸过量系数1.2,浸出温度70℃,浸出时间3 h,液固比8 m L·g~(-1);该条件下,镓的浸出率为94.92%,浸出溶液含Ga 3.91 mg·L~(-1);除氟实验得出最佳除氟条件为,残渣添加量25 g·L~(-1),p H=4.7,接触时间6 h,旋转速率200 r·min~(-1);室温下进行3组平行实验,平均除氟率为57.54%,表明浸出残渣具有一定的除氟性能。     

垃圾焚烧飞灰掺杂废玻璃烧结制备多孔陶瓷

以垃圾焚烧飞灰和废玻璃作为原料,添加Ca CO_3作为发泡剂,H_3BO_3作为助熔剂,制备多孔陶瓷体。XRD分析结果表明:玻璃熔融固化飞灰时主要生成了Ca Si O3玻璃晶相;随着烧结温度的升高,多孔陶瓷的孔径逐渐减小;助熔剂的添加和发泡剂的添加,增大了多孔陶瓷的孔径;重金属浸出实验表明烧结温度超过900℃时,重金属浸出浓度符合国家标准,其中重金属Pb、Ni和Cd的浸出浓度均小于0.5 mg·L~(-1),且当烧结温度提高到1 000℃时,重金属Cr和Cu的浸出浓度降低到4.3 mg·L~(-1)和0.05 mg·L~(-1)。     

改性拜耳法赤泥颗粒的制备及对土壤铅的稳定化处理

拜耳法赤泥产量大且成分复杂,碱性强,难处理,易引起环境污染。而近年土壤重金属污染形势严峻,儿童血铅中毒事件时有发生。针对上述问题,以拜耳法赤泥为主要原料,加入少量水泥等添加剂改性制备赤泥基颗粒材料,并将其应用于土壤中铅的稳定化。结果表明,材料配方为2%水泥+5%石膏+5%粉煤灰+5%磷酸二氢钙+83%,水灰比为0.5,圆盘造粒参数为28°α40°、20r·min~(-1)R40r·min~(-1)时为颗粒最佳条件。按此配方制备的赤泥颗粒对铅污染浓度为100、250、500和800mg·kg~(-1)的模拟污染土壤进行修复,当投加5%的颗粒,稳定10d后,土壤中铅的生物可利用态分别降低了72.52%、65.38%、64.73%和40.03%,而残渣态增加了43.4%、35.13%、43.42%和43.97%,有随着污土浓度增加而增加的趋势,表明赤泥制备成颗粒材料后能有效稳定土壤中不同浓度的铅。     

化学淋洗与生物质炭稳定化联合修复镉污染土壤

为探讨土壤淋洗与生物质炭稳定化联合修复技术对镉(Cd)污染黄棕壤修复效果的影响,研究通过振荡淋洗实验、BCR连续化学提取法和CaCl_2一次提取法,筛选确定污染土壤的最佳淋洗方案,并比较了淋洗修复、淋洗+稳定化修复技术对污染土壤中Cd生物有效性的影响。结果表明:3种淋洗剂的淋洗效率强弱顺序为EDTA-2NaHCl柠檬酸,最佳淋洗条件为0.12 mol·L~(-1)EDTA-2Na在固-液比1:4条件下振荡淋洗3 h,Cd的洗脱率为81.3%;淋洗后土壤中Cd的有效态(F1+F2)百分比减少了51.0%,显著降低了污染土壤的重金属总量及其环境风险;相比于单一淋洗修复技术,EDTA-2Na在添加体积(V_(添加))为最佳淋洗体积(V_(最优))的80%时,淋洗后再加入3%玉米秸秆炭稳定化15 d的联合修复技术能够将土壤中有效态Cd含量(CaCl_2-Cd)从8.13 mg·kg~(-1)降低到0.42 mg·kg~(-1)。因此,淋洗修复后施加玉米秸秆炭的联合修复技术,能够有效降低重金属污染土壤的生态环境风险,提高土壤环境质量。     

蛋白多肽对强酸化土壤的改良效应

以强酸化土壤(pH为4.30)为研究对象,以蛋白多肽为新型土壤改良剂,将传统施加生石灰的酸化土壤治理技术和施加复混肥的常规种植技术为对照,研究蛋白多肽对强酸化土壤的改良效应。结果表明:土培实验中的蛋白多肽与生石灰对强酸化土壤均有碱化效应,将土壤pH分别提高了0.23和0.30 (120 d稳定值),而复混肥碱化程度较低(提高0.02);同时,蛋白多肽组与生石灰组土壤交换性酸含量比复混肥组(35.93 mmol·kg~(-1))分别降低了12.56 mmol·kg~(-1)和18.68 mmol·kg~(-1),盐基饱和度分别比复混肥组(67.30%)高7.01%和9.85%;蛋白多肽组土壤有机质含量(19.96 g·kg~(-1))变化尤为明显,并且,显著高于复混肥组(8.58 g·kg~(-1))和生石灰组(12.23 g·kg~(-1))。蛋白多肽与生石灰均能提高强酸化土壤pH,但未能一次性达到6.5以上的中性程度。基于此,以结球甘蓝为供试植物,研究此背景下的种植情况。结果显示,蛋白多肽可在偏低pH条件下种植出高产的结球甘蓝,比其他组合效果明显,其平均生物量(371.78 g)比复混肥组和生石灰组分别高9.54倍和1.90倍。蛋白多肽具有改良强酸化土壤的潜力,并能达到改良与种植同步化(蛋白多肽施加后直接种植作物幼苗)。研究结果可为强酸化土壤的改良与种植提供参考。     

焚烧飞灰中Pb的浸出特征及预处理效果

着重研究飞灰中重金属铅的浸出行为,探讨焚烧飞灰在不同添加剂预处理下的稳定化效果。结果显示,飞灰主要重金属为铅,在液固比0.4 L·kg~(-1)、养护7 d条件下,分别将水泥添加量从0增至40%、磷酸钠添加量从2%增至5%、绿矾从2%增至5%,铅的稳定效果均与以上添加剂的质量百分比呈正相关性。硫化钠添加量在0至0.4%内时,铅的稳定效果与其添加量呈负相关性,超过0.4%后呈正相关性。当在飞灰中添加4%绿矾、3%磷酸钠、0.5%硫化钠、15%水泥的复合添加剂时,符合卫生填埋场入场标准,且增容比最小,经济上最省。     

化学沥浸与硫化钠钝化联合处理猪粪中重金属

利用柠檬酸浸提猪粪中重金属,减少总量,再利用硫化钠钝化经柠檬酸浸提后的猪粪残渣,降低猪粪中剩余重金属的生物可利用性。柠檬酸浸提实验表明:0.2 mol·L-1柠檬酸与猪粪按固液比1:5混合,反应24 h,对猪粪中Cu、Zn、Mn的浸出率为18.10%、66.16%、43.85%;硫化钠投加量5%,钝化7 d,猪粪中离子交换态Cu、Zn、Mn的浓度由酸浸后的14.08、116、81.75 mg·kg~(-1)降为8.77、12.04、21.02 mg·kg~(-1),硫化钠对酸浸后猪粪中Cu、Zn的钝化率为52.00%、63.72%,猪粪残渣中离子交换态Mn所占全量的比例由对照组的30.22%降到7.77%;柠檬酸酸浸和硫化钠钝化对猪粪中Cu、Zn、Mn总处理效率为73.00%、61.44%、29.90%。重金属分离技术和钝化技术联合处理猪粪中重金属,可以有效减少猪粪中Cu、Zn、Mn的总量并降低其生物可利用性。     

北京农村地区燃煤污染物的排放测试

针对农村地区燃煤炉灶设计了污染物排放因子测定系统,通过碳平衡法测定了不同炉灶不同燃料的污染物排放因子,从北京市延庆、怀柔、平谷和房山4个地区农户家中选取12种煤样,选取了北京地区应用广泛的10种土暖气炉和3种蜂窝煤炉分别测定了污染物排放因子数据。测定结果表明:土暖气炉燃烧劣质散煤的PM_(2.5)和SO_2的排放因子最高,分别为3.73 g·kg~(-1)(干燃料)和1.78 g·kg~(-1)(干燃料),燃烧优质散煤和煤球时的PM_(2.5)排放因子依次减小,分别为3.33 g·kg~(-1)(干燃料)和2.20 g·kg~(-1)(干燃料)。优质散煤的SO_2排放因子最低(0.16 g·kg~(-1)(干燃料)),NO_x的排放因子最高(2.99 g·kg~(-1)(干燃料))。当考虑单位有效热量输出时,相对于劣质散煤,燃烧优质散煤和煤球PM_(2.5)、SO_2的排放因子有所下降,PM_(2.5)分别减少了12.9%和8.4%,SO_2分别减少了91.2%和73.8%,但优质散煤NO_x排放因子增加了42.3%。结合调研数据,核算了北京农村地区燃煤污染物排放数据,结果表明,北京农村地区燃煤PM_(2.5)排放总量为1.84万t,占本地污染排放的贡献率为11.2%~16.3%。     

固定化生物活性炭处理糖蜜酒精废水

以预处理后的糖蜜酒精废液为培养基,从糖蜜酒精废液中筛选得到纯菌种,经鉴定,该菌种为黑曲霉组(Aspergillus niger group)。采用改性蔗渣灰活性炭包埋活体黑曲霉的方法制成固定化生物活性炭,以固定化小球为材料,糖蜜酒精废液为研究对象,通过单因素实验研究固定化小球降解预处理后的糖蜜酒精废水的实验条件。结果表明:当温度为22℃,pH为5,投加量为20 g·(50 mL)-1,培养8 d,固定化小球降解糖蜜酒精废液的效果最好,COD和色度的降解率分别达到92.90%和52.34%。     

基于重金属提取的垃圾焚烧飞灰无害化处理

采用加酸浸出工艺对垃圾焚烧飞灰进行无害化处理。研究证明盐酸能有效分离飞灰中重金属,重金属浸出率与盐酸浓度及液固比有关;重金属在实验的盐酸浓度和液固比下都能达到高浸出率,但液固比越低,浸出液中重金属的浓度就越高,越有利于重金属的回收。当盐酸浓度为5 mol·L~(-1)、液固比为2(mL:g)时,Pb、Cd和Zn浸出率均达到95%以上,而Cu的浸出率也达到81.38%,Pb、Cd、Zn和Cu的浓度分别为468.10、78.12、2 268.80和347.78 mg·L~(-1)。残灰采用加盐水洗工艺后,浸出毒性超标的重金属Pb和Cd浸出毒性低于GB 16889-2008标准限值,符合填埋要求。     

紫外辐照改性生物炭对土壤中Cd的稳定化效果

以废椰子壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照改性生物炭,探究改性生物炭对土壤中Cd的钝化效果。通过改性生物炭对溶液中Cd~(2+)的等温吸附实验表明,经过16 h辐照后的生物炭吸附效果最好,对溶液中Cd~(2+)的吸附量可达67.46 mg·kg~(-1)。通过添加不同生物炭含量(0、1%、3%、5%和10%)对土壤中Cd的修复实验发现,生物炭的添加可以提高酸性土壤的pH值,但经紫外辐照改性后的生物炭对pH值改变能力不如未改性生物炭。此外,生物炭的添加可使土壤中弱酸提取态和可还原态Cd向可氧化态转化,紫外辐照改性可显著提高这一能力。改性生物炭对土壤中Cd的钝化与表面含氧官能团有关。     

赤泥基层状金属氧化物对2种常见染料的吸附

以赤泥为原料采用焙烧还原-重构法制备层状金属氢氧化物(LDH)和层状金属氧化物(LDO),比较了赤泥、焙烧赤泥、LDO和LDH对活性黄KE-4R染料(KE-4R)、活性艳蓝染料(RBB)的吸附效果;考察了吸附剂用量、吸附温度、吸附时间等因素对吸附效果的影响,并探讨了吸附机理。结果表明:LDH和LDO经XRD测定,证实其具有层状结构;4种吸附剂对KE-4R、RBB的吸附效果排序为:LDOLDH赤泥焙烧赤泥;在投加量0.3g温度30℃,吸附时间90 min时,LDO对50 mg·L~(-1)KE-4R的去除率达到91.1%;在投加量0.1g温度25℃,吸附时间60 min时,LDO对50 mg·L~(-1)RBB的去除率达到97.2%;LDO对KE-4R和RBB的吸附等温方程符合Langmuir型等温式。