高炉矿渣对铝电解废旧阴极炭焚烧中氟化物的迁移转化行为影响

废旧阴极炭（Spent potlining）是铝电解行业产生的一种高无机氟含量危险废物.本研究以高炉矿渣（Blast furnace slag）为添加剂与废旧阴极炭混合焚烧,模拟计算有关反应的吉布斯自由能,研究焚烧过程中氟化物的转化和稳定化行为.结果表明,高炉矿渣中的钙基化合物可促进废旧阴极炭中的NaF和Na₃AlF₆转化为稳定的CaF₂. 在850 ℃、焚烧1 h的条件下,废旧阴极炭和高炉矿渣混合样（4/6,质量比）水溶性氟浸出率降低42.27%;同时,减少HF释放可使氟化物保留率提高3.85%.高炉矿渣的掺入将其中93.50%的氟化物固定于底渣中,显著降低了废旧阴极炭的浸出毒性.高炉矿渣中的SiO₂和Al₂O₃促进了NaF向CaF₂的热转化行为,高炉矿渣参与焚烧使得焚烧底渣颗粒更加疏松、分散,底渣的 氟化物主要以Ca₄Si₂O₇F₂形态存在,表明高炉矿渣具有协同处置废旧阴极炭的良好性能.     

环渤海芦苇湿地磷的吸附容量及释放风险评估

滨海湿地地处陆海交汇的关键带,是磷的"汇"、"源"和"转化器",在全球磷循环过程中扮演着十分重要的角色,其对水体磷素的截留能力日益受到关注.本文以环渤海地区芦苇湿地沉积物为研究对象,利用批处理实验研究了湿地磷的吸附容量和释放风险.结果表明,湿地沉积物磷的最大吸附容量（Q_max）为693.7~2117.2 mg·kg^-1,平均值为1468.6 mg·kg^-1,Q_max的大小顺序为七里海湿地 > 北大港湿地 > 南大港湿地 > 辽河三角洲湿地 > 寿光滨海湿地 > 黄河三角洲湿地.环渤海湿地沉积物磷吸附主要受Ca、Mg和TOC含量的影响.环渤海湿地磷吸附饱和度（DPS）和释放风险指数（ERI）分别为0.28%~4.50%和0.53%~10.10%,结果表明除寿光滨海湿地磷释放风险为中度风险外,其它湿地磷释放风险较低.总之,环渤海地区芦苇湿地沉积物具有较强磷吸附能力,沉积物为水体磷的"汇",沉积物释磷风险较低.建议在环渤海污染治理过程中充分发挥滨海湿地对磷的净化拦截作用,以降低陆源污染对近海水环境的影响.     

潜流湿地处理生活污水时的强化策略

研究在潜流湿地处理生活污水时通过预处理强化、介质优化和工艺改进克服现有技术缺陷的可行性.改进方法包括化学强化预处理、预曝气、添加氮吸附介质、添加磷吸附介质、湿地高浸润线、中浸润线、低浸润线和动态浸润线运行.结果表明,化学强化预处理不仅可以除磷,而且削减湿地污染负荷可使后续湿地面积减小63%,但是不能有效脱氮.预曝气仅使氨氮去除率提高了1%.添加氮吸附介质的有效时间短,运行前3个月对NH₄⁺-N去除率为84%,5个月后下降到64%.添加磷吸附介质的有效时间较长,可维持数年.因此,脱氮过程只有通过基质微生物实现.稳态浸润线下对COD、NH₄⁺-N、TN、TP的去除率,高浸润线湿地为50%、21%、32%、-26%;中浸润线湿地为53%、48%、48%、-14%;低浸润线湿地为74%、96%、35%、22%.提出动态浸润线及序批式潜流人工湿地工艺(CBSW),其对COD、NH₄⁺-N、TN、TP去除率为67%、62%、53%、33%.CBSW实现了单级湿地内好氧/缺氧环境的交替出现,提高了脱氮能力,除污综合表现最佳.     

超滤膜负载UiO-66@Fe3O4@UiO-66强化PPCPs去除和膜污染控制

本研究通过聚偏氟乙烯（PVDF）膜内负载具有协同吸附和催化作用的金属有机骨架（MOFs）,吸附去除水中药品及个人护理品（PPCPs）,并且达到膜滤过程中多功能材料吸附能力再生和膜污染控制的双重目的.在膜吸附方面,共混基质膜（MMMs）内MOFs材料UiO-66@Fe₃O₄@UiO-66能够有效吸附以水杨酸（SA）和邻-苯二甲酸二甲酯（DMP）为模板化合物的两种常见PPCPs.在膜催化再生方面,UiO-66@Fe₃O₄@UiO-66中的Fe₃O₄能够催化H₂O₂生成强氧化性的羟基自由基（HO·）,实现对MOFs/PVDF膜吸附能力再生和膜内污染控制的耦合.结果表明,pH=7±0.1条件下,10% MOFs/PVDF膜对0.1 mmol·L^-1 SA和DMP吸附去除率最高,它们的去除率可分别达到64.2%和46.1%.除此之外,膜内UiO-66@Fe₃O₄@UiO-66催化5 mmol·L^-1 H₂O₂,能够使膜通量和膜吸附性能恢复率分别达到91.8%和94.2%.实验设计的这种负载多功能MOFs共混基质膜的特点是它对膜吸附能力再生和膜污染控制过程的耦合.这为生化尾水深度净化过程中PPCPs去除和膜抗污染性能改善提供了新的思路.     

一步法La@MgFe2O4的制备及其吸附水中磷的性能

由于磷矿资源紧张及磷污染引起的水体富营养化,迫切需要回收水体中的磷酸盐.利用铁氧体复合材料吸附回收水中的磷,由于吸附容量较大以及利用外加磁场易于从水中分离而日益得到重视.本研究利用一步共沉淀法直接制备尖晶石型La@MgFe₂O₄复合材料,将La³⁺固定在MgFe₂O₄缺陷位点上,考察La@MgFe₂O₄的吸磷尤其是低温时的吸磷能力,并采用XRD/FTIR/XPS/VSM等技术对La@MgFe₂O₄进行表征.结果表明,La³⁺离子以La（OH）₃的形式负载在MgFe₂O₄晶界缺陷上,La³⁺的加入改变了MgFe₂O₄的结晶度和形貌,并大大提高了MgFe₂O₄的吸磷能力,其饱和磁化强度为14 emu·g^-1,在外加磁场条件下可以从水中磁分离.当pH值为6时,温度降为10℃其最大吸附容量与25℃时相比几乎无降低,约为143.156 mg·g^-1.动力学研究表明,La@MgFe₂O₄能在30 min内将低磷（10 mg·L^-1）浓度转化为极低磷.吸附机制研究表明,磷通过配体交换形成内球络合物被去除.La@MgFe₂O₄对磷酸盐具有高度选择吸附性,吸附剂解吸后可多次重复使用.将其应用于中国北方低温市政污水,投加吸附剂的浓度为1 g·L^-1,可在1 h内将磷酸盐浓度降低至0.5 mg·L^-1以下,表明La@MgFe₂O₄在寒冷地区也具有良好应用前景.     

氧化强化对氢氧化钙原位固磷效果的影响

将氢氧化钙［Ca（OH）₂］和过氧化氢（H₂O₂）以梅花散点的方式注射到底泥中,考察两者联用对内源磷的控制效果.结果表明,单独投加Ca（OH）₂可以有效固定沉积物-水界面（SWI）以下约20 mm沉积物中约90%的内源磷,但同时会加剧20 mm以下沉积物的厌氧环境,导致沉积物中稳定态磷向易释放态磷转化,造成潜在活性磷的累积;而H₂O₂的加入极大地降低了Ca（OH）₂投加后深层沉积物潜在活性磷富集的风险,并明显提高了Ca（OH）₂在沉积物中的纵向扩散深度,其影响范围可以达到SWI以下0~40 mm;但40 mm以下沉积物影响并不明显;这主要归因于氧化剂的投加导致氧化还原电位提高了近18倍.底泥内源磷形态变化也证实了氧化剂投加对磷的良好固定效果.与对照实验相比,SWI以下0~20 mm沉积物中易释放态磷含量明显降低,同时沉积物中Ca-P含量增加了约10%.但随着底泥深度增加,易释放态磷减少量逐渐降低,Ca-P的增加也逐渐变缓.     

纳米Fe3O4负载的浮游球衣菌去除Cr(Ⅵ)的研究

以纳米Fe₃O₄负载浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）为复合生物吸附剂,考察了其对Cr(Ⅵ)的吸附性能,并对生物吸附机理进行了初步研究.结果表明,pH值是影响复合生物吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的主要因素,吸附的最佳pH为2～3;用此复合生物吸附剂对Cr(Ⅵ)进行吸附,其单位吸附量为0.0217 mmol/g.用HCl对其进行再生,再生率在90％以上;—CONH₂和—NH—是菌体吸附Cr(Ⅵ)的主要活性基团,静电吸引是复合生物吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的主要机理之一.     

过氧化钙重塑底泥对水中磷酸盐的吸附作用

本研究模拟原位覆盖CaO₂流失后状态,以修复后表层2cm底泥为研究对象,通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDX）对底泥修复前后表面进行观察和元素分析,发现CaO₂重塑明显改变了底泥结构,去除底泥表面附着的大部分有机物和铁锰氧化物,提高底泥颗粒孔隙率,增加底泥表面Ca²⁺含量;CaO₂重塑使底泥内源磷更加稳定,TP含量减少约20%,潜在活性磷含量减少约30%,Ca-P和Res-P含量明显增加,同时厌氧环境下重塑底泥磷释放量明显小于原始底泥,表明CaO₂重塑极大降低了底泥内源磷释放风险;Langmuir模型与Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型相比,更适用于描述CaO₂重塑底泥对水中磷酸盐的等温吸附行为,CaO₂重塑明显提高底泥对水中磷酸盐的吸附能力,其最大磷吸附量由1.44 mg·g^-1增加到20.91 mg·g^-1,其对水中磷酸盐的吸附机制由化学吸附转变为物理化学吸附共同作用,此外准二级动力学模型可以较好地描述CaO₂重塑底泥对水中磷酸盐的吸附动力学过程,且CaO₂重塑显著提高底泥对水中的磷酸盐的吸附速率.     

磁性CeO2-Fe3O4复合材料光催化/吸附去除水中As(III)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO₂半导体的光催化活性及CeO₂和Fe₃O₄对As（V）的强亲和力,合成了双组份磁性CeO₂-Fe₃O₄复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始pH值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O₂^-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As（Ⅲ）能完全被氧化为毒性较低的As（V）,同时将As（V）高效吸附于CeO₂-Fe₃O₄粒子表面.在中性条件下,CeO₂-Fe₃O₄粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g^-1.共存离子Cl^-和SO₄^2-对As（V）的吸附没有显著影响,而CO₃^2-、SiO₃^2-和PO₄^3-与As（V）存在明显的竞争吸附,使As（V）的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As（V）的吸附以化学吸附为主导.CeO₂-Fe₃O₄复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

Fe2O3/PC功能化复合多孔炭材料的制备及除磷机理

采用热活化法辅以加压超声浸渍技术将硅酸盐水泥颗粒（PC）和Fe₂O₃负载于稻壳生物炭（RHC）的表面,得到了具有优异除磷效能和高选择性吸附性能的Fe₂O₃/PC功能化复合多孔炭材料（Fe-PC/RHC）.基于磷吸附容量和磷去除率,对PC和Fe³⁺负载进行量的优化;选取优化炭进行比表面积、孔径分布、物相结构、表面结构、微观形貌和零电位点表征测定.结果表明：复合炭材料表面均匀分散着硅酸钙盐、硅酸铁盐和Fe₂O₃等矿物活性颗粒,对其比表面积、孔结构和吸附性能具有增强作用;当RHC：PC=0.8：1（质量比）,Fe³⁺：RHC=2：1（2 mmol·g^-1）时制备的炭材料Fe₂-PC/RHC,投加0.2 g,处理100 mg·L^-1的磷酸盐溶液,在pH=6~8的条件下表现出了优异的吸附性能;铁盐的掺杂能有效调控介质pH值从11.09降低至7.71,zeta电位从2.82提高到7.57;准二级动力学模型和Langmiur模型更适用于描述Fe₂-PC/RHC吸附磷酸盐的过程,吸附4 h后逐渐趋于平衡,饱和吸附量为69.92 mg·g^-1;在几种常见阴离子和阳离子共存的情况下,Fe₂-PC/RHC对磷酸盐仍然表现出了优异的选择性吸附;结合吸附前后材料的表征结果,化学吸附是主要的除磷机理,此外还可能存在配体交换和静电吸引.     

人工湿地系统中填充基质对磷的吸附能力

人工湿地中填充基质对磷的吸附、沉淀作用是湿地系统的主要除磷机制,探明基质对磷的吸附能力对人工湿地系统设计至关重要. 分别利用吸附试验和柱吸附试验考察了宝钢钢渣、首钢钢渣、水淬渣和陶粒4种基质对磷的吸附能力,同时进行了浸出液毒性鉴别试验. 吸附试验表明,基质对磷的吸附符合Langmuir和Freundlich模型(R2为0.956～0.989),采用Langmuir模型预测的基质磷吸附量为2.274～3.637 mg/g. 在为期144 d的柱吸附试验中,填充宝钢钢渣和首钢钢渣的试验柱对磷有良好的去除效果,而填充水淬渣和陶粒的试验柱在90 d左右达到吸附饱和状态.在试验期内,基质的累积磷吸附量:宝钢钢渣为7.921 mg/g,首钢钢渣为7.495 mg/g,水淬渣3.317mg/g,陶粒为1.627 mg/g. 浸出液毒性鉴别试验表明,4种基质均有较高的环境安全性,由于2种钢渣和水淬渣具有较高的磷去除效率和便宜的价格,在湿地系统中具有广泛的应用价值.      

有机质胶体对卡马西平在多孔介质中迁移影响模拟实验

有机质胶体与有机污染物的相互作用会影响污染物在多孔介质中迁移转化等环境行为.为研究有机质胶体对药物和个人护理品(PPCPs)在土壤环境中迁移的影响,本实验以卡马西平(CBZ)为目标污染物,用商用腐殖酸制备有机质胶体,分别选择石英砂、标准土和野外所取土样为研究介质,通过室内土柱模拟实验探究有机质胶体存在时污染物在多孔介质中的迁移行为.结果表明,描述一维溶质运移的两点化学非平衡模型能够较好模拟CBZ在各介质土中的运移过程,说明污染物运移过程中与介质间发生了化学非平衡吸附作用;石英砂柱中加入胶体后,对CBZ的吸附过程无明显影响,但在解吸时阻滞因子及滞留量变小,可见胶体与石英砂间作用微弱,解吸过程中胶体与污染物结合形成复合体后对污染物有增溶作用;胶体存在时,标准土和自然土对CBZ的吸附量和迁移阻滞强度均明显大于石英砂,其中有机质及黏土矿物的作用最为明显,有机质中的低能/高能吸附位点以及黏土矿物极性表面均能够固定污染物;由于有机质含量较高,自然土对CBZ在吸附-解吸过程中的阻滞截留强度大于标准土.针对本实验中CBZ的迁移情况,提出了疏水性有机污染物在含有机质胶体土壤中的迁移过程中各种作用的概念模型.     

电炉钢渣对水中Cu2+、Cd2+和Pb2+的去除作用

以宝钢电炉钢渣为研究对象,考察了钢渣对溶液中重金属离子Cu2+、Cd2+、Pb2+的吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学特征,借助多种分析手段(XRD、BET比表面分析、SEM/EDS等)对钢渣进行了理化性能测试和表征.结果表明,电炉钢渣对重金属离子的吸附速率较快,吸附速率顺序为Cd2+>Pb2+>Cu2+,吸附过程符合一级动力学模型(R2>0.99).吸附等温实验结果表明,Langmuir模型较为适合重金属离子在钢渣上的吸附,实验条件下对Cu2+、Cd2+、Pb2+离子的最大吸附容量分别为0.101、0.058、0.120 mmol.g-1.3种重金属离子在钢渣上的吸附是一个吸热(ΔH0<0)、熵值增大(ΔS0>0)的自发反应过程(ΔG0<0),熵效应是吸附反应自发进行的主要驱动力.SEM/EDS分析结果揭示了吸附前后钢渣表面形貌和化学成分的变化.电炉钢渣以其低价、高效性在重金属废水处理中具有广阔的应用前景.     

铁矿渣去除水中砷实验研究

铁矿渣是常见的廉价固体废弃物之一,以铁矿渣为吸附材料,运用环境扫描电子显微镜和X-射线衍射仪分析其形貌和矿物成份,进行静态批实验和动态土柱吸附实验。研究表明铁矿渣对高砷水中五价砷的吸附符合Langmuir吸附等温曲线,温度对吸附砷效果影响明显,较高温度有利于砷的吸附(40℃30℃20℃),温度主要影响吸附过程中孔隙扩散阶段的吸附速率,高砷水呈酸性时吸附效果优于碱性条件。土柱吸附实验当进水砷为1829.2μg/L时,进水体积比为1200倍时,出水浓度仍低于50μg/L,且出水的铁、铜、银、锌等金属离子均未超标。该论文为进一步探究铁矿渣对高砷水中砷的去除提供了实验研究支撑。     

玉米秸秆黄原酸盐对铅离子的动态吸附特征

玉米秸秆黄原酸盐是一种新型的重金属吸附材料.为了揭示玉米秸秆黄原酸盐对溶液中铅离子的动态吸附特征,本文通过柱体穿透吸附模拟实验方法,研究了玉米秸秆黄原酸对流体中铅离子的吸附穿透曲线、吸附效率及水体流速、初始浓度、填柱高度等因素对其吸附特性的影响,并采用The Thomas、The Bohart-Adams、The Wolborskal和The Yoon-Nelson等模型进行动力学拟合.结果表明,流速、初始浓度、填柱高度等因素对玉米秸秆黄原酸盐吸附铅离子的穿透曲线都有明显影响,Thomas模型和Yoon-Nelson模型能较好反映吸附过程特征.实验表明,玉米秸秆黄原酸盐对铅离子的吸附量为175 mg·g~(-1),吸附后的玉米秸秆黄原酸盐残渣体性能稳定.     

石油类污染物在砂砾石层中的迁移与分布

利用静态模拟实验研究河滩砂砾石对油类的静态吸附特性,确定平稳吸附等温方程。通过土柱实验模拟油类在砂砾石中的迁移过程,建立油类在砂砾石层中迁移的数学模拟模型,确定模型参数,以此预测油类砂砾石中的迁移。     

锆改性高岭土原位改良技术控制重污染河道底泥磷释放效果

采用锆对高岭土进行改性,通过批量吸附实验考察了锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附性能,并通过底泥培养实验考察了锆改性高岭土原位改良技术对底泥磷释放的控制效果.结果表明,锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附能力随改性所用锆投加量的增加而增加.在制备锆改性高岭土过程中,溶液沉淀p H值由8增加到10时,锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附能力增加;沉淀p H值由10增加到11时,锆改性高岭土对磷的吸附能力基本不变;沉淀p H值由11增加到12时,锆改性高岭土的吸磷能力则下降.沉淀p H值为10时制备得到的锆改性高岭土对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir模型加以描述.大部分被锆改性高岭土中锆所吸附的磷酸盐(84%左右)主要以Na OH提取态磷(Na OH-P)和残渣态磷(Res-P)形态存在,低溶解氧情况下不容易被重新释放出来,同时重污染河道底泥会释放出大量的溶解性磷酸盐进入上覆水体;向重污染河道底泥中添加锆改性高岭土可以极大地削减底泥中磷向上覆水体迁移的通量.采用锆改性高岭土对底泥进行改良不仅增强了底泥对水中磷的吸附能力,而且降低了底泥的磷吸附-解吸平衡浓度(EPC0).因此,应用锆改性高岭土作为底泥改良剂可以有效控制重污染河道底泥磷释放.     

PRB活性介质球磨硫铁矿去除硝基苯

采用机械化学法制备了球磨硫铁矿粉末（BMP）,采用批次实验研究了BMP对硝基苯（NB）的还原性能,采用砂柱实验考察BMP用于填充可渗透反应屏障（PRB）以修复硝基苯污染地下水的可行性.X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）对BMP反应前后的形态、晶体结构和元素组成进行表征分析.结果表明,BMP可以有效地去除NB,去除率达98.8%,主要还原产物为苯胺（AN）.准一级动力学模型较好地拟合了NB的降解过程,降解动力学常数为59.03×10^-3min^-1.GC-MS分析未检出除AN外的其它污染物.砂柱实验结果表明,BMP-PRB可以连续高效去除模拟地下水中的NB,地下水成分保持稳定,急性毒性显著降低.表征分析表明,BMP对NB及其还原产物有一定的吸附作用.BMP表面持续产生具有还原性的Fe²⁺和S^2-等活性物质,可与NB的强吸电子基团硝基反应生成AN和Fe³⁺,而Fe³⁺氧化硫铁矿会产生Fe²⁺并促进Fe²⁺-Fe³⁺循环.     

新疆油田采出水及脱水原油挥发性组分分析及其在土壤中的淋滤特性

为了分析油田采出水及原油淋滤液挥发性组分的特性,采用气相色谱质谱法测试了油田采出水及脱水原油淋滤液中的挥发性有机物(VOCs),并通过土柱试验考察了原油可溶组分通过不同土壤厚度后的浓度变化规律。结果表明:在油田采出水中测得92种可溶性VOCs,在脱水原油淋滤液中测得29种可溶性VOCs,经过10 cm厚度的土壤后溶解组分大部分被吸附。苯系物和萘是原油的主要溶解组分,可以作为油田地下水污染的主要研究对象,土壤对原油淋滤液中VOCs组分具有较强的吸附能力。     

氨氮在饱水粉砂土和亚砂土层中吸附过程及其模拟

为在土地处理中选择合适保护土层厚度,防止ＮＨ４对地下水污染,通过动态土柱试验,了ＮＨ４在饱和粉砂土层和亚砂土层中的吸附和Ｃａｍｅｒｏｎ平衡＝动态吸附模型模拟了ＮＨ４在土层中的迁移过程,求得了不同土层和不同浓度条件下模型的各参数值,并求解出不同时刻,不同氨氮浓度条件下的沿程ＮＨ４浓度分布曲线。研究表明,在条件下,粉砂土和砂土的从向弥散系数分别为０．１７５和０．００９３ｃｍ＾２／ｍｉｎ;当水中氨氮浓度