生物硫铁纳米材料特性分析及其处理高浓度含铬废水研究

研究了硫酸盐还原菌（SRB）生成的生物硫铁纳米材料（纳米硫铁）的特性及其在高浓度含铬废水处理中的应用.采用透射电镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）和X-射线光电子能谱（XPS）等测试方法对纳米硫铁特性进行分析,考察了pH、温度、投加量对纳米硫铁处理高浓度含铬废水影响,并与传统含铬废水处理方法进行了效果比较.结果表明,纳米硫铁材料粒径长为45～80 nm,长宽比10～15,其铁硫原子比为1.07～1.11,主要组分为无定形态硫化亚铁（amorphous FeS）和四方硫铁矿(mackinawite).反应体系pH、温度、投加量是影响纳米硫铁去除Cr(Ⅵ)的主要因子,pH越低,温度越高,纳米硫铁投加量越大,对Cr(Ⅵ)的去除速率越快.其中pH值对Cr(Ⅵ)的去除影响最大,在pH=3、 25℃、纳米硫铁与Cr(Ⅵ)摩尔比为1.17/1时,10 min即可使Cr(Ⅵ)浓度0.03 mol/L的废水达标排放.此外,纳米硫铁较市售分析纯硫化亚铁具有处理时间短、投加量少等优点;较传统生物处理（SRB法）具有污泥量少和出水COD低等优点.     

碱性系统中铁对铬的还原作用及其对飞灰中铬的浸出控制

为了控制焚烧飞灰中铬的浸出,将FeSO4加入焚烧飞灰-水系统中和Cr（Ⅵ）的碱性水溶液中,试验二价铁（Fe（Ⅱ））对Cr（Ⅵ）的还原效果,并检验了Cr（Ⅵ）的还原产物的稳定性.热力学分析表明,碱性系统中Fe（Ⅱ）对Cr（Ⅵ）的还原受到Fe（Ⅱ）与O2反应的强烈竞争.实验结果也证实了暴露于空气的飞灰-水系统中的Fe（Ⅱ）对铬没有明显的控制效果,但在碱性溶液相中过量的Fe（Ⅱ）却能快速有效地还原Cr（Ⅵ）,且还原产物十分稳定.此外,焚烧飞灰中铬的溶出受到Pb、Ba、Ca等元素的干扰,不利于Cr（Ⅵ）的还原稳定.为了有效地稳定Cr（Ⅵ）,Fe（Ⅱ）稳定飞灰的过程可分两步进行.试验结果还表明,在碱性系统中铁的氧化物/氢氧化物对Cr（Ⅵ）的吸附和沉淀效果十分有限.     

生物硫铁复合材料处理含铬废水及铬资源化研究

研究了由硫酸盐还原菌(SRB)与其原位生成的纳米硫铁化合物组成的生物硫铁复合材料(生物硫铁)的耐铬性能和再生性能,并利用其再生特性,设计了处理高浓度含铬废水及铬资源化的还原-再生循环处理工艺.结果表明,生物硫铁处理含铬废水后,污泥中的SRB仍具有活性,能以反应产物Fe3+和S单质为电子受体,重新生成生物硫铁;而且SRB在Cr(VI)浓度600mg/L的废水中仍能存活并逐渐将Cr(VI)去除.还原-再生循环处理工艺处理含铬废水结果表明,出水Cr(VI)低于0.019mg/L,总Cr低于0.929mg/L,能达标排放.经10个循环处理后污泥中铬(Cr2O3)含量达到40.47%,铬铁比达到6.98,污泥达到冶金级(湿法冶炼铬)铬矿标准和化工级铬矿标准,可资源化利用.     

Fe(Ⅲ)-(S,S)-乙二胺-N,N''-二琥珀酸体系中Cr(Ⅵ)的紫外光还原

将易生物降解的天然螯合剂乙二胺-N,N'-二琥珀酸(EDDS)与Fe(Ⅲ)结合形成Fe(Ⅲ)-EDDS体系并用于处理水中Cr(Ⅵ).在紫外光照射下利用该体系对Cr(Ⅵ)进行光还原,考察了溶液p H值、Fe(Ⅲ)-EDDS和Cr(Ⅵ)的初始浓度对Cr(Ⅵ)去除率的影响.结果表明,UV/Fe(Ⅲ)-EDDS体系对Cr(Ⅵ)有光还原作用,且紫外光是反应进行的必要条件.在p H为3.0~8.0的范围内,反应顺利进行,且溶液的p H值越小,Cr(Ⅵ)的还原效果越好,去除率越高.Fe(Ⅲ)-EDDS浓度的增加对Cr(Ⅵ)还原有促进作用,Fe(Ⅲ)-EDDS浓度在0.10~0.30 mmol·L-1之间时,随着Fe(Ⅲ)-EDDS浓度的增大,Cr(Ⅵ)的还原率增大;当溶液中Fe(Ⅲ)-EDDS浓度不变,Cr(Ⅵ)浓度在5~20 mg·L-1之间时,Cr(Ⅵ)的去除率随其浓度的增加而降低.     

重金属絮凝剂DTMPAM去除Cr (Ⅵ)的性能与机理

以二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺（DTMPAM）作为高分子絮凝剂,研究DTMPAM对水中Cr （Ⅵ）的去除性能,考察了DTMPAM投加量、pH值、Cr （Ⅵ）初始浓度以及共存浊度、无机物质、有机物质对DTMPAM处理含Cr （Ⅵ）废水性能的影响.结果表明,DTMPAM在酸性条件下对不同Cr （Ⅵ）初始浓度的含Cr （Ⅵ）水样均具有良好的去除效果,且Cr （Ⅵ）的去除率随着体系初始pH值的降低而升高;当pH值为3.0时,DTMPAM对Cr （Ⅵ）初始浓度为5,15,25和50mg/L水样中Cr （Ⅵ）的最高去除率分别达到94.78%,96.52%,96.53%和97.49%.共存浊度对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）具有抑制作用.在低DTMPAM投加量下,共存无机阳离子K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺,共存无机阴离子SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-,以及共存有机物质柠檬酸钠、乙酸钠、三氯乙酸和氨基乙酸等对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）均具有一定的抑制作用;而在高DTMPAM投加量下,这些物质的存在会对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）表现出较小的促进作用.无机阳离子Fe³⁺、Ni²⁺、Ba²⁺的存在对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）具有较明显的抑制作用,其中Ba²⁺的抑制作用最显著.红外光谱和能谱分析显示,DTMPAM高分子链上的二硫代羧基可将水样中Cr （Ⅵ）还原为Cr （Ⅲ）,Cr （Ⅲ）进一步和DTMPAM分子链上的二硫代羧基、胺基发生螯合反应形成絮体.     

硫酸盐还原菌介导水铁矿相转化特征及其产物对Cr（Ⅵ）固存的影响

硫酸盐还原菌（SRB）广泛存在于酸性矿山废水（AMD）污染的土壤中,其介导的铁矿物转化过程及其相转化产物影响着重金属的迁移 转化行为.选取土壤中的典型铁氧矿物水铁矿作为研究对象,探究了SRB （Desulfovibrio vulgaris ATCC 7757）介导水铁矿的矿相转化,分析了水铁矿相转化产物对Cr（Ⅵ）的固存能力,揭示了不同相转化阶段产物对六价铬（Cr（Ⅵ））的固存能力及作用机制.结果表明,SRB介导下矿物的相转化路径为水铁矿-马基诺矿-磁铁矿,反应过程的相转化产物对Cr（Ⅵ）的固存能力呈先增加后降低的趋势：反应第5 d水铁矿相转化的产物主要为马基诺矿,此阶段相转化矿物对Cr（Ⅵ）的固存能力达到141.06 mg·g^-1,固存方式以还原作用为主;14 d时相转化矿物主要以马基诺矿和磁铁矿复合形式存在,复合产物对Cr（Ⅵ）的固存能力仅为79.59 mg·g^-1,其对Cr（Ⅵ）的固存方式包括还原和吸附作用,还原和吸附对Cr（Ⅵ） 固存的贡献占比分别为78.82%和21.17%.由此可见,水铁矿相转化产物组成的差异是导致其对Cr（Ⅵ）固存能力及作用机制变化的关键因素.     

电活性微生物激活生物质炭/零价铁协同钝化Cr(Ⅵ)及机制

纳米零价铁（nZVI）具有对六价铬［Cr（Ⅵ）］还原去除能力,但其存在易老化和易团聚的问题,会大大降低对Cr（Ⅵ）反应活性.本文将具有异化铁还原能力的MR-1引入到老化生物质炭负载纳米零价铁（nZVIB）除Cr（Ⅵ）的反应体系中.研究厌氧条件下老化后nZVI/B与MR-1之间对Cr（Ⅵ）去除存在的协同效应机制,以及反应体系中pH条件,初始Cr（Ⅵ）浓度和MR-1菌浓度对这种协同效应的影响.结果表明,在pH为7时体系有明显协同效应,去除率提高51.3%.并且该协同效应随初始Cr（Ⅵ）增加而减弱,随着MR-1浓度增加而增强.固相分析结果表明Cr（Ⅵ）主要以还原为Cr（Ⅲ）的形式被固定.MR-1的异化铁还原能力起到了重要的作用,通过零价铁表面铁氧化物老化层还原,为反应体系提供了大量还原性的Fe（Ⅱ）,同时也释放了内部nZVI的反应活性位点,而生物质炭不仅分散了nZVI还介导MR-1的胞外电子传递过程,从而增强了体系对Cr（Ⅵ）协同钝化能力.本研究为有效解决nZVI长期使用过程中的老化问题提供了新思路.     

活性炭吸附处理实验室含Cr（Ⅵ）废水的研究

采用静态和动态吸附实验,探讨了溶液pH值、活性炭用量对Cr（Ⅵ）吸附的影响以及活性炭动态吸附含Cr（Ⅵ）废水的效果及活性炭的再生。结果表明,利用活性炭处理实验室含Cr（Ⅵ）废水,具有处理效果好、再生容易等特点。     

Cr（Ⅵ） reduction inFe（Ⅲ）-citrate system under ultraviolet radiation

研究了在紫外光照射下,Fe（Ⅲ）-柠檬酸盐溶液对Cr（Ⅵ）的光还原反应.同时,考察了溶液pH值、Fe（Ⅲ）浓度、柠檬酸盐浓度、Cr（Ⅵ）初始浓度对光还原效率的影响,并分析了光还原反应的动力学.研究结果表明,Fe（Ⅲ）-柠檬酸盐体系能光还原Cr（Ⅵ）,在pH为2.0～6.0的范围内,Cr（Ⅵ）的还原率随着溶液初始pH值的降低而增大.当pH值为2.0、Fe（Ⅲ）浓度为10μmol·L-1、柠檬酸盐浓度为250μmol·L-1及Cr（Ⅵ）初始浓度为19.2μmol·L-1时,光照反应8min后Cr（Ⅵ）的最大还原率达到100%,但当pH值增加到6.0时,Cr（Ⅵ）的最大还原率下降到19%;当Cr（Ⅵ）的初始浓度在9.6～96.0μmol·L-1的范围内时,Cr（Ⅵ）光还原反应的初始速率随着Fe（Ⅲ）、柠檬酸盐（cit3）、Cr（Ⅵ）初始-浓度的增加而增加.表观动力学方程为：-dCCr（Ⅵ）/dt=0.1019[Cr（Ⅵ）]0.[Fe（Ⅲ）]0.[cit3]0..536-25     

新型高分子絮凝剂对废水中Cr(Ⅵ)的捕集性能

研究了新型高分子絮凝剂聚乙烯亚胺基黄原酸钠(PEX)对废水中Cr(Ⅵ)的捕集性能,考察了Cr(Ⅵ)初始浓度、p H值、共存无机物以及共存浊度对PEX处理含Cr(Ⅵ)废水的影响.结果表明,PEX在强酸条件下对废水中不同浓度的铬均具有很好的去除效果,体系p H值为2.0时,Cr(Ⅵ)和总Cr的最高去除率可分别达到99.1%和96.6%.废水中共存的影响物质Na Cl、Na F、Na2SO4、Ca Cl2和浊度均会抑制Cr(Ⅵ)的去除,促进总Cr的去除.红外光谱显示,PEX高分子链上的二硫代羧基可将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),还原产物Cr(Ⅲ)进一步与PEX分子链上的二硫代羧基、胺基发生螯合反应.     

双金属和多金属系统对零价铁利用效率的改进

为解决Fe0-PRB(零价铁-渗透反应格栅)中Fe0利用效率低、易板结堵塞的问题,分别采用粒径为0.074 mm的试剂铁粉和0.150～0.270 mm的工业铁粉为反应介质,在铁粉表面负载不同比例的Cu或Ni制备Cu/Fe、Ni/Fe双金属和Cu/Ni/Fe多金属颗粒,研究Fe0、双金属和多金属系统去除Cr(Ⅵ)的性能、机制.结果表明:双金属和多金属系统的Cr(Ⅵ)去除率明显高于Fe0,试剂铁粉的Cr(Ⅵ)去除率明显高于工业铁粉.反应8 h达到平衡后,试剂铁粉和工业铁粉的Cr(Ⅵ)去除率仅为45%和20%,Cu/Fe双金属、Cu/Ni/Fe多金属的Cr(Ⅵ)去除率均能达到90%以上,以试剂铁粉和工业铁粉制备的Ni/Fe双金属的Cr(Ⅵ)去除率最高分别为76.6%和44.0%.不同负载率的双金属和多金属系统反应过程中可溶的ρ〔Cr(Ⅲ)〕较低.反应后溶液的pH从反应前的5.0升至10.0左右.反应初期ρ(TFe)(TFe为总铁)超过了0.30 mg/L,其余时间均达标.反应过程中ρ(Cu2+)均在0.40 mg/L以下,均未检测出Ni2+.研究显示,双金属和多金属系统显著提高了Fe0利用效率.      

共存离子对地浸废水中铀生物沉淀过程的影响

采用硫酸盐还原菌生物(还原)沉淀法消除地浸废水中的放射性铀污染,研究了共污染离子Cu(II)、Zn(II)、Fe(III)和SO42-分别对铀生物沉淀过程的影响。序批式实验结果表明,初始Cu(II)浓度低于10mg/L或Zn(II)浓度低于20mg/L时对铀生物沉淀过程影响不大,当Cu(II)浓度超过15mg/L或Zn(II)浓度超过25mg/L时,该过程会因重金属的生物毒性作用受到完全抑制。在含有Fe(III)的氧化环境中,铀生物沉淀过程与Fe(III)还原过程同时进行,但铀沉淀速度相对减慢。初始SO42-浓度低于4000mg/L时对铀生物沉淀过程影响很小,超过5000mg/L时会产生明显的抑制作用,且抑制作用随着SO42-浓度的上升而加强。     

海藻酸钠固定化Fe-Cu双金属去除Cr(Ⅵ)的作用机制

通过运用海藻酸钠(SA)固定化Fe-Cu双金属(SAB)来克服Fe0-PRB利用率低、易板结、堵塞的缺陷.结果表明,SA和Fe-Cu双金属的运用能极大地提高Fe0的利用率,SA的运用可以使Fe-Cu双金属以较低的镀铜量获得较高的Cr(Ⅵ)去除率,SAB镀铜0.9%(SAB0.9)为最佳的填料.FEI电镜扫描结果表明,SA跟2价金属阳离子Ca2+交联形成孔隙结构,为双金属的附着提供了大量的吸附点位,增大了金属颗粒的比表面积;场发射扫描电子显微镜(FESEM)及X-射线光电子能谱(XPS)结果表明,Cu负载于Fe0表面,呈疏松层状结构,在Fe0与Cr(Ⅵ)反应中起催化剂作用,通过自身化合态变化传递Fe0失去的电子,从而提高了Fe0的利用率.渗透系数实验结果表明,SAB0.9能控制Fe0与Cr(Ⅵ)反应产物的释放,缓解Fe0-PRB易板结、堵塞的缺陷.     

菌株Enterobacter sp. L6异化Fe(III)还原及Cr(VI)还原的性质分析

Cr（VI）是一种毒性极强的重金属,利用微生物还原Cr（VI）为Cr（III）是解决Cr（VI）污染的一条有效途径。菌株Enterobacter sp. L6是一株分离自海洋沉积物中的异化铁还原细菌。接种时细胞密度A₆₀₀为（0.25±0.03）,培养12 h,A₆₀₀达到（1.04±0.05）,累积产生Fe（II）浓度为（0.80±0.03）mmol/L;随着培养时间的延长,细胞密度A₆₀₀和累积产生Fe（II）浓度开始下降;培养36 h时,细胞密度A₆₀₀为（0.81±0.04）,累积Fe（II）浓度（0.63±0.01）mmol/L。在厌氧培养过程中,菌株L6细胞生长与异化还原Fe（III）性质存在明显的偶联关系。利用菌株L6的异化铁还原性质还原Cr（VI）的实验结果表明,在Cr（VI）浓度0～24 mg/L范围内,异化铁还原细菌L6都能进行细胞生长并还原Cr（VI）。Cr（VI）浓度为4、8和12 mg/L时,菌株L6对Cr（VI）还原率可达到100%,当Cr（VI）浓度为16 mg/L时,Cr（VI）还原率是参比[未添加Fe（III）]的2.11倍。Cr（VI）浓度为20、24 mg/L时,仍能够还原Cr（VI）。以Fe（III）为电子受体的异化铁还原细菌能明显提高Cr（VI）还原率,这为利用微生物修复Cr（VI）污染提供实验数据支持。     

制革印染工业园区污水厂重金属污染特性及去除效果研究

以浙江某制革、纺织印染工业园区污水处理厂为研究对象,分析了该污水处理厂进水、出水和污泥中Cr、Zn、Cu、Ni、Pb、Cd、Fe、Mn等重金属含量、来源及污染分布特性,探讨了重金属对该污水处理运行的影响。结果表明:该污水处理厂进水中Cr和Fe的含量最高,分别达16.40和15.80mg/L;重金属在污泥中发生富集,其中Cr和Fe的浓度高达12550和13671mg/kg。重金属在污泥中富集,不仅制约了污泥处置及资源化利用,而且影响了污泥的固液分离性能和常规污染物的去除效果。     

木质垃圾与废铁泥制备Fe0-BC材料及其对水中Cr(Ⅵ)的去除行为

含铬废水的直接排放会对自然环境造成严重危害.为探究零价铁-生物炭材料(Fe⁰-BC)与Cr(Ⅵ)的反应效能,以木质垃圾与印染行业废铁泥两种亟需处理的固体废物作为原料,在不同温度下通过碳热还原制备Fe⁰-BC,并将其应用于水中Cr(Ⅵ)的去除.材料表征结果表明,1 200℃下制备的Fe⁰-BC材料(Fe⁰-BC-1200)性能最佳,其比表面积为105.6 m³/g,孔径为6.23 nm,物相主要由Fe⁰、Cu0、C以及少量杂质构成,其中Fe⁰以球状的颗粒形式分散附着在碳的孔结构中,且大小均匀,粒度基本达到纳米级.通过静态试验考察了Fe⁰-BC材料对Cr(Ⅵ)的去除过程,发现Fe⁰-BC-1200对Cr(Ⅵ)的去除效果最好,在初始浓度为20 mg/L、初始pH为3.5、投加量为2.5 g/L的条件下,Cr(Ⅵ)的去除率达到95.2%. Cr(Ⅵ)的去除过程符合准二级反应动力学过程和Langmui...     

Simultaneous removal of Cu(II) and Cr(VI) by Mg–Al–Cl layered double hydroxide and mechanism insight

Mg–Al–Cl layered double hydroxide (Cl-LDH) was prepared to simultaneously remove Cu(II) and Cr(VI) from aqueous solution. The coexisting Cu(II) (20 mg/L) and Cr(VI) (40 mg/L) were completely removed within 30 min by Cl-LDH in a dosage of 2.0 g/L; the removal rate of Cu(II) was accelerated in the presence of Cr(VI). Moreover, compared with the adsorption of single Cu(II) or Cr(VI), the adsorption capacities of Cl-LDH for Cu(II) and Cr(VI) can be improved by 81.05% and 49.56%, respectively, in the case of coexisting Cu(II) (200 mg/L) and Cr(VI) (400 mg/L). The affecting factors (such as solution initial pH, adsorbent dosage, and contact time) have been systematically investigated. Besides, the changes of pH values and the concentrations of Mg²⁺ and Al³⁺ in relevant solutions were monitored. To get the underlying mechanism, the Cl-LDH samples before and after adsorption were thoroughly characterized by X-ray powder diffraction, transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. On the basis of these analyses, a possible mechanism was proposed. The coadsorption process involves anion exchange of Cr(VI) with Cl⁻ in Cl-LDH interlayer, isomorphic substitution of Mg²⁺ with Cu²⁺, formation of Cu₂Cl(OH)₃ precipitation, and the adsorption of Cr(VI) by Cu₂Cl(OH)₃. This work provides a new insight into simultaneous removal of heavy metal cations and anions from wastewater by Cl-LDH.     

Nano-sized Fe2O3/Fe3O4 facilitate anaerobic transformation of hexavalent chromium in soil–water systems

The purpose of this study is to investigate the effects of nano-sized or submicro Fe_2O_3/Fe_3O_4 on the bioreduction of hexavalent chromium(Cr(VI)) and to evaluate the effects of nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 on the microbial communities from the anaerobic flooding soil.The results indicated that the net decreases upon Cr(VI) concentration from biotic soil samples amended with nano-sized Fe_2O_3(317.1 ± 2.1 mg/L) and Fe_3O_4(324.0 ± 22.2 mg/L) within21 days,which were approximately 2-fold of Cr(VI) concentration released from blank control assays(117.1 ± 5.6 mg/L).Furthermore,the results of denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE) and high-throughput sequencing indicated a greater variety of microbes within the microbial community in amendments with nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 than the control assays.Especially,Proteobacteria occupied a predominant status on the phylum level within the indigenous microbial communities from chromium-contaminated soils.Besides,some partial decrease of soluble Cr(VI) in abiotic nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 amendments was responsible for the adsorption of nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 to soluble Cr(VI).Hence,the presence of nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 could largely facilitate the mobilization and biotransformation of Cr(VI) from flooding soils by adsorption and bio-mediated processes.     

On-line batch production of ferrate with an chemical method and its potential application for greywater recycling with Al(III) salt

Ferrate(VI) salt is an oxidant and coagulant for water and wastewater treatment. It is considered as a possible alternative method in greywater treatment. However, challenges have existed in putting ferrate(VI) technology into full-scale practice in water and wastewater treatment due to the instability of ferrate solution and high production cost of solid ferrate products. This study demonstrated a new approach of greywater treatment with on-line batch production of Fe(VI) to which Fe(III) salt was oxidized at a weak acidity solution. A series of experiments were conducted to investigate the effect of Fe(VI) on light greywater (total organic carbon (TOC) = 19.5 mg/L) and dark greywater (TOC = 55 mg/L) treatment under different conditions with varying pH and Fe(VI) doses. In addition, the combination use of Fe(VI) and Al(III) salts was proved to be more efficient than using the Fe(VI) salts alone at greywater recycling. The optimum dosage of Fe(VI)/Al(III) salts was 25/25 mg/L for light greywater, 90/60 mg/L for dark greywater, respectively. The TOC values of both light greywater and dark greywater were reduced to less than 3 mg/L with the dosages. The cost for treating greywater was 0.06–0.2 $/ton at ferrate(VI) dosage of 25–90 mg/L and 0.008–0.024 $/ton at AlCl₃ dosage of 25–60 mg/L. The full operating cost needs further assessment before the Fe(VI)/Al(III) technology could be implemented in greywater treatment.