铊污染地下水的微生物修复研究

铊(Tl)是一种高毒性的重金属,具有生物蓄积性,自然界中常以Tl(I)形式存在。铊通过各种途径进入水体、土壤和沉积物等,会对环境造成严重的危害。本研究利用好氧微生物处理技术对铊污染地下水进行了修复研究。以乙酸钠为碳源,初始Tl(I)浓度为100μg/L,周期为6 d时,总铊去除率达到了63.50%。总铊去除率随着pH的升高先升高后降低,随着初始Tl(I)浓度的升高而降低。16S rRNA基因测序分析表明了铊抗性或铊氧化细菌的存在,如Stenotrophomonas、Acidovorax、Rhodococcus等,这些细菌的共同作用实现了铊的氧化与原位沉淀。本研究为铊污染地下水的微生物修复提供了理论基础,也为微生物技术修复其他重金属污染地下水提供了新的思路。     

碘离子对次氯酸氧化一价铊动力学影响及机理研究

铊(Tl)是一种在环境水体中广泛存在的痕量重金属,由于其对生物体毒性巨大,国家和地方高度重视铊污染防治,并将其作为优先监测的重金属污染物之一。氧化法是一种常用并且有效的除铊方法,该方法通过将一价铊(Tl (I))预氧化为更容易沉积的三价铊(Tl (Ⅲ))来实现总铊的去除,但容易受到水体中卤素离子的影响。本研究以水处理中常用的次氯酸钠(NaOCl)作为典型氧化剂,通过采用ABTS分光光度法检测生成Tl (Ⅲ)的浓度变化,考察了环境中常见的卤素碘离子对Tl (I)在这种典型氧化过程动力学中的影响,并结合动力学模型对其机理进行了探究。结果表明,在HOCl氧化过程中,碘离子的加入在pH为6.0、7.0和8.0时均表现出了促进Tl (I)氧化的现象,其中碘离子浓度在高于100 μmol/L时才有明显的催化氧化作用,且在100～1 000 μmol/L浓度范围内反应速率随着碘离子浓度升高氧化速率加快。在酸性和中性条件下500 μmol/L碘离子催化HOCl氧化Tl (I)符合假一级动力学过程,且随着pH的升高反应速率常数逐渐降低。推测碘离子的催化氧化作用为碘离子被次氯酸氧化后,产生具有更强氧化性的次碘酸进而继续氧化Tl (I)。本研究探究了在次氯酸氧化Tl (I)过程中,以碘离子为代表的卤素离子的存在对氧化过程的影响,突出了碘离子在影响Tl (I)氧化动力学中的关键作用。这对于完善铊的氧化还原性质以及评估含卤水中铊的去除策略,保障饮用水安全具有重要意义。     

γ-MnO_2对Tl(Ⅰ)的吸附性能

通过静态批处理吸附试验,研究了γ-MnO2对Tl(Ⅰ)(铊)的吸附性能,考察了溶液的pH、离子强度、γ-MnO2投加量、接触时间、初始ρ〔Tl(Ⅰ)〕和温度等因素对吸附的影响.结果表明:在pH为2~3的酸性溶液中,γ-MnO2对Tl(Ⅰ)的吸附容量随着pH的增大而减小;当pH为4~6时,吸附容量随pH的增加而迅速增大;而当pH6时,吸附达到平衡.γ-MnO2对Tl(Ⅰ)的吸附量随着离子强度的降低、γ-MnO2投加量的减小而增大.γ-MnO2对Tl(Ⅰ)的吸附在15min内达到平衡,并满足准二级动力学方程.在温度为288、303、318K的条件下,初始ρ〔Tl(Ⅰ)〕为10~1000mg/L时,最大饱和吸附量分别为53.04、49.05、45.03mg/g,符合Freundlich吸附等温方程.γ-MnO2对Tl(Ⅰ)的吸附过程是自发的放热过程.脱附研究表明,γ-MnO2表面的吸附行为属离子交换,并受离子强度影响.试验证明,γ-MnO2是一种极具潜力的Tl(Ⅰ)吸附剂.     

硫铁矿酸化过程中铊向水环境的释放迁移行为

采用动态风化模拟实验方法对来自广东某Tl污染区的硫铁矿矿样进行了2a左右持续的氧化淋滤实验,研究了硫铁矿酸化趋势及毒害金属元素铊Tl从源头向环境长期释放迁移的特征,探讨了硫铁矿酸化及Tl释放迁移的机制.结果表明:含碳酸盐硫铁矿暴露后,排放液pH值随时间呈缓慢波段下降趋势,较长时期内排放液pH>5.伴随硫铁矿酸化过程,Tl具特有的释放迁移特征.硫铁矿一旦暴露Tl就开始释放,且具强的迁移性,随后伴随风化进程呈波段减弱.在pH>5的环境中,Tl释放迁移受pH值的影响不同于酸性(pH<5)环境中,pH值降低对Tl的释放迁移没有促进作用,滤液中Tl的浓度与pH值呈正相关,还原环境有助于Tl的释放迁移.     

铊在河流沉积物上的吸附解吸行为研究

水体环境条件的改变直接影响铊在水体沉积物的吸附解吸行为,进而影响到铊在水环境中的迁移、转化途径.本实验采用北京市凉水河(L8)及其沿岸的藕田(L6)沉积物作为研究对象,研究了Tl(Ⅰ)在沉积物上的吸附特征及pH对其吸附过程的影响,并考察了以沉积物浸出液和背景电解质作为解吸体系时,Tl(Ⅰ)自沉积物上解吸的变化情况.研究结果表明:①两种沉积物对铊的吸附速度较快,初始的5 min内,沉积物对铊的吸附量达到最大吸附量的90％ (L6)和80％(L8)以上,12h基本达到吸附平衡.②沉积物L6和L8对Tl(I)吸附量均随着初始浓度的升高而增大,但是L6的吸附量明显高于L8.两种沉积物对铊的吸附等温线用Freundlich方程和Langmuir方程拟合均得到较好的拟合结果,在分析吸附解吸机理时,Langmuir方程更能说明其物理化学意义.③pH对铊在沉积物上的吸附影响较大,随着体系pH的增大,吸附量逐渐增大.④沉积物浸出液的高效体积排阻色谱和三维荧光表征结果表明沉积物浸出液中主要以类蛋白和腐殖酸类物质为主,荧光强度集中在1100 ～1550之间.用沉积物浸出液代替背景电解质作为解吸体系时,解吸量增加了2.232 mg·kg-1(L6)和1.494 mg·kg-1(L8)(C0 =0.33 mg·L-1),铊更易从沉积物浸出液的环境下解吸下来,进入水体.     

铊的水地球化学及环境影响

铊(Tl)是一个典型的毒害金属元素,其对哺乳动物的毒性高于Hg、Cd、Cu、Pb、Zn等元素。Tl在自然水体中存在两种氧化状态:Tl+和Tl3+,通常主要以Tl+形式存在。Tl+易随地下水或地表水的流动而迁移到更远的距离,但在较强的氧化环境中,Tl+能够氧化成Tl3+形成Tl(OH)3的沉淀,可以制约水环境中Tl的总含量。Tl可以通过饮用水进入人体,其中Tl+在人体的酶化反应过程中可以置换K+,并与酶产生很强的亲和力,从而诱发Tl的毒害效应。活性铝净化法、离子交换法和NaCl溶液可以用来去除饮用水中的Tl。基于Tl的毒害性,Tl所产生的水环境问题应该引起重视。     

针铁矿/H_2O_2体系对染料橙黄Ⅱ光化学脱色的实验研究

以针铁矿(α-FeOOH)为光催化剂,在金属卤灯(λ≥365 nm)照射下,对α-FeOOH与H2O2组成的非均相Fenton体系内橙黄Ⅱ的脱色进行了研究。考察了初始pH值、α-FeOOH用量、H2O2浓度和反应时间对橙黄Ⅱ脱色过程的影响。结果表明,在α-FeOOH用量为0.3 g/L,H2O2浓度为6 mmol/L,pH 3.0时,橙黄Ⅱ的脱色效果最好,光照90 min后脱色率达到99.4%。橙黄Ⅱ的光降解反应动力学符合Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学方程。对不同时间溶液中的总有机碳(TOC)监测,结果表明体系中橙黄Ⅱ的矿化率较低,通过对溶液中铁(Fe2+和总铁)溶出的测定,说明可能的反应涉及针铁矿表面的铁循环。     

铊在矿物胶体和天然有机质界面上迁移转化行为的研究进展

铊(Tl)是典型的毒害重金属元素之一,对生物体的毒性高于Hg、Cd和Pb等元素。铊在天然水环境相关介质中的背景含量较低,但可通过各种工业活动大量进入水体环境,借由水体迅速迁移扩散,对生态系统造成巨大的环境隐患。本文总结了铊在水体中的分布特征,并重点阐述了铊在矿物胶体和天然有机质(腐殖酸)等界面上迁移转化行为的研究进展。研究表明,铁(氢)氧化物、锰(氢)氧化物均能在一定程度上吸附水体中的Tl(I),铊在一些锰(氢)氧化物表面的吸附行为可能会涉及Tl(I)在矿物表面的氧化还原机制。矿物表面对铊离子的吸附作用不仅与矿物的组成成分有关,还可能与矿物组成成分的晶型结构密切相关。天然有机质对铊迁移转化影响作用的研究目前主要偏重天然腐殖酸对铊的络合作用。因此,要加强的研究铊分别在不同种类、不同晶型的矿物和不同类型的天然有机质界面上的迁移转化行为,并借助高精度的价态和结构分析手段从分子水平上探讨其迁移转化机理。了解铊在水体中的迁移转化有助于深入认识铊的环境地球化学行为,并为研究铊的污染治理提供理论基础。     

锰氧化物对水体中铊的去除机制研究进展

铊（Tl）是国际公认的优先控制的13种金属污染物之一,近些年频繁发生的水体Tl污染事件推动了Tl去除研究工作的进展,作为去除Tl的高效吸附剂、催化剂和氧化剂,锰氧化物是研究热点之一.该研究综述了Tl在合成锰氧化物、矿物锰氧化物、改性锰氧化物及锰氧化物复合材料上的吸附特征,总结了pH、共存离子和有机质对锰氧化物去除Tl的影响,深入探讨了Tl在锰氧化物上的吸附机制.前人的研究成果表明:经过科学改性的锰氧化物及锰氧化物复合材料在吸附选择性、可重复利用及易分离方面表现出更好的Tl去除效果.pH主要通过静电作用和氧化还原作用影响锰氧化物对Tl的去除机制,是影响锰氧化物去除Tl效率的最关键因素;共存离子和有机质分别通过竞争吸附位点和络合作用的方式抑制锰氧化物对Tl的吸附;锰氧化物去除Tl的主要机制为络合作用、氧化沉淀和静电引力,矿物锰氧化物还可以依靠离子交换和同位素分馏作用去除Tl.锰氧化物对Tl去除机制的定性和定量研究,以及不同晶型结构锰氧化物及锰氧化物与微生物的结合对地下水中Tl的去除技术是未来的研究方向.      

铊矿山废水的微生物絮凝处理研究

将黔西南滥木厂铊矿区前期分离到的微生物菌株作为絮凝剂应用于含铊矿山废水的絮凝实验。实验结果表明,培养三天后的发酵液对矿山废水中铊的去除率最高可达到70.49%,最佳影响因子组合为:pH=8,温度为16℃,搅拌时间为4min。菌株的絮凝活性最高可达到57.32%,最佳影响因子组合为:pH=8,温度为14℃,搅拌时间为4min。铊高耐受性菌株在铊矿山废水微生物修复治理中具有较好的应用前景。     

利用太阳光与固定床型光反应器处理有机废水的研究

自制了一种模拟工业处理废水的光催化反应器。该反应器将TiO2固定在玻璃板上，以太阳光为光源，以邻氯苯酚为处理对象，研究了邻氯苯酚水溶液光降解的可行性。结果表明，在实验条件下，该系统能对邻氯苯酚水溶液进行有效的光解。光照60分钟后．其降解率可达87％。此外还探讨了流速、邻氯苯酚溶液初始浓度和初始pH值对光解反应的影响。     

电絮凝法处理地下水的试验研究

利用电絮凝法处理受到污染的高氟地下水,研究了电极间距、原水pH值、电流密度对处理效果的影响。实验结果表明,电絮凝法去除地下水中的氟和TOC时,不需改变原水的pH值。在电极间距为1.0cm,电流密度为32.4A/m2,反应10min后,出水中F-浓度<1.0mg/L,符合国家生活饮用水卫生标准,TOC的去除率达到66%左右,优于传统给水处理工艺对TOC的去除效率。电絮凝对地下水中污染物的去除机理包括电絮凝、电化学氧化和还原以及电气浮等协同作用。     

γ-射线辐照法去除水中的六价铬

以人工配制的含Cr水溶液[Cr(VI)=42mg/L]为研究对象,从动力学的角度考察了不同实验条件对γ-射线辐照还原Cr(VI)的影响.结果表明,初始pH值对Cr(VI)还原影响较大,酸性条件有利于Cr(VI)的还原,在15kGy的辐照强度下,pH2时,Cr(VI)的去除率达86.2%,而pH5和pH7时,Cr(VI)的去除率仅分别为36.3%和22.2%.乙醇的存在提高了Cr(VI)的辐照还原动力学常数.在乙醇添加量为0.1%(体积比),pH2的条件下,在较低的辐照强度(5kGy)下就可获得较高的Cr(VI)去除率(99.9%).中性条件下(pH7),添加1mmol/L的碳酸钠对Cr(VI)的还原有一定促进作用,而酸性条件下(pH2)则效果不明显.试验还考察了充N₂或充O₂对Cr(VI)辐照还原效果的影响,充N₂气可增强Cr(VI)的还原效果,而充O₂则抑制Cr(VI)的还原.     

电絮凝法处理PVC化工废水的试验研究

利用电絮凝法处理PVC化工废水,研究了极板材料、原水pH值、反应时间、电流密度、极板间距对处理效果的影响。实验结果表明,电絮凝法去除PVC化工废水中的浊度和COD时,在使用铝合金极板,pH值为8.0,电流密度为30 mA/cm2,极板间距为1.5 cm,反应20 min后出水浊度≤5NUT,COD≤60 mg/L。优于传统药剂絮凝对浊度和COD的去除率。电絮凝处理PVC化工废水的机理包括电絮凝、电化学氧化还原及电气浮等协同作用。     

二氧化钛膜光催化降解水中壬基酚的研究

用溶胶-凝胶法于500℃制备了不同层数的锐钛矿纳米二氧化钛（TiO2）薄膜。利用TiO2薄膜作催化剂,研究了水中壬基酚（NP）的紫外光降解特性。考察了镀膜层数、pH值、初始浓度、光照距离和光照时间与降解率的关系。结果表明,镀3层膜,pH值为5．0～6．0,光照距离为9cm,光照时间为60min的条件下,ρ（NP）初始为100μg/L时降解率可达80％以上。     

半导体光催化降解分散染料溶液的研究

以ＴｉＯ２半导体为光催化剂对溶液中的分散染料的降解进行了研究，在通空气的条件下，光照５０分钟可使５０ｍｇ／Ｌ的染料溶液完全色，ＣＯＤ.ｒ作文经可达７０％以上。研究中探讨了通空气、溶液的ＰＨ值，光距ＴｉＯ２重复使用等因素对光催化降解的影响。     

铁-草酸配合物光分解降解活性染料的研究

研究了铁（Ⅲ)-草酸配合物在可见光及太阳光照射下，对活性染料的光解降解作用。结果表明，在pH=4．0、Fe(Ⅲ)／H2E2O4=0．060mmol／L／2．88mmol／L(草酸分2次加入)、光照3h的条件下，20mg／L的活性红的降解率为97．5％。溶液pH值、铁与草酸浓度比和活性染料浓度均对降解效果产生影响。     

光催化降解制浆漂白废水试验条件的优化

制浆漂白废水的主要成分之一氯代愈创木酚在TiO2作催化剂、254nm波长的紫外光作光源时,发生光催化降解反应,苯环特征峰在反应过程中逐渐消失。采用正交试验得到较佳的试验条件,结果表明,有机物的初始浓度是一个关键因素,其次是溶液的酸碱度,降解时间的延长可以提高光催化降解效果,同时还要考虑催化剂的用量和反应器的循环流量等工艺参数。在初始浓度为0.05mmol/L、循环流量20L/h、催化剂用量250mg/L、pH值10、反应180min时,降解率达到99%。     

铁-草酸盐配合物光分解降解对硝基苯酚的研究

研究了铁(Ⅲ)-草酸盐配合物在可见光及太阳光照射下,对对硝基苯酚的光解降解作用。结果表明,在pH=4.0、Fe(Ⅲ)/H_2C_2O_4=0.080mmol/L/0.96mmol/L(分4次加入)、光照4h的条件下,20mg/L对硝基苯酚的降解率为89％。溶液pH值,铁与草酸盐浓度比和对硝基苯酚浓度均对降解效果产生影响。