磷酸铵镁结晶法去除和回收养猪废水中营养元素的实验研究

以模拟养猪废水为处理对象,进行了磷酸铵镁结晶小试实验,考察了pH值、NH4 、Mg2 、Ca2 和CO23-浓度对磷酸铵镁结晶反应的影响;利用扫描电镜-能谱分析仪(SEM-EDX)和X射线衍射仪(XRD)对结晶产物进行了表征.结果表明,磷酸铵镁结晶反应的最佳pH值范围为9.5～10.5;随着NH4 与磷摩尔比的增加,磷的去除率增大;最佳的镁与磷的摩尔比为1.4:1,过高的镁盐投加量对提高反应效率作用不明显;Ca2 的存在对磷酸铵镁结晶产物的晶形、纯度均产生干扰,当Ca2 增至一定浓度时,反应将生成无定形的磷酸钙沉淀;CO2-3的存在会降低磷的去除率,但不影响磷酸铵镁的晶形与纯度.     

MAP晶体捕集反应器回收猪场厌氧消化液中磷的研究

研究了磷酸铵镁(MAP)结晶法晶体捕集反应器在曝气条件下回收猪场厌氧消化液中磷元素的能力.结果表明,利用曝气方式提高猪场厌氧消化液的p H值,进行MAP结晶回收磷完全可行.MAP的饱和度指数(SI)与废水p H值呈多项式函数关系,结晶反应的最佳p H值为8.5~9.0;随着曝气时间延长至180 min,反应器内废水p H值可提高至8.5;常温下(25℃),反应器内MAP回收磷的反应动力学的反应级数(n)为1.98,速率常数(K25)为7.04×10-4L·mg-1·min-1;反应器单个运行周期为270 min;磷的平均去除率为82%左右.MAP晶体捕集反应器上的晶体在一个反应周期内即可成形,随着反应周期的增加,晶体颗粒逐渐增大.利用扫描电镜和X射线衍射仪对捕集器所捕集的晶体进行了表征,证实晶体为高纯度的MAP.     

化学沉淀法去除稀土湿法冶炼废水中钙与高浓度氨氮研究

离子型稀土湿法冶炼过程中会产生大量氨氮废水,由于废水中含有大量Ca2+,而Ca2+是影响磷酸铵镁沉淀法脱氮效率的重要因素.向废水中投入Na2CO3固体生成CaCO3沉淀物,去除废水中的Ca2+,再利用磷酸铵镁(MAP)沉淀法去除废水中的氨氮.实验采用响应面实验设计方法中的中心复合设计法,利用响应面分析法对磷酸铵镁沉淀法反应参数进行优化,得到最优反应条件及最优反应条件下沉淀产物.利用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)对最优反应条件下两种沉淀物进行分析.结果表明,当n(Ca2+)∶n(CO23-)=1∶1.05,搅拌速率为1 500 r.min-1,反应时间为30 min时,Ca2+去除率接近100%;对除钙后废水进行磷酸铵镁法脱氮处理的最优反应条件为:pH=9.03,n(Mg)∶n(N)=1.20,n(P)∶n(N)=1.1,反应时间为30 min,搅拌速率为1 000 r.min-1,氨氮去除率达到95.40%,剩余总磷浓度为5.65 mg.L-1;沉淀物分别为纯净的CaCO3及MgNH4PO4.6H2O.     

MAP法沉淀回收尿液中氮磷的研究

从尿液中回收氮和磷,不但可以减少污水厂的负荷,还可以回收氮磷资源,具有较好的经济效益与环境效益。采用磷酸铵镁结晶法(MAP)去除和回收尿液中的氮和磷,并采用反渗透浓水作为沉淀镁源,达到以废治废的目的。在研究新鲜尿液水解特性的基础上,采用Mg Cl2作为尿液沉淀镁源,得出反应的最优化条件为:p H为9.5,n(Mg2+)∶n(PO3-4-P)为1.1∶1,搅拌速度为120 r/min、沉淀时间为90 min,并利用工业废水RO浓水替代Mg Cl2沉淀镁源回收废物尿液中的磷,去除率可达90%以上。     

响应面法优化鸟粪石法去除粮食发酵废水中氮磷

采用磷酸铵镁结晶法去除某粮食发酵废水中的氨氮和无机磷,确定n(Mg~(2+))∶n(NH~(4+))、n(PO4~(3-))∶n(NH~(4+))及p H为主要影响因素,通过响应面法对主要影响因素进行优化,得到高拟合度的二次响应曲面模型。最佳优化结果表明:水温为30℃时,控制p H=9.12、n(NH~(4+))∶n(Mg~(2+))∶n(PO4~(3-))=1∶1.21∶0.98,搅拌速度为100 r/min反应20 min,粮食发酵废水中的氨氮从500 mg/L降低至75.05 mg/L,去除率达84.99%,无机磷从100 mg/L降至2.35 mg/L,去除率达97.65%。对最优条件下得到的沉淀物进行定性与定量分析,磷酸铵镁结晶是沉淀物的主要组成成分,且晶形较好,纯度可达87.19%。该研究结果表明磷酸铵镁结晶法能够有效去除粮食发酵废水中的氮磷,用响应面法优化该法的反应条件具有良好的可操作性和准确性。     

白云石石灰流化结晶污水除磷工艺

实验研究了白云石石灰流化床工艺除磷的可行性.石灰一方面可以提高水体的pH值并提供充足的Ca2+、Mg2+,另一方面可作为晶种加快结晶沉淀反应,提高磷去除效率,是一种廉价高效的药剂.设计了新型气体搅动式白云石石灰流化床结晶反应器,以模拟污水厂污泥厌氧消化上清液为处理对象,实验考察了药剂投加量、停留时间和曝气量对反应器运行的影响.结果表明:药剂投加量在600~650 mg·L-1、停留时间5.0 h及曝气量50 mL·min-1的条件下,可以获得较好的磷去除效果,去除率可达87.0%.采用扫描电子显微镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱对产物进行了表征,发现磷主要以磷酸铵镁(MAP)和羟基磷灰石(HAP)两种形式去除;由于反应体系碱度较高,产物中混杂大量CaCO3.     

鸟粪石沉淀法处理鸡粪发酵沼液的试验研究

鉴于北京某养鸡场鸡粪发酵沼液氨氮浓度高的特点,采用了鸟粪石沉淀法对其进行处理。采用单因素和响应面实验的方式优化反应条件。通过单因素实验确定p H=10.0~10.5,n(Mg2+)∶n(NH+4)∶n(PO3-4)=1.3∶1∶1.1,反应时间为20 min,转速为300 r/min时,氨氮去除率最高,达到75.79%,通过响应面实验对所得最佳反应条件进一步优化,得出当p H=10.57,n(Mg2+)∶n(NH+4)∶n(PO3-4)=1.27∶1∶1.12时,氨氮去除率为75.81%。SEM及XRD分析表明沉淀主要成分为磷酸铵镁。     

MAP法处理氮磷废水的影响因素研究

磷酸铵镁沉淀法(MAP)是一种比较有效的处理氮磷废水的方法,基本原理是向含NH4+和PO43-的废水中加入Mg2使之和NH4生成难溶复盐MgMH4PO4·6H2O(简称MAP)结晶,然后通过重力沉淀,使MAP从废水中分离,而且沉淀反应不受温度、水中毒素的限制.本文通过控制反应条件使N∶P摩尔比为l∶1,Mg∶N摩尔比由0.2∶1增大到1.2∶1时,针对NH4+-N去除率、PO43--P去除率与Mg∶N摩尔比的关系进行研究.结果表示,在pH值为9～9.5,温度在25℃～30℃,NH4+-N去除率、PO3--P去除率随Mg∶N摩尔比的增加而增大.     

锌对磷酸铵镁和磷酸钙结晶回收磷的影响

以模拟废水为对象,研究了pH及Zn2+浓度对磷酸铵镁(MAP)和羟基磷灰石(HAP)法除磷率的影响,并对不同Zn:P摩尔比条件下除磷所得产物进行了XRD物相分析。结果表明,锌磷共存条件下进行MAP和HAP法除磷,当pH在7.4～8.0时,Zn2+浓度越大,除磷率越高,随着pH继续增加,Zn2+浓度越大,除磷率反而越小。当pH为9.5时,Zn2+浓度从0增加到25mg/L时,MAP法的除磷率从91%下降到82%;而HAP法的除磷率从95%下降到92%,受Zn2+浓度影响较MAP法小。锌磷共存条件下的除磷产物中均含有Zn(3PO4)2,随着溶液中Zn:P增加,产物中Zn(3PO4)2含量越来越多,且HAP法除磷产物纯度受Zn2+浓度影响较MAP法大。     

MAP法与壳聚糖、PAC复配处理老龄垃圾渗滤液的实验研究

通过磷酸铵镁沉淀(MAP)、壳聚糖(CTS)、聚合氯化铝(PAC)三元复配法混凝处理中山市某垃圾填埋场老龄渗滤液.结果表明,MAP法最佳作用pH值范围在8.5-9.5之间.当n(Mg2+):n(PO43-):n(NH4+)为12:1:09,即MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O的投加质量浓度分别为19.61g/L和25.90 g/L时,在渗滤液pH值=9.0条件下,可获得最为经济有效的脱氮效果.三元复配处理该老龄渗滤液效果明显,达到良好的协同效应,可使CODCr去除率达50%以上,脱色率和NH4+-N去除率均达到98%以上.     

新型钛酸钠填料对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的竞争吸附研究

以钛酸钠纳米纤维为原材料制备新型钛酸钠填料,对水体中常见的重金属(Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+))进行竞争吸附实验研究,分析了四元、三元及双组分竞争吸附的选择性吸附特性,并探讨了4种金属离子在钛酸钠填料上的相互作用关系.结果显示,初始浓度较低时,4种离子之间的相互影响差异性不明显;随着初始浓度的升高,4种离子的竞争吸附分配系数都呈下降的趋势,竞争吸附系数大小顺序为:Pb~(2+)Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+),这与重金属离子的第一水解常数大小顺序一致.竞争吸附结果表明,水中存在Pb~(2+)时,其余3种离子的吸附都会被抑制,尤其对Zn~(2+)和Cd~(2+)的抑制更显著,即在钛酸钠填料上Pb~(2+)的竞争吸附能力最强,Cu~(2+)次之,而Zn~(2+)和Cd~(2+)的竞争吸附能力较弱,其吸附过程容易受到其他二价金属离子的抑制.     

Cd2+、Cu2+和Zn2+对人工湿地反硝化作用的影响

实验室研究了 3种重金属离子 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺对人工湿地反硝化作用的影响 .以 100、500、1000 mg/kg剂量的 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺处理人工湿地土壤样品 ,检测其 N₂O的产生 .结果表明 ,3种金属离子的 500、1000mg/kg处理组土样 N₂O的产生均显著降低 ,各金属离子抑制 N₂O产生的程度顺序为 Cd²⁺>Zn²⁺>Cu²⁺,这与 3种金属离子在土样中的有效态浓度顺序是一致的 ,反硝化微生物在处理过程中逐步产生了对重金属离子的耐受性 ,500、1000mg/kg处理组样品的 NH⁺₄- N浓度较对照组显著升高提示部分 NO^-₃- N由于反硝化过程的抑制而异化性还原为 NH⁺₄-N.     

Zn2+和Mn2+处理水钠锰矿后对Pb2+吸附量的影响

分别采用Zn2+和Mn2+处理锰平均氧化度较高的水钠锰矿,对比研究了经不同浓度的Zn2+和Mn2+处理后矿物的锰平均氧化度、d110面网间距、对Pb2+的最大吸附量以及吸附过程中Zn2+和Mn2+的最大释放量等的变化.同时,通过Zn2+和Mn2+与水钠锰矿表面反应行为的不同,进一步明确矿物结构中的八面体空穴数量与重金属吸附量的关系.研究结果表明,水钠锰矿经Zn2+和Mn2+分别处理后,矿物类型未改变,并具有相似的晶体形貌.Zn2+溶液处理水钠锰矿时,随着Zn2+浓度的增大,水钠锰矿的锰平均氧化度和d110面网间距不变,说明结构中空穴数量未改变,Zn2+通过占据部分吸附点位,导致其对Pb2+的最大吸附量从3190 mmol·kg-1减少为2030 mmol·kg-1.而Mn2+溶液处理水钠锰矿时,大多数Mn2+被氧化为Mn3+,这些Mn3+部分位于八面体空穴上下方的吸附位点,部分进入八面体空穴中.随着加入的Mn2+浓度增大,Mn2+被氧化为Mn3+而进入八面体空穴的数量增多,锰平均氧化度减小,d110面网间距从0.14160 nm增大至0.14196 nm,说明结构中空穴数量减少,对Pb2+的最大吸附量从3190 mmol·kg-1减少至1332 mmol·kg-1.对比研究结果表明,水钠锰矿结构中的八面体空穴数量对Pb2+的吸附量的大小起着非常重要的作用.     

磁性竹基炭对Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附机理研究

采用微波辐照技术,以枯竹子为碳源制备了磁性竹基炭(BBMC),并将其用于对重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附去除.同时,分析了吸附时间、pH值、离子强度及初始金属离子浓度等条件对吸附的影响,讨论了BBMC对3种金属离子的吸附特性与吸附机理.结果表明,金属离子在BBMC上的吸附符合Langmuir等温模式和准二级动力学吸附方程;吸附的机理可归结为金属阳离子与BBMC上的H+之间的离子交换作用,且吸附能力可能与金属离子半径有关,呈现出Pb2+Cd2+Cu2+的趋势,重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的最大平衡吸附量分别为16.2、14.0和9.5 mg·g-1.     

Hg2+，Ni2+和Cu2+对嗜热四膜虫的急性及联合毒性效应

采用混合毒性指数法,研究了重金属离子Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)BF5的急性及联合毒性效应.急性毒性效应研究表明:Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫的毒性大小为Hg2 >Ni2 >Cu2 ,且3种重金属离子的,IC50值随时间的延长而变小.联合毒性效应研究表明:Hg2 与Cu2 ,Hg2 与Ni2 ,以及Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存.在毒性比为1:1时,表现为先相加后协同作用;Hg2 与Cu2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后相加作用;Hg2 与Ni2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后独立作用;Ni2 与Cu2 在毒性比为1:1时,表现为协同作用.在浓度比为1:I时表现为相加作用;Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存,在浓度比为1:1时,表现为拮抗作用.     

四种金属离子对CHBr_3和小牛胸腺DNA间结合作用的影响

采用紫外光谱和荧光光谱法研究了CHBr3与离体小牛胸腺DNA(ctDNA)间的相互作用,以及Cu2+、Co2+、Cd2+、Mg2+4种金属离子单独或共存时对CHBr3与ctDNA结合的影响.结果表明:4种金属离子与CHBr3、ctDNA均能发生基态络合反应,络合物的生成导致体系的紫外吸收峰强度和形状改变,使ctDNA-溴化乙锭体系的荧光发生了不同程度的猝灭;向CHBr3-ctDNA-溴化乙锭体系中分别或同时加入4种金属离子后,Cu2+、Co2+、Cd2+可减弱两者之间的结合,减弱顺序为Cu2+Co2+Cd2+,Mg2+可加强两者之间的结合,4种金属离子同时加入后出现不同于4种金属离子单独加入时的中间类型.据此推断,CHBr3可能主要是通过嵌插作用与ctDNA碱基结合,金属离子对CHBr3与ctDNA结合的影响主要取决于金属离子与DNA的碱基和磷酸基团间结合的相对亲和比.     

十二烷基磺酸钠(SDS)改性蒙脱石对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附研究

以阴离子表面活性剂(十二烷基磺酸钠,SDS)为改性剂制备了有机蒙脱石,研究其对Cu2+、Cd2+的吸附行为,并用XRD、FTIR、SEM、XPS对有机蒙脱石进行表征.实验结果表明,有机蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附基本上在20min内达到平衡,并随pH增大(1.0～7.0),吸附量增加,最佳pH约为6.0.有机蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附等温线更符合Langmuir等温吸附方程,SDS改性蒙脱石对Cu2+、Cd2+的最大吸附量较纯蒙脱石分别增加15.7%、15.5%.XRD、FTIR、SEM、XPS及碳含量分析结果显示,SDS主要分布在蒙脱石表面且相对稳定,少量嵌入层间,有机蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附机制为配位吸附和离子交换.     

毛木耳对Cd~(2+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)生物吸附的动力学和吸附平衡研究

以毛木耳(Auriculariapol ytricha)子实体为生物吸附材料,研究起始pH值、反应时间、重金属浓度这3个因素对毛木耳子实体吸附Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的影响及其吸附特性.结果表明,pH是影响毛木耳子实体吸附重金属离子的主要因素,最适起始pH值为5;在10mg·L-1重金属浓度下,毛木耳子实体对Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的最大吸附率分别为94.12%、96.22%、99.94%、99.19%;准二阶动力学模型比准一阶动力学模型能更好地描述毛木耳子实体对4种重金属的吸附过程;Langmuir等温模型能较好地拟合毛木耳子实体对4种重金属的等温吸附过程;毛木耳子实体对Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的最大吸附量分别为10.09、8.36、23.57和3.64mg.g-1;毛木耳子实体吸附Cd2+、Cu2+、Zn2+的化学反应机理可能为离子交换反应.     

Fe2+、Co2+、Ni2+对渗滤液厌氧过程的影响

通过单因素和正交试验,分别研究了Fe2+、Co2+、Ni2+及其组合对渗滤液厌氧过程中COD去除率和产甲烷量的影响.结果表明,分别投加Fe2+=25 mg·L-1、Co2+=1 mg·L-1、Ni2+=0.5 mg·L-1时对COD去除率和产甲烷量促进显著,3种微量元素均表现出了"低促高抑"的Hormesis效应.微量元素组合投加时,协同促进了甲烷的产生,其中Co2+是影响COD去除率的主要因素,Fe2+是影响产甲烷量的主要因素,但3种微量元素在其各自适宜的投加浓度范围时,对渗滤液厌氧过程的促进效果较为相近.各试验组的pH值维持在7.05~7.53之间,并与产甲烷量呈显著的相关关系.此外,渗滤液成分复杂,微量元素的生物有效性一定程度上受到限制,渗滤液厌氧体系对微量元素的需求较别的体系偏高.     

静电纺壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜对Cu~(2+)、Ni~(2+)及Cd~(2+)的吸附特性

采用SEM、FTIR、XRD、BET等技术对静电纺丝制得的吸附材料壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)纳米纤维膜进行表征,并通过对模拟重金属离子废水的吸附实验,系统考察了溶液pH、重金属离子(Cu2+、Ni2+及Cd2+)初始浓度和反应温度对吸附的影响.结果表明,在外加电压25kV、接触距离15.0 cm、纺丝速度0.15 m L·h-1的条件下,可制得CS/PVA质量比为20/80的连续无缺陷的平均直径76.31 nm、比表面积219.4m2·g-1的纤维膜.CS/PVA纳米纤维膜对重金属离子的吸附在2 h内达到平衡,其吸附容量随着温度的升高而升高,随着初始浓度的增大而增大,随着pH值的升高而提高,在pH=5.5时达到最大.在25℃和pH=5.5的条件下,用CS/PVA纳米纤维膜吸附浓度100 mg·L-1的Cu2+、Ni2+和Cd2+溶液,吸附容量分别为98.65、116.89和124.23 mg·g-1,且对重金属吸附无选择性.吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,吸附动力学同时匹配准一级动力学模型和准二级动力学模型.热力学参数(ΔG、ΔH和ΔS)计算结果表明,CS/PVA纳米纤维膜对重金属离子的吸附是自发的吸热反应.