电极材料对电动修复尾矿周边铅污染土壤的影响研究

影响土壤电动修复效率的因素很多,包括土壤类型、污染物性质、电压和电流大小、洗脱液组成和性质、电极材料和结构等.但很少有文献报道不同电极材料对电动修复土壤重金属污染的效率影响,文章采用不同电极材料(石墨、不锈钢和钛板)对尾矿附近的土壤进行电动修复,研究了修复效率及土壤pH随时间的变化情况.当电场强度为1 V/cm,采用石墨电板电动修复48 h总铅的去除效率为77％,不锈钢电极和钛电极的修复效率分别为64％和54％.石墨电极去除效率的提高归因于相比于不锈钢电极和钛电极,石墨电极提供更多的电子传递所需的活性界面.     

聚吡咯改性电极强化MFC驱动铀污染土壤的电动修复研究

为探究聚吡咯(PPy)改性电极强化微生物燃料电池(MFC)驱动铀污染土壤的电动修复研究,利用PPy对碳毡电极进行改性,研究不同比例PPy改性电极对MFC的产电性能及其驱动铀污染土壤电动修复效果的影响。结果表明：PPy改性电极增强了MFC的产电性能,CP100最大电压164 mV,最大功率密度18.92 mW/m²,比原始碳毡电极分别提升了29.13%和43.12%;PPy作为MFC阴极增强了土壤中铀的去除效果,其中CP50相较于原始碳毡电极铀的吸附率提升了约13倍;以MFC作为电源能够有效驱动土壤中的铀从阳极向阴极的迁移,其中CP50实验组近阳极区域土壤中铀的最大去除率高达56.42%。综上所述,PPy改性电极对微生物燃料电池的产电能力和铀的去除均具有明显的强化作用。     

化学淋洗联合电动技术修复重金属污染土壤的效果及其机制

采用化学淋洗与电动技术联合修复重金属污染土壤,以明确其效果及其机制.试验选择了5种化学淋洗剂FeCl₃、 Fe(NO₃)₃、 KCl、 KNO₃和HCl溶液,分析比较Fe³⁺、 K⁺、 H⁺和Cl^-对土壤中4种重金属(Cd、 Pb、 Cu和Zn)的去除效果,其后,对化学淋洗后的土壤进行垂直电动修复,研究化学淋洗对重金属污染土壤电动修复去除效率的影响.结果表明,Fe³⁺、 K⁺、 H⁺和Cl^-对土壤中4种重金属的淋洗效果不同,对于Cd和Zn, H⁺去除效果最好,对于Pb和Cu, Fe³⁺去除效果最好.整体上比较,对于土壤中Cd、 Pb和Cu的去除,化学淋洗剂FeCl₃和Fe(NO₃)₃去除效果最好.对于土壤中Zn的去除,...     

电动修复技术去除土壤重金属污染研究进展

电动修复技术可能是唯一可行的低渗透性污染土壤原位修复方法,受到广泛关注。本文尝试总结论述了电动修复技术去除土壤重金属污染的相关研究进展,介绍了电动修复技术的基本原理及局限性,探讨比较各种强化电动修复技术的方法,包括电极接近法、交换电极法、离子交换膜、电场强化法(垂直电场、交流电场、脉冲电场)、试剂强化法(pH调节、螯合剂、表面活性剂),重点阐述目前新的螯合剂和表面活性剂的开发研究状况,以及电动修复目前主要的联用技术类型(电动-淋洗、电动-植物、电动-微生物、电动-可渗透反应墙)。此外,简要论述了电动修复对变价金属(Hg、Cr、As)的修复效果。最后在回顾总结该技术研究的基础上,对电动修复技术在去除土壤重金属污染的发展方向进行展望。     

强化电动修复重金属污染土壤的研究

采用逼近电极法强化电动修复废弃电镀厂周边重金属镍污染的土壤,电场强度1 V/cm修复48 h得到67.2%土壤镍去除率,相对于传统的固定电极电动修复法镍31.5%去除效率,逼近电极法强化电动修复去除效率的提高,归因于靠近阳极产生了更多的H+和镍离子从土壤中解析出来,因此,强化了土壤重金属污染修复。     

土壤电动修复的电极空间构型优化研究

采用MATLAB软件对非均匀电场中几种常见电极构型的电场分布进行了模拟,根据最优的电极构型构建了电动修复实验装置,研究了电动修复过程中不同部位土壤p H以及重金属残留量随时间变化情况.结果表明,从电场强度的有效性角度,正方形(1-D-1)和正六边形(2-D-3)分别是一维、二维构型中最优的电极构型,土壤p H值的变化、重金属的去除与电场强度的分布有密切关系.采用正六边形电极构型对镉、镍、铅、铜共4种阳离子型重金属进行电动修复时,控制阴极p H值,随着修复的进行,在整个反应单元中逐步形成了酸性迁移带,可在一定程度上避免重金属的过早沉淀,有利于重金属的去除.电动修复480 h后,重金属镉、镍、铅、铜的总去除率分别为86.6%、86.2%、67.7%、73.0%,可根据修复目标改变修复时间和更换电极频次.     

氧化木糖无色杆菌(Achromobacte rxylosoxidans)LAX2对Cu、Pb和Cd复合污染土壤的生物矿化修复研究

我国土壤重金属复合污染较为突出,是目前亟待解决的土壤环境问题之一.本文研究了一株氧化木糖无色杆菌LAX2对Cu、Pb和Cd共存体系的生物矿化作用及其复合污染土壤的矿化修复作用.结果表明,菌株LAX2的发酵液、无菌发酵液和菌体细胞对3种重金属的去除能力大小顺序均为Pb~(2+)Cd~(2+)Cu~(2+).X-射线衍射、扫描电镜、红外光谱和能谱分析表明,3种重金属共存时菌株LAX2发酵液可诱导形成PbCO_3和CdCO_3晶体,而Cu不能单独成矿,混合矿物晶体呈长杆状.菌株LAX2发酵液能够明显降低黑钙土和白浆土中Cu、Pb和Cd的有效态含量,矿化修复30 d后,黑钙土中Cu、Pb、Cd的有效态含量分别降低了48.0%、71.4%、62.8%,白浆土中Cu、Pb、Cd的有效态含量分别降低了42.0%、63.2%、53.6%;碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量明显增加,可交换态和有机物结合态含量明显降低.矿化修复后的土壤中重金属的浸出毒性随修复时间的增长而降低,黑钙土中Cu、Pb、Cd浸出量分别降低了90.3%、93.2%、92.8%,白浆土中Cu、Pb、Cd浸出量分别降低了82.5%、86.1%、84.3%.以上结果说明,菌株LAX2可通过碳酸盐矿化作用固定土壤中的复合重金属,且在相同条件下对黑钙土的修复效果好于白浆土.     

HBP-NH2的制备及其对尾矿中重金属的淋洗效果

文章将丙烯酸甲酯与二乙烯三胺进行迈克尔加成及酰胺化反应,制备出了端氨基超支化聚酰胺(HBP-NH_2),采用FTIR表征了其化学结构,并研究了所制备的HBP-NH_2在不同因素影响下对尾矿中重金属Cd、Pb和Zn的淋洗修复效果。实验结果表明,相较于柠檬酸(CA),HBP-NH_2对尾矿中Cd、Pb和Zn具有更好的淋洗效果,当淋洗时间t=120 min,pH=6.5,C_(HBP-NH_2)=2.0%及液固比为20∶1时,HBP-NH_2对尾矿中Cd、Pb和Zn的去除率分别为79.3%、75.2%和57.9%。另外,HBP-NH_2对尾矿中不同重金属的淋洗顺序为CdPbZn。使用HBP-NH_2淋洗后,有利于尾矿表层颗粒在风蚀作用下更加稳定,促进矿区生态修复。在淋洗废液中添加Ca(OH)_2可实现Cd的沉淀而达到有效去除,且Ca(OH)2添加浓度为25 g/L时,淋洗废液中Cd的去除效果最佳,可达96.3%,此时基本满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的排放要求。因此,HBP-NH_2可以作为环境友好型化学淋洗剂用于矿区污染控制与生态修复。     

利用磷灰石原位固定铅

由于铅污染对于人体健康有很大影响,因此,它日益引起了人们的注重。本文的目的是研究一项技术,即,利用磷灰石在被污染的土壤和废物里就地固定Pb。使羟磷灰石[Ca_(10)(PO_4)_6(OH)_2]与含水Pb、树脂可交换的Pb以及Pb污染的土壤材料相反应,以检测天热磷灰石减少Pb的效果。研究发现,羟磷灰石使最初浓度为,5～500mg/l的Pb下降到了0.18～19.7μg/l。在与羟磷灰石反应后,被Pb污染的土壤材料中的含水Pb也从2273下降到了36μg/l。我们假设:铅的固定是羟磷灰石的溶解作用和羟基磷氯铅矿石[Pb_(10)(PO_4)_6(OH)_2]沉淀的结果。Pb从水溶液、交换树脂和Pb污染的土壤材料里有效的去除说明:磷灰石具有一种潜在的能力,可以原位固定Pb污染土壤和废物里的Pb。     

煤矸石砖烧结固硫的实验研究

在煤矸石制砖原料中添加高效固硫剂,可显著降低砖瓦焙烧过程中废气SO_2产生量,实现从源头减少SO_2排放的目的,并降低末端脱硫成本。文章通过对CaO、CaCO_3、Ca(OH)_2 3种钙基固硫剂在不同添加量下的固硫效果以及对烧结砖强度的影响分析发现,随着添加量的增加,3种固硫剂的固硫率逐渐增加,在钙硫比为1.0时,固硫率最高可达到47.74%;在添加量相同时,添加Ca(OH)_2的烧结砖强度要大于添加CaCO_3和CaO的烧结砖强度。通过优化配比,研究了Ca(OH)_2和CaCO_3 2种固硫剂按7∶3的比例混合制备复合钙基固硫剂,当钙硫比为0.8时,复合固硫剂的固硫率为47.79%,增加了11.96%,而复合固硫剂对烧结砖抗压强度的影响与Ca(OH)_2类似。研究结果可为煤矸石砖固硫剂制备提供支持。     

耐镉细菌联合电动技术修复镉污染土壤的研究

为提高传统电动技术对重金属污染土壤的修复效果以及经济效益,本研究采用耐镉细菌联合电动修复技术修复镉污染土壤.通过在含镉土壤中接种3种耐镉细菌Escherichia coli strain、Bacillus sp.和Bacillus cereus strain,以电压梯度1 V·cm^-1通电10 d,比较不同耐镉细菌对土壤Cd去除和形态转化,以及电能消耗的影响.结果表明,接种Escherichia coli strain、Bacillus sp.、Bacillus cereus strain的试验组比传统电动修复的Cd去除率分别提高7.63%、17.21%、19.53%;单位修复能耗分别降低64.78、109.52、116.54 kW·min·mg^-1.由于Bacillus cereus strain对Cd²⁺的吸附量高于Escherichia coli strain和Bacillus sp.,且能有效降低土壤中Cd的生物毒性,因此采用Bacillus cereus strain联合电动技术修复镉污染土壤时效果最佳,Cd去除率达到30.77%,单位修复耗能为48.94 kW·min·mg^-1.     

外源添加磷和有机酸模拟铅污染土壤钝化效果及产物的稳定性研究

有机酸可提高土壤磷有效性,且能影响对重金属的固定,其在磷活化和重金属钝化方面具有非常复杂的功能.本研究以模拟铅污染土壤为对象,外源添加磷和柠檬酸,采用BCR三步连续提取法、0.01 mol·L-1CaCl2提取和毒性淋溶提取法(TCLP)评价有机酸存在下磷对模拟铅污染土壤的钝化效果;以苹果酸、NaNO3溶液为解吸剂探讨磷-柠檬酸-铅体系的稳定性.结果表明,无柠檬酸时,酸提取态Pb含量随磷浓度的增加而降低;加磷100 mg·kg-1、400 mg·kg-1时,酸提取态Pb含量随柠檬酸浓度增加而显著增加.残渣态Pb与酸提取态Pb的变化趋势相反,说明磷能降低土壤铅的生物有效性,柠檬酸则作用相反.有机酸浓度一定时,随磷浓度增加,0.01 mol·L-1CaCl2提取和TCLP提取的铅含量均呈降低趋势,表明磷具有钝化铅污染土壤的效果;但磷浓度一定时,它们提取铅含量随柠檬酸浓度增加表现出相反的变化趋势.土壤铅的解吸率随苹果酸浓度增加、pH值减小、离子强度增加而提高,且只添加磷处理的土壤铅解吸量较添加磷和柠檬酸共同处理的土壤少,前者钝化的铅稳定性更高.     

钯/泡沫镍阴极对水中微量氯贝酸的电催化氢化还原脱氯研究

氯贝酸（Clofibric acid, CA）是一种常见药品和个人护理品（PPCPs）类物质,在环境中具有持久性和稳定性.常规的水处理技术难以去除微量的CA,采用电催化氢化脱氯的方法可有效实现脱氯.本研究考察了CA初始浓度、工作电位、阴极液初始pH、反应温度、钯载量和电解质Na₂SO₄的浓度等多种因素对氯贝酸降解的影响.结果表明,CA的脱氯降解符合一级动力学方程,在工作电位为-0.85 V vs Ag/AgCl,钯负载量为0.20 mg·cm^-2,Na₂SO₄浓度为10 mmol·L^-1,初始阴极液pH为4.6,反应温度控制在303 K时,经过120 min的反应后,初始浓度为5 mg·L^-1的CA降解率达98%.因此利用钯/泡沫镍电极电催化还原降解废水中的CA具有很大的应用潜力.     

不锈钢毡电极MEC甲烷原位纯化及原理

为实现有机废弃物能源化利用,采用不锈钢毡电极微生物电解池(MEC)处理含乙酸的模拟废水,系统地研究了外加电压对乙酸去除、甲烷(CH4)生成、微生物种群和活性等方面的影响.结果表明,MEC(0.4 V)中乙酸去除速度最快,可以达到(167.30±0.71)mg·L~(-1)·h-1;MEC(1.0V)中CH4浓度、CH4产生速度和乙酸去除率达最大值,分别为96.98%±1.19%、(1.18±0.04)LMet·d-1·LR-1和100%±0.05%.另外,外加电压可提高阴极微生物代谢活性和嗜氢产甲烷菌的相对丰度.外加电压为1.0 V时,嗜氢产甲烷菌相对丰度达78.87%,其中Methanospirillum最为丰富,其含量占到全部微生物的68.38%.研究证明MEC可以实现乙酸的快速去除、甲烷高效制备和甲烷原位纯化.     

小分子有机酸对紫色土及其溶液中Pb的赋存影响

以紫色土中铅(Pb)为研究对象,采用以0.01 mol·L~(-1)硝酸钠(NaNO_3)为背景电解质的一步提取法,研究了不同浓度下乙酸,酒石酸和柠檬酸对土壤中Pb的释放作用,并通过土壤重金属形态的分步提取法和地球化学平衡软件Visual MINTEQ v3.0,进一步分析和预测了小分子有机酸作用下土壤中Pb以及土壤溶液中Pb的形态变化.在此基础上,分析了小分子有机酸对Pb作用的环境意义与环境风险.结果表明,3种小分子有机酸均显著增加了紫色土中Pb的释放量,活化效果表现为柠檬酸酒石酸乙酸.在有机酸作用下,土壤中交换态Pb总量增加,碳酸盐结合态Pb和铁锰氧化物结合态Pb总量降低;土壤溶液中Pb以有机结合态为主,占总Pb质量的45.16%~75.05%,游离态次之,占22.71%~50.25%,且随着浓度增加,柠檬酸和酒石酸作用下的土壤溶液中的游离态Pb和无机结合态Pb增加,而有机结合态Pb减少,乙酸则呈相反趋势.总体上看,小分子有机酸提高了紫色土中Pb的生物有效性,且存在地下水的淋溶风险,其中柠檬酸的淋溶风险远大于酒石酸和乙酸.     

EK∕PRB修复砷污染土壤影响因素及机理

为明确EK/PRB（电动联合渗透反应格栅）修复As污染土壤过程中各因素的影响机理、提高As的去除效率,以As污染高岭土为研究对象,考察PRB加入、PRB位置、pH调控及腐殖酸强化影响下,EK/PRB系统中电流密度、土壤pH分布和土壤中As残余量、电渗透系数及电渗流的变化规律;探讨EK/PRB修复后土壤中As形态的迁移转化规律.结果表明:①单独EK修复对土壤中As的去除效率较低,加入PRB后去除率为由42%增至57%,并且EK/PRB修复可以将土壤中的As由不容易去除的可还原态转变成较容易去除的酸溶态.②采用盐酸调节阴极pH,可以将土壤中As的去除率由57%增至63%,但同时能耗也明显升高,由5.22 kW·h/g升至39.38 kW·h/g.③添加腐殖酸会促进土壤中As的迁移、提高As的去除效率,但也会增加土壤中难处理的可氧化态和残渣态As的占比.研究显示,EK/PRB除As过程中以PRB的去除作用为主,阴极pH调控及腐殖酸强化均可以提高土壤中As的去除率.      

电化学处理黄姜生化尾水研究

黄姜提取皂素过程中会产生大量废水,传统的生化方法难以去除这些废水中的难降解有机污染物.因此,本文以黄姜皂素生化尾水为研究对象,分别采用DSA+铁电极组合、不锈钢+铁电极组合、单独钛钌网电极(DSA)对其进行深度处理.结果表明,在原水CODCr为150mg.L-1,色度为200度,Cl-浓度为3338mg.L-1的情况下,不锈钢+铁电极组合、单独DSA电极处理后CODCr去除率分别为35%和43%,色度去除率分别为78.7%和84.6%.相较而言,DSA+铁电极组合在电流密度为95A.m-2、初始pH=7.28时处理30min后,CODCr和色度的去除率分别达到62%和99.5%.采用紫外光谱、三维荧光光谱和凝胶色谱对水质变化进行了详细分析.结果表明,水中难降解有机组分被降解矿化,生成分子量较小的脂肪酸.     

钙、氯对磷酸盐稳定污染土壤中铅的促进作用研究

为探讨促进磷酸盐稳定污染土壤中铅的方法,在全铅含量为517 mg·kg-1的铅冶炼污染土壤中加入5 mmol·kg-1磷酸盐,同时加入10mmol·kg-1硝酸钙或5 mmol·kg-1氯化钾,在15%或30%的含水率下培养40 d,之后种植黑麦草.结果表明,与单独施用磷酸盐相比,采用磷酸盐与钙、氯结合或增加培养期间的土壤含水率后,土壤DTPA-Pb含量下降3.92%~26.1%;对于同一添加剂处理,培养期间土壤含水率从15%增加到30%,土壤有效铅(DTPA-Pb)含量下降8.83%~24.4%.增加土壤含水率后,土壤有效磷(Olsen-P)含量均显著升高(p0.05).土壤铅的EXAFS分析表明,与未施用磷酸盐的对照相比,土壤中加入磷酸盐后矿物态铅的比例由57%上升至81%,加施钙、氯或增加土壤含水率后,多数处理矿物态铅的比例有所下降,而有机结合态铅比例上升.与对照相比,污染土壤中施用磷酸盐后,植物产量大幅增加,但施用钙、氯或增加培养期间含水率后,部分处理植物产量有所下降.以上结果表明,在铅冶炼污染土壤中加入磷酸盐时,加入钙、氯或者增加土壤含水率均有利于铅的稳定,但以上措施可能对植物生长产生不利影响.     

老化土壤中铅对赤子爱胜蚓生长及繁殖的影响

采用赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)为测试生物,人工土壤为测试介质,Pb(NO3)2为土壤污染物,研究土壤老化对赤子爱胜蚓生长及繁殖的影响.结果表明,与对照组相比,污染土壤中赤子爱胜蚓体重随土壤中Pb(NO3)2浓度的升高呈现降低的趋势.Pb(NO3)2在人工土壤中老化0、7、28和84 d后,不同老化时间,Pb(NO3)2抑制赤子爱胜蚓的生长也不相同,影响最明显的是1 000 mg·kg-1和1 500 mg·kg-1试验组.不同老化时间的Pb(NO3)2对赤子爱胜蚓繁殖的影响有很大差异,其产茧量的半数有效浓度(EC50)分别为1 085.10、1 163.32、1 666.86和1 606.94 mg·kg-1;幼蚓孵化量的EC50分别为700.01、703.88、1 031.34和1 017.89 mg·kg-1.Pb(NO3)2在人工土壤中经过不同老化时间后,其对赤子爱胜蚓生长及繁殖的影响有很大的差异,这种差异影响到对土壤Pb(NO3)2污染的毒性评估,因此,进行Pb(NO3)2毒性试验时应考虑其在土壤中的老化作用.此研究结果可为老化土壤中污染物的生态风险评估以及土壤环境质量标准的制定提供科学依据.     

采用移动电极法提高机械脱水污泥电动脱水能效的试验研究

采用一种能移动阳极的电动脱水模型试验装置,对机械脱水污泥开展了固定间距电极和移动电极的电动脱水试验,比较分析了这2种方法的脱水效果及对应的能耗.试验结果表明:固定间距电极法脱水处理过程中,阳极附近已脱水污泥的阻抗增加,消耗的电压和电能上升;而后面未脱水污泥分得的电压下降,导致其脱水效果从阳极至阴极衰减.移动电极法通过移动阳极逐步越过已脱水污泥部分,将电压作用在未脱水的污泥,避免了电能消耗在高阻抗的脱水污泥,显著提高了能效,脱水过程中电渗流量稳定,脱水效果均匀.采用移动电极法进行脱水处理时能耗随加载电压梯度的增加而上升,随试样长度的缩短而降低.当采用8 V·cm-1电压梯度的移动电极处理5 cm长度的污泥时,污泥含水率可由初始的82.1％降至62.2％,所需要的能耗约为89.8 kW·h·m-3.