不同铁源对剩余污泥厌氧系统中蓝铁石生成的影响

以污水处理厂剩余污泥为研究对象,污泥经酸/碱预处理（pH=3.0/pH=10.0）后,分别以FeOOH、FeCl₃及Fe₂O₃为外加铁源,进行厌氧发酵,探究铁源对厌氧系统中蓝铁石晶体生成的影响.结果表明：FeCl₃和FeOOH可以高效地被还原为Fe²⁺,其铁还原效率（E_Fe）最高为56.24%~80.10%,且酸处理效果优于碱处理（3.00%~13.31%）,而Fe₂O₃的E_Fe相对较低,最高分别为31.94%（pH=3.0）和50.1%（pH=10.0）.FeOOH和Fe₂O₃的投加,可促进胞外聚合物（EPS）中蛋白质含量的提升,增强胞外电子传递能力,但Fe₂O₃因其结晶度高,阻碍了铁还原微生物对铁源的利用,导致铁还原效率低.上清液PO₄^3-浓度、污泥Fe-P比例与E_Fe呈负相关,E_Fe越高则PO₄^3-浓度、Fe-P比例越低.FeOOH组上清液PO₄^3-浓度下降幅度最大,反应第9 d PO₄^3-浓度最低,仅为对照组的10.30%（pH=3.0）和17.20%（pH=10.0）,其次是FeCl₃组（22.83%/27.87%）,Fe₂O₃组最终剩余较多PO₄^3-（65.02%/56.33%）;FeOOH、FeCl₃和Fe₂O₃酸/碱组的Fe-P比例分别为32.19%/21.20%、34.41%/23.09%和20.92%/11.99%.铁源的添加提高了污泥的磷回收率（R_p）,并且酸预处理效果优于碱处理,其中FeCl₃组R_p最高,是对照组的2.91倍,其次是FeOOH组（2.63倍）和Fe₂O₃组（2.12倍）.XRD分析表明,FeOOH和FeCl₃酸/碱预处理组均生成了蓝铁石晶体.     

低有机碳含量表层土中Fe2O3对γ-666光解的催化作用

考察5种低有机碳含量天然土中Fe₂O₃光催化降解γ-666的光解动力学,γ-666的光解符合准一级动力学方程.从所得的γ-666光解动力学常数可知,随Fe₂O₃质量分数从0.40%增加到5.40%,γ-666的一级光解动力学常数也增大,且两者的线性相关系数为0.952,其在5种天然土中的半衰期随Fe₂O₃含量的增加依次为133.3h,82.5h,44.1h,28.5h,20.4h.由此可见,低有机碳含量天然土中Fe₂O₃对γ-666的光解具有明显的催化作用.     

含铁物质对燃煤污染特性的影响

利用DTA-TG-DTG设备实验研究了FeCl₃、FeCl₂和Fe₂O₃等含铁物质对燃煤污染特性的影响.结果表明:实验所用的几种含铁化合物均能够改变燃煤污染物的排放规律,但不同种类的含铁物质对燃煤污染特性影响机理不同,所取得的污染物减排效果也不同.在煤燃烧以及煤中S与N向SO₂及NO转化的过程中,FeCl₃既起到催化剂的作用,同时又起吸收剂的作用.FeCl₃催化作用表现在降低了SO₂和NO生成反应的表观活化能,使SO₂和NO能够在较低温度时迅速形成,加快了SO₂和NO生成反应的速率.FeCl₃的催化效果与S在煤中的存在形态有关.FeCl₃的吸收作用表现在FeCl₃本身能够参与SO₂的吸收反应生成FeSO₄或Fe₂(SO₄)₃.此外,FeCl₃还能够改变CO的排放特性,即能够改变煤的燃烧特性.FeCl₂对烟气中SO₂、NO和CO排放特性的影响与FeCl₃相似,但影响效果比FeCl₂₃略差.Fe₂O₃也能够降低烟气中SO₂和NO的体积分数,但Fe₂O₄只是吸收剂,对SO₂和NO的生成过程没有催化作用.Fe₂O₃对CO排放特性的影响不大.     

锰铁复合磁性材料制备及其对零价汞吸附性能研究

燃煤工业是我国人为汞排放的主要来源,寻求合理有效的途径来控制汞排放至关重要.本文将氧化性强的过渡金属锰离子引入Mn/γ-Fe₂O₃晶格中,制备出锰铁复合磁性材料（Fe_3-xMn_x）_1-δO₄,以其来模拟Hg⁰在燃煤废气中的吸附过程,并通过比表面积和孔隙率、X衍射分析、SEM、磁性分析、氧化还原等材料表征方法研究（Fe_3-xMn_x）_1-δO₄的吸附性能,同时重点研究（Fe_3-xMn_x）_1-δO₄在不同掺杂量、温度、空速等操作条件下对Hg⁰的吸附能力.结果显示,制备所得的（Fe_3-xMn_x）_1-δO₄的比表面积均在120 m²·g^-1以上,较大的比表面积和孔体积可以为Hg⁰的吸附反应提供更多的活性区域,促进反应进行.SEM表征也显示（Fe_3-xMn_x）_1-δO₄的微观特征呈现球状颗粒物,拥有较大的表面积,能够提供更多的吸附活性位.在磁性铁氧化物中引入过渡金属锰,其对汞的氧化能力明显增强;在100~200℃的反应温度窗口,此时温度大小与（Fe_3-xMn_x）_1-δO₄对汞的吸附能力成正比,达到200℃时,500 min内平均穿透率可达到9%;空速对（Fe_3-xMn_x）_1-δO₄吸附汞的能力影响较小.     

纳米零价铁在含Cr（VI）水相中的结构性能演变研究

纳米零价铁（nZVI）进行土壤及水体中污染物的修复过程中, 结构和成分发生演化,生成铁氧化合物对污染物在环境中的迁移、转化和归宿等产生影响. 本文研究了nZVI在充氧水介质中与铬酸根（Cr（VI））的反应, 结果表明： nZVI的表面化学及晶相结构随溶液初始pH值、Cr（VI）浓度和反应时间等变化而变化. 低浓度Cr（VI）（≤20 mg?L^-1）的存在使得nZVI的腐蚀加速, 单个颗粒由链球状结构演变为片状和针状结构,主要腐蚀产物成为γ-Fe₂O₃/Fe₃O₄、γ-FeOOH的混合物. 溶液中高浓度Cr（VI） （≥50 mg?L^-1）与nZVI反应前后产物颗粒保持球形, 证明其抑制nZI颗粒的腐蚀. 这是由于Cr（VI）在nZVI表面还原产生Cr（OH）₃或Cr_xFe_1-x（OH）₃或Cr_xFe_1-xOOH, 覆盖在表面阻止进一步的腐蚀. 塔菲尔（Tafel）曲线测试发现, Cr（VI）浓度低于0.1 mg?L^-1时, nZVI反应后固体产物制备的电极腐蚀电压负移, 腐蚀电流密度增大; 而当Cr（VI）浓度（≥20 mg?L^-1）增高时, 腐蚀电位正移, 腐蚀电流密度减少; 且腐蚀电位随着Cr（VI）含量的增加而向正向移动, 而腐蚀电流密度则减小, 证明了腐蚀速率越慢. 塔菲尔腐蚀电流测试结合扫描电镜、X-射线电子衍射和X-射线光电子能谱分析, nZVI中Cr（VI）含量越高抗腐蚀能力越强. 本文对研究复杂环境条件nZVI与Cr（VI）反应后的最终产物以及其环境归趋具有重要意义.     

钙基磁性生物炭对Cr（VI）污染土壤钝化稳定化机制及微生物影响研究

生物炭改性材料因具有活性官能团众多、吸附效能高等优势被广泛应用于土壤重金属污染修复治理中.本研究以稻谷壳为原料,采用 共沉淀法及CaCO₃浸渍法制备了钙基磁性生物炭（Ca-Fe-B）,并使用电子扫描显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射分析（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）进行表征.同时,通过梯度浓度Cr（VI）污染土壤实验考察Ca-Fe-B施入对土壤pH、Cr（VI）稳定化效果、土壤酶活性及微生物群落结构的影响,并阐述其钝化机理.结果表明：①Ca-Fe-B表面负载Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃、Fe₃C及以方解石形式存在的CaCO₃,具有大量—OH、—O—C=O、Si—O—Si、C≡C及C≡N等官能团;②Ca-Fe-B可显著提升土壤pH,在Cr（VI）污染浓度为100、200、1000 mg·kg^-1时,90 d的 固定效率分别可达72.57%、67.07%及59.88%,并使土壤中部分可交换态Cr转化为可还原态及残渣态Cr;③Ca-Fe-B可促进土壤β-葡萄糖苷酶与几丁质酶酶活性,但磷酸酶对其响应不显著,也可显著提升土壤中Proteobacteria门菌相对丰度;④Ca-Fe-B表面形成Si—O—Ca—OH键可吸附Cr（VI）, Fe（Ⅱ）作为电子供体参与土壤Cr（VI）还原过程,并生成Cr₂O₃、Cr（OH）₃沉淀及（Cr_xFe_1-x）（OH）₃、Cr_xFe_1-xOOH络合沉淀,以—OH、 —C=C—、O—C=O为主的大量含氧官能团协同吸附络合土壤中的Cr（VI）.研究显示, Ca-Fe-B对Cr（VI）污染土壤具有良好的稳定性能,有望为土壤重金属污染修复提供一种新的研究思路和技术路线.     

羟基聚合氯化铝铁溶液的形态转化规律

采用改进的 Al-Fe-Ferron逐时络合比色法和酸滴定实验研究了典型羟基聚合铝铁(n_Al/n_Fe=9∶1,5∶5)溶液的形态转化 .结果表明 ,羟基聚合铝铁的形态转化主要由 n_Al/n_Fe值、碱化度和熟化等因素决定 ;羟基聚合铝铁的形态转化特征是优势形态之间的转变 ;当n_Al/n_Fe>5∶5,随碱化度的升高 ,[Al+Fe]_a和 [Al+Fe]_b 2类形态逐渐占优势 ;随n_Al/n_Fe值的减小 ,[Al+Fe]_a和 [Al+Fe]_c增加 ,而 [Al+Fe]_b 减少 .讨论了羟基聚合铝铁的形态转化规律 .     

双载体催化剂协同DBD氧化吸附态乙酸乙酯

以13X为载体,采用等体积浸渍法制备分别负载Mn、Mo和Fe 的金属氧化物的催化剂,并与载体γ-Al₂O₃混合作为介质阻挡放电（DBD）的填料降解吸附态乙酸乙酯.实验结果表明,Mn/13X的乙酸乙酯氧化降解效果优于Mo/13X和Fe/13X,放电120 min时,其矿化率可达61.5%,CO₂选择性为98.2%,其副产物O₃和N₂O的排放浓度也最低.在Mn/13X中加入γ-Al₂O₃,当两者质量比例为1：1时,由于双载体间的协同作用,吸附态乙酸乙酯的矿化率可进一步提高至64.4%.最后,结合反应器出口气体中和催化剂表面的中间有机副产物,分析了吸附态乙酸乙酯在DBD中的降解机理.     

Fabricating Fe3O4-schwertmannite as a Z-scheme photocatalyst with excellent photocatalysis-Fenton reaction and recyclability

Here we reported an effective method to solve the rate-limiting steps, such as the reduction of Fe³⁺ to Fe²⁺ and an invalid decomposition of H₂O₂ in a conventional Fenton-like reaction. A magnetic heterogeneous photocatalyst, Fe₃O₄-schwertmannite (Fe₃O₄-sch) was successfully developed by adding Fe₃O₄ in the formation process of schwertmannite. Fe₃O₄-sch shows excellent electrons transfer ability and high utilization efficiency of H₂O₂ (98.5%). The catalytic activity of Fe₃O₄-sch was studied through the degradation of phenol in the heterogeneous photo-Fenton process. Phenol degradation at a wide pH (3 - 9) was up to 98% within 6 min under visible light illumination with the Fe₃O₄-sch as heterogeneous Fenton catalyst, which was higher than that using pure schwertmannite or Fe₃O₄. The excellent photocatalytic performance of Fe₃O₄-sch is ascribed to the effective recycling between Fe³⁺ and Fe²⁺ by the photo-generated electron, and also profit from the formation of the “Z-Scheme” system. According to the relevant data, photocatalytic mechanism of Fe₃O₄-sch for degrading phenol was proposed. This study not only provides an efficient way of enhancing heterogeneous Fenton reaction, but also gives potential application for iron oxyhydroxysulfate mineral.     

Study of DDT and its derivatives DDD, DDE adsorption and degradation over Fe-SBA-15 at low temperature

Mesoporous SBA-15 with different Fe₂O₃ loading were synthesized by an in-situ coating progress for removals of dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) and its derivatives, i.e., 1,1-dichloro-2,2-bis-(p-chlorophenyl)ethane (DDD) and 1,1-dichloro-2,2-bis-(4-chloro -phenyl) ethane (DDE). The results from XRD (X-ray diffractometer), TEM (transmission electron microscopy) indicated that the iron could be well dispersed on SBA-15 within 6 wt.% Fe₂O₃ loading. Nitrogen adsorption-desorption tests indicated that the synthesized materials were characterized by ordered meso-structure, high surface area and large pore volume. DDTs were removed from aqueous media in 12-hr treatment and high removal efficiency of DDTs was achieved at over 94%. DDTs could be completely degraded at 350℃ under the existence of SBA-15 with 4 wt.% Fe₂O₃ loading. The final degradation products of DDT were dichlorobenzophenone (DCB) and bis-(4-chloro-phenyl) methane (DDM), suggesting a complete dechlorination from trichloromethyl.     

某市给水管网中铁释放现象影响因素与控制对策分析

针对某市管网水中铁浓度的变化规律进行了系统的研究,确定了管垢向管网水中释放出的铁是管网水中铁超标的主要原因.研究中发现铸铁管和镀锌钢管中管垢的主要化学组分为铁.在给水管网中,管网水的溶解氧和余氯浓度低时,对应的管网水中铁释放现象严重,其原因是还原条件使管垢表面的致密钝化层被破坏,造成二价铁的大量释放.根据试验结果提出了给水管网中铁释放和“红水”现象的控制对策.     

生物膜对给水铸铁管腐蚀结垢的影响

采用XRD、XPS对给水铸铁管腐蚀结垢产物进行表征,结合水相中总铁浓度变化规律,研究了生物膜生长对给水铸铁管腐蚀结垢的影响.结果表明,0～7 d时生物膜存在条件下水相中总铁浓度更高,而15～30 d时无生物膜生长的对照组水相中总铁浓度更高.有生物膜生长时,锈垢的XRD图谱主峰为铁氧化物;无生物膜生长时,主峰为CaCO₃,次峰为铁氧化物,表明生物膜的存在会影响锈垢中晶体的生长及组成.7 d时有生物膜生长组锈垢中铁的质量分数更高,而15 d和30 d时对照组锈垢中铁的质量分数更高.有生物膜生长组锈垢中钙的质量分数始终低于对照组,可能是胞外多聚物吸附或微生物生长消耗钙离子所致.上述结果表明,生物膜发育7 d时会促进铸铁管的腐蚀,而发育15～30 d时会抑制铸铁管的腐蚀;存在生物膜生长会对铸铁管锈垢的形态和组成产生重要影响.生物膜对腐蚀的抑制作用为控制配水管网管道的腐蚀提供了一条新的途径.     

给水管网管壁铁细菌生长特性模拟及控制对策研究

利用AR反应器对管壁铁细菌的生长特性、影响因素以及悬浮铁细菌与管壁铁细菌的相关关系进行了研究.管壁铁细菌在反应器运行12 d后达到稳定生长,出水中铁细菌数量比进水增加1 lg,剪切力对于铁细菌达到稳定生长的时间有影响,但对稳定生长后挂片上的铁细菌数量没有明显的影响.稳定余氯0.3 mg/L可以有效控制悬浮和管壁铁细菌的生长,数量降低1 lg;对于管垢内的铁细菌即使余氯增加到1.0 mg/L仍无法杀灭;余氯浓度0.05 mg/L无法有效控制悬浮和管壁附着铁细菌的生长.对于稳定生长下的管壁铁细菌,增加余氯浓度至1.25 mg/L,可使管壁铁细菌数量降低2 lg~3 lg.稳定生长状态下,悬浮铁细菌与管壁铁细菌数量具有线性关系.并在试验基础上提出给水管网铁细菌生长控制对策:维持管网余氯0.3 mg/L;定期采用较高浓度消毒剂冲洗管道;采用新型防腐管材或加快旧管网改造,提高管网抗腐蚀性能等.     

Review on corrosion and corrosion scale formation upon unlined cast iron pipes in drinking water distribution systems

The qualified finished water from water treatment plants (WTPs) may become discolored and deteriorated during transportation in drinking water distribution systems (DWDSs), which affected tap water quality seriously. This water stability problem often occurs due to pipe corrosion and the destabilization of corrosion scales. This paper provides a comprehensive review of pipe corrosion in DWDSs, including corrosion process, corrosion scale formation, influencing factors and monitoring technologies utilized in DWDSs. In terms of corrosion process, corrosion occurrence, development mechanisms, currently applied assays, and indices used to determine the corrosion possibility are summarized, as well as the chemical and bacterial influences. In terms of scale formation, explanations for the nature of corrosion and scale formation mechanisms are discussed and its typical multilayered structure is illustrated. Furthermore, the influences of water quality and microbial activity on scale transformation are comprehensively discussed. Corrosion-related bacteria at the genus level and their associated corrosion mechanism are also summarized. This review helps deepen the current understanding of pipe corrosion and scale formation in DWDSs, providing guidance for water supply utilities to ensure effective measures to maintain water quality stability and guarantee drinking water safety.     

水中硫酸根及溶解氧质量浓度变化对管垢金属元素释放的影响

针对出厂水水质化学组分变化可能引起管垢成分释放进而导致管网"黄水"的问题,利用管段反应器,研究了硫酸根(SO24-)质量浓度变化对长期通地下水的铸铁管段总铁释放的影响,同时分析了硫酸根质量浓度变化可能造成的金属元素锰(Mn)、砷(As)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的释放行为.研究表明,实验管段进水中SO24-质量浓度的升高能导致管垢总铁、Mn释放量显著增加,且当SO24->400 mg.L-1时,出水呈现明显的"黄水"现象.对实验管段进出水中微量金属元素的检测发现,尽管随着进水SO24-质量浓度的升高,出水中As、Cr、Cu、Zn和Ni质量浓度也随之增加,但其多数情况下低于进水质量浓度,说明管垢对这些微量元素具有吸附作用.增加水中溶解氧(DO)质量浓度对铁的释放具有明显控制作用,但当超过一定值时,其抑制作用反而降低.     

海水淡化水在既有管网输配的铁释放控制研究

由于具有强腐蚀性,海水淡化水在既有市政管网输配过程中往往会产生严重的"红水"现象,主要是由于管网中铁的释放.为了研究控制既有管网中铁释放的有效措施,对管龄为30～40 a的钢管和灰口铸铁管内壁的腐蚀瘤进行分析,主要组成物质为Fe3O4和FeOOH;选择腐蚀较严重的钢管进行静态浸泡试验,重点分析了自来水和淡化水的掺混比、pH值、碱度、氯离子和硫酸根离子对铁释放的影响,并以铁浓度为控制量,初步给出了海水淡化水在既有管网中安全输配所需满足的水质条件:自来水和淡化水的掺混比≥2∶1,pH值在7.6以上,碱度>200 mg.L-1.     

S13Cr在超高温超临界CO2环境下的腐蚀行为及产物膜特征

目的明确超级13Cr在超高温超临界CO2环境下的适用性、耐蚀性及腐蚀产物膜特征。方法采用高温高压反应釜模拟气井井底超高温超临界CO2腐蚀工况,采用腐蚀失重法获取腐蚀速率,结合扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)及X射线衍射仪(XRD)对腐蚀产物特性进行分析研究。结果在215℃、31.2 MPa CO2分压、7.24 kPa H2S分压下,超级13Cr在含饱和水的超临界相中及含饱和CO2的模拟凝析水相中均呈现均匀腐蚀特征,腐蚀速率分别为0.009 mm/a及0.126 mm/a。腐蚀受CO2-H2S共同控制。腐蚀产物呈双层结构,内层腐蚀产物以碳酸亚铁为主,外层以磁黄铁矿为主,且内外两层腐蚀产物膜结合较弱,易剥离。超临界相中,内外层腐蚀产物膜均较为稀疏,水相区内外层腐蚀产物膜更为致密,但外层腐蚀产物膜容易发生破裂剥落。结论以0.125 mm/a作为油套管选材标准,对于仅含凝析水、无积水问题的气井,可选用超级13Cr作为油套管材质(温度≤215℃,CO2分压≤31.2 MPa,H2S分压≤7.24 kPa,Cl^–质量浓度≤4646 mg/L),但对于井底有比较严重积水问题的气井,或者含水率较高的油井,超级13Cr并不适合。     

Characterization of bacterial community and iron corrosion in drinking water distribution systems with O3-biological activated carbon treatment

Bacterial community structure and iron corrosion were investigated for simulated drinking water distribution systems(DWDSs) composed of annular reactors incorporating three different treatments: ozone, biologically activated carbon and chlorination(O_3-BAC-Cl_2);ozone and chlorination(O3-Cl_2); or chlorination alone(Cl_2). The lowest corrosion rate and iron release, along with more Fe_3O_4 formation, occurred in DWDSs with O_3-BAC-Cl_2 compared to those without a BAC filter. It was verified that O_3-BAC influenced the bacterial community greatly to promote the relative advantage of nitrate-reducing bacteria(NRB)in DWDSs. Moreover, the advantaged NRB induced active Fe(III) reduction coupled to Fe(II) oxidation, enhancing Fe_3O_4 formation and inhibiting corrosion. In addition, O_3-BAC pretreatment could reduce high-molecular-weight fractions of dissolved organic carbon effectively to promote iron particle aggregation and inhibit further iron release. Our findings indicated that the O_3-BAC treatment, besides removing organic pollutants in water, was also a good approach for controlling cast iron corrosion and iron release in DWDSs.     

好氧细菌降低油田采出水对管钢腐蚀的研究

运用Tafel曲线、线性极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)等电化学技术研究了序批式间歇反应器(SBR)中嗜油好氧细菌对J55油套管钢在油田采出水中腐蚀行为的影响,并利用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)分析了腐蚀膜的形貌和成分,采用失重法测量了动态腐蚀速率.结果表明,嗜油好氧细菌加入后,J55油套管钢试样表面所成腐蚀膜的组分发生了变化,腐蚀膜的致密性增强,膜与钢基体之间的结合力增大;好氧细菌的加入显著降低了J55钢在采出水中的腐蚀速率,有菌条件下的腐蚀速率是无菌条件下的40%.此外,还对嗜油好氧菌减缓J55油套管钢在油田采出水中腐蚀速率的机理进行了分析.     

某20#钢腐蚀穿孔失效原因分析

目的 某船20#钢管投运不久后管段出现严重的腐蚀穿孔,通过对失效管段进行研究,以分析其失效原因。方法 通过电感耦合等离子体发射光谱仪、碳硫分析仪、金相显微镜等对材料材质进行材质符合性分析及金相组织分析。通过场发射扫描电子显微镜观察蚀坑微观形貌,并结合X射线衍射仪及显微拉曼光谱仪,对失效部位周围的腐蚀产物进行成分分析。通过电化学测试及微生物鉴别培养,进一步确定腐蚀的发生原因及机理。结果 材料符合性分析说明,此20#钢管束成分符合标准要求。通过形貌观察发现,20#钢蚀坑边缘呈阶梯状,具有明显的攀爬现象,蚀坑周围呈黑色。X射线能谱仪分析结果表明,20#钢腐蚀穿孔处内表面异常存在大量硫元素。通过拉曼分析及XRD分析发现,硫元素主要以硫酸盐及硫化物的形式存在。电化学测试结果表明,在含硫化物的溶液中,20#钢的腐蚀速率明显提升。进一步对腐蚀产物进行微生物培养,发现了硫酸盐还原菌的存在。结论 微生物腐蚀是引起20#钢管束穿孔的主要原因。