活化过硫酸盐氧化地下水中苯酚的动力学研究

以柠檬酸(CA)络合亚铁离子CA-Fe(II)为活化剂,活化过硫酸盐(S2O82-,PS)产生强氧化剂硫酸根自由基(SO4·-),进而催化氧化苯酚.从CA/Fe(II)物质的量比、Fe(II)浓度、过硫酸盐(PS)投加量和苯酚初始浓度4个因素来考察络合亚铁离子活化过硫酸盐氧化去除苯酚的动力学.结果表明,随着PS投加量的增加,苯酚的去除率随之提高;但随着苯酚初始浓度的增加,去除率逐渐降低;CA/Fe(II)物质的量比为1/5时,能够保持水溶液中足量的亚铁离子,有利于苯酚的氧化去除;当PS/CA/Fe(II)/苯酚物质的量比为100/10/50/1时,苯酚的去除率最高,反应15min后去除率达到98%,此时,苯酚的氧化反应速率k也达到最高值0.430min-1.活化过硫酸盐氧化去除苯酚的过程基本符合准一级动力学,在CA/Fe(II)/苯酚物质的量比为10/50/1条件下,苯酚氧化反应速率与过硫酸盐投加量呈线性正相关(R2 = 0.953).     

超声/Fe0/EDTA体系对印染污泥中多环芳烃的降解

Fe~0/EDTA类芬顿体系能产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH),已被广泛应用于有机污染物的去除.提高·OH的生成速率和浓度是高效降解有机污染物的关键.因此,本文利用超声/Fe~0/EDTA体系处理印染污泥,探讨了不同反应参数对体系中产生·OH的影响,考察了该体系对印染污泥中多环芳烃(PAHs)的去除效果.结果表明,在pH为3.0,超声功率为540 W,Fe~0投加量为15 g·L~(-1),EDTA浓度为2.0 mmol·L~(-1)的最佳条件下,·OH浓度高达862μmol·L~(-1).印染污泥中的铁絮凝剂可作为超声/Fe~0/EDTA体系中Fe~(2+)和Fe~(3+)的来源,促使该体系循环产生H_2O_2和·OH.超声/Fe~0/EDTA体系产生的·OH能快速有效地降解印染污泥中的PAHs,∑_(16)PAHs的平均去除率达到77%,同时有机质含量下降了10.1%.     

镍质量比对纳米Fe/Ni还原水中2,4-二氯酚的影响

采用置换沉积法制备Fe/Ni双金属以还原降解2,4-二氯酚(2,4-DCP),测定了置换液中Ni2+与纳米铁质量比(MNi2+/MFe)不同时所制备的Fe/Ni双金属中的镍含量,考察了镍质量比对Fe/Ni还原2,4-DCP效率的影响,结果表明,随着MNi2+/MFe增大,Fe/Ni双金属中的镍含量增加,并且对2,4-DCP的还原效率也相应提高。当MNi2+/MFe增至40%时,对2,4-DCP的去除率最高,接近100%,且82.0%的2,4-DCP被完全脱氯还原为苯酚,SEM结果也表明该比例制备的Fe/Ni较分散、粒径较小。Fe/Ni与2,4-DCP反应后,Fe0被氧化为铁氧化物Fe3O4、Fe2O3或Fe O(OH)。     

白腐真菌生物过滤塔处理氯苯气体的研究

以竹子为填料,构建新型的白腐真菌Phanerochaete chrysosporium生物过滤塔,考察该过滤塔在不同操作条件下对氯苯的去除性能.结果表明,白腐真菌生物过滤塔对氯苯表现出较好的去除效果,在进口浓度200～1 500 mg/m3,空塔停留时间122 s的条件下,最大去除率接近80%,平均去除率约50%.过滤塔的去除速率与进口负荷和去除率有关,在进口浓度500～1 500mg/m3,流量0.5 m3/h的条件下,最大去除速率可达94 g/(m3·h),平均去除速率为60 g/(m3·h).过滤塔去除速率对进口负荷变化的响应幅度与流量有关,在低流量条件下随进口负荷的变化率较大.过滤塔中氯苯浓度的沿程分布呈现出非线性下降的特征,造成这一现象的原因可能与过滤塔内生物量的分布情况有关.     

有机物对厌氧氨氧化微生物燃料电池脱氮产电性能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥到微生物燃料电池阳极,成功启动厌氧氨氧化微生物燃料电池(ANAMMOX-MFC),研究了葡萄糖和苯酚对ANAMMOX-MFC脱氮产电性能的影响.结果表明,当葡萄糖浓度较低时(100~200 mg·L~(-1))时,对ANAMMOX菌有促进作用,ANAMMOX-MFC脱氮产电性能增强,此时反应器进出水COD浓度变化不大;当葡萄糖浓度高于300 mg·L~(-1)时,产电性能逐渐下降,NH+4-N去除率和去除速率逐渐下降,而NO-2-N去除率和去除速率基本保持不变,此时出水COD浓度也出现降低,说明厌氧氨氧化菌活性受到抑制,反硝化菌活性开始增强.极化曲线拟合程度较低,COD浓度变化对电池内阻影响较小.当苯酚浓度较低时(50~100 mg·L~(-1)),对ANAMMOX-MFC脱氮产电性能影响较低;当苯酚浓度超过200 mg·L~(-1)时,ANAMMOX-MFC脱氮产电性能逐渐被抑制.整个过程进出水COD浓度变化不大,极化曲线拟合程度较低,表观内阻有缓慢升高.     

MgO催化臭氧氧化降解苯酚机理研究

对氧化镁(MgO)催化臭氧氧化降解苯酚的机理进行了探讨,并验证其与现有的3种催化臭氧氧化机理的吻合性.同时,研究了羟基自由基(·OH)抑制剂对苯酚去除效果的影响,·OH的产生量,以及臭氧在该体系中的存在位置及苯酚在该体系中的作用.结果表明,O_3和MgO/O_3两种反应体系中都存在·OH,MgO/O_3体系中的·OH是O_3体系中的2.14倍.O_3和MgO/O_3体系中的·OH与臭氧浓度的比值分别为1.47×10~(-9)和3.15×10~(-9).苯酚在MgO催化臭氧氧化体系中起到了促进臭氧吸附在MgO表面的作用,臭氧吸附到MgO表面后,分解产生·OH,一部分释放在溶液中降解苯酚,一部分则留在其表面增加表面羟基密度.     

EDTA优化纳米Pd/Fe对2,4-D的催化脱氯研究

采用EDTA优化纳米Pd/Fe催化脱氯水中2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),并考察了EDTA投加浓度、pH、钯化率、温度等因素对2,4-D还原的影响.结果表明,EDTA的加入络合了纳米Pd/Fe在催化脱氯过程中生成的铁离子,抑制纳米Pd/Fe颗粒表面钝化层的形成,提高了体系的反应活性.适宜的EDTA浓度、低pH、高钯化率、低温等有利于2,4-D的还原脱氯.当EDTA浓度为25.0 mmol·L-1,纳米铁含量为1.0 g·L-1,初始pH=4.3、钯化率为0.5%,温度为25.0℃,搅拌速率为200 r·min~(-1)时,反应50 min,10.0 mg·L-1的2,4-D去除率及苯氧乙酸(PA)生成率均达到100%.     

石墨烯掺杂分子筛负载氧化铁芬顿催化降解苯酚影响因素的研究

通过水热晶化法制备了石墨烯掺杂介孔分子筛MCM-41复合载体,利用该载体浸渍负载氧化铁制备了非均相芬顿催化剂gh-MCM-41-Fe.以苯酚为模拟有机废水,考察了催化剂和H2O2投加量、水质因素(苯酚初始浓度、反应温度和水中腐殖酸和草酸)等对gh-MCM-41-Fe芬顿催化降解苯酚效能的影响.结果表明,当苯酚初始浓度为100 mg·L-1,催化剂在60 min催化降解苯酚去除率高达97.6%,COD去除率为65.9%,反应符合准一级反应动力学模型;苯酚降解速率随着催化剂和H2O2投加量的增加而增加,但投加过多会消耗·OH自由基从而不利苯酚降解过程;苯酚初始浓度从10 mg·L-1增至100 mg·L-1,苯酚降解速率相应降低,但体系中H2O2及·OH自由基的有效利用率反而增加;反应温度对于苯酚废水降解率和COD去除率影响不大,反应表观频率因子为105.68 min-1,表观活化能为18.43 k J·mol-1;腐殖酸和草酸对苯酚废水降解和COD去除均有抑制作用.     

Pd/C气体扩散电极用于电生成H2O2降解苯酚的研究

采用自制的Pd/C气体扩散阴极和Ti/IrO2/RuO2阳极,在无隔膜电解槽中对苯酚模拟废水降解效果及机制进行了研究,采用电子自旋共振法(ESR)对电解体系中产生的羟自由基(·OH)进行了检测.结果表明,在Pd/C气体扩散体系中掺杂Pd催化剂可以促进H2 O2的生成(H2 O2的稳定浓度是7.5 mg/L),有利于·OH的产生.经电化学氧化处理120 min后,苯酚和COD的去除率分别达到97.2%和50%,表明在电催化氧化过程中苯酚被氧化生成了大量低分子量中间产物.废水的BOD5/COD值达到0.73是处理前的9.1倍,苯酚废水的可生化降解性通过电化学氧化处理后显著提高.在该电化学体系中苯酚的降解是在阳极直接、间接氧化及阴极产生的H2 O2、·OH的氧化共同作用下完成的.通过对紫外扫描光谱图的分析推断出苯酚在电解过程中有醌类物质生成;由GC-MS检测到了邻苯二酚、对苯二酚、苯醌等芳香族化合物和己二酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、丁二酸、丙二酸、乙二酸等短链羧酸,据此提出了苯酚降解的可能历程.     

Fe3O4稳定化纳米Pd/Fe对水中2,4-D的催化还原脱氯研究

采用四氧化三铁(Fe3O4)稳定化纳米Pd/Fe催化脱氯水溶液中的2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),获得了良好的处理效果.实验考察了Fe3O4投加量、pH、钯化率、温度、搅拌速率等因素对2,4-D去除的影响.2,4-D去除率随Fe3O4投加量增加而提高,投加量为4.0 g·L-1时,反应210 min后,2,4-D去除率为93.5%,而未稳定的纳米Pd/Fe,去除率为47.3%.低pH可促进2,4-D还原脱氯,pH为2.6~4.1时,2,4-D在110 min内几乎完全去除.2,4-D去除率随钯化率增加而提高.随着钯化率由0.25%、0.50%增加到0.75%,210 min后,2,4-D的去除率也由51.4%、93.5%提高到99.9%.温度在16.5~30.0℃范围内,反应210 min后,2,4-D去除率均可超过90.0%.温度升高到35.0、40.0℃时,去除率显著下降.2,4-D去除率随着搅拌速率加快而提高.Fe3O4的加入可以使纳米Pd/Fe分散和稳定.此外,Fe0可通过Fe3O4将电子传递给H+和2,4-D,促进2,4-D的还原脱氯.     

臭氧氧化降解水中四丁基锡效能及动力学研究

对水中臭氧氧化降解四丁基锡(TeBT)的反应动力学、效能及影响因素进行了实验研究.结果表明,温度从12℃升到22℃,TeBT的去除率可从36％升高到43％,但当温度升到32℃时其去除率有所下降.pH升高有利于TeBT的氧化降解,在pH =5.9的缓冲溶液中,前10 min TeBT的去除率为30％;在pH=8.0的缓冲溶液中,前10 min TeBT的去除率提高到42％.原因可能是pH的升高会使臭氧在水中的分解速率加快,臭氧向水相转移率也提高.·OH抑制剂叔丁醇和重碳酸盐对臭氧氧化去除TeBT具有明显的抑制作用,说明在臭氧氧化去除TeBT的过程主要受到·OH产率的影响.通过拟一级反应动力学,计算出单独臭氧(即臭氧分子)与TeBT的直接反应速率常数ko3=435.79 L·mol-1·s-1,·OH与TeBT的间接反应速率常数k.oH=1.4 ×109 L·mol-1·s-1.     

Ce3+与Cu2+协同强化芬顿体系氧化苯酚的效能与机制研究

研究了Ce~(3+)与Cu~(2+)协同强化芬顿体系在不同初始条件下对水中苯酚的氧化效能与机制.结果表明,在p H适用范围的宽度和H_2O_2浓度变化方面,Ce~(3+)/Cu~(2+)/Fe~(2+)/H_2O_2体系比传统的芬顿体系更具有优势,该体系在p H=5.0、H_2O_2浓度为2.0mmol·L-1的条件下,仍可以对苯酚保持相对较高的氧化效能;Cu~(2+)可能会借助反应过程中的中间产物(醌类物质)生成Cu+,Cu+催化H_2O_2分解生成·OH,Ce~(3+)可能促进体系内醌类物质的形成,加快Fe~(3+)与Fe~(2+)的循环效能,在一定程度上提高了芬顿体系中H_2O_2分解生成·OH的速率,说明Cu~(2+)与Ce~(3+)对芬顿体系的强化作用具有协同性;自由基终止剂依然可以抑制Ce~(3+)、Cu~(2+)强化的芬顿体系对苯酚的降解,由此说明体系中起到氧化作用的活性物种仍然是羟基自由基(·OH).     

好氧-厌氧污泥耦合白腐真菌单元对焦化废水的处理

白腐真菌因能分泌胞外木质素降解酶降解难降解有机污染物,而在难降解有机废水处理中具有巨大应用潜力.其研究常采用白腐真菌直接处理废水,很少关注常规生物法耦合白腐真菌的处理方式.基于此,分别采用白腐真菌和好氧-厌氧污泥耦合Phanerochaete Chrysosporium处理焦化废水以考察后者的可行性.在好氧-厌氧污泥耦合P.chrysosporium的处理中,仅采用3 d的处理时间,好氧-厌氧污泥可将6097 mg·L~(-1)的COD和351 mg·L~(-1)的氨氮分别降至1634~1684 mg·L~(-1)和102~117 mg·L~(-1);进而固定化P.chrysosporium将COD和氨氮再次分别降至1322~1372 mg·L~(-1)和16~62 mg·L~(-1).最终COD和氨氮的去除率分别达77%~78%和82%~95%,这表明:好氧-厌氧污泥耦合P.chrysosporium处理焦化废水可在更短的处理周期完成比直接采用白腐真菌处理更好的处理效果,此思路合理可行.     

EDDS螯合Fe(Ⅲ)活化过硫酸盐技术对TCE的降解效果

为解决传统Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐过程中Fe有效性较低的问题,采用可生物降解的EDDS(乙二胺二琥珀酸)螯合Fe(Ⅲ)活化过硫酸盐处理水溶液中的TCE(三氯乙烯),考察c(过硫酸盐)、c〔Fe(Ⅲ)〕/c(EDDS)〔下称Fe(Ⅲ)/EDDS〕、溶液初始pH以及阴离子浓度对TCE降解效果的影响,并研究体系中产生的活性氧自由基. 结果表明:c(过硫酸盐)为15.0 mmol/L、Fe(Ⅲ)/EDDS为4时,60 min内TCE去除率达99.7%;提高c(过硫酸盐)、Fe(Ⅲ)/EDDS均有利于TCE降解,但超过一定限值后对TCE去除效果增强不明显;溶液初始pH(3~11)越高,TCE去除率越低;加入Cl-、HCO₃-、SO₄2-和NO₃- 4种阴离子均会抑制TCE降解,抑制程度表现为HCO₃->Cl- >SO₄2->NO₃-;自由基清扫试验证实体系中存在SO₄-·、·OH和O₂-·等3种活性氧自由基,·OH对TCE的降解起主导作用. 因此,EDDS螯合Fe(Ⅲ)活化过硫酸盐技术能够产生以·OH为主的活性氧自由基,从而快速高效去除水溶液中TCE,但降解过程受水质参数影响.      

可见光下α-(Fe,Cu)OOH催化过氧化氢去除环丙沙星研究

采用一步回流法合成了花状铜掺杂α-FeOOH纳米材料(α-(Fe,Cu) OOH),采用XRD、SEM、UV-Vis DRS和XPS等手段对其进行了分析表征,并研究了其在可见光下催化过氧化氢去除环丙沙星(CIP)的性能.结果表明:Cu掺杂引起了α-FeOOH表面能的变化,光吸收边在可见光区域向长波长方向移动;Cu掺杂提高了α-FeOOH活性和稳定性,当α-(Fe,Cu) OOH投加量为0.60 g·L~(-1),H_2O_2浓度为0.15 mol·L~(-1),反应进行180 min时,CIP(30 mg·L~(-1))被全部去除;异相类Fenton反应过程中羟基自由基(·OH)是重要的氧化活性物种,Cu~+/Cu~(2+)的存在不但影响·OH的生成速率,而且影响·OH的生成量.     

苯酚对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究了苯酚浓度对ANAMMOX污泥脱氮效能长短期影响.短期结果表明,随着苯酚浓度的增大,氮去除率快速下降.当苯酚浓度大于600 mg·L-1时,NH+4-N的去除率降低到6%以下,TN的去除率只有10%左右.长期实验结果表明,当苯酚浓度小于100 mg·L-1时,NH+4-N的去除率都能达到99%以上,说明低浓度苯酚对ANAMMOX菌有一个驯化的过程.当苯酚浓度高于400 mg·L-1时,NH+4-N的去除率只有23.59%,TN去除率只有50.3%,ANAMMOX污泥抑制明显,与短期结果相同.此时反硝化菌活性明显高于ANAMMOX菌,说明苯酚可作为有机碳源诱发体系中发生反硝化反应,最终导致反硝化菌在体系中占据主导地位.但高浓度(1 000 mg·L-1)苯酚对反硝化菌也具有抑制作用.通过拟合得到苯酚对ANAMMOX半抑制有效浓度(IC50)为71.57 mg·L-1.经过18 d的恢复后,NH+4-N去除率基本恢复,但氮素之间的转化计量式发生了改变,ρ(NH+4-N)去除/ρ(NO-2-N)去除/ρ(NO-3-N)生成为1∶0.86∶0.2.研究结果表明,将苯酚控制在合理范围内可以使反应器达到同步脱氮除酚的效果.     

不同Fe（Ⅲ）对活性污泥异化铁还原耦合脱氮的影响及机理初探

以投放海绵铁-AT-PVF复合填料的SBBR反应器活性污泥作为铁还原菌菌种来源,采用厌氧恒温培养试验,考察了不同Fe(Ⅲ)(氧化铁皮、青矿和红矿)对活性污泥异化铁还原能力及脱氮效果的影响,并对其作用机制进行了初步分析.结果表明:初始基质无NO-2的前提下,各体系Fe(Ⅲ)还原能力与脱氮效果表现出较好的关联性,同时发生NO-2-N和NO-3-N的积累现象.其中,氧化铁皮体系的脱氮效果最好,对NH+4-N、TN的累计去除量分别为75.04和80.99 mg·L-1,容积TN去除率为3.88 mg·L-1·d-1(以N计).更进一步的研究发现,不同培养时间内NH+4氧化量与Fe(Ⅱ)产生量之间符合幂指数关系,R2为0.9521.结合标准吉布斯自由能变化,厌氧环境下IRB参与活性污泥中N素循环的交互作用机制可分为3个子过程,即Fe(Ⅲ)的微生物还原解离耦合NH+4的氧化过程、厌氧氨氧化过程和NO-3-依赖型Fe(Ⅱ)氧化过程,其中,以IRB为主的微生物氧化还原过程对活性污泥中N循环起到了至关重要的作用.     

Tween60和SDS强化白腐真菌修复DDT污染土壤

为了提高DDT污染土壤的修复效果,研究了非离子表面活性剂Tween60及阴离子表面活性剂SDS在单一和组合两种方式对人工污染黑土中白腐真菌Phlebia lindtneri GB1027降解去除DDT的强化作用.结果表明,Tween60和SDS均能不同程度地促进土壤中DDT的生物降解,尤其在两种表面活性剂浓度为1.0mg/g干土时,土壤中DDT的降解率分别达到最高的62.9%和53.9%.相同浓度下,Tween60比SDS更有利于提高DDT污染土壤的生物修复效果,去除率提高接近10%.将Tween60与SDS以不同质量比例组合处理后的DDT去除率大小为:Tween60-SDS(3:1)＞Tween60-SDS(2:1)＞Tween60-SDS(1:1),尤其在质量比为3:1和2:1时的DDT去除率甚至高于Tween60单独处理时的去除率,表明将两种类型的表面活性剂组合后对提高DDT的生物可利用性产生了协同效果.研究还发现,菌株接种量越高,土壤中DDT的降解去除率越高,当接菌量达到1.0mL/g干土时,DDT的30d去除率达到最高的70.9%.在土壤含水率为10%~50%范围内,白腐真菌对DDT的降解去除效果随着土壤含水率的升高而增加,当土壤含水率达到50%时,土壤中有约70%的DDT被降解去除.本研究结果进一步证实了利用表面活性剂强化白腐真菌修复有机污染土壤的可行性.     

UV/SPS降解水中三氯生的效能及动力学

采用短波紫外光激活过硫酸钠(UV/SPS)对水中三氯生(TCS)的去除进行了研究,考察了紫外光波长、紫外光强、过硫酸钠(SPS)投加量、pH值和腐殖酸(HA)等因素对TCS去除的影响,计算了自由基(·OH、SO_4~(·-))与TCS的二级反应速率常数及其对TCS去除的贡献值,鉴定了反应中主导自由基,对比了UV254/SPS和UV254/H_2O_2对天然水体中TCS的去除效果,GC/MS分析了TCS降解的中间产物及可能的降解路径.结果表明UV/SPS能有效去除TCS,紫外光波长为254nm,光强为11.5μW·cm-2,SPS浓度为1 mmol·L~(-1)时,100s后初始浓度为275μg·L~(-1)的TCS去除率可达98.15%,TCS降解过程符合拟一级反应动力学方程,其动力学常数K=0.039 2 s~(-1).实验范围内TCS去除的速率常数随紫外光强(I)和SPS投加量的增加而增大,波长对TCS去除影响不显著,中性条件不利于TCS降解,HA对TCS去除具有抑制作用.·OH和SO_4~(·-)与TCS反应速率常数分别为7.62×109L·mol~(-1)·s~(-1)、9.86×109L·mol~(-1)·s~(-1),UV254/SPS中主导自由基为SO_4~(·-),其对TCS去除贡献率为97.63%.UV254/SPS工艺更能有效地去除TCS,其拟一级动力学常数K值是UV254/H_2O_2工艺的4.13倍.TCS降解过程中主要生成了2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、苯酚等中间产物.     

驯化污泥厌氧还原脱氯促进2,4,6-三氯酚矿化及胞外呼吸脱氯途径

厌氧条件下,以乳酸钠为电子供体,2,4,6-三氯酚为电子受体对活性污泥进行驯化,考察了驯化污泥厌氧脱氯的代谢特性.结果发现,污泥可对2,4,6-三氯酚进行高效脱氯,乳酸钠、2,4,6-三氯酚初始浓度为20 mmol·L-1、40~80μmol·L-1时,9~24 h内可实现2,4,6-三氯酚100%初始性降解.中间产物有2,4-二氯酚,但检出浓度较低(4.22μmol·L-1),4-氯酚和苯酚为主要产物.驯化污泥以脱邻位氯(2,4,6-三氯酚,2,4-二氯酚)降解菌为优势种群,对4-氯酚和苯酚的进一步转化有限.厌氧代谢残留物经好氧污泥处理后,4-氯酚(初始浓度33μmol·L-1)2 h实现100%去除.驯化污泥可快速将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),并具有较强的腐殖质(AQDS)还原能力,说明驯化污泥中富集了异化铁还原菌.电子介体[Fe(Ⅲ)和AQDS]明显地加速了脱氯速率,在电子介体的介导作用下,污泥可同步进行胞外呼吸脱氯.