高岭土负载纳米Fe/Ni同时去除水中Cu2+和NO3-

工业废水常含有不同污染物如重金属离子和无机阴离子,而如何有效去除复合污染物就成为环境科学前沿研究的挑战性课题.这些污染物因化学性质不同而导致去除机理和途径也不同.本文采用合成高岭土负载纳米双金属Fe/Ni(K-Fe/Ni)同步去除水中Cu2+和NO-3.结果表明K-Fe/Ni能有效去除水中Cu2+和NO-3,但它们的去除效果却会相互受到影响.在Cu2+浓度为200mg·L-1时,NO-3的去除率达到42.5%;而未加入Cu2+时,NO-3的去除率仅有26.9%,说明Cu2+的存在提高了NO-3降解效率.同样,水中NO-3的存在也影响Cu2+的去除(Cu2+去除率从99.7%降到96.5%).但NO-3浓度对去除Cu2+的影响小于Cu2+浓度对NO-3的影响.通过BET比表面积、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能量散射(EDS)和X射线光电分析(XPS)对K-Fe/Ni表征的结果显示,反应后K-Fe/Ni的表面存在铁的氧化物、Ni0和被还原的Cu0.基于以上结果,我们发现K-Fe/Ni同步去除水中Cu2+和NO-3的机理是:高岭土负载下的纳米Fe0作为还原剂,在Ni0的催化产氢作用下将Cu2+还原成Cu0并沉积在K-Fe/Ni上而形成纳米Fe/Ni/Cu三金属催化剂,从而加速催化水中NO-3降解.     

重金属对硫酸盐还原菌影响

含重金属硫酸盐废水是我国工业水污染的突出问题,利用硫酸盐还原菌的生物去除重金属的方法具有投资少、成本低、能耗少、去除率高,没有二次污染等优点而成为研究的热点。文章以混合培混养物作为接种污泥,考察不同浓度的重金属离子(Cu2+、Cd2+、Ni2+、Hg2+)对硫酸盐还原菌(Sulfate reducing bacteria,SRB)的抑制作用。研究表明:10 mg/L的Cu2+、Cd2+和20 mg/L的Hg2+对SRB还原硫酸盐的影响较小,硫酸盐最大去除率可分别达到94.1%、94.6%、91.3%,与空白(93.9%)相近;20 mg/L的Cu2+对SRB的抑制最为强烈,硫酸盐最大还原率仅为48.2%,剩余金属离子(Cd2+、Ni2+、Hg2+)都分别随着浓度的增大而对SRB的抑制作用增强;相同浓度的重金属离子对SRB的抑制顺序为Ni2+>Cu2+>Cd2+>Hg2+,抑制浓度分别为10、20、30、60 mg/L。最后阐述了各个反应器中硫酸盐还原率最大时,(WCOD/WSO42-)与硫酸盐还原率的关系。     

SO_4~(2-)对SRB颗粒污泥性能的影响

文章利用取自厌氧折流板反应器中的硫酸盐还原菌(SRB)颗粒污泥,通过间歇试验,研究了不同质量浓度的SO42-对SRB颗粒污泥性能的影响。结果表明,当SO42-质量浓度为2000mg/L,COD与SO42-质量浓度的比值ω(COD)/ω(SO42-)=2时,SRB颗粒污泥的活性最高,此时系统比产甲烷活性(SMA)为406.2mL/g·d,SO42-的去除率达93.4%,Cu2+的去除效率高达97.1%,且Cu2+的去除率与SO42-的还原率呈正相关关系;而ω(COD)/ω(SO42-)=2～4时,COD去除率稳定在88.8%以上,最大去除率在ω(COD)/ω(SO42-)=2.7处。     

含溴水臭氧化过程阴离子对溴酸盐生成的影响

为研究常见无机阴离子对含溴水臭氧化过程溴酸盐(Br O-3)生成的影响,本研究通过小试分别考察了不同质量浓度氯离子(Cl-)、碳酸氢根离子(HCO-3)和硫酸根离子(SO2-4)对Br O-3生成的影响,并结合反应过程臭氧衰减、中间产物次溴酸/次溴酸根离子(HOBr/OBr-)生成及总溴浓度变化情况,进一步分析了这3种无机阴离子对Br O-3生成的影响机制.结果表明,以60 min为例,Cl-质量浓度为3~150 mg·L-1的水样Br O-3生成量相对于未投加Cl-条件降低了8.8%~25.7%;反应20min时,SO2-4质量浓度从0 mg·L-1增至30 mg·L-1时,Br O-3生成量减少了63.9%;而当HCO-3质量浓度由0 mg·L-1上升至30 mg·L-1时,Br O-3生成量增加了6.4倍,其质量浓度超过30 mg·L-1,继续投加HCO-3对Br O-3生成量的促进作用提高不大.研究表明,在相同的臭氧投加量和相同的反应时间下,投加Cl-和SO2-4均能抑制臭氧化过程Br O-3的生成,而投加HCO-3能极大地促进Br O-3的生成.     

Fenton/絮凝协同处理含镍及高浓度DMP的废水研究

Cu2+能够促进Fenton反应,Ni2+与Cu2+均为第一系的过渡金属。采用Fenton/絮凝法处理含镍(Ni2+)及邻苯二甲酸二甲酯(DMP)废水,考察Ni2+浓度对Fenton反应的影响,以及该体系下Fenton反应时间、n(H2O2)/n(Fe2+)、H2O2初始浓度、絮凝剂Ca(OH)2投加量、助凝剂PAM投加量对DMP、COD及Ni2+去除率的影响,并对废水沉淀物的微观结构和元素组成进行了探究。通过单因素试验和正交试验确定试验的最佳参数为:n(H2O2)/n(Fe2+)=4∶1,H2O2初始浓度为200 mg/L,絮凝剂Ca(OH)2投加量为475 mg/L,助凝剂PAM投加量为1.0 mg/L;此时,DMP、COD及Ni2+去除率分别为100%、65.80%及99.08%,出水中Ni2+浓度为0.10 mg/L,远优于GB 8978—1996《污水综合排放标准》。     

硫酸盐/氨的厌氧生物转化试验研究

采用厌氧上流式生物膜反应器,通过控制不同的水力停留时间、进水n(NH+4-N)/n(SO2-4-S)和HCO-3浓度研究了无机营养条件下硫酸盐/氨的厌氧生物转化特性.结果表明,反应器中NH+4和SO2-4发生了同步去除,最大NH+4-N和SO2-4-S去除速率分别为47.6 mg·(L·d)-1和16.9 mg·(L·d)-1,稳定去除率最高分别超过了80%和43%;反应过程中有NO-3-N的明显生成,出水NO-3-N浓度最大时为77.6 mg·L-1,整个过程中,未检测到S2-的生成,有单质硫附着在生物污泥表面;由于控制条件的不同,会产生不同的n(NH+4-N)/n(SO2-4-S)转化比,表明NH+4和SO2-4的厌氧生物反应并不是简单地接续反应,反应器中存在更为复杂的反应过程和转化途径.     

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.     

四乙烯五胺多(二硫代甲酸钠)的合成及其对重金属的去除性能

以四乙烯五胺(TEPA),NaOH和CS₂为原料,在无水乙醇中合成四乙烯五胺多(二硫代甲酸钠,TEPAMDT),采用红外光谱和紫外光谱对其结构进行表征,测定了其对游离和络合Cu2+及Ni2+废水的处理效果,通过扫描电镜和电子能谱考察了絮体的形貌和组成. 结果表明,处理游离Cu2+和Ni2+废水,TEPAMDT中n(CSS-)∶n(Cu2+)和n(CSS-)∶n(Ni2+)分别为1.94∶1和2.00∶1时,去除率分别达99.90%和99.80%以上;处理50 mg/L n(硫脲)∶n(Cu2+)和n(柠檬酸)∶n(Cu2+)均为1∶1的废水,当n(CSS-)∶n(Cu2+)分别为2.05∶1和2.12∶1时,去除率分别达99.98%和99.94%;处理50 mg/L n(硫脲)∶n(Ni2+)和n(柠檬酸)∶n(Ni2+)均为1∶1的废水,当n(CSS-)∶n(Ni2+)分别为2.10∶1和2.19∶1时,去除率分别达99.93%和99.91%. 絮凝和能谱分析结果表明,TEPAMDT中CSS-与Cu2+或Ni2+都按2∶1的化学计量比生成螯合物,TEPAMDT具有较宽的pH适用范围.      

水介质中C60纳米晶体颗粒与Cu2+对小鼠腹腔巨噬细胞的复合毒性研究

为考察C60纳米晶体颗粒和Cu2+复合体系的生物毒性,本文以小鼠腹腔巨噬细胞RAW264.7作为受试对象,研究了C60纳米晶体颗粒物(n C60)和Cu2+对RAW 264.7的复合毒性影响.结果表明,当单独暴露n C6024 h,n C60浓度为6.6 mg·L-1时,细胞活性降低了45%,n C60浓度为9.9 mg·L-1时,细胞活性降低了70%,表现出剂量-毒性效应和时间-毒性效应.水中出现Cu2+可以降低n C60的细胞毒性,当Cu2+浓度为2 mg·L-1,n C60浓度为6.6 mg·L-1时,细胞的活性降低至25%,当Cu2+浓度为5 mg·L-1,n C60浓度为9.9 mg·L-1时,细胞的活性下降至15%.研究表明,n C60表面能够吸附Cu2+,并且吸附符合Langmuir吸附等温模型.n C60纳米晶体颗粒表面对Cu2+的吸附,可能是n C60对细胞毒性降低的重要原因.     

巯基重金属捕集剂脱除电镀废水中低浓度Ni的效能及机理研究

以某电镀厂经Na2S预处理后的废水作为研究对象,选用Na OH、Na2S和有机巯基类化合物(EDTC)作为重金属捕集剂,对废水中低浓度Ni进行深度脱除.通过处理效果对比,最终选用EDTC作为Ni理想的捕集剂,重点考察了加药方式、p H、EDTC投加量、反应时间、PAC投加量及不同含Ni电镀废水对Ni去除效果的影响并探讨了EDTC去除Ni的机理.结果表明,Ni初始浓度为6.41 mg·L-1时,最佳工艺条件依次为:p H为7.0,EDTC投加量为摩尔比nEDTC/nNi=4,反应时间为15 min,PAC投加量为100 mg·L-1,PAM投加量为2.5 mg·L-1,此时出水Ni2+浓度为1.08 mg·L-1,去除率达83.15%.在此基础上,针对3种不同含Ni电镀废水,经EDTC处理后Ni去除率均在80%以上,部分废水出水Ni2+浓度低于0.1 mg·L-1,达到了《电镀污染物排放标准(GB21900-2008)》中关于Ni污染物特别排放限值的要求(0.1 mg·L-1).红外光谱图和有机元素分析结果表明,EDTC与Ni会发生螯合反应,即EDTC巯基中硫捕捉Ni2+并趋向成键,生成难溶的螯合产物,从而有效地去除废水中Ni.     

尼洋河流域水化学特征及其控制因素

为研究尼洋河流域水化学特征及其控制因素,2014年先后采集河水7组,井水13组,泉水10组,共计30组水样.综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和离子比等方法,分析了尼洋河流域河水、泉水和井水的水文地球化学特征,并探讨了尼洋河流域的水化学演化规律.结果表明,河水、井水及泉水中阳离子均以Ca~(2+)、Mg~(2+)为主,占阳离子总量的84%以上;阴离子以HCO_3~-和SO_4~(2-)为主,占阴离子总量的97%以上;TDS介于79.11~290.48 mg·L~(-1)之间,平均值为165.21 mg·L~(-1),矿化度较低;水化学类型以HCO_3·SO_4(SO_4·HCO_3)-Ca·Mg(Mg·Ca)型水为主;水化学样品均分布在Gibbs模型左中部,说明该流域水化学离子组成受岩石风化作用控制;主成分分析及相关分析表明,尼洋河流域水化学组分受硅酸盐岩的溶解控制,碳酸盐岩的溶解也起到非常重要的作用.     

然乌湖流域地表水水化学特征及控制因素

为研究然乌湖流域地表水水化学特征及离子来源,在然乌湖流域采集了地表水样品和雨水样品,综合利用相关性分析、Piper三线图和Gibbs模型等方法,分析了该区地表水主要离子特征及其控制因素,揭示了该区地表水水中的主要物质来源.结果表明,然乌湖流域地表水pH为7.54～8.48,呈弱碱性,并具有较低的溶解性总固体(59.89～96.75 mg·L~(-1)),阳离子主要以Ca~(2+)和Mg~(2+)为主,Ca~(2+)当量浓度占阳离子总量的63.3%～76.2%,均值为67.2%, Mg~(2+)当量浓度占阳离子总量的23.4%～36.2%,均值为31.4%, Ca~(2+)和Mg~(2+)约占阳离子总量的98.5%.阴离子以HCO~-_3为主, HCO~-_3占阴离子总量的74.31%～84.29%,均值为78.21%, SO_4~(2-)占阴离子总量的9.59%～19.37%,二者约占阴离子总量的93.55%.水化学类型为HCO_3-Ca和HCO_3-Ca·Mg型,水文地球化学过程受人类活动影响较弱,主要受岩石风化作用控制,主要离子来源于碳酸盐岩及硅酸盐岩的风化溶解.     

珠江源区小黄泥河流域地表水水化学组成特征及控制因素

为研究小黄泥河流域地表水水化学组成特征及离子来源,服务小黄泥河流域水资源管理,系统采集了小黄泥河干流及支流河水和矿坑水样品,综合利用Piper三线图、Gibbs图解、离子比例系数和数理统计等方法,分析了小黄泥河河水的水化学组成、空间分布特征和主要控制因素,并评估了不同来源对溶质的贡献率．结果表明,小黄泥河流域河水pH值总体呈弱碱性,变化范围7.17～9.14,均值为8.00;TDS值变化范围为154～460 mg·L^-1,均值为257.39 mg·L^-1,与西江干流相当;优势阳离子为Ca²⁺,占阳离子总和的69%;优势阴离子为HCO₃^-和SO₄^2-,分别占阴离子总和的65%和30%．小黄泥河干流水化学类型主要为HCO₃-Ca型,受矿业活动影响,支流河水从HCO₃-Ca型过渡为HCO₃·SO₄-Ca和HCO₃·SO_4<...     

贵州乌都河流域雨季河水水化学特征及其控制因素

乌都河是贵州西部典型的矿业型岩溶山地流域.对乌都河流域干流、支流、泉水和矿井水进行采样分析,通过Gibbs图、Piper图和数理统计分析等方法,研究了乌都河流域水化学特征及控制因素,并计算了不同因子对河水的贡献率.结果表明,乌都河流域水体pH值范围为7.87~8.52,均值为8.14;ρ（TDS）范围为135~243 mg ·L^-1,均值为191.7 mg ·L^-1.天然河水和泉水中阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主,水化学类型为HCO₃-Ca型;但受矿业活动影响后,部分支流河水中阳离子以Ca²⁺和Na⁺为主,水化学类型过渡为HCO₃ ·SO₄-Ca和HCO₃ ·SO₄-Ca ·Na型.乌都河流域河水离子组分受矿井水排放和阳离子交换作用、碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化和农业施肥这4个因子的影响.矿井水中具有较高浓度的SO₄^2-和Na⁺,是乌都河支流河水中SO₄^2-和Na⁺的主要来源.化学物质平衡法计算表明,碳酸盐岩风化的贡献率为44.12%~86.92%,均值为74.32%;矿业活动的贡献率为3.28%~37.07%,均值为11.61%;碳酸盐岩风化是乌都河流域河水水化学的主控因素,矿业活动对河水水化学组分也有不可忽视的贡献.大气降水、硅酸盐岩风化、农业活动和生活污水的贡献率均值分别为3.75%、4.67%、2.85%和2.81%,对流域水化学的影响有限.     

黔西拖长江流域水化学演化特征及驱动因素

拖长江为黔西典型的矿业型岩溶山地小流域,研究其水化学演化特征及驱动因素,对当地经济社会发展和水资源科学管理均具有重要的意义.通过采集拖长江流域河水、泉水和矿井水样品,利用水化学图解、数理统计和绝对因子分析-多元线性回归受体模型(APCS-MLR),研究了拖长江流域河水溶质来源及其对河水水化学组分的贡献.拖长江流域河水pH值为7.30～8.31,TDS值为40～520 mg·L^-1,TDS主要由Ca²⁺、 Na⁺、 HCO^-₃和SO₄^2-贡献.河水优势阳离子为Ca²⁺和Na⁺,优势阴离子为HCO^-₃和SO₄^2-,水化学类型从HCO₃-Ca过渡为HCO₃-Ca·Na和HCO₃·SO₄-Ca·Na型;矿井水主要为HCO     

牟汶河中上游孔隙水化学特征及控制因素

为研究牟汶河中上游孔隙水水化学特征及离子来源,在牟汶河中上游莱芜盆地采集了孔隙水样品29组,综合利用相关性和主成分分析、 Piper三线图和Gibbs图集离子比值等方法,分析了该区孔隙水主要离子特征及其控制因素,揭示了该区孔隙水中的主要物质来源.结果表明,牟汶河中上游孔隙水阴阳离子以HCO^-₃、 NO^-₃、 SO₄^2-和Ca²⁺为主;以TDS>1 000 mg·L^-1为标准,正常值点水化学类型主要为HCO₃·NO₃·SO₄-Ca和HCO₃·SO₄-Ca·Mg型水,异常值点水化学类型主要为NO₃·Cl-Ca型水.地下水化学演化过程主要受岩石风化、阳离子交替吸附和人类活动影响,Na⁺+K⁺主要来自硅酸盐风化溶解作用,HCO^-     

真空紫外-亚硫酸盐法降解PFOS影响因素

通过试验,考察了亚硫酸盐浓度、pH值、全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate,PFOS)初始质量浓度及共存物质对真空紫外-亚硫酸盐法降解PFOS的影响.结果表明,亚硫酸盐浓度的增加有利于提高活性物种水合电子的量,PFOS降解率及脱氟率均随之提高,亚硫酸盐浓度从1 mmol·L~(-1)增加至20 mmol·L~(-1)时,PFOS降解率及脱氟率分别从45%及40%提高至97%及63%;随着原水pH值的升高,水合电子的生成量也随之增加,PFOS的降解率及脱氟率均提高,且脱氟率对pH值的变化更敏感;PFOS初始质量浓度的提高降低了PFOS的降解率及脱氟率,但PFOS的绝对降解量却大幅提高,当PFOS初始质量浓度从1 mg·L~(-1)提高至50 mg·L~(-1)时,PFOS在4 h内的降解量提高了约50倍,这主要是由于高污染物浓度条件下水合电子的利用率较高;Cl~-或HCO_3~-的存在对PFOS降解率影响较小,但对脱氟的影响较为明显,在试验研究的浓度范围内,PFOS脱氟率随Cl~-浓度的增加而提高,随HCO_3~-浓度的增加呈现先升高后降低的规律;腐殖酸的存在屏蔽了部分用于光化学反应的光,而且可以捕获体系的活性物种,从而降低了降解率及脱氟率.     

蛤蟆通河流域地下水化学特征及控制因素

为研究蛤蟆通河流域水化学特征及主要离子来源,2017年先后采集地下水样品59组,综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和离子比等方法,分析了蛤蟆通流域地下水的水文地球化学特征,并探讨了蛤蟆通流域的水化学演化规律及主要离子来源.结果表明,该区地下水阳离子以Ca~(2+)为主,占阳离子总量的质量分数为22. 1%～72. 4%,平均为48. 7%;阴离子以HCO_3~-为主,占阴离子总量的质量分数为35. 3%～97. 5%,平均为80%; TDS介于93. 3～521. 1 mg·L~(-1),平均值为219. 1 mg·L~(-1),均为淡水;地下水类型以HCO_3-Ca、HCO_3-Ca·Mg和HCO_3-Ca·Na型水为主;地下水样品均分布在Gibbs模型左中部,说明该流域水化学离子组成受岩石风化作用控制;通过离子来源分析,该区主要离子来源于硅酸盐岩和碳酸盐岩的风化溶解.     

娘子关泉群水化学特征及成因

娘子关泉群流量7.19m³·s^-1,提水量约1.7 m³·s^-1,其是阳泉市区和平定县城主要供水水源.查明其泉群水化学特征及成因,对合理利用水资源与污染防治具有重要意义.以娘子关泉域岩溶大泉为研究对象,通过样品采集和水化学同位素,以地球科学系统理论为指导综合运用地质构造、水化学监测和同位素方法分析娘子关泉群水化学特征及成因.娘子关泉群其pH值7.2~7.5.钙离子112.1~135.2 mg·L^-1.硫酸根离子185.6~271.8 mg·L^-1.水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca·Mg.泉群水化学特征总体表现为高Ca²⁺、Mg²⁺和SO₄^2-,低Na⁺、K⁺和Cl^-.城西泉的补给路径较短,其次是五龙泉.其余5组泉补给路径较远.娘子关泉群水化学特征表现为：煤矿酸性排水的污染有加剧趋势,生活污水的污染有减缓趋势.环境同位素示踪显示城西泉的SO₄^2-主要来源于大气降水和石膏溶解.五龙泉的SO₄^2-值增加,其变化主要受煤矿酸性水污染量的影响.     

Cu2+对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响

短程生物脱氮工艺在废水处理中已经得到较为广泛的应用,其反硝化过程是实现氮去除的关键步骤,而关于废水中常见重金属离子Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响尚无系统研究.选取A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,通过批次试验及SBR长期试验分别探究了Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的短期及长期影响.短期试验结果表明,Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程具有明显抑制作用,对污泥反硝化活性的半抑制浓度EC50为4. 79 mg·L-1.在长期影响试验中逐渐提高污泥对Cu~(2+)的耐受浓度,当Cu~(2+)浓度为0. 5 mg·L-1和1 mg·L-1时,污泥反硝化活性降低后均能够通过驯化恢复至原有水平;而Cu~(2+)浓度升高至3 mg·L-1后污泥反硝化性能遭到破坏且难以恢复,NO_2~--N去除率降低至10%以下,反硝化系统遭到严重抑制.但是,停止投加Cu~(2+)后污泥反硝化活性在第14 d恢复至原有水平.同时,在Cu~(2+)的长期影响过程中,EPS含量增多,对微生物抵御Cu~(2+)的毒害起到重要保护作用,促使污泥粒径增大,污泥沉降性得到提高.