纳米零价铁颗粒去除As(III)和As(V)的动力学过程及性能研究

本研究系统分析了不同初始砷浓度和不同nZVI投加量等条件下,nZVI去除As（III）和As（V）的动力学过程和除砷性能.结果表明,nZVI可快速有效地去除As（III）和As（V）,除砷过程均符合准二级动力学模型,且As（III）的去除速率明显快于As（V）.在砷浓度为5 mg·L^-1时,As（III）去除速率常数达最大值0.30 g·mg^-1·min^-1,为As（V）去除速率（0.034 g·mg^-1·min^-1）的8.8倍.Weber-Morris粒子内扩散模型拟合结果表明,nZVI除砷速率是由外扩散和颗粒内扩散共同控制的.分析反应平衡时砷浓度测定结果,发现不同砷浓度条件下nZVI对As（III）的去除量为As（V）的1.5~2.6倍,nZVI对砷的去除量随初始砷浓度增加而降低,随nZVI投加量增加而增加.砷浓度为50.0 mg·L^-1时,As（III）和As（V）去除量达到最高,分别为152.14 mg·g^-1和62.02 mg·g^-1,均高于传统（羟基）氧化铁对As（III）和As（V）的去除量.因此,nZVI可高效去除水中As（III）和As（V）,且用于修复以As（III）污染为主的地下水更具有优势.     

间歇梯度曝气下缩短SRT强化短程SNEDPR系统脱氮除磷

为了探究间歇梯度曝气下污泥龄对氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的影响,研究短程硝化内源反硝化除磷系统对于处理低C/N比生活污水的优势作用,本文采用SBR反应器培养好氧颗粒污泥,实验进水采用实际生活污水.结果表明,在SRT由50 d逐渐降低至30 d过程中,比氨氧化速率由3.16 mg·（g·h）^-1增加至4.38 mg·（g·h）^-1,比亚硝酸盐氧化速率由3.4 mg·（g·h）^-1降为1.8 mg·（g·h）^-1左右,可知NOB活性降低约44%,从而使系统实现了短程硝化.当SRT为30 d时,由典型周期实验可知亚硝酸盐最大积累量可达6.93mg·L^-1.由于系统中污泥浓度随SRT的减少而略有降低,因此在反应进行至40 d左右时根据DO曲线采取降低曝气量的策略,最终SRT为30 d时系统出水COD浓度为40.76 mg·L^-1,TN浓度为12.4 mg·L^-1,TP浓度为0.31 mg·L^-1,强化了系统中C、N和P的同步去除,最终得到了稳定运行的短程硝化内源反硝化除磷系统.同时好氧颗粒污泥EPS含量与SRT呈现负相关性,蛋白质含量由污泥龄为50 d的66.7 mg·g^-1升为30 d的95.1mg·g^-1,多糖保持在12.1~17.2 mg·g^-1的范围内,说明SRT的降低对蛋白质含量的影响较多糖大,当SRT为30 d时,PN/PS值保持在6.2左右,好氧颗粒污泥在该条件下仍能保持较好的结构稳定性.     

金属有机框架MIL-53(Fe)可见光催化还原水中U(Ⅵ)

U（Ⅵ）是放射性废液中铀的主要存在形式.将可溶的U（Ⅵ）还原为难溶的U（Ⅳ）是治理铀污染的有效方法.以溶剂热法合成了铁基金属有机框架材料MIL-53（Fe）.在表征了材料的结构及光响应特性基础上,开展了MIL-53（Fe）在可见光下催化还原水中U（Ⅵ）的研究.探究了空穴捕获剂种类、空穴捕获剂浓度、反应体系pH及催化剂用量等对U（Ⅵ）光催化还原的影响.结果表明,空穴捕获剂甲酸的加入可有效提高光催化反应的电荷分离效率.当甲酸浓度为1 mmol·L^-1时,400 mg·L^-1的MIL-53（Fe）在可见光下,2 h内对初始浓度为50 mg·L^-1的U（Ⅵ）去除率达到80%;光电子能谱检测结果显示反应中有U（Ⅳ）生成,推测其主要反应机制是甲酸与MIL-53（Fe）的光生空穴反应产生强还原性的·COO^-,将U（Ⅵ）还原为U（Ⅳ）,从而实现对水中U（Ⅵ）的光催化去除.     

圩区河道底泥腐殖酸对重金属和抗生素的共吸附

为识别重金属、抗生素与腐殖酸之间的相互作用,提取圩区河道底泥中腐殖酸,以铜（Cu²⁺）与土霉素（OTC）及诺氟沙星（NOR）作为探针物,研究了腐殖酸在单一Cu²⁺体系、单一OTC体系、单一NOR体系以及Cu²⁺+OTC和Cu²⁺+NOR共存体系下的吸附行为,利用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射和BET等方法进行了物相表征,并就可能存在的作用机制进行了分析讨论.结果表明,腐殖酸属典型的无定型非结晶体,其表面荷负电,具有非均匀多孔结构,孔径分布在介孔尺度,以3.76~6.40 nm孔体积占比最大.单一体系下,腐殖酸对Cu²⁺、OTC和NOR的饱和吸附量分别为33.043、19.521和26.676 mg·g^-1;在质量浓度比为1：1的Cu²⁺+OTC和Cu²⁺+NOR共存体系下,Cu²⁺的饱和吸附量分别为38.053 mg·g^-1和39.187 mg·g^-1,OTC和NOR的饱和吸附量分别为25.965 mg·g^-1和32.728 mg·g^-1.单一和共存体系下的吸附特征具有相似性,吸附过程符合准二级动力学方程,吸附等温线遵循Sips模型,吸附热力学特征为自由能降低、熵变和熵变增加的自发型吸热反应,反应类型接近于化学性吸附和络合性吸附.共存体系中的Cu²⁺与OTC及NOR可生成络合物,这增加了腐殖酸可吸附的物种数量,而已吸附的Cu²⁺亦可通过吸附架桥等形式结合OTC和NOR,吸附量因此较单一体系下有所增加.腐殖酸所含羧基、酚羟基、酮基和醛基等含氧官能团普遍参与了吸附反应.     

硫酸盐还原菌还原U(Ⅵ)的影响因素与机制

在厌氧环境下,改变温度、U(Ⅵ)的初始浓度、pH值、共存离子等因素,进行硫酸盐还原菌（SRB）还原U(Ⅵ)试验,以了解其特性.结果表明,SRB的最佳还原条件为温度35℃、pH值7.0、U(Ⅵ)初始浓度25 mg·L^-1.SRB的最大还原能力为179.1 mg·g^-1.共存离子Mo(Ⅵ)或Ca²⁺初始浓度小于或等于5 g·L^-1时,对SRB还原U(Ⅵ)影响不大;但当其浓度达到20 　g·L^－１时,它们对SRB还原U(Ⅵ)均具有很强的抑制作用.Mo(Ⅵ)对SRB的抑制主要是生理抑制,Ca²⁺是通过和U(Ⅵ)形成稳定的Ca-UO₂-CO₃络合物竞争抑制.试验结果还表明,Ca^2＋浓度低于5 　g·L^－１时未出现停滞期,但其浓度超过20 　g·L^－１时出现了1 d的停滞期.     

改性西瓜皮生物炭的制备及其对Pb (Ⅱ)的吸附特性

以西瓜皮为原料,使用硫化铵[（NH₄）₂S]对其改性制备生物炭（MBC）,用于对Pb （Ⅱ）进行吸附.探究了溶液pH、吸附时间、吸附剂添加量、Pb （Ⅱ）初始质量浓度和离子强度等因素对Pb （Ⅱ）吸附效果的影响.结果表明,饱和吸附时间为5 h,吸附反应的最佳pH为6,当Pb （Ⅱ）初始质量浓度1000 mg·L^-1,吸附剂添加量为2.0 g·L^-1时,MBC对Pb （Ⅱ）的最大吸附量可达97.63 mg·g^-1,明显高于未改性西瓜皮生物炭（BC）对Pb （Ⅱ）的吸附量.改性西瓜皮生物炭对Pb （Ⅱ）的吸附符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学模型,证明吸附以单分子层化学吸附为主.使用氢氧化钠溶液对吸附Pb （Ⅱ）之后的MBC进行解吸来研究MBC的可重复使用性,在第六次循环中吸附量仍达64.74 mg·g^-1.采用傅立叶转换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、氮吸附（BET）、扫描电镜-能谱分析（SEM-EDS）、X射线衍射（XRD）和Zeta电位对吸附剂进行表征分析,发现吸附机制主要是MBC含氧和MBC含硫基团通过络合作用和沉淀作用来吸附Pb （Ⅱ）.因此,硫化铵改性西瓜皮生物炭可以作为一种高效的Pb （Ⅱ）吸附剂.     

MoS2强化Fe2+活化单过硫酸盐去除磺胺甲恶唑和还原六价铬的研究

采用二硫化钼（MoS₂）作为助催化剂加入到亚铁离子（Fe²⁺）/单过硫酸盐（PMS）体系,去除溶液中的磺胺甲恶唑（SMX）和还原六价铬（Cr（Ⅵ））,分别对SMX及SMX与Cr（Ⅵ）共存情况下的去除效果进行研究,并考察了MoS₂、Fe²⁺、PMS、SMX投加量对SMX和Cr（Ⅵ）去除效果的影响.结果表明,在[MoS₂]₀=0.9 g·L^-1,[Fe²⁺]₀ =0.3 mmol·L^-1,[PMS]₀=1 mmol·L^-1,[Cr（Ⅵ）]₀=100 μmol·L^-1,[SMX]₀=25 μmol·L^-1,初始pH为3.0的条件下反应30 min时,SMX的去除率和Cr（Ⅵ）的还原率分别达到98.8%和99.2%;实验中MoS₂和Fe²⁺浓度与Cr（Ⅵ）还原率呈正相关,而PMS浓度过高则会抑制Cr（Ⅵ）的还原;MoS₂/Fe²⁺/PMS体系下Cr（Ⅵ）的还原机理不仅与MoS₂还原生成的亚铁离子有关,Cr（Ⅵ）也能够被MoS₂或PMS直接还原.EPR实验表明,MoS₂/Fe²⁺/PMS体系中主要的自由基是SO₄^·-和HO^·.     

叶酸对厌氧氨氧化细菌脱氮性能的影响研究

考察了叶酸对厌氧氨氧化细菌对污水脱氮性能的影响,并从胞外聚合物（EPS）、血红素及细胞合成等方面进行了机理分析.结果表明,在叶酸添加量分别为0.5、1.0和1.5 mg·L^-1时,均可提高厌氧氨氧化细菌的污水脱氮性能,且当叶酸浓度为1.5 mg·L^-1时,脱氮性能最好.与对照组相比,在1.5 mg·L^-1的叶酸添加量时,总氮去除率（TNRR）提高到45.3 mg·g^-1·d^-1,增加了32.1%;总EPS提高到175.9 mg·g^-1,增加了66.6%;血红素含量提高到2.35 mg·g^-1,增加了26.4%;厌氧氨氧化细菌功能基因总拷贝数提高到（2.87×10⁸±1.79×10⁷）copies·g^-1,增加了11.1%.经叶酸刺激培养后,污泥系统中的浮霉菌门相对丰度增加了3.5%,系统中占主导地位的厌氧氨氧化细菌为Candidatus Brocadia.     

温度对一体式厌氧流化床膜生物反应器运行效能及微生物群落结构的影响

本研究采用一体式厌氧流化床膜生物反应器（integrated anaerobic fluidized-bed membrane bioreactor,IAFMBR）处理含苯并噻唑的高浓度合成废水,考察了温度变化（35、25和15℃）对反应器运行效能,膜污染情况和微生物群落结构的影响.结果表明,温度下降对反应器运行效能和膜污染情况产生不利影响.当温度从35℃下降到15℃时,COD去除率下降7.4%,苯并噻唑去除率下降49.2%,挥发酸总量上升225.66 mg·L^-1,甲烷产率（以CH₄/COD_removed计）下降0.118m³·kg^-1.膜污染周期从5.2 d下降到2.5 d.对于滤饼层而言,达到膜污染时,SMP（soluble microbial product）的质量浓度从42.47 mg·L^-1上升到70.62 mg·L^-1,EPS（extracellular polymeric substance）的含量（以VSS计）从46.30 mg·g^-1上升到82.22 mg·g^-1;对于混合液而言,SMP的质量浓度从36.46 mg·L^-1上升到69.35 mg·L^-1,EPS的含量从47.47 mg·g^-1上升到81.63 mg·g^-1.蛋白质是EPS和SMP的主要成分,约占总成分的80%.微生物群落结构表明,Firmicutes（厚壁菌门）和Chloroflexi（绿弯菌门）始终是最优势的菌门,占全部菌门相对丰度的42.6%~61.0%.随着温度的下降,优势菌属分别是Clostridium（13.7%）,Levilinea（15.2%）和Lactococus（17.9%）.产甲烷古菌的优势菌属始终是Methanosaeta.     

镁改性硅藻土回收废水氮磷产物对水中Pb2+和Zn2+的去除

通过使用镁改性硅藻土回收废水中的氮磷营养素,优化制备了一种复合材料（D-MAP）,并将其用于废水中重金属Pb²⁺和Zn²⁺的去除.研究探讨了材料投加量、反应时间、反应温度和溶液初始pH等因素对Pb²⁺和Zn²⁺在D-MAP上吸附的影响.D-MAP吸附去除Pb²⁺和Zn²⁺的最优条件为：D-MAP投加量分别为0.25 g·L^-1和0.30 g·L^-1,Pb²⁺和Zn²⁺初始浓度分别为300 mg·L^-1和60 mg·L^-1,溶液初始pH为5.0.在此条件下,其对Pb²⁺和Zn²⁺去除率分别可达78.67%和89.66%.动力学和热力学的结果表明,D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的吸附更符合准二级动力学模型;其吸附等温线可用Langmuir模型描述,吸附是自发吸热的过程.Langmuir等温拟合结果指出,D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的最大吸附容量分别为901.0 mg·g^-1和206.2 mg·g^-1.使用SEM/EDS、XRD和FT-IR等手段对吸附Pb²⁺和Zn²⁺前后的吸附剂进行表征,结果表明,D-MAP是一种鸟粪石-硅藻土复合材料,可通过与Pb²⁺和Zn²⁺生成Pb₁₀（PO₄）₆（OH）₂和Zn₃（PO₄）₂·2H₂ O去除废水中Pb²⁺和Zn²⁺.D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的去除效果随着pH的增加而增加,且最终产物形态随pH不同产生变化.