MAP沉淀法目标产物最优形成条件及分析方法

为了确定鸟粪石(MAP：MgNH₄PO₄·6H₂O)形成的最优条件,引入化学剖析法,利用酸溶液将鸟粪石沉淀法中所得沉淀物溶解后进行相应的元素分析;提出一种根据沉淀物中的NH⁺₄-N含量间接计算确定鸟粪石含量(即纯度)的分析方法.根据这种计算分析方法,分别得出了不同pH条件下以自来水(主要为地下水)和超纯水作为溶剂所合成的鸟粪石纯度,并对pH和Ca²⁺在鸟粪石形成过程中的影响进行了评估.结果表明,该计算分析方法能够有效实现对MAP沉淀法目标产物的定量分析,弥补了国内外目前普遍依靠XRD技术定性判断所得沉淀物中鸟粪石是否存在的缺陷.以超纯水作为溶剂时,使鸟粪石纯度>90%的最佳pH范围在7.5～9.0,而以自来水为溶剂时,获得相同鸟粪石纯度最佳pH范围则是7.0～7.5.实际污水中常常含有相当数量的Ca²⁺,实施碱性条件(pH>8.0)的MAP沉淀势必大幅降低鸟粪石的纯度.因此,对实际污水回收磷而言,MAP沉淀法的最优pH条件应控制在中性范围(<8.0)以内.     

采用厌氧发酵和冷冻微波联合处理剩余污泥并回收氮磷

为了实现从剩余污泥中高品位回收鸟粪石（MAP,MgNH₄PO₄·6H₂O）,本研究考察了厌氧发酵、冷冻+微波两种污泥预处理方式促进污泥中氮、磷的释放及回收效果.试验结果表明：污泥厌氧发酵在温度30℃、pH=12、发酵时间4 d时,PO₄^3--P和HN₄⁺-N的最大释放量分别为224.50 mg·L^-1（即7.24 mmol·L^-1）和278.17 mg·L^-1（即19.87 mmol·L^-1）,PO₄^3--P物质的量浓度远小于HN₄⁺-N物质的量浓度.冷冻+微波联合预处理在冷冻温度-20℃、冷冻时间48 h、微波初始pH=3、微波时间9 min时,PO₄^3--P和HN₄⁺-N的最大释放量分别为1011.84 mg·L^-1（即32.64 mmol·L^-1）和220.82 mg·L^-1（即15.77 mmol·L^-1）,PO₄^3--P物质的量浓度高于HN₄⁺-N物质的量浓度.根据污泥上清液中的氮、磷含量,将厌氧发酵与冷冻+微波两种污泥预处理后的上清液按体积比1：9进行混合,使Mg：N：P物质的量比为1.6：1.4：1时,PO₄^3--P的最高回收率为99.11%,HN₄⁺-N的最高回收率为73.46%.X射线衍射（XRD）结果显示,回收的沉淀物主要为鸟粪石晶体.将两种污泥预处理后的上清液进行混合,有效地解决了污泥上清液中由于氮、磷比例失衡所导致的回收率下降的问题,从而实现以鸟粪石的形式高效回收剩余污泥中的氮、磷.     

镧铁羟基氧化物修饰还原氧化石墨烯复合电极材料电吸附除磷效能及机理研究

污水处理厂尾水中低浓度PO₄^3-的排放是水体中总磷的主要来源,是导致水体富营养化的重要原因之一,对其开展深度去除的应用基础性研究具有重要的理论意义和实践价值.复合金属氧化物材料表现出较好PO₄^3-吸附能力,但仍然存在吸附速率较慢的问题.本研究采用溶剂热、复合薄膜压片法制备了镧铁羟基氧化物（LaFeO_xH_y）修饰还原氧化石墨烯（rGO）复合电极材料（LaFe-rGO）,LaFe-rGO复合电极材料显著提高了对PO₄^3-的吸附速率,5 min可达到吸附平衡,在1.2 V电压下对PO₄^3-的最大吸附量为108.69 mg·g^-1.提出了基于晶格氧提供活性位点及LaFe-rGO双电层电容电促吸附除磷机理,LaFe-rGO复合电极材料中晶格氧La-O与Fe-O同时对PO₄^3-吸附提供吸附位点,PO₄^3-与材料中的La/Fe键合以形成内球表面复合物La/Fe-PO₄,掺杂在rGO表面上的LaFeO_xH_y增加了电极材料电容并提高了其电化学活性,促进了LaFe-rGO复合电极材料对PO₄^3-的吸附.     

鸟粪石结晶反应在猪粪和玉米秸秆堆肥中的应用

控制堆肥化过程中的氨气排放是减少堆肥氮素损失的关键,应用鸟粪石结晶原理,以氢氧化镁［Mg(OH)₂］和磷酸（H₃PO₄）作为固定剂,按照摩尔比为1∶1,摩尔数为初始氮的15.4%添加到猪粪和玉米秸秆的堆肥物料中,通过26 d的密闭式底部强制通风静态堆肥.结果发现,添加固定剂的堆肥处理B中铵态氮含量显著提高,堆肥结束时,NH⁺₄-N含量为10.7　g·kg^-1,是未添加固定剂的处理A的3倍,全氮含量为36.9　g·kg^-1,比处理A提高10 g·kg^-1.同时,固定剂的添加促进了有机质的分解,堆肥结束时处理B的有机碳降解率比处理A高 2%,发芽率指数表明,处理B的腐熟度（96%）高于处理A（82%）.扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)及X射线能谱(energy dispersive X-ray spectroscopy,EDS)分析证实了堆肥产品中有MgNH₄PO₄·6H₂O的存在.说明通过添加Mg(OH)₂和H₃PO₄,可以改变堆肥的理化性质,促进堆肥的降解和腐熟,并通过鸟粪石结晶反应将堆肥中的铵态氮固定下来,有效提高了堆肥的营养价值.     

Heavy metal phytoextraction by Sedum alfredii is affected by continual clipping and phosphorus fertilization amendment

Improving the efficacy of phytoextraction is critical for its successful application in metal contaminated soils. Mineral nutrition affects plant growth and metal absorption and subsequently the accumulation of heavy metal through hyper-accumulator plants. This study assessed the effects of di-hydrogen phosphates (KH₂PO₄, Ca(H₂PO₄)₂, NaH₂PO₄ and NH₄H₂PO₄) application at three levels (22, 88 and 352 mg P/kg soil) on Sedum alfredii growth and metal uptake by three consecutive harvests on aged and Zn/Cd combined contaminated paddy soil. The addition of phosphates (P) significantly increased the amount of Zn taken up by S. alfredii due to increased shoot Zn concentration and dry matter yield (DMY) (P<0.05). The highest phytoextraction of Zn and Cd was observed in KH₂PO₄ and NH₄H₂PO₄ treatment at 352 mg P/kg soil. The amount of Zn removed by phytoextraction increased in the order of 1st clipping<2nd clipping<3rd clipping, and for Cd extraction the order was 2nd clipping<1st clipping<3rd clipping. These results indicate that the application of P fertilizers coupled with multiple cuttings can enhance the removal of Zn and Cd from contaminated soils by S. alfredii, thus shortening the time needed for accomplishing remediation goals.     

ZnMnxCo2-xO4活化过一硫酸盐降解有机污染物

分别以Zn（CH₃COO）₂·2H₂O、Mn（CH₃COO）₃·2H₂O和Co（CH₃COO）₂·4H₂O为锌源、锰源和钴源,采用溶胶-凝胶自燃烧法成功制备了ZnMn_xCo_2-xO₄（x=0~2）复合物,并用X射线衍射和X射线光电子能谱对其进行表征.同时,还研究了Mn/Co物质的量比、催化剂用量及PMS用量对目标污染物降解的影响.结果表明,该复合物可催化活化过一硫酸钾（PMS）降解有机污染物,当催化剂中x=0.8,催化剂投加量为0.2 g·L^-1,PMS用量为0.4 mmol·L^-1（0.25 g·L^-1）时,20 μmol·L^-1（10 mg·L^-1）罗丹明B（RhB）可在15 min内完全降解.ZnMn_0.8Co_1.2O₄的高催化活性主要归功于Mn³⁺和Co²⁺的协同效应.将ZnMn_xCo_2-xO₄-PMS体系用于亚甲基蓝、结晶紫、金橙、双酚A、4-氯酚等其他污染物的降解,也取得了较好的效果.基于电子自旋共振ESR和自由基猝灭实验的结果,可以推测该反应体系中活性物种为硫酸根自由基和羟基自由基.     

外加磷提高生物预处理效果的试验研究

利用国内研究较多的生物陶粒滤池预处理工艺,在我国北方某水库原水中添加微量的磷,考察磷对生物预处理的促进作用通过生物分析方法,发现在原水水样中添加50μg/L的PO₄^3--P(NaH₂PO₄)后,可以促进原水中细菌的生长,BDOC也有所增加,证明了原水中磷对细菌生长的限制因子作用陶粒滤池的实际运行结果表明,对于本试验所用原水,添加25μg/L的PO₄^3--P(H₃PO₄)后,生物陶粒滤池对水中CODMn的去除率平均提高4.7个百分点,UV254和TOC的去除率分别提高3.6和5.7个百分点.由此为提高生物预处理的运行效果提供了一个新的思路,也说明磷在饮用水中的作用需要引起重视.     

锰氧化物负载施氏矿物去除酸性矿山废水中As(III)的性能及机理

施氏矿物是天然的砷吸附剂,但其存在酸性条件下对As(III)吸附性能较弱且无法对As(III)氧化降毒的缺陷. 采用液相沉淀法成功制备出锰氧化物负载施氏矿物(MnO_x@Sch),研究锰负载量、初始pH值和共存离子对MnO_x@Sch去除As(III)的影响,并采用吸附动力学结合XPS、FTIR及TEM等表征探究该过程的机理. 结果表明:在初始pH=3、投加量为0.5 g·L^-1、As(III)初始浓度为1 mg·L^-1的条件下,As(III)与MnO_x@Sch反应后的剩余浓度仅为2.42~3.38 μg·L^-1.MnO_x@Sch去除As(III)受初始pH影响较小,H₂PO₄^-共存时As(III)去除存在明显的抑制作用. MnO_x@Sch 去除As(III)的过程符合准二级动力学方程和颗粒内扩散方程. 液相化学组分和固相产物表征分析显示MnO_x@Sch对As(III)的去除机理可概括为As(III)氧化、静电吸附和络合配位及配体交换. 研究结果可为施氏矿物及其改性材料应用于酸性矿山废水砷污染治理提供理论依据.     

碳负载富氧空位的NiCo2O4用于电催化还原硝酸盐

水体中硝酸盐是一种广泛存在的污染物,因此,开发用于水中硝酸盐还原的高效电催化剂受到广泛关注.采用溶胶-凝胶法耦合硼氢化钠还原法制备了碳负载富氧空位的NiCo₂O_4-x/C电催化剂,并研究其去除硝酸盐的性能.结果发现,在该体系中,耦合导电碳载体可改善半导体型电催化剂导电性,构建氧空位可促使原子H^*生成,最终实现硝酸盐高效还原.NiCo₂O_4-x/C阴极在电流密度为20 mA·cm^-2、pH=7的条件下,可于3 h内去除水中94.8%的NO₃^--N,相较于NiCo₂O₄及NiCo₂O₄/C阴极,NO₃^--N去除率分别提高了36.6%和12.2%.此外,NiCo₂O_4-x/C阴极在连续5次还原硝酸盐过程中性能并未有明显变化.结合掩蔽实验和电子顺磁共振波谱分析证实,NiCo₂O_4-x/C阴极除了可通过直接电子还原硝酸盐外,还可以通过生成原子H^*间接还原硝酸盐.通过对实际废水处理进一步验证其转化硝酸盐的性能,研究表明,NiCo₂O_4-x/C阴极可有效去除焦化废水生物出水中硝酸盐.     

低磷污水的HAP诱导结晶磷回收

为考察羟基磷酸钙（HAP）诱导结晶对低磷污水中PO₄^3--P的回收效果,以污水厂尾水为研究对象,采用方解石为晶种,首先全面对比了HAP诱导结晶与均相结晶的PO₄^3--P去除效果,然后通过改变晶种粒径和投加量,研究了晶种对PO₄^3--P回收的影响,并探讨了结晶反应条件对PO₄^3--P回收和产物晶型的影响.结果表明：HAP诱导结晶除磷效果要优于均相结晶,当结晶体系pH不超过9.0且残余Ca²⁺为100 mg·L^-1时,前者可将PO₄^3--P浓度降至0.5 mg·L^-1左右,后者则为5.0 mg·L^-1左右.构晶离子的扩散过程是HAP诱导结晶的控速步骤,减小晶种粒径和增加晶种投加量有利于构晶离子的扩散,可提高结晶反应速率,进而提高HAP诱导结晶对低磷污水的适应性,使PO₄^3--P回收率得到提高.对PO₄^3--P浓度为1.0 mg·L^-1的模拟废水,晶种投加量为10 g·L^-1、粒径为45 μm、Ca²⁺投加量为50 mg·L^-1和pH=9时,在10 min的反应时间内HAP诱导结晶可获得80%以上的PO₄^3--P回收率,出水PO₄^3--P和pH满足GB 3838—2002的Ⅱ类标准（0.1 mg·L^-1）.实验条件下,HAP诱导结晶产物晶型主要为HAP及其前驱物无定形态羟基磷酸钙（ACP）,产物结晶度随着pH的提高和晶种粒径的减小而提高.     

钙型天然斜发沸石同步脱氮除磷特性

以钙型天然斜发沸石为试验材料进行废水同步脱氮除磷特性研究,考察反应时间,沸石投加量,pH,温度及废水中的有机物含量对斜发沸石同步去除氨氮和磷的影响. 结果表明:在沸石投加量为250 g/L,pH为7.0～9.0,温度为25 ℃,吸附时间为24 h的条件下,钙型天然斜发沸石对氨氮的去除率达到96%,对磷的去除率接近100%. pH对钙型天然斜发沸石除磷效果影响显著,但对氨氮去除效果影响不大. 当pH由3.0升至5.0时,磷的去除率由54%降低至43%,吸附作用是磷的主导去除机制;当pH由5.0升至8.0时,磷的去除率迅速升高,化学沉淀逐渐成为磷的主导去除机制;pH为8.0以上时,磷的去除率接近100%. 废水有机物对钙型天然斜发沸石去除磷的效果存在差异,其中柠檬酸的加入使磷的去除率降低16%,显著抑制了磷的去除;腐殖酸的加入仅使磷的去除率降低3%,影响甚小. 柠檬酸和腐殖酸的加入对氨氮的去除效果影响均较小(低于3%).      

磷在原状土中的淋溶规律

研究磷在原状土中的淋溶规律及不同因素的影响。采用自行设计的原状土淋溶柱,探讨了磷在原状土中的淋溶规律。分别用pH值为4.0、6.8和9.0的淋溶液淋溶原状土,当淋溶液p H值由9.0降至6.8时,磷的总淋出量由2120.mg升至238.1 mg,增幅较小,p H值继续降至4.0,磷的总淋出量增加至271.9 mg;与未酸化的土壤相比,酸化后土壤中,磷的淋出量增加了22.18%,说明土壤酸化会增加磷的流失;以4 d为一个冻融周期,进行了不同冻融频次和冻前含水率的交替冻融试验。结果表明:在冻融频次小于5次时,磷的淋失量与冻融频次呈正相关,当冻融频次大于5次时,磷的淋出量随冻融频次的增加而减小;土壤冻前含水率越大,磷的淋失量也越大,冻前含水率由15%增加到25%时,淋失量由217.3 mg增长到316.2 mg,增长了45.50%。     

铁碳法处理味精废水试验研究

采用铁碳法处理高浓度味精废水 ,试验结果表明 ,以铸铁屑作为接触材质提高pH效果优于不锈钢 ,以铸铁屑作为接触材质与废水反应 2h后pH可由 1 .97提高至 4 .88;铁碳反应后出水调节 pH至碱性时COD去除率随 pH升高逐渐上升 ,pH提高至 9.0时COD去除率可达 52 .5 % ;废水 pH由 1 .96提高至 4 .88时Fe2 + 浓度差为 3395mg/L。     

假单胞菌P1-1脱氮除磷特性及其动力学研究

利用实验室中筛选到的假单胞菌P1-1菌株进行脱氮除磷研究,并探讨了温度、pH、接种量、摇床转速和碳源对该菌株生长和脱氮除磷的影响,同时研究了菌株除磷的动力学。结果表明,该菌株最佳生长条件为摇床转速140 r/min、接种量10%、pH 8.0、温度30℃,最佳除磷条件为摇床转速140 r/min、接种量10%、温度30℃、pH 8.0,最佳脱氮条件为接种量10%、摇床转速0、温度30℃、pH 7.0;该菌株在比较好的生长和脱氮除磷效果时需要乙酸钠的最低浓度为1 000 mg/L;当初始P浓度为6~21 mg/L时,菌株除磷的动力学过程符合Monod零级反应模型。     

硫磺/石灰石自养反硝化系统脱氮除磷性能研究

为了考察硫磺/石灰石系统对于低C/N的城市污水进行同步脱氮除磷的性能,设计了体积比为1∶1的硫磺/石灰石柱式反应器,以人工配水为处理对象,采用厌氧生物滤池运行方式,研究了HRT、初始磷浓度、pH、温度等因素对其脱氮除磷性能的影响.结果表明,在进水NO 3^--N为30 mg/L左右,PO4^3--P为15 mg/L条件...     

pH值和光照对镧改性膨润土吸附水中氮和磷的影响

在不同的pH值和光照条件下考察了镧改性膨润土对模拟农田区河水中氮、磷的去除效果.结果表明,当pH值为4~8时,膨润土对氮和磷的去除效果较好,总氮去除率约82%,最高达93%;在pH值为4~6时,3d后对磷的去除率保持在95%以上,最高达99%.在光照强度为10,20μmol/(m2·s)时,镧改性膨润土的氮、磷吸附效果较好,总氮去除率在第14d前保持在72%以上,光照强度为20μmol/(m2·s),第7d时最大去除率达93%;总磷去除率保持在90%以上.     

新型PD/A工艺同步处理低C/N生活原水和二级出水

通过一种新型的短程反硝化-厌氧氨氧化（Partial Denitrification/Anammox,PD/A）固定生物膜工艺,同步处理模拟的低C/N城市污水厂生活原水和二级出水,研究了不同进水C/N（1.3,1.5,1.6,1.8）和不同pH值（7.5,8.0,8.5,9.0）下该工艺的脱氮效果.结果表明,逐步提高进水C/N强化了系统的完全反硝化作用,平均NO₃^--N去除率从52.3%增长至85.7%;较高的进水pH值促进了短程反硝化过程中NO₂^--N的积累,继而强化了厌氧氨氧化的自养脱氮作用,平均NH₄⁺-N去除率从82.2%增长至89.7%.在C/N=1.6、pH=9.0的条件下,该工艺达到了88.3%的TN去除率,出水TN稳定低于2mg/L.此外,分析了PD/A固定生物膜工艺在传统AAO工艺升级改造中的潜力.     

强化生物除磷体系中反硝化聚磷菌的选择与富集

采用SBR反应器 ,对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的选择和富集作了研究 .结果表明 ,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系之中 .经过 3个阶段的选择和富集 ,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从 15 %上升到 73% .稳定运行的强化反硝化生物除磷体系具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能 ,缺氧结束时体系中磷浓度小于 1mg L ,除磷和脱氮效率分别大于 94 %和 95 % .     

Effect of humic substances on the precipitation of calcium phosphate

For phosphorus （P） recovery from wastewater, the effect of humic substances （HS） on the precipitation of calcium phosphate was studied. Batch experiments of calcium phosphate precipitation were undertaken with synthetic water that contained 20 mg/L phosphate （as P） and 20 mg/L HS （as dissolved organic carbon, DOC） at a constant pH value in the range of 8.0-10.0. The concentration variations of phosphate, calcium （Ca） and HS were measured in the precipitation process; the crystalline state and compositions of the precipitates were analysed by powder X-ray diffraction （XRD） and chemical methods, respectively. It showed that at solution pH 8.0, the precipitation rate and removal efficiency of phosphate were greatly reduced by HS, but at solution pH ≥9.0, the effect of HS was very small. The Ca consumption for the precipitation of phosphate increased when HS was added; HS was also removed from solution with the precipitation of calcium phosphate. At solution pH 8.0 and HS concentrations ≤3.5 mg/L, and at pH ≥ 9.0 and HS concentrations ≤ 10 mg/L, the final precipitates were proved to be hydroxyapatite （HAP） by XRD. The increases of solution pH value and initial Ca/P ratio helped reduce the influence of HS on the precipitation of phosphate.     

扰动状态下pH值对内源磷生物有效性的影响

为了阐明底泥扰动状态下pH值对内源磷生物有效性的影响机制,以富营养化河流的底泥和上覆水为材料,通过实验室试验模拟了不同初始pH值条件下,底泥扰动对上覆水中溶解性磷酸盐(SRP)和底泥中生物有效磷(BAP)含量的影响。结果表明,底泥扰动显著降低了上覆水中SRP含量,其去除率随着初始pH值升高而降低。去除率从大到小依次排序为,pH5>pH7>pH9.5.SRP的去除与较低初始pH值条件下生成的非晶型铁氧化物有关。基于不同形态磷的迁移活性,采用NH4Cl-P+%BD-P(非闭蓄态Fe-P)+NaOH-nrP估算BAP是合理的.由此计算可知,BAP占总磷(Tot-P)的百分比随着初始pH值升高而降低。不同初始pH值条件下,BAP占Tot-P的百分比为33.36%(3种初始pH值条件下的平均值),该值远小于通过传统方法计算的BAP含量占Tot-P的百分比(平均为85.04%)。但由于2种方法中计算的BAP占Tot-P的百分比的变化趋势恰好相反,其与藻类可利用磷的变化密切相关。