温度对细菌碳酸酐酶催化碳酸钙沉积的影响

碳酸钙(CaCO3)沉积不仅在许多地质过程中起重要作用,而且在石刻文物和石质建筑物的修复以及环境治理等方面也有应用。CaCO3沉积过程在自然条件下极为缓慢,在CaCO3-H2O-CO2反应体系中CO2+H2OHCO3-+H+为限速步骤,可以利用生物催化剂来加速这一反应的进行。碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA)是一种以锌为活性中心的金属酶,可以高效催化上述反应的进行,并在CaCO3沉积中具有显著促进作用。本文采用气体扩散体系,研究温度对典型细菌CA催化CaCO3沉积的速率及晶型晶貌的影响。结果表明,在实验温度(5～55℃)条件下,30℃时细菌CA催化沉积CaCO3的速率最快,而5℃时的沉积速率最慢,而且,温度会影响细菌CA催化形成的CaCO3晶体的大小和形貌。     

黄河口无机碳输运过程对pH异常增高现象的响应

为研究黄河无机碳的输运过程及有效入海通量,通过对2004年至2006年黄河口汛期和非汛期淡水-海水混合过程中无机碳参数、溶解氧饱和度、叶绿素和NH⁺₄、 PO^3-₄的分析得出,黄河口低盐度区pH出现相对于淡水端异常增高现象,而恰在此区域DIC出现亏损现象,黄河口淡-咸水混合区域pH异常增高现象可以表征无机碳的沉降作用.淡咸水混合初期生物好氧呼吸作用的降低能够导致p_CO2的迅速降低是造成低盐度区pH出现相对于淡水端异常增高现象的主要原因.根据河口溶解物质的保守混合模型,发现混合过程中ΔDIC与ΔTA是1∶1的关系,表明DIC出现亏损是由于HCO^-₃清除造成的,汛期和非汛期黄河口无机碳的沉降作用能够清除输入到河口DIC总量的10%,即黄河口每年可清除1.21×10⁵ t河流输入的溶解无机碳,DIC的有效入海通量约为10.86×10⁵ t,通过评估,黄河流域风化作用吸收的大气CO₂量将有10%左右被河口无机碳沉降作用重新释放到大气中,而流域风化作用固定的CO₂在河口将有2.24×10⁵ t（以CO₂计）重新释放到大气中.     

岩溶地下水补给的地表河流溶解无机碳昼夜变化与钙沉降

溶解无机碳昼夜动态变化对河流水体碳通量的估算有重要影响。本文选择由地下水补给且富含水生植物的典型河流,开展高分辨率水文地球化学监测和高频率水样取样工作,分析了水化学的昼夜动态变化特征,钙与无机碳昼夜循环产生的生物地球化学控制机理,估算了钙与无机碳昼夜通量。结果表明,白天pH、SIC上升,产生钙沉降和水体无机碳(主要为HCO-3)含量的下降,夜间得到地下水的补给,Ca2+和HCO-3浓度回升。监测期间,官村地下河出口地表河流钙与溶解有机碳的流失或沉降量分别为69.04kg/d和168.68kg/d,即51.14g/(m·d)和124.95g/(m·d),分别占输入量的6.2%和4.7%。受水生植物光合作用和钙化作用控制,沿流程发生无机碳向有机碳转化,是真正意义上的自然碳汇。     

开放系统下方解石对磷的去除

通过批量平衡法,研究开放系统条件下方解石对磷的去除特性.结果表明:1方解石在开放系统中的预平衡过程,在24h左右便能完成;2动力学的结果表明,当初始浓度为0.5 mg·L~(-1)时,磷去除在前10 h内便完成很大部分,推测其去除行为主要由表面吸附进行;当初始浓度为2.5 mg·L~(-1)时,磷去除主要是靠后期的磷沉淀方式来完成.3当初始磷浓度≤2.5 mg·L~(-1)时,反应时间设为10 h,磷的去除过程可用Langmuir等温吸附模型来较好地拟合,推测在该条件下,表面吸附是磷去除过程中的主导作用方式.4加入邻苯二甲酸的情况下,当初始磷浓度2.5 mg·L~(-1)时,磷的去除率下降了一些,这是因为此时磷去除主要通过表面吸附完成,而邻苯二甲酸与磷共同竞争表面上的吸附位点;当初始磷浓度2.5 mg·L~(-1)时,磷的去除率增大了一些,这是因为邻苯二甲酸的加入促进了钙浓度的增加,从而促进磷通过钙以沉淀的形式去除.     

近平衡状态海水中方解石溶解-沉淀速率及动力学研究

本文利用free-drift开放反应系统,在恒压力(1atm)、恒温度(25.0±0.2℃)环境下,研究海水中近溶解、沉淀平衡状态时二氧化碳分压(pCO2)的变化对方解石溶解、沉淀速率及其动力学方程的影响。研究结果表明:溶解速率相对于碳酸盐碱度(Ac)或饱和度(Ω)变化的敏感度要高于沉淀速率;Ac或Ω相同时,pCO2越高,溶解速率越高,而沉淀速率越低;方解石的溶解过程可分为pCO2欠平衡、平衡两个阶段,当Ω>0.8时反应液pCO2平衡,方解石的溶解反应级数介于8～9之间;沉淀反应级数介于2.4～2.6之间,且反应液pCO2的改变对沉淀反应级数的影响不明显。     

方解石活性覆盖系统抑制底泥磷释放的影响因素研究

通过摇床振荡试验和底泥磷释放控制模拟试验,考察了覆盖系统厚度、上覆水Ca2 浓度、温度、方解石粒径以及人工曝气等对方解石活性覆盖系统抑制底泥磷释放效率的影响.结果表明,方解石覆盖系统可以抑制厌氧状态下底泥磷的释放,且抑制效果受覆盖系统厚度、上覆水Ca2 浓度、温度、方解石粒径及人工曝气等的影响.方解石覆盖系统对底泥磷释放的抑制效率随厚度的增加而明显提高,方解石投加量由12.7 kg/m2增加到38.2 kg/m2,模拟期间覆盖系统对底泥磷释放的抑制率则由56%增加到99%;上覆水的Ca2 会增强方解石覆盖系统对底泥磷释放抑制的效率,上覆水Ca2 浓度由1 mmol/L增加到5mmol/L,模拟期间上覆水的磷浓度下降36%左右;对于方解石投加量较少的情况下,高温条件与低温条件相比,底泥向上覆水释放更多的磷,而通过增加覆盖系统的厚度可以消除高温所带来的不利影响;方解石覆盖系统对底泥磷释放的抑制效率随粒径的减小而明显增强;对方解石覆盖系统表面进行人工曝气,不仅可以降低底泥氨氮的释放速率,而且还可以降低底泥磷的释放速率.     

不同粒径方解石在不同pH值时对磷的等温吸附特征与吸附效果

以天然方解石为材料,研究了不同pH值与不同粒径方解石对磷吸附效果的影响.实验设置了不同质量浓度磷系列溶液,加人1g不同粒径,即小于100目、100～180目、180～325目和325目的方解石,在PH值分别为9.00±0.02、7.00±0.02和6.00±0.02时.研究方解石对磷的吸附效果,并用Langmuir模型和Freundlich模型对等温吸附线进行了拟合.结果表明,方解石对磷的吸附等温线能较好地用Freundlich方程来拟合.方解石的粒径越小,对磷的吸附能力越强,在本实验选取的粒径范围内,325目方解石对磷酸盐的吸附效果最好;但180～325目方解石对磷的吸附能力与325目方解石的差别不大,实际应用中,选用180～325目方解石即可取得对磷的较好的吸附效果.pH值是影响方解石吸附磷的重要因素,pH为6时,由于方解石微溶产生的Ca2 与水体中PO3-4结合形成Ca-P化合物,使其吸附磷效果较好;pH≥7时,通过方解石吸附作用、与碳酸钙共沉作用及以方解石作为结晶核的钙磷化合物结晶作用去除磷;pH为9时方解石对PO3-4吸附效果好于pH值为7时.     

利用铁改性方解石作为活性覆盖材料控制水体内源磷的释放

虽然利用方解石作为一种活性覆盖材料控制水体内源磷释放具有较好的应用前景,但是其控制底泥中磷释放的效率仍然有待进一步提高.鉴于此,本文采用铁盐对方解石进行改性试图制备一种除磷性能更好的底泥活性覆盖材料——铁改性方解石,进而通过批量实验考察了铁改性方解石对水中磷酸盐的去除性能,以及通过底泥培养实验考察了铁改性方解石活性覆盖控制水体内源磷释放的效率.结果发现,采用铁对方解石进行改性,可以显著提高材料对水中磷酸盐的去除能力.铁改性方解石投加量的增加,有利于水中磷酸盐的去除.增加初始磷浓度,铁改性方解石对水中磷酸盐的单位去除量随之增加,最大的单位磷去除量可以达到3.09 mg·g~(-1).铁改性方解石覆盖可以有效地控制底泥中磷的释放,导致上覆水体中溶解态活性磷(SRP)浓度处于很低的水平.此外,铁改性方解石覆盖还可以促使底泥中少量的氧化还原敏感态磷(BD-P)和金属氧化结合态磷(NaOH-rP)向残渣态磷(Res-P)转变,使得底泥中磷的稳定性略微增强.固定到铁改性方解石覆盖层中的磷大多数(90.8%)以较为稳定和非常稳定的形态存在,且大部分磷以非生物可利用性磷形式存在,很难被重新释放出来.与方解石覆盖相比,铁改性方解石覆盖控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率明显更高,且被铁改性方解石覆盖层所钝化的磷更为稳定.以上结果显示,铁改性方解石是一种非常有希望用于控制水体内源磷释放的底泥活性覆盖材料.     

Antimony(V) removal from water by hydrated ferric oxides supported by calcite sand and polymeric anion exchanger

We fabricated and characterized two hybrid adsorbents originated from hydrated ferric oxides(HFOs) using a polymeric anion exchanger D201 and calcite as host. The resultant adsorbents(denoted as HFO-201 and IOCCS) were employed for Sb(V) removal from water. Increasing solution pH from 3 to 9 apparently weakened Sb(V) removal by both composites, while increasing temperature from 293 to 313 K only improved Sb(V) uptake by IOCCS. HFO-201 exhibited much higher capacity for Sb(V) than for IOCCS in the absence of other anions in solution. Increasing ionic strength from 0.01 to 0.1 mol/L NaNO3would result in a significant drop of the capacity of HFO-201 in the studied pH ranges; however, negligible effect was observed for IOCCS under similar conditions. Similarly, the competing chloride and sulfate pose more negative effect on Sb(V) adsorption by HFO-201 than by IOCCS, and the presence of silicate greatly decreased their adsorption simultaneously, while calcium ions were found to promote the adsorption of both adsorbents. XPS analysis further demonstrated that preferable Sb(V) adsorption by both hybrids was attributed to the inner sphere complexation of Sb(V) and HFO, and Ca(II) induced adsorption enhancement possibly resulted from the formation of HFO-Ca-Sb complexes. Column adsorption runs proved that Sb(V) in the synthetic water could be effectively removed from 30 μg/L to below 5 μg/L(the drinking water standard regulated by China), and the effective treatable volume of IOCCS was around 6 times as that of HFO-201, implying that HFO coatings onto calcite might be a more effective approach than immobilization inside D201.     

磁处理的除垢机理探讨

通过磁处理的实践,对磁处理除垢的机理进行探讨,认为磁处理除垢的实质是同晶异构现象生成同晶异构体,使碳酸钙生成能量较高的胶体碳酸钙和球霰石,通过水溶液传递能量,使老垢脱落.还用此机理解释磁处理的"记忆"效应.