氢氧化镧-天然沸石复合材料对水中低浓度磷酸盐的吸附作用

采用液相沉淀法将氢氧化镧和天然沸石进行复合,制备得到镧-沸石复合材料,并通过批量吸附实验考察了该复合材料对水中磷酸盐的吸附作用,特别是考察了该复合材料去除水中低浓度磷酸盐的影响因素.结果表明,当制备复合材料时沉淀pH值为5~7或13时,复合材料对水中磷酸盐的吸附能力较差;当沉淀pH值控制为9~12,复合材料对水中磷酸盐的吸附能力较好,且当沉淀pH值由9增加到11时,复合材料的吸磷能力明显增加,继续增加pH值由11~12时,复合材料的吸磷能力基本不变.沉淀pH值为11时制备的镧-沸石复合材料对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以较好地采用Langmuir模型加以描述,根据Langmuir模型预测的最大磷酸盐吸附量为44 mg·g~(-1)(磷酸盐溶液pH 7和反应温度30℃);该复合材料对水中低浓度磷酸盐的吸附动力学可以较好地采用准二级动力学模型加以描述.当磷酸盐溶液pH值由3增加到8时,沉淀pH值为11条件下制备得到的镧-沸石复合材料对低浓度磷酸盐的吸附能力增加,继续增加磷酸盐溶液pH值时,该复合材料对磷酸盐的吸附能力下降;与磷酸盐溶液共存的氯离子和硫酸根离子不会抑制该复合材料对低浓度磷酸盐的吸附,而碳酸氢根离子则会略微抑制该复合材料对磷酸盐的吸附;与磷酸盐溶液共存的腐殖酸会抑制该复合材料对水中低浓度磷酸盐的吸附.当磷酸盐溶液pH值为7时,沉淀pH值为11时镧-沸石复合材料吸附磷酸盐的机制主要为配位体交换作用.因此,沉淀pH值为11时制备得到的镧-沸石复合材料适合作为吸附剂去除水和废水中低浓度磷酸盐.     

氯化十六烷基吡啶改性活性炭对水中硝酸盐的吸附作用

采用阳离子表面活性剂氯化十六烷基吡啶(CPC)对活性炭进行了改性,并通过实验考察了CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附作用.结果表明,CPC改性活性炭对水中的硝酸盐具备较好的吸附能力.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附能力明显高于未改性的活性炭.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附能力随着CPC负载量的增加而增加.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附动力学满足准二级动力学模型.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附平衡数据可以较好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述.根据Langmuir等温吸附方程,CPC负载量(以活性炭计)为444 mmol·kg-1的改性活性炭对水中硝酸盐的最大单位吸附量为16.1 mg·g-1.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附能力随着pH的增加而降低.水中共存的氯离子、硫酸根离子和碳酸氢根离子会抑制CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附.升高反应温度略微降低了CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附能力.采用1 mol·L-1的NaCl溶液可以使95%左右吸附到CPC改性活性炭上的硝酸盐解吸下来.CPC改性活性炭吸附水中硝酸盐的主要机制是阴离子交换和静电吸引作用.上述实验结果说明,CPC改性活性炭适合作为一种吸附剂用于去除水中的硝酸盐.     

锆负载颗粒沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附行为

通过批量吸附实验考察了锆负载颗粒沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附特征,并采用分级提取法分析了被改良底泥中锆负载颗粒沸石所吸附磷酸盐的形态分布特征.结果发现,与Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型相比,Langmuir模型可以更好地用于描述改良底泥对水中磷酸盐的吸附等温行为.改良底泥对水中磷酸盐的吸附动力学过程可以较好地采用准二级动力学模型和Elovich模型加以描述,膜扩散和颗粒内扩散共同构成了缓慢吸附阶段速率的限制步骤.溶液共存的SO_4~(2-)和HCO_3~-降低了改良底泥对水中磷酸盐的吸附,而共存的Na~+、K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)却增强了对磷酸盐的吸附,且Ca~(2+)的增强效果大于Mg~(2+),后者的增强效果又大于Na~+和K~+.改良底泥对水中磷酸盐的吸附能力明显强于未改良底泥,前者的最大单位吸附量为336 mg·kg~(-1),明显高于后者的最大单位吸附量(215 mg·kg~(-1)).被改良底泥中锆负载颗粒沸石所吸附的磷酸盐主要以较为稳定的NaOH-P和最为稳定的Res-P形态存在,不容易被重新释放出来.上述的研究结果显示,向底泥中添加锆负载颗粒沸石可以显著增加底泥对水中磷酸盐的吸附能力,锆负载颗粒沸石是一种有希望的可以用于底泥内源磷释放控制的底泥改良剂.     

基于概率神经网络的污泥堆肥腐熟度的综合判别

由于污泥堆肥过程中各组分间相互影响和制约,污泥腐熟程度的判别系统呈现模糊性,使得传统评价方法对该判别系统很难正确认识。文章根据污泥堆肥的具体情况,提出了以含水率、挥发固体、粪大肠菌值、发芽指数作为腐熟程度的判别指标体系,并基于概率神经网络建立污泥堆肥腐熟程度的综合判别模型,然后用该模型判别上海市某污水厂污泥快速好氧堆肥工艺污泥堆肥样品的腐熟程度。结果表明:①将污泥堆肥的含水率、有机质、粪大肠菌值和种子发芽指数作为判别指标,可以判别污泥堆肥腐熟程度;②概率神经网络可以建立判别指标与稳定化程度等级之间复杂的非线性关系,为腐熟度的判别提供一种通用的模式,且判别结果比较合理。     

三峡库区小型垃圾堆放场生活垃圾的稳定化分析

三峡库区生活垃圾基本采取沿长江干流及支流两岸自然堆放,导致形成大量的小型的垃圾堆放场,采取有效的措施综合治理它们对于三峡库区的环境保护至关重要。分析并判别它们的稳定化状态直接关系到治理措施的有效性和针对性。本文主要通过分析三峡库区三个停止使用4～5年的小型垃圾堆放场不同位置垃圾的有机质、浸出液浓度(COD、TN与TP)和含水率,判别各垃圾样品的稳定化程度,进而确定垃圾堆放场的稳定化程度。     

天然及CaCl2改性沸石对四环素的吸附

通过静态吸附实验研究了水中四环素在天然和CaCl2改性沸石上的吸附行为及机制。实验表明,天然沸石对四环素具有吸附能力,CaCl2改性可以提高沸石对四环素的吸附能力。天然和改性沸石对四环素的吸附符合拟二级动力学模型,颗粒内扩散不是吸附过程的主要控制步骤。Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温吸附模型可以较好地描述实验所用2种沸石对四环素的吸附行为,D-R等温方程拟合结果显示吸附过程包含离子交换作用。通过对天然和改性沸石吸附四环素前后溶液中主要阳离子浓度变化分析证实了该吸附过程包含离子交换作用。实验研究了pH值变化对沸石吸附四环素的影响,当pH=3～5时,天然和改性沸石对四环素的吸附量均随pH值的增加而急剧下降,而pH=5～10时,天然和改性沸石对四环素的吸附量变化均不明显,推测可能是离子交换作用和化学沉淀吸附作用所致。另外,实验还初步探索了溶液离子强度对沸石吸附四环素的影响情况,随着溶液中Na+和Ca2+离子强度的增加,吸附量先急剧降低随后趋向平稳,进一步说明了沸石对四环素的吸附过程不是由单一机制控制的。     

溴化十六烷基吡啶改性沸石对水中甲基橙的吸附

采用溴化十六烷基吡啶(CPB)对天然沸石进行改性制备得到了CPB改性沸石,通过批量吸附实验考察了CPB改性沸石对水中阴离子染料甲基橙的去除作用。结果表明,天然沸石对水中甲基橙的吸附能力很差,而CPB改性沸石则可以有效吸附去除水中的甲基橙。CPB改性沸石对水中甲基橙的吸附能力随CPB负载量的增加而增加,CPB负载量最大的改性沸石对水中甲基橙的吸附能力最强。双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的去除率随吸附剂投加量的增加而增加,而CPB改性沸石对水中甲基橙的单位吸附量则随吸附剂投加量的增加而降低。双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的吸附平衡数据可以采用Langmuir等温吸附模型加以描述。根据Langmuir模型计算得到的CPB负载量为341 mmol/(kg沸石)的双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的最大吸附容量为63.7 mg/g(303 K和pH 7)。准二级动力学模型适合用于描述双分子层CPB改性沸石对水中甲基橙的吸附动力学过程。pH和反应温度对双分子层CPB改性沸石吸附水中甲基橙的影响较小。以上结果说明,双分子层CPB改性沸石适合作为一种吸附剂用于去除废水中的甲基橙。     

钙预处理对磁性锆铁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响

本研究制备了2种不同Ca2+含量的磁性锆铁改性膨润土(ZrFeBTs),即磁性锆铁改性原始膨润土(ZrFeRBT)和磁性锆铁改性钙预处理膨润土(ZrFeCaBT),并通过吸附实验考察了ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的吸附特征,以确定Ca2+预处理对ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的影响。结果发现,本研究所制备的ZrFeBTs包含Fe3O4和Zr,并且ZrFeCaBT中可交换Ca2+的含量明显高于ZrFeRBT。ZrFeBTs对水中磷酸盐吸附平衡实验数据可以很好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述,动力学实验数据可以很好地采用准二级动力学模型和颗粒内扩散模型进行描述。根据Langmuir模型确定的ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的最大单位吸附量(以磷计)分别为8.70mg·g-1和11.5mg·g-1。ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的过程属于化学吸附。随着pH值的增加,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附效果逐渐降低。当溶液共存Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、Na+、K+、Mg2+和Ca2+等阴阳离子时,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附具有很好的选择性,并且溶液共存的Ca2+会极大地促进了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附。采用Ca2+对膨润土进行预处理,极大地提高了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附能力。     

锆、镧和镧锆改性沸石添加控制底泥磷释放的对比

本研究采用镧和锆作为改性剂制备了3种不同类型的改性沸石,即锆改性沸石(Zr MZ)、镧改性沸石(La MZ)和镧锆改性沸石(La Zr MZ),对比考察了其对水中磷酸盐的吸附作用,并对比研究了其添加对上覆水、间隙水和底泥中磷的影响.结果发现,3种改性沸石均可有效地吸附水中的磷酸盐,且La Zr MZ对水中磷酸盐的吸附性能明显优于La MZ和Zr MZ. 3种改性沸石添加均可有效地降低上覆水和间隙水中SRP的浓度.La MZ对底泥中潜在活性磷的钝化效果优于La Zr MZ,而后者又优于Zr MZ. 3种改性沸石添加均可以降低底泥中水溶性磷(WSP)、藻类可利用磷(AA-P)和铁氧化物-滤纸提取磷(Fe O-P)的含量,WSP和AA-P削减效应的排序为:La MZ La Zr MZ Zr MZ,Fe O-P削减效应的排序为:La Zr MZ Zr MZ La MZ. La Zr MZ和La MZ添加均可以降低底泥中易解吸磷(RDP)的含量,且削减效应的排序为:La MZ La Zr MZ. La Zr MZ和Zr MZ添加均可以降低底泥中Na HCO_3提取磷(Olsen-P)的含量,且削减效应的排序为:La Zr MZ Zr MZ.以上结果显示,镧、锆和镧锆改性沸石均可以有效控制水体内源磷向上覆水的释放;从吸附容量和生物可利性磷钝化效果看,镧锆联合改性沸石是一种非常有希望的用于控制水体内源磷释放的底泥改良材料.     

镁铁层状双金属氢氧化物对磷酸盐的吸附作用及对内源磷释放的控制效果及机制

为确定镁铁层状双金属氢氧化物(Mg/Fe-LDH)添加对水体内源磷释放的控制效果及机制,本文首先研究了Mg/FeLDH对水中磷酸盐的吸附特征和机制,再研究了其添加对底泥磷吸附能力的影响以及对上覆水和间隙水中磷的影响进而评估了吸附磷酸盐后Mg/Fe-LDH中磷的稳定性.结果发现,与准一级和准二级动力学模型相比,Mg/Fe-LDH对水中磷酸盐的吸附动力学过程更好地满足Elovich模型;与Langmuir模型相比,Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型更加适合用于描述Mg/Fe-LDH对水中磷酸盐的等温吸附行为;当溶液pH值为4～10时,吸附容量相对较高,而当pH值由10增加到11时,吸附容量则显著下降;共存Ca~(2+)和Mg~(2+)对吸附起促进作用,Na~+和Cl~-的影响可以忽略不计,而SO_4~(2-)和HCO_3~-则对吸附起负面影响.阴离子交换、静电吸引、配位体交换和内层配合物形成是Mg/Fe-LDH吸附水中磷酸盐的主要机制.Mg/Fe-LDH添加不仅会降低上覆水中溶解性活性磷(SRP)浓度而且会降低间隙水中SRP浓度.Mg/Fe-LDH添加也会显著增强底泥对水中磷酸盐的吸附能力,且投加量越大,促进效果越明显.被Mg/Fe-LDH所吸附的磷酸盐主要以NH_4 Cl提取态磷(NH_4Cl-P)、氧化还原敏感态磷(BD-P)和金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)形态存在,分别占总磷的13.7%、34.0%和52.3%.被Mg/Fe-LDH所吸附的磷酸盐中大约有一半的磷会以较为稳定的形式存在不容易被重新释放.考虑到被Mg/Fe-LDH所吸附磷酸盐中大约有一半的磷会以不稳定的形式存在,存在重新释放的风险,因此将吸附饱和后的Mg/Fe-LDH进行回收是非常必要的.