氧化环境中FeS修复重金属的稳定性变化与机制

硫化亚铁(FeS)是良好的重金属修复剂,但它对氧化环境敏感.当环境氧气浓度升高时,FeS对重金属的固定效果可能发生改变.本研究考察了氧化环境中FeS与重铬酸根、铅和镉离子的反应规律和结合机制变化.结果表明,环境氧气浓度升高可促进Fe~(2+)的释放,且增加FeS表面S(-II)氧化态的比例(与Pb~(2+)反应:从24%增加到44%,与Cd~(2+)反应:从60%增加到78%).延长反应时间至30 d,虽然PbS和CdS结晶度提高,但两者表面出现Pb—O和Cd—O氧化形态,预示着重金属再释放的风险.有氧干燥条件下FeS表面矿物相转变为纤铁矿,对Cr(VI)的还原能力大幅下降.与未干燥FeS(FeS-Cr-3h)相比,当有氧干燥的FeS与Cr(VI)反应时,总铬的去除量下降约96%(由约100 mg·g~(-1)降至(3.74±1.12) mg·g~(-1)),Cr(VI)去除量下降约57%(由约100 mg·g~(-1)降至(43.28±0.46) mg·g~(-1)).FeS及重金属硫化物的氧化显然不利于重金属的长期稳定.如何延缓或抑制FeS与重金属硫化物的氧化因此成为未来研究需回答的问题.     

乙醇型发酵过程优化及代谢调控分子机制

乙醇型发酵是3种主要厌氧产酸发酵类型之一.乙醇型发酵细菌具有高产氢效率、耐酸性、自凝集生长和发酵产物可直接被产甲烷利用等优势,因此被广泛关注和研究.近年来,在乙醇型发酵产氢过程优化和代谢途径研究方面取得了大量进展.本文对乙醇型发酵产氢反应器优化和运行控制、高效产氢细菌分离和代谢调控分子机制,以及耦合系统强化能源回收等研究进展进行了综述.此外,本文提出了乙醇型发酵的可持续高效产氢及代谢产物的定向回收梯级利用的思路,探讨了乙醇型发酵制氢技术的发展趋势和未来应用中存在的问题.     

石墨烯气凝胶强化氯霉素废水厌氧生物处理效能及机制研究

针对高浓度氯霉素（CAP）废水在实际厌氧生物处理过程中难降解、毒性大及对活性污泥产生的抑制问题,本文采用三维石墨烯气凝胶（GA）作为外源强化介质,通过批次试验探究了不同初始石墨烯气凝胶浓度、电子供体（蔗糖）浓度以及氯霉素浓度对氯霉素废水厌氧降解过程中氯霉素去除速率、有机物去除率以及甲烷产量等影响.结果表明：当初始石墨烯气凝胶浓度为0.5 g·L^-1、初始电子供体浓度为8.8 mmol·L^-1、初始氯霉素浓度为50 mg·L^-1时,强化效果最为显著,当反应进行到18 h时,强化系统中氯霉素的去除率达到94%以上,COD的去除率稳定在26.6%~35.6%之间,强化系统比只加入污泥的生物系统氯霉素去除速率增加了48%~51.6%,COD去除率增加了10%左右.石墨烯气凝胶作为电子转移中间介体和微生物富集的载体,促进微生物种间进行直接电子转移,加速氯霉素的脱氯过程和甲烷的产生,为高浓度抗生素废水的厌氧生物处理提供了新的处理思路和参考.     

多相催化技术的固液微界面调控原理及应用进展

多相催化氧化是一种很有前景的水深度处理技术,实际水环境中微量难降解有机污染物的去除通常受到水中共存物质如天然有机物（NOM）的影响.因此,在多相催化体系中,基于污染物与氧化媒介在催化剂表面的作用及转化过程调控催化剂的表面性质,对于复杂环境中污染物的高效靶向去除至关重要.本文主要综述了以过氧化氢、臭氧和光为媒介的多相催化氧化技术的固液微界面调控原理,以及基于固液微界面调控的水处理应用进展.重点阐述了催化剂表面性质对氧化媒介和目标污染物在表面分解和转化的影响,以及不同类型有机污染物在催化剂表面的作用原理.在此基础上,我们提出通过不同的手段极化催化剂表面,使表面电子分布不均匀,形成氧化位点和还原位点,使目标污染物失电子氧化同时活化表面吸附氧化媒介形成更多吸附态·OH,是促进复杂水环境中目标污染物高效去除的关键途径.     

太湖有色可溶性有机物组成结构对不同水文情景的响应

有色可溶性有机物(CDOM)是溶解性有机物中能强烈吸收紫外辐射及蓝光的那部分有机物,并在碳、氮、磷等生源要素生物地球化学循环中起着重要的作用.开展富营养化湖泊CDOM来源、组成结构和空间变化趋势的相关研究,有利于更好地揭示湖泊生源要素循环机制,服务于蓝藻水华控制和湖泊水质改善.本文基于对不同水文情景下太湖和周边连通的51条河流CDOM光谱吸收及三维荧光光谱测定与分析,揭示太湖CDOM光谱组成对不同水文情景的响应机制.结果表明,丰水期溶解有机碳浓度均值(8. 11±1. 26) mg·L~(-1),显著大于枯水期均值(3. 53±1. 19) mg·L~(-1)(t-test,P 0. 01),而丰水期CDOM吸收光谱斜率S_(275～295)均值(19. 09±1. 81)μm~(-1),显著小于枯水期的(20. 89±1. 90)μm~(-1)(t-test,P 0. 001).平行因子分析法对CDOM荧光图谱进行解析得到3个组分,且各组分受到上游来水量的影响较大,丰水期陆源类腐殖酸的荧光强度及占总荧光强度比重较枯水期显著增大.叶绿素a与化学需氧量与陆源腐殖质和类色氨酸均呈显著正相关(P 0. 01),这表明陆源生活污水及藻死亡降解产生的CDOM可能是太湖CDOM库的重要潜在来源.溶解氧浓度与3种荧光组成均呈现显著负相关(P 0. 01),说明CDOM不同组分均为微生物活动的重要基质.本研究结果还发现溶解性有机碳浓度与陆源类腐殖酸组分荧光强度呈极显著线性正相关(r~2=0. 58,P 0. 001),表明太湖溶解性有机碳主要以外源输入为主.     

毛霉菌回收金纳米颗粒的影响因素及吸附行为

生物吸附在贵金属的回收中具有较高的应用潜力.本研究以毛霉菌(Mucor varians)菌株(CGMCC 3.02549)为菌种资源,探究了毛霉菌吸附Au~(3+)的影响因素,包括初始Au~(3+)浓度、温度和pH值,研究了毛霉菌吸附Au~(3+)的动力学和热力学特性.结果表明,随着初始Au~(3+)浓度升高,毛霉菌的吸附率降低,吸附容量增高;吸附率随着温度的升高而增加;pH对毛霉菌吸附Au~(3+)的效果影响明显,pH为3时吸附效果最佳.毛霉菌对Au~(3+)的等温吸附过程更符合Langmuir方程(R2=0.985),最大吸附量为325.418 mg·g~(-1).拟二级动力学方程更适合描述Au~(3+)在毛霉菌上的吸附动力学(R2=0.910~0.922).通过热力学分析得出,毛霉菌吸附Au~(3+)是自发的吸热过程.傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射和透射电镜分析表明,回收产物为金纳米颗粒,羰基和羟基是起主要作用的官能团.     

Fenton氧化联合氧化钙调理对污泥脱水的机理研究

探讨了使用Fenton氧化联合氧化钙全过程(第一阶段:使用硫酸调节污泥p H值;第二阶段:投加Fe2+;第三阶段:投加H2O2;第四阶段:投加氧化钙)对污泥脱水效果及物理化学性质的影响.结果表明,酸化处理可以改变絮体的大小,降低Zeta电位,分散絮体,同时去除部分胞外聚合物(EPS),进而改善了污泥脱水性能.此外,在Fenton氧化的过程中,污泥颗粒、Zeta电位、EPS和比阻(SRF)均呈现逐渐减少的趋势,同时生成氢氧化铁胶体会覆盖在污泥颗粒表面,形成保护性的硬壳,进而使污泥的脱水性能大幅提高.当加入氧化钙时,形成稳定的刚性的结构使污泥颗粒重新聚合,促使生成多孔的脱水通道.中试结果阐明,Fenton氧化过程是实现污泥的深度脱水的关键,并表明各个阶段污泥脱水过程中产生的滤液水质状况.总的来说,本研究提供了在高压下实现污泥深度脱水的新思路,包括:絮体酸溶分散与重聚-保护性氧化-骨架构建.由此看来,Fenton氧化联合氧化钙是一种相对温和且有效的污泥调理方法.     

曲堤油田结垢机理研究与防治

目的解决曲堤油田的结垢问题。方法采用离子色谱仪,对水样理化性质进行测试分析,采用X射线衍射仪对现场垢样进行成分分析,通过室内静态结垢实验结合滴定法,研究油井采出液及联合站注入水混合的配伍性,并对阻垢剂进行筛选及评价。结果曲堤油田水样水型均为CaCl_2型,含有较多的结垢性阳离子Mg~(2+),Sr~(2+)和Ba~(2+)的含量相对较少。对于结垢性阴离子,主要为HCO_3~-,CO_3~(2-)和SO_4~(2-)含量较少。曲堤油田结垢主要是由于Ca~(2+)、Mg~(2+)与HCO3-反应,生成白云石晶体造成的。各油井采出液在低温下混输,配伍性较好;随着温度的升高,会出现一定程度的结垢,但结垢率均小于5%。除Q10-X16油井采出液以外,其余各油井采出液与联合站注入水均不配伍,混合后结垢率达10%以上。选择7#阻垢剂,加注浓度50 mg/L作为曲堤油田的阻垢剂类型及加药制度。结论现场调研的7#缓蚀剂对于曲堤油田的环境具有适用性,阻垢率高,能够有效减缓曲堤油田的结垢问题。     

新型铈钨钛复合氧化物催化还原脱硝机理

利用水热共沉淀法制备了铈钨钛复合氧化物催化剂,考察了H₂O₂络合修饰对其催化脱硝转化频率（TOF）的影响;并借助傅里叶原位红外光谱仪研究了H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物的催化脱硝机理.结果表明：H₂O₂络合修饰可增强铈钨钛复合氧化物表面Brønsted酸位强度,提高其表面NH₃低温吸附和中低温NH₃-SCR脱硝性能,400℃时其NO_x催化脱除频率TOF高达0.658s^-1;NH₃和NO_x在H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物表面存在竞争吸附,其表面催化脱硝反应主要为吸附态NH₃、NH₂和NH₄⁺与气态NO+O₂的反应,其低温NH₃-SCR反应机理遵循Eley-Rideal（E-R）机理.     

Al改性柠条生物炭对P的吸附特性及其机制

为高效利用生物质能源,以常见农林废弃物柠条为原料,在650℃、3h条件下,采用限氧热裂解法制备生物炭,通过直接修饰法用Al改性柠条生物炭,进行批量吸附P实验.利用4种等温吸附模型（Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型）和4种吸附动力学模型（准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型）以及pH值、添加量影响试验,探讨Al改性生物炭对P的吸附特性.同时,使用FTIR红外、元素分析、SEM和比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,揭示了Al改性生物炭对P的吸附机理,并对比了多种改性生物炭对P的吸附效果.结果表明：柠条生物炭（NB）对P的吸附量很低,Al改性柠条生物炭（Al-NB）最佳改性比例为0.2：1,对P的吸附量是NB的8.35倍.Langmuir模型能够很好的描述Al-NB对P的等温吸附过程;Al-NB对P的吸附动力学符合准一级动力学模型,说明其吸附通过边界扩散完成的单层吸附.Al-NB对P的理论最大吸附量为19.97mg/g,平衡时间为24h.随着添加量的增大,Al-NB对P的吸附量不断减小,去除率逐渐增加,2.5g/L为最佳添加量;最适pH为4～10,当pH=7时,达到最大;吸附P后,溶液的pH值向中性范围倾靠,有一定缓冲作用.吸附机理包括：静电吸附作用,配体交换（羟基）,P与阴离子（NO₃^-）交换,颗粒内表面络合作用等.以期为水体富营养化治理提供科学依据.