新生态型聚硅酸铁锰处理染料废水的优化

为了提高混凝剂对染料废水的净化效率,本文利用硅酸钠、硫酸亚铁和高锰酸钾为原料合成了新型复配混凝剂聚硅酸铁锰(PSFM),分别以直接大红、分散蓝和活性黄染料废水为处理对象进行混凝模拟实验,研究了碱度和浊度等因素对PSFM混凝去除染料性能影响.结果表明,PSFM对直接大红和分散蓝染料废水具有较好的混凝净化效能,其色度和TOC去除率分别可达99.2%、95.4%和98.5%、93.8%,效果优于聚硅酸铁(PSF)、Al2(SO4)3和Fe Cl3等常规混凝剂,PSFM对活性黄染料废水色度和TOC去除率分别为56.3%和51.3%.浊度对PSFM混凝效能无明显影响.在碱度分别为50、0和75 mg·L~(-1)时,PSFM对直接大红、分散蓝和活性黄去除率分别达到最高.此外,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)等高级表征手段对PSFM进行了表征,对混凝过程中的混合液和絮体分别进行Zeta电位和絮体粒径在线监测,探索得PSFM混凝主要机制为Fe+与Mn+水解产生的带正电的多核配合物和聚硅的桥联聚合,同时还包括新生态水合二氧化锰和羟基氧化铁的吸附助凝作用.     

淡水水体溶解有机氮对有毒藻种的生物有效性

溶解有机氮(Dissolved organic nitrogen,DON)是多数天然水体中溶解氮的主要组成部分。天然水体DON是许多微生命体包括有毒藻种的氮营养源,在供水安全以及水体富营养化等方面的生态环境效应不容忽视。文章系统地介绍了淡水水体DON含量与来源、生物有效性与估算方法,以及对有毒藻种生长的影响。DON的来源是影响水体中DON含量动态特征的关键因素。DON来源包括陆地径流,植物碎屑,土壤淋溶液,沉积物释放,大气沉降,藻类、大型植物、细菌与细胞死亡或自我分解,微型及大型浮游动物捕食和排泄、分泌物释放等。研究表明约有12%～72%的DON可迅速被生物所利用,具显著差异,究其原因可能是其来源组成、化学本质(分子质量与极性)、测试生物组成、是否有细菌作用等因素造成的。不同藻种具有不同氮源利用能力,DON对藻类生长具有直接或间接的作用,并可能影响藻类群落结构(有毒藻类成为优势种)。考虑到水环境保护与饮用水安全供水的重要性,未来研究应重视淡水水体DON生物有效性与其化学本质的揭示,尤其是对有毒藻种。     

沸石的改性及其对氨氮吸附特征

为研究不同改性方法及其组合顺序对天然沸石吸附NH₄+效率的影响及其吸附特征,选择盐、高温、酸3种改性方法进行不同组合. 结果显示,改性组合顺序对天然沸石的吸附性能影响较明显,最佳改性组合顺序为“盐+酸+高温”,其改性后的沸石在初始ρ(NH₄+)为15、30和50 mg/L下对NH₄+的去除率分别为87%、92%和94%. 采用Langmuir和Freundlich 2种方程来拟合“盐+酸+高温”改性后沸石的吸附行为,表明其更符合Langmuir模型,R2为0.998 5,其最大吸附量(q_max)为8.23 mg/g,并且其吸附过程符合一级动力学方程, R 2为0.998 1. 扫描电子显微镜(SEM)和比表面积(BET)分析结果表明,沸石经最优组合改性后表面形态明显变化,比表面积增大.      

混凝前处理对猪场沼液MAP回收时抗生素残留的影响

养猪废水磷酸铵镁（MgNH₄PO₄·6H₂O,MAP）回收时会有大量抗生素转移至回收MAP固体中,采用混凝前处理去除沼液中抗生素减少后续回收MAP中抗生素残留.首先对比聚合硫酸铁（PFS）、壳聚糖（CTS）、阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）和非离子型聚丙烯酰胺（PAM）四种典型无机和有机混凝剂对抗生素去除效果.实验结果显示CPAM去除抗生素效果最好,四环素类抗生素（TCs）去除率为22.8%-44.8%,喹诺酮类抗生素（FQs）去除率为32.2%~70.3%,回收MAP固体中抗生素含量为TCs 8.6mg/kg~19.6mg/kg,FQs 0.8~12.33mg/kg.在此基础上,考察了pH值和CPAM投加量对CPAM去除抗生素的影响.当pH7.5-8.0、CPAM投加量为17.5mg/L时,TCs去除42.5%~50.6%,FQs去除率42.9%~66.3%;与没有混凝处理的沼液MAP回收相比,产物中TCs含量下降43.2%~54.1%,FQs含量下降50.1%~69.5%.     

水溶液中典型混凝剂与分散染料的直接反应机理

为了深入揭示分散染料的混凝去除机理,选择AlCl_3、FeCl_3、CaCl_2作为混凝剂,分散红玉S-2GFL、分散黄棕S-2RFL、分散蓝BBLS作为去除对象,在不投加其他任何颗粒物的条件下,通过测定染料粒径、Zeta电位和改变混凝剂投加顺序等方式,探究了分散染料与混凝剂的直接反应机理。结果表明:3种混凝剂均可使染料颗粒表面电位接近0 mV,此时AlCl_3和FeCl_3对染料的去除率超过60%,但CaCl_2对染料去除率仅为15%左右,说明此体系下电中和不是染料被直接混凝沉淀去除的单一主导内因;投加3种混凝剂后染料粒径均明显增大,说明混凝剂水解产物与分散染料结合是导致染料被去除的重要前提之一;通过改变混凝剂投加顺序发现,对于同种染料,先投加混凝剂的去除率远低于后投加混凝剂的去除率,说明混凝剂水解终产物的物理吸附不应是染料与混凝剂结合的主因;沉淀物的傅里叶红外图谱显示,在580 cm~(-1)和475 cm~(-1)处分别检测到Al—O和Fe—O的特征峰,且XRD结果进一步显示AlCl_3、FeCl_3与染料结合形成了新的共聚物,这表明选用的无机混凝剂去除这3种分散染料的主导机理应是特定的化学结合作用。以上研究结果对丰富混凝去除相关染料的作用机理和开发相关复合药剂具有一定的理论指导意义。     

水体模拟颗粒物对四环素的吸附特性及基本规律

为了更深入了解水环境中颗粒物对抗生素的吸附规律,选用典型抗生素——四环素（TC）和悬浮态的高岭土模拟天然水体中颗粒物对四环素的吸附过程,探究颗粒物对TC的吸附规律及不同颗粒物投加量、pH、温度和阳离子对颗粒物吸附TC的影响.结果表明颗粒物对TC在混合4 h之前快速吸附,之后单位吸附量随时间较小波动,在12 h后基本达到吸附平衡.在溶液中颗粒物对TC的单位吸附量随着颗粒物投加量的增大而减小;颗粒物对TC抗生素的吸附更符合Langmuir等温吸附规律;颗粒物对TC的吸附在pH=4.5附近达到最大值,强酸（pH<4）或强碱（pH>9）环境均抑制颗粒物对TC的吸附;低价态的阳离子如Na⁺、Ca²⁺（浓度在0.0001~0.1 mol·L^-1范围）等对颗粒物吸附TC均产生抑制作用,且随着离子浓度的增加,抑制作用增强,但三价阳离子的作用却非常特别,如低浓度的Al³⁺（0.0001 mol·L^-1）会促进吸附作用,随着Al³⁺浓度增加,促进作用减弱,直到Al³⁺达到较高浓度（0.01 mol·L^-1）,又会抑制颗粒物对TC的吸附.综合本实验获得的颗粒物吸附TC的基本特征和规律,可以初步推断：在实际水环境中由于颗粒物对TC的快速吸附和低浓度Al³⁺的促进作用,TC在水环境和饮用水处理工艺中更易随颗粒物的运动发生同步迁移,颗粒物的归宿主要决定了TC的归宿,如进入天然水体沉积物中或饮用水处理工艺的污泥中,这也进一步揭示了天然水体中沉积物往往易被检出较高含量TC的根本原因.     

聚硅酸铝镁锌混凝剂的制备及去除抗生索性能和机理初探

为提高混凝剂对含有抗生素废水的处理效果,首次以氯化铝、氯化镁、硫酸锌、硅酸钠为原料,制备了新型混凝剂聚硅酸铝镁锌(PSAMZ),分别以碳酸氢钠、硝酸钠、高岭土调节碱度(以p(CaCO3)计)、离子强度、浊度,进行混凝模拟试验.研究了混凝剂投加量、碱度、浊度对PSAMZ去除四环素(TC)及土霉素(OTC)的影响.结果表明,混凝剂投加量为0.02 mol/L,碱度为25 mg/L,浊度为10 NTU,OTC最高去除率可达到91.95％;混凝剂投加量为0.03 mmol/L,碱度为25 mg/L,浊度为10 NTU,TC最高去除率可达到90.03％.用光学显微镜和能谱分析等仪器对混凝剂进行表征,并分析混凝剂去除抗生素TC和OTC的作用机理,得出吸附架桥和电中和可能是该混凝剂去除抗生素的主要作用机理.     

城市景观水体混凝除藻过程对氮元素协同去除特性初探

以城市景观水体净化为目标,考察混凝除藻同时去除氮元素的特性和影响因素. 结果发现,水体内较高的DOC(溶解性有机质)含量会阻碍藻浊度的去除. 聚合氯化铝(PACl)以及PACl与硫酸铝(Alum)的复合剂(PACl+Alum)对藻浊度的去除效果均相对单独使用PACl或Alum较好,其中PACl+Alum对其他物质(如氮、DOC等)的去除效果也相对单独使用PACl或Alum更佳;在同样的最佳投药量时,低pH条件能获得更好的藻浊度去除率;对氮元素去除的进一步研究发现,DON(溶解性有机氮)的去除特征和过程与TN(总氮)非常一致,表明该水体TN的去除主体上是通过DON的去除实现的;低pH条件同样有利于氮和DOC的去除;但DOC与DON去除的不同步性,说明DOC中的DON成分和性质是非均一性的,是未来可进一步深入研究的重要方向.      

铜、砷单一及复合污染对黑藻的毒性效应

通过室内模拟试验,研究了铜(Cu)、五价砷〔As(Ⅴ)〕单一及复合污染对黑藻〔Hydrilla verticillata (L.f.) Royle〕生长、富集Cu和As的能力以及对超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响.毒性测试结果表明,Cu和As(Ⅴ)对黑藻的4 d-EC₅₀分别为2和12 μmol/L,单一Cu对黑藻的毒性远高于As(Ⅴ). 复合污染试验结果表明,对于5 μmol/L As(Ⅴ)处理组,低浓度Cu〔c(Cu)<2 μmol/L〕的加入,促进了植物生长,降低了植物体内的As总量〔w(As)〕,同时降低了植物体中占主要部分的三价砷的含量(w〔As(Ⅲ)〕). 对于Cu处理组,As(Ⅴ)的加入同样抑制了黑藻对Cu的富集,SOD活性也高于单一Cu处理,可见在低浓度Cu处理下,Cu和As(Ⅴ)之间存在拮抗作用;而高浓度Cu〔c(Cu)≥2 μmol/L〕的加入,虽然植物对Cu和As(Ⅴ)的富集与单一Cu和As(Ⅴ)处理相比均显著降低,但植物生长受到抑制,SOD活性与单一处理相比也显著降低(P<0.05),因此高浓度Cu处理下,二者对黑藻毒性起协同作用. 总之,黑藻具有应用于处理低浓度Cu和As(Ⅴ)单一及复合污染水体的潜力.      

碱度和浊度对混凝去除磺胺甲唑与土霉素的影响

为研究不同碱度和浊度下抗生素SMZ(磺胺甲唑)和OTC(土霉素)的混凝去除特征,选择PAC(聚合氯化铝)为混凝剂,并分别以碳酸氢钠、高岭土调节碱度〔以ρ(CaCO₃)计〕和浊度进行混凝模拟试验. 结果表明:当浊度为10 NTU时,SMZ和OTC的混凝去除率随着c(PAC)(以Al3+计)的增加而增加;在碱度为100 mg/L、c(PAC)为0.35×10-3 mol/L时,浊度对抗生素的去除有一定的影响但不显著,对SMZ去除的影响大于OTC. c(PAC)为0 mol/L时,高岭土对目标抗生素的吸附去除率较低,表明对抗生素去除起主要作用的是PAC. 碱度对SMZ和OTC的混凝去除率影响显著,这种影响是通过同时影响PAC的水解产物形态和抗生素总电荷而发挥作用的. 碱度为0 mg/L时,SMZ与OTC的混凝去除率分别为6.79%、-3.42%;碱度为25、100 mg/L时,SMZ与OTC的混凝去除率明显增加,并且当c(PAC)<0.3×10-3 mol/L时,低碱度(25 mg/L)下抗生素的混凝去除率优于高碱度(100 mg/L),而当c(PAC)>0.3×10-3 mol/L时则相反. 研究显示,碱度和浊度对混凝去除抗生素均有明显影响,但碱度对混凝去除抗生素的影响大于浊度.