生物陶粒反应器的氢自养反硝化研究

利用氢自养反硝化生物陶粒反应器处理硝酸盐废水,探讨了生物陶粒反应器中氢自养反硝化生物脱氮的实现过程.考察了水力停留时间、进水硝氮负荷、进水pH值、温度、供氢量等因素对反应器脱氮效果的影响.结果表明,当水力停留时间为24 h和48 h时,反应器对硝酸氮的平均去除率分别达到94.54%和97.47%.在水力停留时间为5~16 h时,NO-3-N去除率随水力停留时间的缩短而降低;进水NO-3-N浓度较低时,NO-3-N的降解速率随其浓度的升高而增大,当NO-3-N浓度大于110mg·L-1时,氢自养反硝化反应受到抑制;中偏碱性环境较酸性或碱性环境更利于反应器对硝酸盐的去除;反应器有较宽的温度适应范围,最适温度为25~30℃;当反应器供氢不足时,脱氮效果明显降低,表明了氢自养反硝化菌对氢气利用的专一性.在整个运行阶段,出水中亚硝酸氮浓度一直保持在较低水平.     

土壤重金属钝化修复剂生物炭对镉的吸附特性研究

目前以生物炭为代表的生物质对重金属的吸附表现出良好的应用前景.为确定生物炭对溶液中镉的吸附性能,选用由棉花秸秆制备的生物炭,研究吸附等温线、吸附动力学以及温度、pH和离子强度等对生物炭吸附Cd2+的影响.研究表明,生物炭对Cd2+的吸附可以用Freundlich等温线较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为9.738 mg.g-1(288.15 K)、10.14 mg.g-1(298.15 K)、10.40 mg.g-1(308.15 K)和10.71 mg.g-1(318.15 K),热力学参数表明生物炭吸附Cd2+的过程是自发的吸热过程;吸附动力学过程符合二级动力学模型,在40 min即可达到平衡;pH对生物炭吸附Cd2+的影响较大,在pH2～8范围时,生物炭对Cd2+的吸附量随pH的增加先上升后下降;生物炭对Cd2+的吸附量随着溶液离子强度的增大呈降低趋势.该项研究可为生物炭在土壤重金属污染修复中的应用提供一定的理论基础.     

水环境中典型纳米颗粒对菲的吸附特征

以典型三环多环芳烃菲为代表,选取11种典型纳米颗粒对水中不同浓度的菲进行吸附实验,探究水体中的纳米颗粒对菲的吸附特征.结果表明,Freundlich模型对所有样品的拟合结果最好.logKFr值显示,有机膨润土及3种炭黑对菲的吸附作用最强,且远远大于其他纳米颗粒.有机膨润土对菲的吸附表现为线性吸附(n=1.08),而3种炭黑均表现出显著的非线性特征(n＜0.5),且非线性特征随吸附能力的增强而增强,其他几种纳米颗粒均表现出非线性吸附特征(n＜0.9).水中所有的纳米颗粒在与菲作用的过程中,吸附的强弱与颗粒表面电位、粒径及比表面积均无显著相关性,即对于所有纳米颗粒来说,这几种性质并不是决定吸附作用的最主要因素,而吸附剂的化学组成及结构特性可能是引起吸附作用差异的主要原因.     

Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料对水中单宁酸的吸附性能研究

通过简单方法制备出Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料,并利用XRD、FT-IR、VSM和SEM等手段对其物理化学性质进行了表征,最后对水中单宁酸进行了吸附性能研究.结果表明,所制备复合材料上的氨基基团(N—H的特征吸收峰出现在1549.53cm-1)能够与单宁酸上的酚羟基反应,使—NH2质子化形成NH+3,并利用良好的磁性(42.5emu.g-1)使单宁酸从水中分离去除;对单宁酸的吸附符合Langmuir吸附模型和拟二级吸附动力学方程;在pH=6时,基于氢键和静电吸附的协同作用,吸附能力达到最强,为85.18mg.g-1(吸附温度为25℃,吸附时间为60min).研究证实,Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料与Fe3O4@SiO2和SiO2相比,对单宁酸有更好的吸附性能,同时通过外磁场可以达到固液分离的效果.     

磷酸根和镉离子在羟基铁改性膨润土表面的协同吸附机制研究

聚合羟基金属-粘土矿物复合物广泛存在于自然环境中,对重金属阳离子和含氧酸根阴离子均有很好的吸附能力,因此对这些化合物的环境迁移过程及污染控制具有重要影响.研究采用FeCl₃和Na₂CO₃共同改性膨润土,制备了羟基铁－膨润土复合物（HyFe-Bent）.XRD和孔结构分析结果发现,HyFe-Bent的d₀₀₁由原土的1.52 nm增加到1.81 nm,比表面积由原土的52.2 m²·g^-1增大到108.4 m²·g^-1.将HyFe-Bent用于同时吸附水中磷酸根（P）和镉离子（Cd）,结果表明,在实验条件下P和Cd在HyFe-Bent上表现出明显的协同吸附效应,溶液pH升高可促进Cd的吸附但降低P的吸附.此外研究了P和Cd吸附次序对它们吸附性能的影响：在先吸附P的体系中两种物质的吸附性能与同时吸附体系相当,而在先吸附Cd的体系中吸附性能则明显低于同时吸附体系.由此提出P和Cd协同吸附的原理是多种吸附机制共存：除了配体交换和离子交换作用,它们在HyFe-Bent表面还发生了表面沉淀作用,可能形成了Fe-P-Cd三元络合产物.论文研究结果可为了解重金属和含氧酸根复合体系的环境行为及污染控制提供新信息.     

La3+掺杂对吸附相反应制备TiO2复合催化剂的结晶过程及弱紫外光下活性的影响

利用吸附相反应技术制备弱紫外光响应的高效催化剂,并通过XRD、XPS以及HRTEM探索了不同焙烧温度下La3+掺杂量对TiO2结晶过程的影响.结合弱紫外光下甲基橙的降解反应,深入研究催化剂结晶过程的变化对弱紫外光下催化剂活性的影响.结果表明,La3+掺杂会抑制TiO2的结晶过程.当焙烧温度或者掺杂量较低时,La3+不能进入TiO2的晶格结构但会轻微地抑制TiO2的结晶过程;未进入晶格结构的La3+存在会引入光生载流子的浅能级捕获中心,在弱光体系中极大提升了催化剂的活性.当La3+的掺杂量为0.05%(原子分数)时,经过900℃焙烧后催化剂降解能力最高,其活性超过商用P25的2倍多.在较高La3+掺杂量(超过0.20%)时,900℃焙烧后一定量La3+进入TiO2的晶格结构而大大抑制了TiO2结晶;这种强烈的抑制作用使得催化剂中存在大量无定形结构TiO2,无定形TiO2甚至多于700℃焙烧后的催化剂,反而大大抑制了弱光体系中催化剂活性.     

温度与pH对生物合成施氏矿物在酸性环境中溶解行为及对Cu2+吸附效果的影响

探析施氏矿物在不同温度、pH下的溶解行为,对其在酸性煤矿废水(ACMD)重金属去除领域的应用具有重要的工程指导意义.本研究通过摇瓶实验,在0.16mol·L-1FeSO4·7H2O,初始pH为2.5的酸性体系中,采用氧化亚铁硫杆菌A.ferrooxidans催化合成施氏矿物.考察了15℃与30℃,pH为2.0$6.0环境条件下矿物的溶解行为,及生物合成施氏矿物对酸性体系Cu2+的吸附去除效果.研究结果表明,经过24h反应,施氏矿物合成体系pH从原始2.50降低至2.18,体系Fe2+氧化完全,27.3%的铁离子参与矿物的合成,矿物分子式可表示为Fe8O8(OH)4.22(SO4)1.89.生物合成施氏矿物在温度为15℃,pH分别为3.2、3.0、2.8、2.6、2.4、2.2与2.0液态体系中振荡72h,矿物溶解率分别为1.92%、3.34%、5.90%、13.09%、28.74%、44.53%与61.46%.在温度为30℃的上述酸度体系中,矿物溶解率在相应时间却达到2.04%、3.98%、8.34%、20.53%、43.50%、96.74%与99.92%.在pH≥3.5的不同温度液态体系中该矿物无溶解迹象.在15℃,pH为6.0、5.0、4.5、4.0与3.5,Cu2+浓度为40mg·g-1的液态体系中,生物合成施氏矿物对Cu2+的吸附量为(50.9±2.2)、(47.3±13.3)、(40.5±4.7)、(31.1±5.0)及(16.9±6.5)mg·g-1.体系酸度一定,施氏矿物在15℃与30℃条件下对Cu2+的吸附效果无显著差异.本研究结果对生物合成施氏矿物在ACMD重金属去除工程应用提供必要的参数支撑.     

壬基酚在污灌土壤中吸附行为研究

采用序批式室内实验研究了壬基酚(NP)在污灌土壤中的吸附行为,同时探讨了壬基酚在土壤中吸附行为的影响因素,包括pH、离子强度、黑炭和矿物质.水溶液中NP检测方法为液液萃取-高效液相方法(LLE-HPLC).研究结果表明,土壤中有机质含量在吸附过程中起决定作用,土壤自身矿物组成成分对NP吸附行为具有一定影响.NP在土壤中吸附反应6h后达到平衡,吸附动力学都符合准二级线性模式;吸附等温线符合线性模式.壬基酚在污灌和清灌土壤中有机质吸附系数(Koc)分别为3.1×104 L·kg-1和3.2 ×104 L·kg-1,在土壤中很难移动.pH改变对壬基酚在土壤中吸附行为影响程度要高于离子强度,碱性条件下影响结果更为显著.NP在土壤黑炭和矿物质中吸附行为均符合线性模式,分配系数都有所下降.     

固载化瓜环的制备及其对磺胺间甲氧嘧啶的吸附性能研究

在微波无极灯下将烯氧基瓜环固载到巯基硅胶(MSG)上,制得固载化瓜环(ACB[6]-SG).通过红外光谱表征固载产物,并研究固载化瓜环对磺胺间甲氧嘧啶(SMM)的吸附性能.结果表明,SMM在固载化瓜环上的吸附基本在2 min内即可达到平衡;Henry方程和Freundlich方程均能较好地拟合SMM在固载化瓜环和巯基硅胶上的等温吸附曲线,但是SMM在固载化瓜环上的吸附主要是在瓜环中的分配,而SMM在巯基硅胶上的吸附则主要是多分子层的表面吸附作用;SMM在固载化瓜环上的平衡吸附量远大于在巯基硅胶上的平衡吸附量;SMM在两者上的吸附过程是一个放热过程,温度越低吸附效果越好.     

温度对生物强化除磷工艺反硝化除磷效果的影响

以处理城市污水的中试规模生物强化除磷A2/O活性污泥工艺系统为研究对象,考察了温度对系统COD去除和脱氮除磷效果的影响,特别是温度对活性污泥反硝化除磷性能的影响.结果表明,当温度从(30.9±0.8)℃降低到(9.1±0.6)℃时,A2/O系统的脱氮除磷效果显著下降,系统对TN和TP的污泥去除负荷明显下降.通过污泥反硝化除磷活性实验发现,随着温度的降低,系统中活性污泥的最大厌氧释磷速率、最大好氧吸磷速率和最大缺氧吸磷速率都降低.活性污泥中反硝化除磷菌(DPB)占聚磷菌(PAOs)总量的比例随温度降低稍有下降,但平均值仍维持在47.5％左右.用阿伦尼乌斯公式对实验结果进行拟合,得到系统中活性污泥聚磷菌厌氧释磷反应活化能Ea1为148.0 kJ· mol-1,聚磷菌好氧吸磷反应活化能Ea2为228.8 kJ·mol-1,发生在缺氧条件下反硝化除磷菌的吸磷反应活化能Ea3为315.8 kJ·mol-1.对不同温度下污泥絮体粒径分析结果表明,随温度降低,粒径分布更加集中,系统中活性污泥絮体颗粒平均粒径减小,不利于污泥絮体内部反硝化除磷缺氧微环境的形成.