纳米ZrO2-SRB颗粒对酸性铬和氟污染地下水的修复

为使北京某地区地下水中超标污染物F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)等离子得到有效处理,基于微生物固定化技术,将所合成的纳米ZrO_2~-聚丙烯酰胺杂化材料作为包埋剂,对硫酸盐还原菌(SRB)进行固定化处理形成纳米ZrO_2-SRB颗粒,通过单因素实验优化了纳米ZrO_2-SRB颗粒对污染地下水的最佳反应条件。结果表明:当SRB投加量为35%、杂化材料投加量为300 mL、温度为35℃时,对地下水中F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)的去除率分别为92.4%、99.8%、99.7%、70.4%。还原和吸附动力学拟合结果表明:SRB对Cr(Ⅵ)、SO_4~(2-)的还原过程符合一级还原动力学;杂化材料对F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)的吸附过程符合二级吸附动力学。以上结果为处理铬和氟污染地下水提供重要的参考依据。     

含铁黏土矿物与电子传递体强化生物还原固定地下水中Cr(Ⅵ)的过程和机理分析

为了提高微生物还原固定Cr(Ⅵ)的速率,实现地下水Cr(Ⅵ)污染物的快速有效去除,采用添加黏土矿物与电子传递体的方法,考察了含铁黏土矿物NAu-2和电子传递体AQDS单独/共存条件下对希瓦氏菌Shewanella oneidensis MR-1还原固定地下水中不同浓度Cr(Ⅵ)(0.1～2.0 mmol·L~(-1))的影响。结果表明:单独添加NAu-2对不同浓度Cr(Ⅵ)生物还原过程均无促进作用;单独添加AQDS对不同浓度Cr(Ⅵ)(0.2～2.0 mmol·L~(-1))生物还原过程均产生强化作用,强化系数达到1.33～3.90;同时添加NAu-2和AQDS时,不同浓度Cr(Ⅵ)(0.2～2.0 mmol·L~(-1))生物还原时的强化作用均得到明显提升,强化系数达到2.02～10.49。此外,对比NAu-2和AQDS共存时对MR-1还原不同浓度Cr(Ⅵ)的协同促进作用,发现在低浓度Cr(Ⅵ)(0.1～0.5 mmol·L~(-1))体系中未产生协同作用(协同系数1.0),中、高浓度Cr(Ⅵ)(0.8～2.0 mmol·L~(-1))体系中产生了明显的协同作用(SF1.0),且在Cr(Ⅵ)浓度为1.2 mmol·L~(-1)时,协同效果最为明显(协同系数为2.98),说明NAu-2和AQDS对中、高浓度Cr(Ⅵ)(0.8～2.0 mmol·L~(-1))还原过程的协同促进作用差异较大。通过对不同Cr(Ⅵ)浓度条件下NAu-2、AQDS与MR-1共存的复杂体系中Cr(Ⅵ)迁移转化过程和机理进行研究,可为实际Cr(Ⅵ)污染场地修复提供新的修复思路及参考数据。     

电絮凝同步去除水中铜(Ⅱ)和铬(Ⅵ)复合污染物的影响因素及其作用机理

铜(Cu(Ⅱ))和铬(Cr(Ⅵ))是水和废水中一类重要的重金属复合污染物。电絮凝(electrocoagulation,EC)是目前很有效的重金属深度处理技术,因此,采用电絮凝静态反应器对水中Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的复合污染物的同步去除进行研究。在单极式连接条件下,考察电极材料、电流密度、初始pH、极板间距和电导率等因素对电絮凝效果的影响。结果表明,与铁电极相比,铝电极显示出更好的Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)同步去除效果。因此,采用铝电极进行因素筛选实验,筛选出的实验条件为:Cu(Ⅱ)的进水浓度为18.73~20.08 mg·L~(-1),Cr(Ⅵ)的进水浓度为12.98~14.35 mg·L~(-1),在初始pH为3~6,电流密度为11.57 A·m~(-2),极板间距为1 cm,电导率在899~2 000μS·cm~(-1)的范围内。去除结果表明,总铬(TCr)、Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的去除率均在94%以上,出水Cu(Ⅱ)、TCr和Cr(Ⅵ)的浓度分别为0.081.24、0.491.21和0.120.49 mg·L~(-1),出水pH在6~9之间,可以满足《污水综合排放标准》(GB 8978-7996)要求。     

ZnO改性聚丙烯腈基活性炭吸附水中Cr(Ⅵ)离子的效果

ZnO改性聚丙烯腈制成的活性炭(PAC)是吸附去除水中Cr(Ⅵ)的一种新型吸附剂。从接触时间、吸附剂用量、pH和Cr(Ⅵ)初始浓度等方面对该新型吸附剂吸附性能进行了研究。结果表明,该吸附剂不仅具有良好的吸附效果,而且能够重复使用2次。PAC-0.8(聚丙烯腈置于50 mL、0.8 mol·L~(-1)的Zn(NO3)2水溶液)对Cr(Ⅵ)的吸附效果优于PAC-0.4(聚丙烯腈置于50 mL、0.4 mol·L~(-1)的Zn(NO_3)_2水溶液);PAC-0.8和PAC-0.4对Cr(Ⅵ)的吸附效果优于改性前的聚丙烯腈基活性炭,吸附最适pH范围为2~3,Langmuir等温模型比Freundlich等温模型能更好地描述吸附剂的吸附行为。实验结果可以为ZnO改性聚丙烯腈制成活性炭对废水中Cr(Ⅵ)去除的应用提供科学依据。     

纳米天然黄铁矿对土壤和地下水中铬的原位固定技术

采用机械球磨活化方法制备了纳米级黄铁矿,将其作为可渗透反应屏障中的介质材料,用于原位固定土壤和地下水中的Cr(Ⅵ),通过柱实验研究了黄铁矿对Cr(Ⅵ)动态反应(吸附)和解吸附的性能,并结合高分辨率透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等对黄铁矿材料进行了表征,同时对反应机理进行了探讨。结果表明:在纳米天然黄铁矿填充的PRB反应器中,FeS_2能够有效地处理含铬废水并将Cr(Ⅵ)原位固定在土壤中;在反应过程中,1 g黄铁矿可处理50 mg·L~(-1)的含铬废水1 854.4 mL,2 g的纳米级天然黄铁矿介质固定了约69.458 mg的Cr(Ⅵ);当铬溶液到达穿透点时,Cr(Ⅵ)去除率达到了99.9%。本研究成果可为纳米级天然黄铁矿处理土壤和地下水中Cr(Ⅵ)以及原位固定其他的重金属提供参考。     

麦饭石固定化SRB污泥颗粒处理模拟煤矿酸性废水的适应性

针对多组分煤矿酸性废水(ACMD)污染严重、治理费用高的特点,采用PVA—硼酸包埋交联法制作以硫酸盐还原菌(SRB)和盐改性麦饭石为主体的固定化颗粒,依据不同水力负荷和污染负荷构造3组动态柱,对固定化颗粒进行水力条件适应性实验研究。结果表明,固定化颗粒在低水力负荷0.085 m3·(m~2·d)-1,水力停留时间32.495 h下运行效果较好,SO_4~(2-)和Mn~(2+)去除率分别为65.90%和37.65%,出水COD浓度635.06 mg·L~(-1),总铁元素TFe释放量4.03 mg·L~(-1),出水pH 6.94。提高污染物SO_4~(2-)和Mn~(2+)浓度到(2 657±96)mg·L~(-1)和(13.33±1.75)mg·L~(-1),SO_4~(2-)和Mn~(2+)去除率仍可达40.07%和20.52%,出水COD浓度64.07 mg·L~(-1),总铁元素TFe释放量2.69 mg·L~(-1),出水pH为7.38,综合处理效果较好,颗粒对高浓度污染物适应性较强,具有一定抗冲击负荷能力。     

PBTCA稳定零价纳米铁的制备及其去除水中Cr(Ⅵ)

以2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸(PBTCA)为稳定剂,通过FeCl3.6H2O与NaBH4反应,利用液相还原法制备稳定纳米级零价铁颗粒(P-NZVI),并用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)进行表征,颗粒平均粒径为73 nm。考察了Cr(Ⅵ)溶液初始浓度、pH、NZVI投加量、温度等条件对Cr(Ⅵ)去除效果的影响,并与同等条件下不加稳定剂制备的纳米铁(N-NZVI)进行对比。结果表明:Cr(Ⅵ)的去除率随温度和纳米铁投加量增加而升高,随pH和Cr(Ⅵ)溶液初始浓度升高而降低。在相同实验条件下,P-NZVI对Cr(Ⅵ)的去除效果明显优于N-NZVI,表明改性后纳米铁在地表水原位修复领域具有较好的应用前景。     

木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料对Cr(Ⅵ)吸附性能研究

利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)方法,对木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料的结构进行表征,并研究了溶液pH、Cr(Ⅵ)初始浓度、吸附时间和吸附温度对木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料吸附Cr(Ⅵ)的影响.结果表明:(1)木质纤维素和蒙脱土复合后形成了插层一剥离型的纳米复合材料;(2)在溶液pH为2、Cr(Ⅵ)初始质量浓度为100mg/L、吸附温度为30℃、吸附时间为180 min的条件下,木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附量达5.72mg/g;(3)木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附符合伪二级动力学模型和Freundlich吸附等温式.     

水力负荷对地下渗滤系统微生物分布及N_2O释放的影响

通过实验室模拟实验,分析了进水水力负荷对污水地下渗滤系统脱氮微生物分布及N_2O气体释放特征的影响。结果表明:随着水力负荷的升高,系统对COD、NH_4~+-N和TN等污染物的去除率呈下降趋势;不同深度基质层中硝化细菌数量随着水力负荷的增加而减少,靠近散水区变化最为明显,而反硝化细菌数量随水力负荷的增加而增加。在低水力负荷(≤0.12 m~3·(m~2·d)~(-1))和高水力负荷(≥0.28 m~3·(m~2·d)~(-1))时,生物脱氮作用产生N_2O气体产率较低,平均值1.10 mg N_2O·(m2·d)-1;在中等水力负荷(0.16 m~3·(m~2·d)~(-1))时,N_2O气体的产率达到最大值(3.75±0.038)mg N_2O·(m2·d)-1。综合考虑地下渗滤系统处理能力、除污效果以及N_2O产率等多方面因素,建议在工程应用中,污水地下渗滤系统的进水水力负荷区间0.20~0.24 m~3·(m~2·d)~(-1)。     

一步还原焙烧法制备炭载零价铁及其对水中Cr(Ⅵ)的去除

以活性炭为还原剂和载体,通过一步还原焙烧法制备出炭载零价铁(AC-ZVI)材料。电镜扫描和X射线衍射分析结果表明,零价铁以平均粒径为2μm的颗粒均匀分布在活性炭表面和孔道中。采用间歇实验考察了炭载零价铁去除水中Cr(Ⅵ)的效果,结果显示炭载零价铁对水中的Cr(Ⅵ)具有很好的去除效果,在初始pH值为5、Cr(Ⅵ)浓度为50 mg·L~(-1)、AC-ZVI投加量(铁用量)为0.6 g·L~(-1)和反应温度为25℃的条件下,反应5 h后Cr(Ⅵ)的去除率达到86.8%;降低溶液pH、增加炭载零价铁投加量和提高反应温度均有利于Cr(Ⅵ)的去除,反应过程符合准一级动力学,表观反应速率常数k为0.655 h~(-1)(30℃),反应活化能为67.6 k J·mol~(-1)。研究结果表明,通过一步还原焙烧法制得的炭载零价铁可作为一种高效吸附还原材料用于Cr(Ⅵ)污染水体的治理。     

柚子皮水热炭对六价铬的吸附

采用水热炭化的方法制备柚子皮水热炭吸附剂,用红外光谱仪和氮吸附仪测定水热炭表面的官能团和孔结构,考察了吸附剂用量、溶液pH值、Cr(Ⅵ)初始浓度、吸附时间对吸附Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:水热炭是典型的介孔材料且有较多的含氧官能团,有利于Cr(Ⅵ)的吸附。溶液pH值小于7时,吸附效果较好;当溶液中Cr(Ⅵ)离子的初始浓度为50mg·L~(-1),pH=6,吸附剂用量为0.4 g·(50 mL)~(-1)、吸附时间为90 min时、水热炭对Cr(Ⅵ)的吸附率和吸附量分别为99.03%、6.19 mg·g~(-1)。柚子皮水热炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级吸附动力学模型,且35、45、55℃的等温吸附数据拟合结果表明等温吸附过程符合Freundlich模型。     

内聚乙醇固定化硫酸盐还原菌同步处理废水中硫酸盐和铬

含Cr(Ⅵ)和硫酸盐废水对生态环境构成严重威胁。以聚乙烯醇和海藻酸钠为交联剂制备一种内聚已醇固定化硫酸盐还原菌(SRB)小球(简称固定化小球),探讨这种新型吸附剂对Cr(Ⅵ)、SO2-4分别为100、200mg/L废水的处理效果。结果表明,固定化小球对废水中Cr(Ⅵ)和SO2-4具有较好去除效果,Cr(Ⅵ)和SO2-4去除量分别高达341.87、1 680μg/g,去除率分别高达97.43%、99.30%。红外谱图、电子扫描图分析表明,固定化小球网状结构构成了细菌免受环境因素干扰的亲水微环境,硫酸盐还原在去除Cr(Ⅵ)和SO2-4过程中发挥了重要作用。     

给水厂污泥吸附Cr(Ⅵ)的性能研究

采用给水厂污泥对浓度为100 mg/L的模拟含Cr(Ⅵ)废水进行了吸附性能的研究.结果表明,给水厂污泥可吸附处理含Cr(Ⅵ)废水,吸附量可达0.89 mg/g.动力学研究结果表明,给水厂污泥对Cr(Ⅵ)的吸附符合二级吸附动力学模型,吸附速率常数(k2)为3.48×10-3g/(mg·min);热力学研究结果表明,吸附过...     

多级生物膜反应器对煤气化废水的处理

采用4级生物膜反应器串联处理煤气化废水,分析了反应器的启动过程、污染物去除能力及沿程水质特征,考察了水力停留时间(HRT)、进水污染物负荷对处理效果的影响。结果表明:系统在16 d的培养时间内可快速完成微生物的驯化及固定化;在连续进水、持续曝气的运行方式下,各反应器均具备对NH_4~+-N、COD、TN及SS的同步去除能力,在HRT=55.6 h、ρ(NH_4~+-N)=245~363 mg·L~(-1)、ρ(COD)=761~1 764 mg·L~(-1)、ρ(TN)=262~377 mg·L~(-1)、ρ(SS)=121~143 mg·L~(-1)的进水条件下,反应器出水NH_4~+-N、COD、TN及SS的质量浓度分别为0.23~1.37、16.3~26.1、91.6~139和12.3~18.5 mg·L~(-1),平均去除率分别为99.8%、98.1%、65.8%和88.2%,同步硝化反硝化效率为70.1%;在HRT≥39.2 h、进水NH_4~+-N负荷≤0.203 kg·(m~3·d)~(-1)、进水COD负荷≤1.357 kg·(m~3·d)~(-1)的条件下,出水NH_4~+-N、COD浓度均能满足GB 31571-2015排放标准要求。     

磁性介孔锰铁复合氧化物对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

以复合金属草酸盐为前驱体制备了纳米晶构筑的介孔锰铁氧化物材料,采用透射电镜、X射线衍射仪和固体比表面测定仪等对产物进行了表征.并研究了其对水体Cr(Ⅵ)的吸附性能,考察了pH及离子强度对吸附容量的影响、吸附动力学、吸附等温线以及碱液对Cr(Ⅵ)的洗脱率。结果表明,获得的锰铁氧化物为纳米晶构筑的介孔材料,比表面达277.4 m2/g,对Cr(Ⅵ)在酸性条件下有较强的吸附性能。在初始Cr(Ⅵ)质量浓度为100 mg/L,pH值在2时,10 min内能使溶液中的Cr(Ⅵ)去除率达96.8%,最大Cr(Ⅵ)吸附容量Qm为40 mg/g。     

生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

利用液相还原法,使生物炭携载纳米零价铁,可以有效解决纳米零价铁在水处理应用中自身团聚问题,从而提高Cr(Ⅵ)的去除效率。研究发现:在添加相同剂量纳米的条件下,当炭铁质量比为5∶1时,生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率可达到96.8%,比纯纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的效率高35.9%;TEM和BET分析表明,生物炭携载纳米零价铁比纯纳米零价铁有更好的分散性和更高的比表面积,这是其去除Cr(Ⅵ)效果更好的主要原因;当溶液中Cr(Ⅵ)的反应初始浓度从25 mg/L提升至125 mg/L时,表观速率常数kobs从0.104 1 min~(-1)降低至0.023 5 min~(-1),说明反应速率随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而降低;当反应溶液初始p H在4.5~8.5之间时,携载纳米零价铁的生物炭对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率均达到92.1%以上,表明生物炭携载纳米零价铁具有较广的p H适应范围,且对Cr(Ⅵ)具有较好的去除效果。     

不同电子供体和受体对零价铁与微生物协同还原六价铬的影响

采用间歇实验考察了有机质及氧、硝酸盐和硫酸盐对零价铁(Fe0)与微生物协同还原Cr(Ⅵ)过程的影响。实验结果表明,对于Cr(Ⅵ)的去除协同体系明显优于Fe0和微生物单独作用;外加有机质如乙酸钠、乙醇、葡萄糖和腐殖酸可显著地提高协同体系去除Cr(Ⅵ)的效果,反应3 d后Cr(Ⅵ)去除率分别提高了33%、19%、16%和11%;空气对协同体系还原Cr(Ⅵ)过程影响不明显,但硝酸盐明显地抑制Cr(Ⅵ)的还原,且抑制作用随硝酸盐浓度升高而增强;硫酸盐诱导微生物在Fe0表面生成具有强吸附能力和强还原能力的硫铁矿物,促进Cr(Ⅵ)的去除。当硫酸根浓度为960 mg·L~(-1)时,反应2 d后Cr(Ⅵ)去除率提高了39%。在零价铁与微生物协同修复Cr(Ⅵ)污染水体中应充分考虑电子供体和受体的影响。     

凹凸棒石/CoFe_2O_4磁性复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能

采用低温回流法制备凹凸棒石/CoFe_2O_4磁性复合材料,利用比表面积(BET)、磁滞回线、红外光谱(FTIR)等手段对磁性复合材料进行表征,并研究磁性复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能,利用吸附前后FTIR和光电子能谱(XPS)对其吸附机理进行初步探讨。结果表明,磁性复合材料的比表面积为175.85 m~2·g~(-1),略大于凹凸棒石;饱和磁化强度为14emu·g~(-1),易于磁分离。pH在2~12范围内,吸附量随pH值的增大而减小。Freundlich等温吸附模型能较好描述吸附实验结果。ΔG为-15.19~-14.28 k J·mol~(-1),ΔH为-19.15 k J·mol~(-1),ΔS为-13.96~-14.20 J·(mol·K)~(-1),说明该吸附是自发、放热的,低温有利于吸附;动力学实验表明吸附行为符合准二级动力学。由吸附前后的FTIR可知凹凸棒石/CoFe_2O_4中羟基参与Cr(Ⅵ)吸附过程;XPS分析可知吸附过程包含Cl~-与铬酸根的离子交换和Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)的反应。     

柚皮粉对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

采用柚皮粉吸附去除水中Cr(Ⅵ)。考察了pH、吸附时间、柚皮粉用量和Cr(Ⅵ)初始浓度等因素对吸附效果的影响,测定了吸附等温线,对等温吸附规律及吸附机理进行了探讨。结果表明,pH、吸附时间、柚皮粉用量、Cr(Ⅵ)初始浓度、温度等因素对柚皮粉吸附水中Cr(Ⅵ)有显著影响。适宜的吸附条件为:pH 1.5,吸附时间6 h,柚皮粉用量0.5 g/100 mL,Cr(Ⅵ)初始浓度不大于10 mg/L,温度25℃。在该条件下,Cr(Ⅵ)的去除率可达98%以上。柚皮粉对水中Cr(Ⅵ)的等温吸附规律可用Freundlich、Langmuir和Temkin模式较好地描述,吸附呈单分层形式,吸附性能良好,吸附易于进行。柚皮细胞成分中的活性基团与Cr(Ⅵ)发生表面络合作用是吸附的主要机理。     

氢气压力和进水流速对氢基质生物膜反应器同步去除溴酸盐和高氯酸盐的影响

为了考察氢基质生物膜反应器(MBfR)中氢气压力和进水流速对溴酸盐(BrO_3~-)和高氯酸盐(ClO_4~-)同步去除的影响,基于短期系列实验,研究了不同氢气压力和进水流速下BrO_3~-和ClO_4~-的去除效率、去除通量、当量电子转移通量及还原反应动力学。结果表明:氢气压力从0.02 MPa提高至0.08 MPa时,BrO_3~-和ClO_4~-的去除率分别升高了12.5%和17.2%,去除通量分别升高了0.001 2 g·(m~2·d)~(-1)和0.002 g·(m~2·d)~(-1),但BrO_3~-和ClO_4~-去除率并未随氢气压力持续升高而呈线性升高趋势;当进水流速从1.0 mL·min~(-1)提高至4.0 mL·min~(-1)时,BrO_3~-和ClO_4~-的去除通量由0.005 g·(m~2·d)~(-1)和0.006 g·(m~2·d)~(-1)分别升高至0.014 g·(m~2·d)~(-1)和0.017 g·(m~2·d)~(-1),但BrO_3~-和ClO_4~-的去除率BrO_3~-和ClO_4~-的去除率明显降低;结合还原反应动力学研究,MBfR运行效能最佳的氢气压力和进水流速分别为0.04～0.06 MPa和2.0 mL·min~(-1)。生物膜当量电子转移通量分析表明,反硝化对电子供体(氢气)的竞争性抢夺比BrO_3~-和ClO_4~-还原更加激烈;还原反应动力学级数揭示了BrO_3~-和ClO_4~-还原对进水流速加快的敏感性比氢气压力变化更加强烈。为了获得更高的污染物去除效能,可以适当控制进水流速和水中共存NO_3~--N的竞争性抑制。