Effects of low temperature on aluminum(Ⅲ) hydrolysis: theoretical and experimental studies

In this study, the effects of low temperature on aluminum(III) (Al) hydrolysis were examined both theoretically and experimentally by constructing a solubility diagram for amorphous aluminum hydroxide (Al(OH)3(am)) and a distribution diagram of hydrolyzed Al species. Firstly, thermodynamic data of Al species at 4℃ were calculated from that at 25℃. A well confirmed polymeric Al species, AlO4Al12(OH)247 (Al13), was involved in building the diagrams and, correspondingly, the non-linear simultaneous equations with 13 degrees were resolved. Secondly, polarized Zeeman atomic absorption spectrophotometry (AAS), 27Al nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, and ferron-based spectrophotometry were applied for constructing the practical diagrams. The results show that a decrease of temperature from 25 to 4℃ caused the Al(OH)3(am) boundary on the solubility diagram to shift toward the alkaline side by about 1.0 pH unit and the minimum solubility of Al(OH)3(am) to reduce by 1.0 log unit. The distribution diagram indicates that the monomeric Al, Al13, and solid-phase Al(OH)3 were alternately the predominant species with the increase of pH value during Al hydrolysis. At 25℃, Al13 was the dominant species in a pH range of 4.0 to 4.5, whereas at 4℃, Al13 was the leading species in a pH range spaced from 4.5 to 6.3. The predominant species changed from the monomeric Al to the solid-phase Al(OH)3 over the range of 1.8 pH units at 4℃ in comparison with the range of 0.5 pH unit at 25℃.     

Species analysis methods for hydrolysis polymerization of aluminum

ＳｐｅｃｉｅｓａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎｕｍＦｅｎｇＬｉ，ＬｕａｎＺｈａｏｋｕｎ，ＴａｎｇＨｏｎｇｘｉａｏＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｃｏＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａ...     

Al(III) speciation distribution and transformation in high concentration PACl solutions

Introduction Since water pollution has become a worldwide problem, many countries suffered from lack of quantity of source water to high quality and safe water or both. Increased attention has been paid to the purification of water in recent years. The ef…     

Al(Ⅲ) speciation distribution and transformation in high concentration PACl solutions

Effects of Al（Ⅲ） concentration and pH on the speciation of Al（Ⅲ） in polyaluminum chloride （PACl） solutions especially on the Al13 fraction were investigated. A series of PACl samples were prepared over the range of Al（Ⅲ） concentration from 0.01 to 2.0 mol/L with the B （OH/Al ratio） value from 1.0 to 2.5 by forced hydrolysis of AICl3. The samples were characterized by ferron assay, pH and 27^Al NMR. It was shown that the Al（Ⅲ） concentration had a dramatic effect on the hydrolysis processes and the species distribution of PACl was in relate to the decrease of pH. The fraction of Al species, Alb （or Al13） decreased and Al0 increased with increase of total Al（Ⅲ） concentration. Under the condition of Al（Ⅲ） 2.0 reel/L, B = 2.5, the pH value was 2.73 and no Al13 could be detected. During diluting and aging, the species distribution evoIved. The Al13 could then be detected again and the amounts increased with time. If the diluted samples were concentrated by freeze dry at -35℃ or heating at 80℃, the pH value and Al13 content would decrease with the increased concentration. It demonstrated that the key factor for formation of Al13 in concentrated PACl was pH value.     

微絮凝强化过滤工艺处理低温低浊水的实验研究

以北京市某水厂冬季沉后水为研究对象,分别采用常规过滤工艺和强化过滤工艺对其进行处理.通过改变聚合氯化铝(PACl)投加量、滤料粒径d和微絮凝时间,并结合水头损失、颗粒数、总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)等实验数据,对低温低浊水体强化过滤工艺条件进行了研究.结果表明,强化过滤工艺与常规过滤工艺相比具有较强的除浊、去除有机物和颗粒物的能力,当微絮凝时间为2min时可以得到较好的过滤效果;PACl投药量为1.5mg·L-1时,浊度可降到0.04NTU,而常规过滤工艺最多只能将浊度降到0.2NTU.在滤料选用方面,当滤料粒径d=0.6～1.2mm时滤后水中颗粒数(2～5μm)、浊度、COD等指标均达到最优值.同时,电感耦合等离子体光谱(ICP-OES)检测结果表明,滤后水中Al3+含量小于0.2mg·L-1,并未因二次投加PACl而升高,因此,不会对水的饮用产生任何健康和安全风险.     

低温对青萍生长及保护酶活性影响的研究

研究了在相对低温(10～12℃)的条件下,青萍生长和保护酶活性的变化.测定了叶状体数目相对增长率、鲜重相对增长率、根长、叶绿素含量、可溶性蛋白含量以及抗氧化酶系统的几种酶活性和含量的变化(包括过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及丙二醛(MDA)含量).研究结果显示在10～12℃的情况下,青萍生物量的增加基本为零,叶绿素和可溶性蛋白的含量均降低,细胞内保护酶的调节功能发生了紊乱.在10～12℃的低温下,青萍已经不具有修复富营养化水体的能力.     

低温条件下硝基苯降解菌的筛选及鉴定

在低温(15℃)条件下,从东北制药总厂曝气池和氯霉素生产废水集水池污泥中驯化、分离得到1株以硝基苯为唯一碳源的高效降解菌株cc-2,并通过菌体形态、生理生化反应特性及16S rDNA测序对其进行分析.同时,对菌株cc-2的生长和降解硝基苯的特性进行了研究.结果表明,菌株cc-2为鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii),该菌株利用硝基苯生长的最佳条件分别是:接种量为10%,生长温度为15℃,pH值为7.菌株cc-2可在硝基苯质量浓度低于400 mg.L-1的无机盐培养基中生长代谢,当硝基苯初始浓度为200 mg.L-1时,菌株48h的降解率可达66.84%.     

基于磷回收的低温微氧EBPR系统的表观与微观特性

在低溶解氧(DO=1mg/L)条件下启动2个厌氧/好氧交替运行的SBR(A/O-SBR),中温(22±1)℃SBR1和低温(14±1)℃SBR2,考察侧流磷回收工艺对低耗主流强化生物除磷(EBPR)系统污染物去除性能?微生物种群结构和磷回收潜能的影响.结果表明,SBR1和SBR2的脱氮及COD去除性能未受磷回收操作的影...     

低温对中试AAO-BAF双污泥脱氮除磷系统的影响

以实际城市污水为对象,研究了低温(11~15℃)对处理量约为45m³/d的AAO-曝气生物滤池(BAF)典型双污泥脱氮除磷系统的影响.研究发现,本系统的硝化在受到低温抑制后会在短时间内恢复,而同样环境条件下运行的某水厂AAO系统的硝化却一直受低温抑制.AAO-BAF系统硝化受抑制期间,其缺氧段反硝化吸磷的总量减少,缺氧末段TP浓度从1上升至4mg/L左右,但系统的好氧段可继续完成这部分剩余P的去除.批次试验发现,硝化菌停留时间的长短差异是本系统与AAO系统硝化产生差距的主要原因.在11、16、21、27和32℃下,本系统中活性污泥的厌氧释磷速率分别为6.745、8.378、13.218、11.513、9.726mgTP/(h·gMLSS);缺氧反应过程中P去除速率分别为1.668、1.892、2.496、2.835、2.976mgTP/(h·gMLSS),NO₃^--N的去除速率分别为0.786、1.112、1.761、2.614、3.464mgNO₃^--N/(h·gMLSS).     

低温下AHLs对多级A/O工艺中好氧生物膜特性的影响

针对低温条件下多级A/O工艺出水氨氮容易超标问题,进行外源添加酰基高丝氨酸内酯类信号分子(AHLs)对低温下多级A/O工艺好氧段生物膜特性的影响研究.结果 表明:添加100nmol/L的己酰基高丝氨酸内酯(C6-HSL)后生物膜硝化效率提高了22.34％,十二烷酰基高丝氨酸内酯(C12-HSL)则将生物附着量提高了24...     

低温下废铁屑对厌氧氨氧化系统的影响

考察了在低温条件下(<20℃)废铁屑及其投加方式对厌氧氨氧化反应器脱氮性能和微生物群落的影响.结果表明,当废铁屑投加量为10g/L时,直接(R2)和间接(R3)投加方式均会对厌氧氨氧化反应造成短期抑制,总氮去除率分别降低4.7%和3.4%;30d连续运行后,2组反应器总氮去除率均提升至70%左右;反应器稳定运行阶段,R2的R_s(NO₂^--N与NH₄⁺-N去除量之比)和R_p(NO₃^--N生成量与NH₄⁺-N去除量之比)为1.57和0.22, R3的R_s和R_p为1.49和0.23,比R2更接近厌氧氨氧化反应理论值.废铁屑在水中发生腐蚀,降低DO并提高pH值,且R2,R3污泥中铁含量分别为对照组的1.64倍和1.93倍,废铁屑不仅改善了厌氧氨氧菌的生境,还满足了其对铁元素的需求.高通量测序结果显示,在20~50d的运行过程中, R1,R2,R3中优势厌氧氨氧化菌属Candidatus_Kuenenia的相对丰度分别增加-1.05%,0.14%和0.96%,废铁屑的投加促进了厌氧氨氧化菌在低温下的生长,且间接投加促进效果更为显著.     

高氮渗滤液缺氧/厌氧UASB-SBR工艺低温深度脱氮

在低温条件下,采用缺氧/厌氧UASB-SBR组合工艺处理实际垃圾填埋场渗滤液.结果表明,该工艺可实现有机物和氮的同步、深度去除.在进水COD平均为11950.2mg/L,NH4+-N为982.7mg/L的条件下,出水分别为390.1mg/L和2.9mg/L,去除率分别为96.7%和99.7%.同时,缺氧UASB1反应器的最大COD负荷达到13kg/(m3×d),最大COD去除速率为12.39 kg/(m3×d),具有高效缺氧反硝化和高效厌氧降解有机物反应的双重功效, 在SBR反应器的缺氧段和缺氧UASB,反应器内获得了99%以上的反硝化率.对于冬季水温分别为14.9,14.1,13.5,11.05℃的低温条件下,SBR反应器实现了完全硝化和反硝化,出水TN分别为4.1,5.7,14.1,16.5mg/L,达到了深度脱氮的目的.此外,在上述温度范围内,温度对反硝化速率(rN)的影响大于对硝化速率 (rDN)的影响, rN/rDN比值相对恒定.     

阳离子型聚合物对低温低浊水的絮凝效果与形态学特性

采用微絮凝-深床直接过滤工艺,以西安市曲江水厂低温低浊水质为原水(水温低于10 ℃,初始浊度低于10NTU),投加阳离子型聚合物(简称CP)作主混凝剂或助凝剂,借助分形数学理论与图像分析技术,对滤料粒径、原水浊度、原水温度、药剂种类、聚合物分子量及投加量、混合强度等因素对处理效果的影响进行了研究,分析探讨了不同药剂处理低温低浊水的作用机理、絮凝形态学特征以及絮体结构的分形特性.结果表明,①当温度低于4 ℃、初始浊度小于4NTU时,不宜单独采用Al2(SO4)3或PAC作为絮凝剂;当温度为4～10 ℃、初始浊度小于10NTU时,如果只投加Al2(SO4)3或PAC作为絮凝剂,宜用细砂滤料过滤;低温低浊条件下,无机混凝剂形成的絮体粒径小、结构松散脆弱、有效质量密度低、沉速慢,但表征絮体分形特性的分维值较高.②CP作絮凝剂能显著改善低温低浊水的絮凝效果与过滤性能,但混合强度需增大,宜用粗砂滤料过滤;③单独用CP作絮凝剂时,宜投加分子量较低的弱阳性聚合物或投加低剂量较高分子量的强阳性聚合物;CP用作助凝剂时,能显著减少主混凝剂用量,但宜投加强阳性聚合物或增加弱阳性聚合物的剂量.④CP兼备电性中和与吸附架桥絮凝作用,能形成粒径较大、吸附性能与过滤性能良好的网状絮体构型,其有效质量密度高,产生的污泥量少,污泥沉降速度快,脱水效果好,但分维值低.⑤各种水处理药剂的处理效果为:Al2(SO4)3(或PAC) CP＞CP＞PAC＞Al2(SO4)3,这种差别由絮体的形态学特性与构型特征各异引起.     

聚合氯化铝与有机高分子复合絮凝剂的形态分布研究--Al-Ferron和27Al-NMR相结合

主要研究了Al Ferron逐时络合比色法和2 7Al NMR法应用于聚合铝与有机高分子复合絮凝剂形态分布的测定 .结果表明 ,两种方法分别测定的Alb 和Al13 的结果具有一定的相关性 ;聚合铝与有机高分子复合后其形态分布发生了一定的变化 ,Alb(或Al13 )的含量有所降低 ,但仍是优势形态 ,Ala(或Al单)的含量基本保持不变 .     

酸性含硒含镉废水低温生物强化处理技术研究

本研究将枯草芽孢杆菌接种于活性污泥中,系统考察了酸性含硒含镉废水的低温生物强化处理效果.研究发现,活性污泥联合枯草芽孢杆菌对硒、镉的去除效率(Se:94.9%,Cd:99.1%)高于单一枯草芽孢杆菌(B菌)、混合枯草芽孢杆菌及活性污泥.影响因素试验结果表明,在20℃、pH 4.0、甲醇为碳源时生物强化硒、镉去除效率较高.利用SBR反应器处理酸性(pH 4.0)含硒(3.7～10.0 mg·L~(-1))含镉(5.0～11.2 mg·L~(-1))废水,在低温(8.0～10.8℃)条件下运行80个周期,硒、镉和COD的平均去除率分别为97.4%、90.7%和95.0%.红外光谱分析表明,酰胺基、芳香族C—H伸缩健在硒、镉去除中起到主要作用.透射电镜与能谱分析证实了生物强化污泥对硒、镉去除之后形成纳米颗粒物.通过高通量测序分析微生物群落结构,发现生物强化污泥中富集了Pseudomonas(假单胞菌属)、Dechloromonas(脱氯单胞菌)等典型硒还原菌.     

偏低气温下的O3污染特征及其主要气象成因

针对2013~2019年上海地区气温相对偏低（25℃及以下）的一类O₃污染事件,从时间分布特征、天气系统类型、气象成因等方面进行了深入分析.结果表明：上海近7a偏低气温下的O₃污染按小时标准和日标准分别出现45h和19d,占各自O₃污染总次数的5.0%和7.3%,在春季则上升至20.6%和20.0%,是上海春季主要O₃污染现象之一.当气压介于1010.1~1017.1hPa、风速介于2.1~3.2m/s、湿度介于40.0%~54.0%、辐射介于0.5~2.7MJ/m²,较易出现偏低气温下的O₃污染;与高温下的O₃污染相比,出现偏低气温下的O₃污染时,气压、PM_2.5和NO₂浓度分别偏高了10.0hPa、26.0μg/m³和24.9μg/m³,辐射偏低了0.5MJ/m².造成偏低气温下的O₃污染天气类型可以分为弱高压前部、弱高压控制和海上高压后部3种.3个典型污染个例分析显示,上游输送、本地静稳辐合和垂直逆温条件分别是这3种类型的主要气象成因.     

长期低温对絮状-颗粒耦合CANON脱氮及菌群影响

在SBR反应器中探究长期低温对等污泥浓度比例絮状-颗粒(1:1～1:1.5)耦合CANON系统的脱氮效能和微生物群落结构的影响.结果表明,在经历长期低温(10℃)条件下运行并回温(10→30℃)后,等比例污泥CANON系统NH₄⁺-N、TN去除率及TN去除负荷与温度变化呈正相关性,在回温30℃下运行30d后分别达到72.4%、63.0%和0.094kgN/(m³·d).氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AAOB)活性与温度表现出正相关性,在回温后分别为0.025和0.049gN/(gVSS·d),分别为降温前(30℃)的83.3%和79.1%,NOB活性一直维持在较低水平(0.001gN/(gVSS·d)).高通量测序结果显示,长期低温对优势菌门无明显影响.回温后,颗粒和絮状污泥中的优势菌门分别为Ignavibacteriae和Proteobacteria;回温后系统颗粒污泥中功能菌Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia(AAOB)相对丰度分别为6.017%、2.623%,其在絮状...     

Hydrolyzed AI（Ⅲ） clusters： Speciation stability of nano-All3

Pure nano-Al13 and aggregates at various concentrations were prepared to examine the particle size e ect of coagulation with inorganic polymer flocculant. The property and stability of various species formed were characterized using Infrared, 27Al-NMR, photo correlation spectroscopy (PCS), and Ferron assay. Results showed that concentration and temperature exhibited di erent roles on the stability of Al13. The quantity of Alb species analyzed by ferron assay in the initial aging period corresponded well with that of Al13, which has been confirmed in a dimension range of 1–2 nm by PCS. Al13 solutions at high concentrations (0.5–2.11 mol/L) were observed to undergo further aggregation with aging. The aggregates with a wide particle size distribution would contribute to the disappeared/decreased Al13 basis on the 27Al-NMR spectrum, whereas a part of Al13 would still remain as Alb. At low concentrations, Al13 solution was quite stable at normal temperature, but lost its stability quickly when heating to 90°C.     

温度对底栖端足类河蜾蠃蜚(Corophium acherusicum)存活、生长和发育的影响

河蜾赢蜚(Corophium acherusicum)生长发育的适温范围为15～25℃,最适温度为20℃.在适宜范围内实验室恒温培养的河蜾赢蜚生长优于自然环境.本文较细致的记录了河蜾赢蜚的发育状况,在适宜范嗣内河蜾赢蜚幼体的发育随温度的提高而加快.研究结果表明,河蜾赢蜚实验室培养温度宜选择在15～25℃,用其进行沉积物毒性生物检测的实验温度宜选择在20℃.     

低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化微生物机制

针对北方寒冷冬季水源地氨氮微污染水体的特征,构建间歇流人工湿地系统并同步采用分子生物学方法对湿地系统中的氨氧化古菌和氨氧化细菌的丰度和古菌的多样性进行分析,并结合硝化速率潜势来研究氨氧化古菌和氨氧化细菌在氨氧化过程中的作用.结果表明:平均气温为5℃时,最佳运行工况为:停留时间21 h,水力负荷4.2 cm·d-1,氨氮去除率达99%;平均气温为-5℃时,最佳运行工况为:水力停留时间为21 h,水力负荷3.6 cm·d-1,氨氮去除率达81%,去除效率稳定.在低温条件下,氨氧化古菌和氨氧化细菌中amoA基因的丰度会因温度降低而减少,古菌中amoA基因丰度高于细菌2.9~33.2倍,且硝化速率潜势与氨氧化古菌中amoA基因丰度呈正向变化趋势,而与氨氧化细菌无显著相关,表明氨氧化古菌在低温条件下的氨氧化过程中起主导作用.湿地系统中的氨氧化古菌的生物多样性具有季节性变化,系统发育分析显示,夏季样品8个OTU全部属于土壤支系;冬季样品11个OTU序列属于土壤支系,2个OTU序列属于海洋水体支系,多样性较高.夏季和冬季样品中氨氧化古菌均属于一个新命名的古菌类群——奇古菌门(Thaumarchaeota).本文建立了一种在低温条件下基于氨氧化古菌有效强化湿地氨氮净化处理的稳定运行技术,为寒冷地区强化湿地去除氨氮提供了理论依据.