不同类型伴随阴离子钙盐对风化煤矸石污染物释放的影响

在岩溶地区煤矿山污染修复过程中,钙盐在风化的酸性煤矸石污染物质控制方面发挥着至关重要的作用,为评价不同类型伴随阴离子钙盐对风化煤矸石中特征污染组分释放影响,通过在风化煤矸石中添加等摩尔比(以钙计)的CaCO_3、Ca_3(PO_4)_2、CaC_2O_4、CaSO_4、CaCl_2、Ca(NO_3)26种钙盐并稳定7 d后,考察了浸出液的pH、EC、Eh及Fe、Mn、Cu、Zn和SO_4~(2-)等特征污染物。结果表明:CaCO_3、Ca_3(PO_4)_2能有效缓冲煤矸石的酸度,明显提高了体系的pH,极显著(p0.001)抑制风化煤矸石中特征污染组分的溶出释放;CaC_2O_4能显著提高煤矸石浸出液的pH,降低浸出液EC、Eh及Mn、Cu、Zn和SO_4~(2-)的含量,但草酸根的存在明显促进亚铁和总铁的释放;CaSO_4一定程度上会抑制Fe、Mn、Cu的释放,但会提高浸出液中Zn、SO_4~(2-)的含量,总体上对各污染组分的影响作用不显著;呈中性的强酸强碱盐CaCl_2、Ca(NO_3)_2由于离子竞争作用及Ca~(2+)形成复合物-石膏沉淀作用能显著(p0.05)抑制SO_4~(2-)的溶出,但在一定程度上可降低浸出液的pH、提高浸出液的EC及Zn离子浓度,而对其他污染组分影响作用相对较小,故建议在煤矿山污染修复过程中需谨慎使用或引入此类物质。综上,不同类型伴随阴离子的钙盐对风化煤矸石中pH、EC、Fe、Mn、SO_4~(2-)及重金属等多种特征污染组分的释放存在显著差异,影响着风化煤矸石在环境中的潜在污染风险和修复材料的污染控制效果。     

生物炭负载Fe3O4对猪粪厌氧消化中重金属Cu、Zn形态的影响

为研究生物炭(BC)负载Fe_3O_4对猪粪厌氧消化中重金属形态的影响,采用化学共沉淀法将Fe~(2+)/Fe~(3+)和水稻秸秆BC复合制备Fe_3O_4/BC复合材料,将其作为钝化剂添加到以猪粪为原料的厌氧消化反应中。通过Tessier连续提取法与pH-依赖性浸出试验,探究BC和Fe_3O_4/BC对重金属形态的影响以及不同pH条件下沼渣中重金属浸出浓度的变化。结果表明,添加Fe_3O_4/BC对Cu和Zn的钝化效果更显著,与空白对照(CK)相比,添加BC和Fe_3O_4/BC后Cu的残渣态质量分数分别增加了-10.46%和52.40%,Zn的残渣态质量分数分别增加了16.82%和42.14%。厌氧消化后沼渣的浸出试验表现出很强的pH依赖性,Cu、Zn浸出曲线呈现出"V形",在中性环境中(pH 6～8)Cu、Zn和溶解性有机质(DOM)的浸出浓度较低,在酸性(pH6)和碱性(pH8)环境中较高。在弱酸弱碱条件下(pH 5～9),添加Fe_3O_4/BC后Cu和Zn的浸出浓度均低于添加BC的试验和CK组。因此,添加Fe_3O_4/BC可有效降低厌氧消化后沼渣中重金属的浸出风险。     

Citrobacter sp.strain Y1S抑制煤矸石产酸及重金属释放的研究

从长期受煤矸石酸性废水污染的底泥中分离筛选出一株非传统硫酸盐还原菌Citrobacter sp. strain YS1(以下简称YS1),考察了菌株YS1对煤矸石产酸及重金属释放的抑制效应。结果表明,菌株YS1能有效抑制煤矸石产酸及重金属释放,加菌(SM)组煤矸石浸出液中Mn、Zn、Cu、Ni、Cd、Fe的浓度比空白对照(CK)组分别降低30.91%、42.12%、51.50%、56.25%、45.45%、34.02%。加菌+碳源(SMR)组的抑制效果更优,煤矸石浸出液中Zn、Cu、Cd均低于仪器检出限,Mn、Ni、Fe浓度相比CK组分别降低99.78%、98.75%、99.95%。SMR组的抑酸效果也更明显,可将煤矸石浸出液pH从5.45提升至7.88。菌株YS1可将SO■还原为S^2-,并与重金属离子生成固体硫化物覆盖在煤矸石表面,减缓煤矸石中黄铁矿氧化。YS1表面的多糖、蛋白以及脂质中的羟基、氨基等基团均可能参与了对重金属离子的络合作用。     

铁盐对污泥飞灰共热解产物浸出浓度的影响研究

采用热解法,研究了不同铁盐种类及添加量时污泥与飞灰共热解产物的重金属浸出浓度,同时对污泥飞灰的混合比例进行进一步讨论以确定经济有效的新型处置工艺。结果表明:整体上,不同铁盐对Cd、Pb、Cu和Zn浸出的影响差异显著;单独添加Fe_2(SO_4)_3时,热解炭中Cd、Pb、Cu和Zn浸出浓度比单独FeSO_4时低约67.8%、31.0%、62.8%、45.8%。添加Fe_2(SO_4)_3使Fe添加量为干污泥质量的0.5%时,可以有效降低大多数重金属的浸出浓度。污泥飞灰的混合比例对As、Cd、Pb和Zn浸出的影响差异显著。热解温度为500℃,干污泥∶飞灰质量比为2∶1时,加入Fe_2(SO_4)_3(Fe添加量为干污泥质量的0.5%)后,热解炭可在生活垃圾填埋场中填埋。     

灭菌处理对不同氧化还原环境下含硫煤矸石中污染物释放的影响

为评价微生物在不同氧化还原环境下对含硫煤矸石中污染物释放的作用,通过设置氧化处理、氧化灭菌处理、还原处理和还原灭菌处理4组处理方式对煤矸石进行连续浸提实验,并测定0、1、3、6、9d后各处理煤矸石浸出液的pH、电导率(EC)、氧化还原电位(Eh)、总溶解性固体(TDS)、金属离子(Fe3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+)和阴离子(SO2-4、F-)等特征污染指标。结果表明:氧化环境下,灭菌处理能抑制煤矸石氧化酸化,提高煤矸石浸出液的pH,降低浸出液EC、TDS,并明显降低煤矸石浸出液中Fe3+的溶出浓度,对Mn2+、Cu2+、F-和SO2-4等特征污染离子的溶出也有一定的抑制效果,且随着浸提时间的延长,这种抑制效应日趋加强;而还原环境下,灭菌处理却在一定程度上减弱了还原环境对煤矸石中污染物释放的抑制作用。综上表明,灭菌与否对不同氧化还原环境下含硫煤矸石污染物的释放有重要影响。因此,可以通过工程手段调控矿山环境中微生物活性或类群,对含硫煤矸石污染进行有效的原位控制或治理。     

Fenton氧化剩余污泥过程重金属迁移及其形态变化

采用Fenton氧化处理含重金属剩余污泥,通过BCR法测定并分析了污泥处理过程各重金属形态的变化,重点考察了pH、H_2O_2投加量、H_2O_2/Fe~(2+)比、温度(T)和反应时间(t)5个因素对重金属迁移及形态变化的影响。结果表明,利用Fenton氧化处理剩余污泥,污泥重金属形态变化显著,且受到初始pH、H_2O_2投加量、H_2O_2/Fe~(2+)比和温度的影响,但反应时间的影响较小。正交实验结果显示,Fenton氧化处理污泥的最佳条件为:初始pH1、H_2O_2投加量12 g·L~(-1)、H_2O_2/Fe~(2+)比10和温度50℃,此时污泥Cu、Mn和Zn 3种重金属的弱酸溶解态含量达到最高值,分别为72.66%、90.12%和87.51%。在最佳条件时,污泥上清液中Cu、Mn和Zn含量可分别从0.08、0.263和0.01 mg·L~(-1)增加到15.08、17.49、32.74 mg·L~(-1)。研究表明,Fenton氧化污泥过程提高了污泥中弱酸溶解态重金属含量,利于重金属从固相向液相转移,从而有效降低污泥饼中重金属含量,有利于污泥脱水后的进一步处理及其资源化。     

不同类型天然碳酸盐矿物对风化煤矸石污染物释放的影响

为评价喀斯特背景条件下天然碳酸盐矿物对风化煤矸石典型污染物释放的控制效果,在风化煤矸石中分别添加纯品碳酸钙及3种典型天然碳酸盐矿物(石灰石、白云石、方解石),对混合物浸出液特征污染组分进行分析。结果表明,纯品碳酸钙及3种天然碳酸盐矿物均能有效缓冲风化煤矸石的酸度,并显著抑制Fe2+、Mn2+、Cu2+、SO2-4等多种特征污染物的溶出,但天然碳酸盐矿物对Zn2+释放的控制效果不明显,特别是方解石在一定程度上甚至促进了Zn2+的释放。在污染控制效果上,纯品碳酸钙的控制效果最优,其次是石灰石,而白云石和方解石对污染物的控制效果相对较差,两者处理后风化煤矸石浸出液中溶出组分没有明显差异。     

金属离子对厌氧氨氧化污泥脱氮效能影响

通过接种厌氧氨氧化污泥研究不同浓度Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)对厌氧氨氧化污泥的脱氮效能影响,以及在其最适金属离子浓度下对厌氧氨氧化污泥的长期影响。实验结果表明,进水Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)质量浓度分别为0～10、0～2、0～4mg/L对厌氧氨氧化污泥活性有促进作用;当进水Fe~(3+)质量浓度为10～40mg/L时,厌氧氨氧化污泥活性未受到较大影响,而进水Cu~(2+)和Zn~(2+)质量浓度分别为1～30、4～30mg/L时,随着金属离子浓度升高,脱氮效能逐渐下降,浓度越高,对厌氧氨氧化污泥活性的抑制效果越明显。分别在最适Fe~(3+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)质量浓度为6、1、4mg/L的条件下,对厌氧氨氧化污泥进行2个月的长期影响实验发现,加入Fe~(3+)对厌氧氨氧化污泥活性一直有良好的促进效果,而加入Cu~(2+)和Zn~(2+)分别在第19天和第21天开始出现明显的活性下降现象,并且在停止投加金属离子后,短期内活性也未能恢复,混合组未发现明显的抑制或促进现象。     

多级复氧反应-垂直流人工湿地深度处理煤矿酸性废水

针对贵阳市朱昌镇茶饭村废弃石硐煤矿废水Fe、Mn浓度超标的问题,通过构建多级复氧反应-垂直流人工湿地系统对废水进行综合治理,并在多级复氧反应池内添加立体弹性填料对系统进行优化;研究系统优化前后对Fe、Mn、SO_4~(2-)及重金属的去除效果。结果表明:pH从进水的5.60～6.58上升到出水的6.37～7.45,系统能有效去除Fe、Mn,Fe的去除率在99.10%以上,Mn去除效率为69.80%～100%,对Cu、Zn、Cd、As、Pb、Cr也具有较好的去除效果,但对SO_4~(2-)的去除率仅为3.06%;添加立体弹性填料后沉淀池中SS浓度显著降低,Fe、Mn的去除率均可达到100%,Cu、Zn、Cd、As、Pb、Cr的去除率均有所提高,但对SO_4~(2-)的去除效果仍不明显。多级复氧反应-垂直流人工湿地系统对煤矿废水具有良好的处理效果,添加立体弹性填料是优化系统的一项有效措施。     

调理剂对堆肥产品重金属生物有效性的影响

城市污泥中重金属含量及其生物有效性是限制污泥农用的主要因素,因此,研究污泥堆肥化处理过程中重金属生物有效性,对污泥的农用具有重要意义。实验以城市污泥为原料,以菌菇渣和秸秆为调理剂,设置4个处理:A(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.4∶0.025)、B(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.3∶0.025)、C(污泥∶秸秆=1∶0.12)和D(污泥∶秸秆=1∶0.09),进行好氧堆肥实验,采用BCR顺序提取法测定各种形态的重金属,研究堆肥前后重金属形态的变化规律。结果表明,城市污泥中Cu、Ni、Pb和Cr主要以可氧化态及残渣态存在,生物有效性较低,而Zn和Cd主要以酸溶态和可还原态存在,生物有效性较高;堆肥过程显著降低了Cu、Zn、Ni和Pb的生物有效性,并改变了Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd的形态分布,使污泥中的Cu、Zn、Ni、Pb和Cd向着更稳定的可氧化态或残渣态转变;污泥经过堆肥处理后,Cu、Zn和Ni 3种重金属生物有效性关系为:ABCD,与其他处理相比,处理A残渣态的Pb和Cr增加比例较多,综合来看,处理A对重金属生物有效性的降低最为明显,重金属钝化效果最佳。     

微量金属对废水厌氧处理效果的影响

以葡萄酒蒸馏废水的厌氧生物处理为例,研究了Fe、Ni、Co、Mo、Cu、Zn对厌氧反应器的COD去除率、出水中挥发性有机酸含量、气体产量、气体成分、pH缓冲能力和碱度等的影响.对比了微量金属投加前后,厌氧反应器污泥中微量金属含量的变化.得出微量金属具有提高厌氧运行效果的作用,其中,Co的作用要更大一些.Ni、Co、Mo在附着态、悬浮态污泥中具有逐渐积累的特点;Fe、Cu、Zn在附着态污泥中是淋失的,而在悬浮态污泥中变化不大.     

典型化学条件对Fe~(2+)促进消化污泥凝聚性能的影响

以消化污泥为研究对象,研究了Fe~(2+)浓度、pH和离子强度等因素对Fe~(2+)促进消化污泥凝聚性能的影响,采用扩展的DLVO理论(EDLVO)探讨了污泥絮体凝聚过程中结合能的变化特征,并对典型条件下各层胞外聚合物(EPS)的三维荧光谱图(EEM)进行了分析。结果表明:Fe~(2+)促进消化污泥凝聚的最佳化学条件为Fe~(2+)浓度50 mmol·L~(-1),pH=7.57(原始值),离子强度0.01 mol·L~(-1)。在最佳Fe~(2+)浓度或pH下,Fe~(2+)促进污泥凝聚的主要作用为:增大Zeta电位、提高絮体粒径和密实程度、增强疏水性和降低污泥絮体间的能垒;在最佳离子强度下,提高絮体粒径和密实程度是促进污泥凝聚的主要作用;离子强度的增加并未降低污泥位能曲线的能垒。EEM证明,Fe~(2+)主要与污泥EPS中slime层结合以促进污泥凝聚,主要结合物为蛋白质A、可见富里酸和紫外富里酸。     

新型碳源驯化的SRB去除酸性矿山废水中SO_4~(2-)最佳反应条件

针对硫酸盐还原菌(SRB)处理酸性矿山废水缺乏有效有机碳源问题,运用生活污水、鸡粪和锯末质量比80∶7∶3混合物的发酵液作为新型有机碳源驯化硫酸盐还原菌SRB,并研究SRB以该新型有机碳源作为营养物质在不同COD/SO2-4(C/S)值、pH值、初始硫酸根(SO2-4)浓度、重金属离子(Fe2+、Mn2+、Cu2+和Zn2+)浓度条件下对SO2-4的去除效果,以确定SRB去除SO2-4的最佳反应条件。实验结果表明,在厌氧环境SRB接种量8%、生长温度35℃、转速50 r/min、C/S为1.5~2.0、pH值6~7、初始SO2-4浓度≤3 000 mg/L、Fe2+在100~300 mg/L、Mn2+为35 mg/L时反应条件最佳,SO2-4去除率均可达90%以上;其中Fe2+浓度≤500 mg/L、Mn2+浓度≤140 mg/L时均会促进SRB对SO2-4的还原,当Fe2+浓度≥600mg/L时会严重抑制SRB,Mn2+浓度140 mg/L时会抑制SRB;Cu2+、Zn2+的存在对SRB均有影响,当Cu2+浓度15 mg/L时、Zn2+浓度45 mg/L时对SRB均有抑制作用。新型有机碳源可作为SRB的优良有机碳源,同时可实现以废治废的目的。该成果为实际应用提供了参考。     

基于硫酸根自由基(SO_4~-·)的污泥预处理技术

应用基于硫酸根自由基(SO_4~-·)的污泥预处理技术对抚顺某市政污水处理厂浓缩池剩余污泥进行预处理,强化污泥的过滤脱水性能。研究了最佳的氧化反应时间、S_2O_8~(2-)与Fe~(2+)的最佳投加浓度与投加方式;并探讨了SO_4~-·对污泥特性的影响。结果表明,当S_2O_8~(2-)投加浓度为80 mg·g~(-1)(以干物质计),Fe~(2+)和S_2O_8~(2-)的摩尔比为1:1,Fe~(2+)按时间比10 min:20 min分2段投加时,在反应时间30 min内,污泥的过滤脱水性能达到最佳。此外,Fe~(2+)活化S_2O_8~(2-)产生的SO_4~-·是强化污泥脱水的关键。同时,影响污泥脱水性能的胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)浓度和组成在氧化反应前后发生变化,污泥的脱水和过滤性能得到提高。     

不同pH值条件下Fe3+、Cu2+和Zn2+对厨余垃圾两相厌氧消化水解酸化过程的影响

通过间歇实验研究了在pH=7和不调节pH两种情况下添加不同浓度的Fe3 、Cu2 和Zn2 对厌氧消化水解酸化阶段有机酸组分和含量的影响.结果表明,pH=7时,添加50 mg/L Fe3 和30 mg/L Cu2 ,有利于厨余垃圾水解酸化过程的进行,反应生成的VFA(挥发性脂肪酸)含量增加.不调节pH时,添加100 mg/L以下的Fe3 和Cu2 对VFA含量也有所促进,但乳酸含量也增加.在2种pH条件下添加Zn2 对反应的促进或抑制作用均不明显.     

混合质电镀污泥中金属分离富集与分质回收研究

对混合质电镀污泥进行了湿法分离和金属回收研究,拟采用硫化分离富集—分质回收的工艺路线实现重金属的全组元回收。结果表明,在常温下采用分段硫化可以实现电镀污泥中Cu、Ni、Zn、Cr的分离与富集,在控制pH为3.8时,浸出液中Cu、Ni、Zn的硫化沉淀率均大于98%,Cu、Ni、Zn与Fe、Cr取得了较好的分离,在pH为4.1时,Cr与Fe取得了较好的分离效果,Fe的硫化沉淀率达到了93.35%,Cr最终在铬泥中得到富集;富集了Cu、Ni、Zn的硫化渣和富集了Cr的铬泥容易实现金属的分质回收;对重金属含量较低的混合质电镀污泥,采用硫化分离富集—分质回收的工艺是可行的,可将Cu、Ni、Zn、Cr等重金属予以全组元回收,同时处理后废渣可作为一般工业固废进行处理。     

不同添加剂强化低丰度厌氧氨氧化菌群的比较

以来源于一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(combined partial nitrification-anammox,CPNA)序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)工艺的活性污泥为对象,通过厌氧批式实验,比较3种添加剂(Fe~(2+)、氧化石墨烯、Fe~(3+))投加后对厌氧氨氧化菌的脱氮效果、活性、关键功能基因数量、群落结构和功能丰度的影响。实验结果表明:经过42 d的厌氧培养后,3种添加剂对厌氧氨氧化脱氮性能都有一定的强化作用,投加氧化石墨烯提高效果最好,它的总氮去除率最高能达到76.01%,平均总氮去除率高于对照组22.71%;而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)组的平均总氮去除率分别仅高于对照组5.69%和1.72%。投加3种添加剂均能提高厌氧氨氧化菌活性,其中氧化石墨烯组的活性比对照组提高8.08%,Fe~(3+)组的活性比对照组提高10.02%。投加氧化石墨烯对厌氧氨氧化菌代谢过程中hzo基因数量的提高效果最好,比对照组提高6.83倍,投加Fe~(2+)和Fe~(3+)分别比对照组提高5.14倍和4.90倍;且投加氧化石墨烯对浮霉菌门富集扩培效果最好,其丰度比对照组提高44.51%,而投加Fe~(2+)和Fe~(3+)后丰度结果分别比对照组提高1.03%和稍低于对照组。投加氧化石墨烯对微生物代谢功能的提升效果最佳。     

剩余污泥混合对絮凝污泥厌氧消化的强化

为了考察絮凝污泥与剩余活性污泥混合中温(35℃)厌氧消化效果,分析了不同混合比例、不同投配率下的总化学需氧量(TCOD)去除率、挥发性固体(VS)降解效果,通过p H值与氨氮浓度的变化来分析各反应器的稳定性。结果表明:污泥混合后消化效果明显得到提高,且污泥消化效率随着投配率的增加先提高后下降。5%投配率时,絮凝污泥/剩余污泥(VS比)为1∶2时厌氧消化效果最好,TCOD去除率达到47.8%,VS降解率达到46.8%,分解单位VS产气量达到了435 m L/g,p H值与氨氮浓度分别保持在7.4和269 mg/L左右,混合污泥厌氧消化系统较稳定。这说明与剩余污泥的混合消化能有效提高絮凝污泥的厌氧消化性能。污泥絮体的显微分析表明:厌氧消化过程中絮体面积百分比逐步减小,污泥结构逐步解体,可以解释污泥消化的微观过程。     

MBR污泥热水解强化厌氧消化中试研究

针对MBR污泥开展热水解强化厌氧消化中试研究,考察了热水解对污泥性质、厌氧消化效率和污泥脱水性能的影响。结果表明,热水解后污泥中总固体(TS)、挥发性固体(VS)的含量基本不变,但污泥的溶解性总固体(s TS)和溶解性挥发性固体(s VS)含量提高至原泥的10倍左右,总固体解离度(TSDD)和挥发性固体解离度(VSDD)分别为31.7%和51.9%,同时污泥的黏度由927.8 m Pa·s降低至550.4 m Pa·s,污泥流动性显著增强。热水解处理可有效提高污泥厌氧消化反应效率,沼气产量和有机分解率均提高1倍,化学需氧量(COD)消减率由33%上升至44%,但热水解厌氧消化后污泥NH+4-N浓度为传统厌氧消化的2倍。此外热水解能有效改善污泥脱水性能,不添加任何药剂时,热水解污泥经板框压滤机脱水后含水率可降至33.29%。     

中国部分城市污泥中矿质元素形态与生物可利用性研究

近年来随着城市污水处理厂数目迅速增加,低成本、高效率的污泥农用受到越来越多的关注。研究从北到南的五家污水处理厂消化污泥中矿质元素的含量和形态分布,为污泥资源化的合理利用提供科学参考。结果表明：消化污泥总体呈高有机质、高氮磷、低K、高矿质元素营养的相似性,但其理化性质如阳离子交换容量(CEC)、pH等差异较大,对矿质元素的形态分布与生物可利用性有明显的影响。同种元素在不同污泥中含量的差异较大,相差数倍,甚至十倍以上。污泥中不同元素含量明显不同,Fe的浓度最高,次之是Mg、Zn、B的浓度最低。连续提取研究表明,污泥pH对污泥中矿质元素的形态分布有明显影响,酸性污泥(厦门污水处理厂)中各矿质元素酸溶／交换态百分率明显高于其他污泥。Cu主要分布在氧化态;Zn的三态分布百分率均在10％以上;Mg、Mn的酸溶／交换态含量较高;Fe主要分布在残渣态;B氧化态和还原态的百分率较高。建议在全国范围内进行一次污水处理厂污泥品质调查,为污泥合理农用提供科学依据。