天津市PM 2.5水溶性无机离子污染特征与来源分析

比较了天津市雾霾天和非雾霾天PM_(2.5)中水溶性无机离子(SO_4~(2-)、NO_3~-、Cl~-、NH_4~+、Ca~(2+)、Na~+、Mg~(2+)、K~+)的污染特征,并对其来源进行分析。结果表明:(1)非雾霾天PM_(2.5)日均质量浓度为35～60μg/m~3,均值为43μg/m~3,雾霾天PM_(2.5)日均质量浓度为120～332μg/m~3,均值为242μg/m~3;雾霾天水溶性无机离子浓度均高于非雾霾天。(2)非雾霾天SO_4~(2-)主要来自大气中燃煤源的SO_2二次转化,NO_3~-主要来自一次污染源,雾霾天SO_4~(2-)、NO_3~-主要来自大气中燃煤源的SO_2、NO_2二次转化;非雾霾天NH_4~+主要以(NH_4)_2SO_4和NH_4NO_3的形式存在,雾霾天NH_4~+主要以NH_4NO_3和NH_4HSO_4的形式存在;Na~+、K~+、Cl~-除了海盐来源外,煤和生物质的燃烧及其二次转化是主要贡献源;Ca~(2+)和Mg~(2+)主要来自建筑扬尘源和土壤扬尘源。(3)风速和相对湿度是雾霾天SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+浓度变化的重要原因。     

西安市全年中PM_(2.5)水溶性无机离子变化特征

采用ICS-1100型离子色谱仪在2014年6月到2015年6月期间对西安市大气中PM_(2.5)水溶性离子(NO_3~-、NH_4~+、SO_4~(2-)、NO_2~-、Cl~-、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、K+)进行的实时监测,分析了全年PM_(2.5)中水溶性无机离子变化特征。结果显示:采样期间,西安市PM_(2.5)中NO_3~-、NH_4~+、SO_4~(2-)和Cl~-年均值占总离子的89.49%,且有明显月变化趋势,峰值出现在11和12月份,月浓度均值较往年同期降低,最高达到30.26、15.19、11.43和16.60μg·m~(-3)。Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)和K~+浓度变化趋势与主离子不完全一致。NO_3~-均值大于SO_4~(2-)均值,表明PM_(2.5)中水溶性离子的主要贡献者为移动源。NO_3~-小时均值高于SO_4~(2-)小时均值,且在10:00和20:00处形成2个峰值。PM_(2.5)中NO_3~-与NO_2~-在0.05水平上显著相关,SO_4~(2-)与Cl~-的在0.01水平上极显著相关。     

鼓泡反应器中液相络合催化同时脱硫脱硝的研究

在鼓泡反应器中考察了[Co(en)3]2+同时吸收去除SO2和NO的影响因素,实验结果表明,pH值和脱硫剂种类是影响乙二胺合钴同时脱除NO和SO2的最重要影响因素,烟气中的氧促进乙二胺合钴吸收NO和SO2,烟气中的SO2,CO2和NO2对乙二胺合钴吸收NO具有抑制作用。在实验条件温度为20℃,pH为13.0,[Co(en)3]2+浓度为0.025 mol/L,加入1 g NH3.H2O的脱硝率更好,连续吸收60 min,脱硝率均保持在93.5%,加入NaOH和NH3.H2O的脱硫效果最好。乙二胺合钴络合同时脱除NO和SO2完全可以在一个装置中完成。     

O_3氧化-SO_3~(2-)还原燃煤烟气脱硝

燃煤烟气同时脱硫脱硝是燃煤烟气污染治理技术研究与应用的趋势。提出利用臭氧注入到模拟烟气氧化NO生成NO_2,再利用NO_2氧化亚硫酸盐生成硫酸盐,同时NO_2被还原生成N2的工艺方法。研究了沿面放电法产生臭氧、臭氧氧化NO、NO_2在亚硫酸钠溶液中的转化和溶液中SO_2-4生成及影响因素。结果表明,臭氧投加量对NO氧化过程影响较大,当O_3/NO摩尔比为1.1时,烟气中NO脱除率达到90%;亚硫酸钠溶液中NO_2脱除率达到97%,且在吸收液温度小于80℃、pH小于10的条件下,NO_2脱除率基本保持不变;液相亚硫酸钠溶液中NO_2与SO_2-3离子之间氧化还原反应生成SO_2-4离子和N2是NO_2转化的主导反应。     

西宁取暖季PM2.5水溶性离子的污染特征研究

于2017年1—5月(取暖季)在西宁市区、郊区、农村设置采样点采集PM_(2.5)样品,利用离子色谱法测定PM_(2.5)中水溶性无机离子浓度。结果表明:取暖季西宁大气PM_(2.5)日均质量浓度为(55.98±52.66)μg/m~3,呈现明显的市区郊区农村的浓度变化特征。PM_(2.5)中水溶性离子质量浓度之和占PM_(2.5)质量浓度的36.3%,水溶性离子平均浓度大小为SO_4~(2-)NO_3~-NH_4~+Na~+Cl~-C_2O_4~(2-)Ca~(2+)F~-K~+Mg~(2+);取暖季西宁大气硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)平均值分别为0.21、0.13,表明SO_4~(2-)、NO_3~-主要由二次转化形成,PM_(2.5)中NO_3~-/SO_4~(2-)(质量浓度比)为0.75,阳离子与阴离子电荷摩尔数比值为0.89,表明燃煤是PM_(2.5)主要贡献源,颗粒物总体呈酸性。后向轨迹分析表明,重污染期间西宁PM_(2.5)及其中水溶性离子的浓度变化不仅受本地污染源的影响,也受外来气团输送的影响。     

天津冬季PM_(2.5)中水溶性无机离子污染特征研究

2015年12月3—21日对天津冬季 PM2.5进行了采样分析,重点分析了 Na~+、Mg~(2+)、NH_4~+ 、Ca~(2+)、K~+、Cl~-、SO_4~(2-) 、NO_3~-8种水溶性无机离子,结合风速、相对湿度、温度等气象资料,并利用主成分分析对水溶性无机离子来源进行了解析。结果表明,风速小、气温高和相对湿度大的天气条件以及冬季燃煤的人为原因是引起霾天的重要原因。采样期间PM_(2.5)平均质量浓度为104.22μg/m~3。霾天中,轻微霾天、轻度霾天、中度霾天、重度霾天的PM_(2.5)中总离子平均质量浓度分别为27.63、26.89、105.03、143.92μg/m~3,远高于非霾天的15.43μg/m~3。SO_4~(2-)是水溶性无机离子中含量最高的离子,约占总离子的1/3,SO_4~(2-)、NO_3~-、Cl~-和NH_4~+浓度之和占总离子的90%以上。随着霾程度加重,NH_4NO_3占比增加,(NH_4)_2SO_4占比减少。水溶性无机离子主要来源于海盐粒子、生物质燃烧、机动车尾气排放和燃煤等。     

北京西山典型游憩林内PM_(2.5)质量浓度及水溶性离子特征分析

以北京西山森林公园为观测点,运用双通道颗粒物在线监测设备监测PM_(2.5)质量浓度,使用离子色谱仪测定样品中水溶性离子浓度,对北京西山油松林PM_(2.5)质量浓度及水溶性离子特征进行分析。结果表明:PM_(2.5)质量浓度为冬季(121.29±16.78)μg·m~(-3)春季(106.06±12.68)μg·m~(-3)秋季(88.01±17.44)μg·m~(-3)夏季(72.67±12.18)pg·m~(-3);SO-4~(2-)、Na~+、N0_3~-、HC0O~-是PM_(2.5)中最主要的水溶性离子成分,占所测水溶性离子浓度在四季分别为94.99%、72.66%,72.66%、89.52%,PM_(2.5)受SO_4~(2-)、Na~+、N0_3~_、NH_4~+影响较大基本呈正相关关系,SO_4~(2-)、Na~+、N0_3~-、NH_4~+、PM_(2.5)浓度季节变化一致,即在冬季最高,夏季最低春秋次之,且水溶性离子季节差异显著。SO_4~(2-)和N0_3~-、Na~+、NH_4~+的相关性极显著(r=0.85、0.80、0.92),NO_3~-和Na~+、NH_4~+之间关系也较大(r=0.87,0.66),Ca~(2+)和Mg~(2+)相关性极明显(r=0.98),其他水溶性离子间无明显的相关性,固定源和海洋源对水溶性离子贡献程度呈现出季节差异,秋季机动车尾气排放对空气硫和氮污染贡献达最高,春季最低,夏秋季海洋源对Cl~-影响明显。通过对森林植被区PM_(2.5)、水溶性离子特征及关系进行分析,更好地发挥植被的生态效益,提高空气质量。     

不同阴离子下纳米TiO_2催化臭氧化对溴酸盐生成的影响

为研究不同阴离子条件下纳米TiO_2催化臭氧化(nano-TiO_2/O_3)过程对溴酸盐(BrO_3~-)生成的影响,本研究通过小试实验分别考察了不同浓度溴离子(Br~-)、氯离子(Cl~-)、碳酸氢根离子(HCO_3~-)、硫酸根离子(SO_4~(2-))和亚硝酸根离子(NO_2~-)对纳米TiO_2催化臭氧化过程BrO_3~-生成的影响,并对不同阴离子条件下单独臭氧化(O_3)过程和nano-TiO_2/O_3过程BrO_3~-生成情况进行对比。结果表明,不同Br-初始浓度下,相对于O_3过程,纳米TiO_2对BrO_3~-生成的抑制效果规律不明显;Cl-浓度从0增至150 mg·L~(-1)时,纳米TiO_2抑制率呈现先增加后下降的趋势;HCO_3~-存在的水体,投加纳米TiO_2对BrO_3~-生成的抑制效能大大减弱;当SO_4~(2-)初始浓度为0~90 mg·L~(-1)时,相对于O_3过程,nano-TiO_2/O_3过程BrO_3~-生成量减少了22.50%~68.77%;当NO_2~-初始浓度为0~1 mg·L~(-1)时,相对于O_3过程,nano-TiO_2/O_3过程BrO_3~-生成量减少了2.22%~68.77%。     

臭氧定量氧化联合湿法吸收同时脱硫脱硝

采用臭氧定量氧化NO,并结合湿法吸收进行脱硫脱硝实验研究。吸收实验选取3种常见碱性吸收液,采用鼓泡法进行NO_x脱除效果对比,最终选定0.05 mol·L~(-1)的Ca(OH)_2乳浊液为吸收液。考察了NO和NO_2不同配比下的吸收效果,当氧化度为60%(NO_2/NO物质的量比1.3)时,吸收效果最佳。臭氧氧化实验结果表明,O_3/NO物质的量比为0.6时能达到最佳氧化度,碱液吸收NO_x脱除效率能达到76%,SO_2脱除效率达100%。当改进鼓泡方式后,最佳氧化度条件下NO_x脱除效率提高到85%。碱液pH对该法脱硝效率有影响,SO_2的存在对NO_x的脱除有一定促进作用。     

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。     

厌氧条件下氨氧化电子受体研究进展

厌氧氨氧化(Anammox)以NH_4~+为电子供体,NO_2~-为电子受体,无需经过硝化和反硝化过程直接生成N_2从而实现脱氮,是传统硝化、反硝化脱氮工艺的突破。电子受体是Anammox的关键物质。随着对Anammox的深入研究,发现多种电子受体可在厌氧条件下转化NH_4~+,为Anammox的广泛应用提供了理论支撑。介绍了NO_2~-、SO_4~(2-)和Fe~(3+)作为Anammox的电子受体转化NH_4~+的反应机制,对目前机制分析中存在争议的方面进行了探讨,并对多种电子受体下的Anammox研究进行了展望。     

双介质阻挡放电联合催化降解甲苯的副产物影响因素

双介质阻挡放电(DDBD)联合催化降解有机废气具有广阔的应用前景,探讨其副产物影响因素以便控制其浓度很重要。为此,采用自制高压电源与新型阵列式DDBD联合催化(以TiO_2/Al_2O_3或Co/活性炭为催化剂)反应器,考察了其反应放电特性与波形,研究了甲苯初始浓度、气量、相对湿度和能量密度对脱除甲苯废气产生副产物(O_3和NO_2)的影响。结果表明:O_3和NO_2的浓度均随着甲苯初始浓度、气量、相对湿度的增加而降低,但随着能量密度的增加而升高。催化剂可以显著降低O_3和NO_2浓度,其中Co/活性炭在降低O_3和NO_2浓度方面效果最显著。当甲苯初始质量浓度为300mg/m~3、气体相对湿度为55%、气量为100m~3/h、能量密度为7.2J/L时,DDBD联合Co/活性炭催化剂脱除甲苯废气产生的O_3质量浓度最低,为16.9mg/m~3;当甲苯初始质量浓度为50mg/m~3、相对湿度为85%、气量为100m~3/h、能量密度为7.2J/L时,DDBD联合Co/活性炭脱除甲苯废气产生的NO_2质量浓度最低,为23.5mg/m~3。     

再生水补给河道入渗区地下水水质时空变异分析

运用聚类分析、判别分析和主成分/因子分析方法来研究潮白河流域再生水补水河段地下水水质的时空变异情况。对地下水进行剖面分析(剖面A为平行于水流场方向,剖面B垂直于水流场方向)。地下水研究结果表明除NO_3~-、NH_4~+和Mn~(2+)外,其余指标均达到地表水Ⅱ类标准。剖面A的季节判别中由于淋溶作用筛选出p H和TDS,正确率为77.5%,说明研究区在近岸区。同时,剖面B的季节变异由于远离河岸的土壤蓄水层中氧化还原作用使得Fe~(3+)、Mn~(2+)、Na~+、NO_2~-、COD_(Mn)和TP被判别出,正确率为74.4%。此外,由于非冻土期土壤蓄水层中频繁的淋溶作用和活跃的生化反应识别出COD_(Mn)、HCO_3~-、NO_2~-、p H、SO_4~(2-)、Cl~-、Na~+和Ba~(2+)表征了非冻土期剖面A的空间变异,而判别正确率为100%的F~-、Na~+和HCO_3~-则表征了冻土期剖面A的空间变异。冻土期剖面B的TDS和TP以及非冻土期剖面B的TN和K~+的判别正确率均为100%。再生水对近岸带的影响较远岸带显著。该分析结论可归因于再生水的污染、土壤蓄水层矿物盐岩溶解污染、工农业废水排放的点源污染和降水及流域水土流失所造成的非点源污染的综合作用。     

济南市PM2.5化学组分及污染特征分析

为探讨济南市大气PM_(2.5)主要化学组分和污染特征,2017年在济南市开展了PM_(2.5)样品采集工作,分析了PM_(2.5)中有机碳(OC)、元素碳(EC)和水溶性离子浓度水平。结果表明:采样期间济南市PM_(2.5)中OC、EC年均质量浓度分别为9.10、2.68μg/m~3,全年OC与EC质量浓度的比值为3.4,二次有机碳污染严重;OC、EC季节分布特征明显,均为冬季浓度最高,且秋、冬季两者相关系数较高,表明秋季和冬季OC、EC来源较为一致。NO_3~-、SO_4~(2-)、NH_4~+年均质量浓度之和为34.29μg/m~3,占水溶性离子总量的88.9%,是济南市PM_(2.5)中最重要的组分;各水溶性离子浓度具有明显的季节变化特征,NO_3~-、SO_4~(2-)、NH_4~+、Cl~-和K~+均冬季浓度最高,而Ca~(2+)春季浓度最高;PM_(2.5)中NO_3~-与SO_4~(2-)质量浓度的比值为1.10,说明相比于固定污染源,移动污染源对济南市PM_(2.5)影响更大。     

纳米铁炭微电解去除水中硝酸盐途径及其动力学

为了研究纳米铁炭(NZVI/AC)体系去除硝酸盐的反应途径及其动力学,通过NZVI/AC、纳米铁(NZVI)、活性炭(AC)对硝酸盐的还原或吸附过程探讨微电解作用,反应前后NZVI/AC变化、氮种类变化、pH变化,以及NO_3~-和Fe~(2+)的相互作用探讨其还原途径,对比不同条件(NZVI/AC投加量、硝酸盐浓度、溶液初始pH、离子强度)的动力学规律。结果表明:NZVI/AC在去除硝酸盐的过程中存在协同作用且最终产物主要是NH_4~+,无论是在NZVI/AC不足或过量的情况下,准二级吸附动力学模型对于NO_3~-的去除和Langmuir-Hinshelwood模型对于NH_4~+的生成都能提供很好的拟合结果。     

利用粉煤灰硫酸浸取液制备十二水硫酸铝铵

粉煤灰提取氧化铝是粉煤灰高值化利用的重要方向。通过在粉煤灰酸浸液中加入硫酸铵形成常温下可结晶的十二水硫酸铝铵晶体(NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O),从而实现铝盐的高效分离。考察了结晶温度、NH_4~-/Al~(3+)摩尔比,初始Al~(3+)浓度等因素对铝回收及NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O结晶的影响;利用电感耦合等离子光谱仪(ICP)和X射线衍射仪(XRD)对晶体中的杂质含量及晶体组成进行了分析。结果表明,随着结晶温度的升高,铝回收率显著下降,但晶体纯度升高;铝回收率和晶体纯度均随着NH_4~-/Al~(3+)摩尔比的增加而增加;较高的初始Al~(3+)浓度可促进铝的回收和晶体纯度的提高。对十二水硫酸铝铵的结晶过程进行优化,结果表明,在结晶温度为15℃;NH_4~-/Al~(3+)摩尔比为1.0~1.5;初始Al~(3+)浓度为0.88 mol/L时,铝的回收率可达74%,十二水硫酸铝铵纯度在90%以上。     

基于响应曲面法优化H_2O_2/Fe~(3+)脱除烧结烟气中的Hg~0

烧结烟气中重金属汞的含量较高,湿法氧化脱除零价汞(Hg~0)是当前最受关注的技术之一,但该氧化脱除技术的操作条件仍需优化。为此,以响应曲面法对H_2O_2/Fe~(3+)氧化脱除Hg~0进行了研究和优化。首先参照单因素实验结果,利用Box-Behnken设计(BBD)的3因素3水平实验研究了溶液温度、H_2O_2浓度和Fe~(3+)浓度3个条件的交互作用并进行分析和优化,发现以H_2O_2/Fe~(3+)氧化脱除Hg~0的最佳条件为溶液温度41.78℃、H_2O_2浓度0.55mol·L~(-1)和Fe~(3+)浓度0.007mol·L~(-1),在此最佳条件下Hg~0的脱除效率可高达87.28%。最后,在该条件下进行了验证研究,实验结果表明最优条件下Hg~0的脱除效率为87.93%±0.87%,与模型预测值基本吻合,表明基于响应曲面分析法所得出的最佳工艺参数准确可靠,对利用H_2O_2/Fe~(3+)脱除钢铁行业烧结烟气中Hg~0的条件优化具有较好的指导作用。     

易回收Co_3O_4/氧化石墨烯/氧化纤维素的制备及其对染料降解的研究

针对Co_3O_4/氧化石墨烯(GO)纳米复合催化剂粒径小、不易回收的问题,通过溶液共混法将Co_3O_4/GO与氧化纤维素(TOCNs)复合,制备出粒径约为5mm的新型复合催化剂Co_3O_4/GO/TOCNs。采用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等对其进行表征,并催化单过硫酸氢钾(PMS)降解酸性橙Ⅱ。实验结果表明:Co_3O_4/GO/TOCNs的催化性能与Co_3O_4/GO一致且可自沉淀回收,稳定性良好,循环使用过程中Co溶出质量浓度均保持在0.1mg/L以下;当酸性橙Ⅱ初始摩尔浓度为0.2mmol/L,PMS投加量为2.00mmol/L,Co_3O_4/GO/TOCNs投加量为0.50g/L,温度为25℃,pH=7时,酸性橙Ⅱ可在6min内完全降解。     

紫外光降解硝酸盐体系中四环素

为了考察紫外光照射下四环素(tetracycline,TC)在硝酸盐(NO_3~-)体系中的降解过程,研究了初始pH、TC初始浓度、NO_3~-浓度、腐殖酸以及磷酸盐等环境因子对TC光降解的影响,利用ESR检测和自由基猝灭实验,量化分析体系中不同氧化途径对TC去除的贡献率。结果表明:TC在NO_3~-体系中的光降解受pH影响显著;腐殖酸和磷酸盐对TC的降解表现出不同程度的抑制作用;TC通过直接光解、HO·、~1O_2和O_2~(·-)氧化4种途径降解,当TC浓度为10.0 mg·L~(-1),NO_3~-浓度为1.0 mmol·L~(-1),pH为7.0时光照150 min后,不同途径的贡献率分别为60.4%、25.6%、8.9%和5.1%。结果有助于了解TC的环境化学行为,为TC治理提供参考。     

论铁离子的水解机理

铁离子的水解机理是一个探索已久的老问题。在水解过程中,铁离子并不是单纯地按照 Fe~(3+)→Fe(OH)_3↓那样简单,而是在水溶液中生成了如 Fe(H_2O)_6~(3+)、Fe_2(OH)_2~(4+)、Fe_3(OH)_4~(5+)等等各种各样的离子和分子。由于它们之间的相互作用,形成了多种聚合体,这些聚合体在凝聚过程中起着极为重要的作用。