铸铁和椰壳活性炭混合介质修复高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水研究

铬是人体和动物必需的微量元素之一。但高浓度的铬,尤其是地下水中的Cr(Ⅵ)可能对人体健康和环境造成很大的危害,因此研究高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水的修复技术至关重要。应用铸铁和椰壳活性炭作为模拟柱中渗透反应格栅(PRB)的反应介质,为了防止实验过程发生堵塞,添加适当河沙,通过铸铁的还原作用及椰壳活性炭的吸附作用研究PRB对高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水的修复效能。结果表明:铸铁、椰壳活性炭、河沙的质量比为3∶1∶4、Cr(Ⅵ)为400 mg/L条件下,完全穿透时反应材料对Cr(Ⅵ)整体去除率为67.0%,PRB反应介质寿命为165d;侧孔Cr(Ⅵ)浓度随时间延长而逐渐增大,离进水口越近,材料去除Cr(Ⅵ)的能力降低越快;出水及沿程在没有Cr(Ⅵ)检出时pH为4.5～7.0,出水有Cr(Ⅵ)检出时pH均大于7.0;出水中无Cr(Ⅵ)检出时,总铁(TFe)含量较高,Fe(Ⅲ)含量较少,有大量Fe(Ⅱ)产生,出水有Cr(Ⅵ)检出时,对应的Fe(Ⅲ)和TFe检出浓度均较低,说明柱体内铸铁材料基本钝化完全。     

Ni/Fe双金属降解四氯化碳和四氯乙烯的对比试验

以四氯化碳(CT)和四氯乙烯(PCE)为目标污染物,以批试验方法研究Ni/Fe双金属对CT和PCE的还原性脱氯.结果表明:Ni/Fe双金属可有效去除水中的CT和PCE;Ni/Fe双金属对CT和PCE的降解反应均符合准一级反应动力学方程;在相似的反应条件下,Ni/Fe双金属对CT和PCE脱氯的反应速率常数(kobs)之比为1.48和1.67,说明Ni/Fe双金属对CT的脱氯速率要快于对PCE的脱氯速率;Ni/Fe双金属可对PCE完全脱氯,但对CT脱氯过程中产生少量三氯甲烷(TCM).     

Fe0/Fe3O4复合材料同时去除水中多种重金属的效果

零价铁(Fe0)具有中等还原性,可通过还原反应或通过铁腐蚀产物的吸附和共沉淀过程去除水中重金属.但由于铁表面易钝化,导致铁腐蚀反应难以持续,这是限制Fe0应用的关键.因此,本研究通过原位制备零价铁复合体系(Fe0/Fe3O4),并采用批处理和连续流的流化床反应器考察了该复合体系同时去除水中Zn2+、Ni2+和Cr(Ⅵ)...     

PRB技术对地下水中重金属离子的处理研究

实验模拟地下环境,以受重金属离子Pb(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Fe(Ⅱ)和总Mn污染的地下水为研究对象,利用还原铁粉、铸铁粉、铸铁粉与颗粒活性炭的混合物为可渗透反应墙(PRB)的主要介质,石英砂为辅助介质,设计了3种反应器.在有效孔隙率为60%～65%、水力停留时间为12.0～14.4 h的条件下,考察其对污染物的去除效果.结果表明:3种反应器对Pb(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)均有较高的去除效果,去除率达98%以上;总Mn的去除率分别达98%、89%和66%;Fe(Ⅱ)的去除率分别达83%、56%和49%.考察了3种反应器内pH、Eh、DO的关系及对重金属离子去除效果的影响,分析了污染物的去除机理.综合考虑处理效果与成本,笔者认为以铸铁粉与石英砂的混合物为PRB的反应介质,应用PRB技术原位处理受上述重金属离子污染的地下水是可行的.     

修复铬污染地下水的可渗透反应墙介质筛选

通过实验研究筛选出一种经济、高效的用于修复铬污染地下水的可渗透反应墙(PRB)介质。实验以铬污染地下水为研究对象,分别对Fe0、Fe0+石英砂和包覆型零价铁填料进行了筛选实验,选取处理效果好且经济可行的包覆型零价铁材料作为PRB反应介质。结果表明,以包覆型零价铁材料作为PRB反应介质,大大提高了铁粉的利用效率,且缓解了系统堵塞严重的问题。以包覆型零价铁材料作为PRB反应介质修复Cr(VI)污染地下水是可行的。     

维生素B_(12)协同纳米Fe/Cu双金属对五氯酚的催化降解与机理

针对水中含氯有机物的脱氯降解,制备了Fe/Cu双金属纳米颗粒,并引入维生素B12,研究铜负载率和维生素B12的剂量对以五氯酚为典型污染物的脱氯效果。结果表明:维生素B12和纳米零价铜能够有效提升五氯酚的脱氯速率及脱氯程度,脱氯率从4.52%增加到78.55%,降解产物从四氯酚进一步降解为苯酚。实验发现增加铜负载率可使双金属比表面积增大,催化活性位增多;增加维生素B12浓度可促进体系电子传递,使体系还原反应活性提升。铜负载率和维生素B12浓度过大均会使体系反应速率减缓甚至抑制。实验优化铜负载率为10%(质量分数),维生素B12浓度为20 mg·L~(-1)。探讨纳米零价铜和维生素B12的催化机理,以期对降解含氯有机物提供可操作性的参考。     

微波—Cu/Fe双金属催化剂—过氧化氢工艺催化降解甲基橙废水的研究

采用超声浸渍法制备了具有较高催化活性的Cu/Fe双金属催化剂。采用微波—Cu/Fe双金属催化剂—过氧化氢工艺处理甲基橙废水,并研究了相关影响因素。结果表明,Cu/Fe双金属催化剂的Cu和Fe具有协同催化效应,可大大提高甲基橙废水的降解率。在Cu/Fe双金属催化剂投加量10g/L、过氧化氢(质量分数为30%)投加体积1.0mL、微波功率500 W、辐照时间5min的最优化条件下,50mL质量浓度为100mg/L的甲基橙废水降解率可达98.94%。     

纳米铁系双金属-微生物体系去除地下水NO-3-N研究

采用不同液相还原法制备纳米Fe0、Fe/Ni和Fe/Cu粒子,将其与反硝化细菌混合应用于地下水NO3--N去除研究。考察3种体系对NO3--N去除速率的影响,并对其脱氮产物及RNA水平上纳米铁系双金属对反硝化细菌的毒性效应进行了分析和讨论。结果表明,9 d内纳米Fe0体系可完全将NO3--N去除,过程中伴随NO2--N先升高后降低的生成趋势,NH 4+-N生成52%;纳米Fe/Ni体系脱氮速率最快,6 d内可将NO 3--N完全去除,几乎未检测到NO 2--N的生成,而NH 4+-N的转化率高达69%;纳米Fe/Cu体系7 d内可将NO3--N去除完全,NH4+-N的生成率降低,仅39%,但是出现33%NO2--N积累。从反应前后反硝化细菌总RNA浓度变化看,3种纳米粒子对反硝化细菌的毒性大小为纳米Fe/Ni﹥纳米Fe/Cu﹥纳米Fe0。     

(B-NZVI)/CTMAB的制备及对水中铬(Ⅵ)的去除性能与机理

采用液相还原法制备膨润土负载纳米铁(B-NZVI),并用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)对其进行表面改性,研究了不同n(FeSO4)/n(NaBH4)(记为N)制备的(B-NZVI)/CTMAB的除铬效果。结果表明,N=1时制备的(B-NZVI)/CTMAB除Cr(Ⅵ)效率最高,较未改性的膨润土负载纳米铁(B-NZVI)的除Cr(Ⅵ)效率(57.7%)提高了23.7%,反应速率提高1.31倍。X射线衍射发现,N=1时不仅有零价铁,还有Fe(Ⅱ),对加快反应速率和提升去除效果有一定作用。从反应后产物的光电子能谱(XPS)图看出Cr(Ⅵ)被吸附后大部分还原为Cr(Ⅲ),而铁被氧化为Fe(Ⅲ)。最后,结合反应前后材料的表面电性以及扫描电镜图,对(B-NZVI)/CTMAB改性机制、改性后纳米零价铁线的形成及去除Cr(Ⅵ)的机理和产物等进行了探究。     

生物炭负载羧甲基纤维素钠稳定化纳米铁对水中六价铬的去除

利用液相还原法,通过先负载再包裹的方式制备了4种不同炭铁质量比的生物炭负载羧甲基纤维素钠稳定化纳米铁(BC-nZVI-CMC)材料,并将其用于对水中Cr(Ⅵ)的去除,使用扫描电镜、X射线衍射和傅里叶红外等技术对BC-nZVI-CMC的结构与性质进行了表征。结果表明:BC-nZVI-CMC具有较好的分散性,粒径为纳米级且被CMC完全包覆,抗氧化能力得到较大提升,可有效去除水中Cr(Ⅵ);投加1 g·L~(-1)的BC-nZVI-CMC对含有30 mg·L~(-1)的Cr(Ⅵ)去除率达99.83%;pH越小,越有利于BC-nZVI-CMC对水中Cr(Ⅵ)的去除,最高去除率可达100%;BC-nZVI-CMC的抗氧化能力明显高于商品纳米铁和生物炭负载纳米铁;含有8 g·L~(-1) C/Fe=1∶1的BCnZVI-CMC对电镀废水中Ni、Zn、Cu、总铬、Cr(Ⅵ)的去除率可达39.60%、91.70%、100%、91.69%、100%。上述研究结果对水中Cr(Ⅵ)去除新技术的开发有重要的参考价值。     

硝酸根对零价铁去除地下水中六价铬的影响

通过批实验和连续通流的柱模拟实验对比研究了存在NO_3~-和不存在NO_3~-条件下零价铁(Fe~0)去除Cr(Ⅵ)的反应特征,并对比分析了NO_3~-对零价铁(Fe~0)去除Cr(Ⅵ)的影响。批实验结果表明,在不同初始pH条件下,NO_3~-的加入均使得零价铁(Fe~0)去除Cr(Ⅵ)的速率升高;当初始pH=7时,NO_3~-的促进作用最强,反应速率是无NO_3~-条件下的2.1倍。柱实验结果表明,NO_3~-的加入使得Fe~0去除Cr(Ⅵ)的反应分成了3个不同的阶段:高效期(198孔隙体积数(PV)),快速钝化-平稳钝化期(198-1025 PV)以及彻底钝化期(1025 PV)。在高效期,反应中的NO_3~-表现为对Fe~0反应位点的竞争,抑制了Cr(Ⅵ)还原。在后期的2个阶段中,反应中NO_3~-则呈现明显的促进作用。NO_3~-的存在使得零价铁(Fe~0)柱趋于整体性同步钝化,延长了Fe~0柱的运行寿命,并且增加了零价铁(Fe~0)柱对Cr(Ⅵ)的去除效率。NO_3~-对Fe~0去除Cr(Ⅵ)反应的促进作用原因是由于NO_3~-与Fe~0反应产生Fe3O4,Fe3O4可以还原Cr(Ⅵ),并且具有阻滞反应的产物在Fe~0表面堆积和促进电子传导作用。     

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。     

多硫化钙与亚铁盐联用去除工业废水中的Cr(Ⅵ)

还原稳定化修复技术是当前重金属污染修复领域的主要技术,其中,重金属去除率和环境扰动是评价修复效果的重要指标.以不同pH重铬酸钾溶液模拟Cr(Ⅵ)污染水体,分别研究了多硫化钙、硫酸亚铁和二者联用对水体重金属Cr(Ⅵ)的还原稳定性,同时考察了环境因素对药剂联用的影响并探究各药剂对Cr(Ⅵ)的去除机理.结果表明:当多硫化钙与硫酸亚铁投加比例为1:2时,药剂联用对Cr(Ⅵ)和总Cr的去除效果均优于单独施加药剂时的去除效果且还原产物较稳定,对体系扰动作用相对较小;低pH和较高温度有利于联用药剂对Cr(Ⅵ)的去除,HCO3-、Cl-、Mn2+的加入有利于去除Cr(Ⅵ),Fe3+对 Cr(Ⅵ)去除表现为低浓度抑制、高浓度促进;经反应产物成分分析,多硫化钙与硫酸亚铁反应生成了具有催化效果的FeS,提高了修复效果.以上研究结果可为后期Cr(Ⅵ)污染水体的控制和修复提供参考.     

非活性原始铜藻对水中Cr(Ⅵ)的生物吸附

以非活性原始铜藻(Sargassum horneri)(以下简称铜藻)为生物吸附剂处理含Cr(Ⅵ)废水,考察了溶液pH、铜藻投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度、反应时间及温度对Cr(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,当pH在1~9时,pH越低时铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附效果越好;降低铜藻投加量或增加Cr(Ⅵ)初始浓度均能提高铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附容量,但会降低溶液中Cr(Ⅵ)的去除率。铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附过程更遵循准二级动力学模型,且颗粒内扩散并不是该吸附过程的唯一速率控制步骤。Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附,20、30、40、50℃下铜藻对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量分别为19.14、18.79、20.96、23.62mg/g。热力学分析显示,铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附为吸热反应,可自发进行,升温可促进铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附。此外,铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附过程中物理吸附和化学吸附并存。     

铁屑耦合生物麦饭石的PRB系统修复含铬酸根与硝酸根地下水

针对污染地下水中铬酸根和硝酸根迁移速度快,可渗透反应墙(PRB)常规活性材料修复效果差等问题,以铁屑、麦饭石和硫酸盐还原菌(SRB)为活性材料,构建4组耦合PRB动态柱修复地下水中Cr(Ⅵ)和NO-3-N。结果表明,4#(铁屑、麦饭石和SRB)柱修复效果较1#(麦饭石)、2#(铁屑、麦饭石)和3#(麦饭石和SRB)柱好,且稳定,对Cr(Ⅵ)和NO-3-N平均去除率分别是97.7%和97.34%,可见,以铁屑、麦饭石和硫酸盐还原菌为活性材料的耦合PRB系统修复地下水中Cr(Ⅵ)和NO-3-N具有有效性与可行性。     

Pd/Fe催化脱氯水中PCE的动力学研究

以GC-MS为分析方法,采用Pd／Fe双金属对水溶液中四氯乙烯（PCE）进行了催化还原脱氯处理,考察了PCE初始浓度、钯含量、Pd／Fe用量和溶液初始pH值等各因素对脱氯效果影响及还原动力学规律。结果表明,Pd／Fe双金属对PCE有较好的还原脱氯效率,反应遵循准一级反应动力学规律,以反应物PCE浓度为参照的反应速率常数K变化范围为0．019min^-1～0．16min^-1,对应的PCE半衰期从6min到36min,揭示反应有可能是在过量的Pd／Fe双金属表面进行。当PCE溶液初始浓度为1mmol／L,投加1．2g钯含量为0．03％的Pd／Fe双金属,在25℃下反应60min,PCE的脱氯率达到95％以上。增大钯含量和Pd／Fe用量可有效提高脱氯率,在初始pH值为弱酸性条件下有利于还原脱氯反应进行。     

基于Fe~0的PRB去除地下水中硝酸盐的模拟研究

由于地下水中硝酸盐污染的普遍性、难去除性和对人体健康的潜在危害性而引起人们的广泛关注。本研究通过柱实验,研究了不同条件(进水pH、砂/Fe0体积比和添加锯末)对基于Fe0的模拟渗透性反应墙(permeable reactivebarrier,PRB)去除地下水中硝酸盐的影响。结果表明,由于黄土的碱性和缓冲作用,进水pH的影响不显著;5~6∶1的砂/Fe0(S/Fe)体积比既可提高铁粉利用率,又有利于硝酸盐的还原并延长PRB的有效期;铁腐蚀产物引起铁粉粘固而导致PRB的渗透性和反应性降低,尤其在反应区的进水口端;虽然酸预处理Fe0有助于硝酸盐的还原,但更容易引起堵塞,而在Fe0体系中加入活性炭不仅可提高硝酸盐的去除率,还可延长PRB的有效期,是一种很好的辅助填料;同时添加锯末和Fe0的生物-化学联合法更有助于硝酸盐还原并提高出水水质,具有很好的应用潜力;不同条件下,出水中的氨和亚硝酸盐的浓度相差较大,但可溶性铁浓度均低于饮用水标准(0.3 mg/L)。Fe0的化学还原和锯末的生物反硝化是硝酸盐去除的主要机理。本研究表明,基于Fe0的PRB用于去除中性或偏碱性地下水中的硝酸盐污染具有很大的潜力。     

PRB技术同步去除地下水中硝酸盐和镉

为评估可渗透反应墙(PRB)技术同步去除复合污染地下水中硝酸盐和重金属的可行性,选取蛭石、活性炭、固定化微生物为PRB反应介质,采用批实验和柱实验在不同填装方式及不同水力停留时间等条件下,考察PRB技术对硝酸盐和Cd~(2+)的同步去除效果。结果表明:PRB介质为蛭石或活性炭与固定化微生物组合型填料时,Cd~(2+)对PRB去除复合污染水体中的硝酸盐影响甚微,可实现高效的同步去除;当进水NO_3-N浓度为50 mg·L-1、Cd~(2+)浓度为10 mg·L-1时,活性炭与固定化微生物的组合型反应介质对NO_3-N和Cd~(2+)去除率分别可达93.13%和95.80%,蛭石与固定化微生物的组合型反应介质对NO_3-N和Cd~(2+)去除率分别可达92.70%和99.50%,经处理后的水质可达到地下水Ⅲ级质量标准(GB/T14848-2017)。以蛭石+固定化微生物、活性炭+固定化微生物作为反应介质的PRB技术可以实现NO_3-N和Cd~(2+)的同步去除,该技术可应用于处理硝酸盐和重金属复合污染地下水。     

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。     

不同条件下Fe(Ⅲ)催化有机酸光化学还原 Cr(Ⅵ)的比较研究

为开发含Cr(Ⅵ)废水处理工艺提供必要资料,对不同条件下Fe(Ⅲ)催化有机酸光化学还原Cr(Ⅵ)进行了比较研究.研究结果表明,Cr(Ⅵ)的还原不仅受pH、Fe(Ⅲ)或有机酸的起始浓度以及共存阳离子的影响,而且还与有机酸种类有关.低pH的酸性条件有利于cr(Ⅵ)的光化学还原,在pH 3.0条件下经3h后的还原率达89.9％,在pH 5.0经3h后其还原率为37.3％.Fe(Ⅲ)或有机酸起始浓度增高会促进Cr(Ⅵ)的还原,在pH3.0和Fe(Ⅲ)浓度高于Cr(Ⅵ)浓度条件下导致在3h后Cr(Ⅵ)的光化学还原率达100％.共存Al(Ⅲ)或Cu(Ⅱ)会抑制Cr(Ⅵ)的光化学还原.由Fe(Ⅲ)催化3种有机酸对Cr(Ⅵ)的光化学还原作用大小次序为:酒石酸＞柠檬酸＞苹果酸.还对不同条件影响Cr(Ⅵ)的光化学还原可能机制作了讨论.