零价铁PRB修复硝酸盐和铬复合污染地下水

通过连续流动试验研究了Fe0(零价铁)-PRB(渗透反应格栅)修复受NO₃--N、Cr(Ⅵ)以及NO₃--N和Cr(Ⅵ)复合污染模拟地下水的反应特性,分析了Fe0对NO₃--N和Cr(Ⅵ)的氧化还原产物,并且对NO₃--N和Cr(Ⅵ)的相互影响进行了研究. 采用粒径为0.15～0.42 mm的Fe0和粒径为0.15 mm的活性炭作为PRB反应介质,二者的质量比为1∶1. 结果表明,Fe0单独与NO₃--N反应情况下,当进水中ρ(NO₃--N)为20 mg/L时,去除率达95%,NO₂-为还原过渡状态,NH₄+是主要产物,出水pH从原水的7.1升至9.0左右,出水中ρ(TFe)<0.60 mg/L. Fe0处理Cr(Ⅵ)情况下,对Cr(Ⅵ)有较高的去除效果,进水中ρ〔Cr(Ⅵ)〕为10 mg/L时,去除率达96%,反应产物Fe3+和Cr(Ⅲ)可以形成沉淀附着在反应介质上,不会迁移到“下游”水体中,出水pH从原水的7.0升至8.0左右,出水中ρ(TFe)<0.30 mg/L. Fe0去除NO₃--N和Cr(Ⅵ)复合污染时,共存的NO₃--N对Cr(Ⅵ)的去除效果没有影响,Cr(Ⅵ)的存在降低了NO₃--N的去除效果.      

Cr(Ⅵ)在Fe(Ⅲ)-柠檬酸盐体系中紫外光还原研究

研究了在紫外光照射下,Fe(Ⅲ)-柠檬酸盐溶液对Cr(Ⅵ)的光还原反应.同时,考察了溶液pH值、Fe(Ⅲ)浓度、柠檬酸盐浓度、Cr(Ⅵ)初始浓度对光还原效率的影响,并分析了光还原反应的动力学.研究结果表明,Fe(Ⅲ)-柠檬酸盐体系能光还原Cr(Ⅵ),在pH为2.0～6.0的范围内,Cr(Ⅵ)的还原率随着溶液初始pH值的降低而增大.当pH值为2.0、Fe(Ⅲ)浓度为10μmol·L-1、柠檬酸盐浓度为250μmol·L-1及Cr(Ⅵ)初始浓度为19.2μmol·L-1时,光照反应8min后Cr(Ⅵ)的最大还原率达到100%,但当pH值增加到6.0时,Cr(Ⅵ)的最大还原率下降到19%;当Cr(Ⅵ)的初始浓度在9.6～96.0μmol·L-1的范围内时,Cr(Ⅵ)光还原反应的初始速率随着Fe(Ⅲ)、柠檬酸盐(cit3)、Cr(Ⅵ)初始-浓度的增加而增加.表观动力学方程为:-dCCr(Ⅵ)/dt=0.1019[Cr(Ⅵ)]0.[Fe(Ⅲ)]0.[cit3]0..536-25     

铬(Ⅵ)在铁(Ⅲ)-丙酮酸盐体系中的紫外光还原研究

初步研究了含有Fe(Ⅲ)及丙酮酸盐的溶液在紫外灯照射下对铬(Ⅵ)的光还原反应．考察了溶液pH值、Fe(Ⅲ)浓度、丙酮酸钠浓度、Cr(Ⅵ)浓度对反应的影响;分析了光还原反应的动力学及反应机制．结果表明,铁．丙酮酸盐体系能够光还原Cr(Ⅵ);最佳pH为3．0;Cr(Ⅵ)光还原的初始速率随着加入的铁(Ⅲ)、丙酮酸盐、Cr(Ⅵ)初始浓度的增加而增加;表观动力学方程为-dCcr(Ⅵ)／dt=0．023[Cr(Ⅵ)]^0.25[Fe(Ⅲ)^0.96[CH3COCOONa]^0.66;Fe(Ⅲ)-丙酮酸盐配合物光解产生的Fe(Ⅱ)是Cr(Ⅵ)的主要还原剂．     

电动力和铁PRB技术联合修复铬(Ⅵ)污染土壤

考察了电动力学方法对模拟铬(Ⅵ)污染土壤以及天津市原同生化工厂遗留下的铬渣山周边土壤的修复效果,并将该技术与铁可渗透反应格栅(permeable reactive barrier,PRB)技术联用,找出了较好的联用方式,与单一电动修复进行了对比.研究表明,电动力学技术能有效地修复被铬(Ⅵ)污染的土壤,模拟污染土壤铬(Ⅵ)的去除率达98%～100%,总铬去除率在阳极室附近为80%左右,而阴极室附近则为90%以上,恢复到土壤背景值;铬(Ⅵ)去除的同时伴随着铬(Ⅵ)向铬(Ⅲ)的转化,修复结束时土壤中残留的铬90%以上为铬(Ⅲ);污染极其严重的铬渣山下土,由于含约28%的铬(Ⅲ),修复结束时铬(Ⅵ)的去除率达98%以上,而总铬去除率仅为75%～77%;阳极室附近土壤pH降低而阴极室附近土壤pH升高,处于两极中间位置的pH变化不大.电动力学与铁PRB原位联用方式能充分地利用这2种技术的优点,修复后,土壤任意位置的总铬去除率接近90%,阳极室附近尤为好于单一电动修复,对土壤pH的影响也较小.     

Cr（Ⅵ） reduction inFe（Ⅲ）-citrate system under ultraviolet radiation

研究了在紫外光照射下,Fe（Ⅲ）-柠檬酸盐溶液对Cr（Ⅵ）的光还原反应.同时,考察了溶液pH值、Fe（Ⅲ）浓度、柠檬酸盐浓度、Cr（Ⅵ）初始浓度对光还原效率的影响,并分析了光还原反应的动力学.研究结果表明,Fe（Ⅲ）-柠檬酸盐体系能光还原Cr（Ⅵ）,在pH为2.0～6.0的范围内,Cr（Ⅵ）的还原率随着溶液初始pH值的降低而增大.当pH值为2.0、Fe（Ⅲ）浓度为10μmol·L-1、柠檬酸盐浓度为250μmol·L-1及Cr（Ⅵ）初始浓度为19.2μmol·L-1时,光照反应8min后Cr（Ⅵ）的最大还原率达到100%,但当pH值增加到6.0时,Cr（Ⅵ）的最大还原率下降到19%;当Cr（Ⅵ）的初始浓度在9.6～96.0μmol·L-1的范围内时,Cr（Ⅵ）光还原反应的初始速率随着Fe（Ⅲ）、柠檬酸盐（cit3）、Cr（Ⅵ）初始-浓度的增加而增加.表观动力学方程为：-dCCr（Ⅵ）/dt=0.1019[Cr（Ⅵ）]0.[Fe（Ⅲ）]0.[cit3]0..536-25     

铬-菲复合污染土壤的电动修复效果

为了解决常规电动修复方法对土壤重金属-有机物复合污染去除效率低的问题,采用向电解液中添加表面活性剂以及控制阴极电解液为酸性的电动强化修复技术,以Cr和菲为代表性污染物,研究电压和表面活性剂〔TritonX-100(曲拉通100)、SDBS(十二烷基苯磺酸钠)〕以及阴极电解液pH对修复效果的影响. 结果表明:Cr(Ⅵ)以阴离子团形式呈现向阳极迁移的趋势,菲呈现向阴极迁移的趋势;随着施加电压的升高,污染物去除率也会相应提高,当电压梯度升至1.0 V/cm时,Cr(T)、Cr(Ⅵ)、菲的去除率分别达到34.3%、76.9%、12.7%. 在电压梯度为1 V/cm的条件下,控制阴极电解液pH为4.00时,Cr(T)、Cr(Ⅵ)、菲的去除率分别升至45.1%、84.8%、23.1%;向电解液中添加表面活性剂后能提高污染物的去除率,其中,添加SDBS能够将Cr-菲复合污染土壤中Cr(T)、Cr(Ⅵ)的去除率由34.3%、76.9%升至39.9%、82.0%,添加TritonX-100能够将有机物菲的去除率由12.7%升至27.0%. 研究显示,修复处理后污染物浓度均有不同程度的降低,充分表明电动处理时提高修复电压、添加表面活性剂以及控制阴极电解液的酸碱性可以明显促进污染物在土壤中的迁移.      

不同价态铬和土壤理化性质对大麦根系毒性阈值的影响

三价铬和六价铬的化学性质不同,对植物的毒性也不同,但我国土壤质量标准中铬的限值未区分三价和六价.因此,选取8种土壤,基于土壤溶液中铬的变化趋势,通过模型计算,分析8种土壤中土壤性质对大麦根部Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)毒性阈值的影响.结果表明,不同价态铬和土壤性质对大麦根长的影响均显著.同一土壤条件下,Cr(Ⅲ)的10%抑制浓度的毒性阈值(EC_(10))、半抑制浓度(EC_(50))和无观察效应浓度(no-observed-effect concentrations,NOEC)显著高于Cr(Ⅵ), Cr(Ⅲ)的EC_(50)比Cr(Ⅵ)高2.8～101.7倍.添加Cr(Ⅲ)时,EC_(50)的变化范围为298.8～2 014.1 mg·kg~(-1), 8种土壤间相差6.7倍;添加Cr(Ⅵ)时,EC_(50)的变化范围为8.0～126.6 mg·kg~(-1), 8种土壤间相差15.8倍.回归分析结果表明,土壤pH和土壤有机质是影响铬对大麦根部毒害的主要因子,而土壤阳离子交换量和土壤黏粒含量对铬的毒性无显著影响.当Cr(Ⅲ)添加量低于1 280 mg·kg~(-1)时,其土壤溶液中铬的质量浓度均低于检测限;而在Cr(Ⅵ)添加量高于40 mg·kg~(-1)时土壤溶液中能检测到铬的存在.因此,土壤固定Cr(Ⅲ)的能力显著强于Cr(Ⅵ),土壤中Cr(Ⅵ)的生物毒性显著高于Cr(Ⅲ),土壤理化性质对铬的生物毒性影响显著.     

双金属和多金属系统对零价铁利用效率的改进

为解决Fe0-PRB(零价铁-渗透反应格栅)中Fe0利用效率低、易板结堵塞的问题,分别采用粒径为0.074 mm的试剂铁粉和0.150～0.270 mm的工业铁粉为反应介质,在铁粉表面负载不同比例的Cu或Ni制备Cu/Fe、Ni/Fe双金属和Cu/Ni/Fe多金属颗粒,研究Fe0、双金属和多金属系统去除Cr(Ⅵ)的性能、机制.结果表明:双金属和多金属系统的Cr(Ⅵ)去除率明显高于Fe0,试剂铁粉的Cr(Ⅵ)去除率明显高于工业铁粉.反应8 h达到平衡后,试剂铁粉和工业铁粉的Cr(Ⅵ)去除率仅为45%和20%,Cu/Fe双金属、Cu/Ni/Fe多金属的Cr(Ⅵ)去除率均能达到90%以上,以试剂铁粉和工业铁粉制备的Ni/Fe双金属的Cr(Ⅵ)去除率最高分别为76.6%和44.0%.不同负载率的双金属和多金属系统反应过程中可溶的ρ〔Cr(Ⅲ)〕较低.反应后溶液的pH从反应前的5.0升至10.0左右.反应初期ρ(TFe)(TFe为总铁)超过了0.30 mg/L,其余时间均达标.反应过程中ρ(Cu2+)均在0.40 mg/L以下,均未检测出Ni2+.研究显示,双金属和多金属系统显著提高了Fe0利用效率.      

“Achromobacter sp. CH-1-Cr(Ⅵ)-H2O”体系Cr(Ⅵ)还原的电化学行为

采用循环伏安法探明了"Achromobacter sp.CH-1-Cr(Ⅵ)-水"体系的电化学行为.结果表明:循环伏安曲线上-0.62V(相对于SCE)的电流峰对应的反应为Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)的反应,在电势为-0.82V时Cr(Ⅲ)开始还原为零价铬.体系中的电极反应为不可逆过程,阳极扫描时Cr(Ⅲ)不会被重新氧化为Cr(Ⅵ).细菌的存在使Cr(Ⅵ)的还原更容易进行,其还原峰电势正移约0.2 V,细菌对体系中的电化学反应起了催化作用.随细菌量的增加,氢气的析出、六价铬还原为三价铬及三价铬进一步还原为零价铬的电势均发生了正移,过高的细菌量主要影响三价铬还原沉积为金属铬的过程.铬浓度对细菌还原Cr(Ⅵ)溶液的循环伏安曲线的影响不大.初始pH值为10是细菌还原Cr(Ⅵ)的最佳pH值.     

陈皮对土壤中六价铬的去除效果及机理

获取廉价、易得且环境友好的高效修复药剂是Cr(Ⅵ)污染土壤修复的重要工作之一. 基于室内模拟培养试验,研究了陈皮添加量和土壤中Cr(Ⅵ)初始浓度对Cr(Ⅵ)去除过程的影响,通过Illumina NovaSeq高通量测序技术和X射线近边吸收光谱(XANES)等方法初步探讨了陈皮修复Cr(Ⅵ)污染土壤的机理. 结果表明:当土壤中Cr(Ⅵ)初始浓度为(1 600.13±298.11) mg/kg、Cr(Ⅵ)浸出浓度为(143.20±13.5) mg/L、陈皮添加量为5%时,培养30 d后,土壤中Cr(Ⅵ)浓度及其浸出浓度分别降至(10.07±2.98) mg/kg和(1.02±0.30) mg/L,去除率分别达到99.37%和99.29%. 土壤中Cr(Ⅵ)的去除效率随陈皮添加量的增加而增大,随Cr(Ⅵ)初始浓度的增加而减小,且添加陈皮后土壤中的Cr(Ⅵ)转化为生物有效性较低的Cr(Ⅲ). 此外,陈皮的添加丰富了土壤细菌的营养底物,缓解了Cr(Ⅵ)对细菌生长的抑制作用. 土壤中放线菌门(Actinobacteria)为最优菌门,微杆菌属(Microbacterium)、土壤球菌属(Agrococcus)、链球菌属(Streptococcus)和链霉菌属(Streptomyces) 4种Cr(Ⅵ)还原菌不同程度富集. 研究显示,陈皮能在较短时间内有效降低污染土壤中Cr(Ⅵ)浓度及其浸出浓度,并影响了污染土壤中细菌群落结构及其组成;陈皮去除土壤中Cr(Ⅵ)的机制可能是其在土壤中水解的小分子有机物直接将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),以及作为碳源驱动Cr(Ⅵ)还原菌的富集进而间接降低Cr(Ⅵ)的毒性.      

以牺牲阳极强化的电化学联用方法修复铬污染土壤

为解决重金属污染土在电动法修复过程中存在的聚焦效应问题,提出了牺牲铁阳极的电化学联用修复技术。在传统电动修复方法基础上增加电解液净化循环装置,优化Cr(Ⅵ)还原及沉淀所需技术参数,并与传统电动修复技术进行对比,探讨其修复效果及适用性。结果表明:迁出的Cr(Ⅵ)可在Fe²⁺作用下被还原为Cr(Ⅲ)并沉淀,pH、电压梯度、电流密度、电极面积均会影响其反应速率,电极距离对反应速率无直接影响,主要影响电解功率。Cr(Ⅵ)还原-沉淀反应的最佳技术参数为:pH值5～6.5,电压梯度0.8 V/cm,电流密度>6.67 m A/cm²,电极面积90 cm²,电极距离15 cm;较传统电动修复技术,以牺牲阳极强化铬污染土的电化学联用修复技术中,土壤室不同点位的去除率波动范围在10%,最高点位的去除率提高近24%,达93.4%。靠近阳极附近土体中Cr(Ⅵ)去除率从0.24%提高到80.38%。以牺牲阳极强化污染土的电化学联用修复方法不仅有效解决了重金属迁移的聚焦问题,而且有助于促进土中重金属污染物的整体性迁出。     

Electrokinetic removal of chromium and copper from contaminated soils by lactic acid enhancement in the catholyte

The electrokinetic removal of chromium and copper from contaminated soils by adding lactic acid in cathode chamber as an enhancing reagent was evaluated. Two sets of duplicate experiments with chromium contaminated kaolinite and with a silty soil sampled from a supeffund site in Califomia of USA and polluted by Cr and Cu, were carried out in a constant current mode. Changes of soil water content and soil pH before and after the electrokinetic experiments, and variations of voltage drop and electroosmosis flow during the treatments were examined. The results indicated that Cr, spiked as Cr(Ⅵ) in the kaolinite, was accumulated mainly in the anode chamber, and some of Cr and metal hydroxides precipitated in the soil sections in contact with the cathode, which significantly increased electrical energy consumption. Treatment of the soil collected from the site showed accumulation of large amounts of Cr and Cu in the anode chamber while none was detected in the cathode one. The results suggested that the two metals either complexed with the injected lactic acid at the cathode or existed as negatively charged complex, and electromigrated toward the anode under a voltage gradient.     

酸化-电动强化修复铬渣场地污染土壤

为解决常规电动修复方法对Cr污染土壤Cr(T)(总Cr)去除效率低的问题,提出了酸化预处理-电动强化修复技术. 以国内某化工厂铬渣堆放场地Cr污染土壤为研究对象,通过改变土壤酸化条件,分析乙酸和柠檬酸的酸化时间、酸浓度(以c计)对电动修复Cr污染土壤中Cr去除率的影响,并对土壤中Cr的形态进行分析. 结果表明:①酸化预处理-电动强化修复技术可以显著提高Cr污染土壤中Cr的去除率,其中0.9 mol/L柠檬酸酸化5 d组Cr(T)和Cr(Ⅵ)的去除率由对照组的6.23%、19.01%分别升至26.97%、77.66%. ②土壤酸化可以将部分Cr由碳酸盐结合态向水溶态转化,进而提高Cr去除率;在适宜的酸浓度范围内,酸浓度越高,土壤释放的Cr越多,Cr去除效果就越好. ③与乙酸组相比,柠檬酸组Cr的去除率较高,因为柠檬酸本身也是一种络合剂,在酸化作用释放碳酸盐结合态Cr的基础上,柠檬酸能与Cr发生络合作用,进一步提升了Cr的去除率. 电动修复过程中迁移出土壤的Cr主要以醋酸可提取态、可还原提取态和可氧化提取态为主,残留Cr的生物可利用性降低.      

土柱淋洗法修复铬污染土壤的水力梯度优化试验

针对重金属污染土壤的修复,淋洗法是一种比较成熟的方式,但目前研究主要聚焦于淋洗剂的选择,而关于水力停留时间对淋洗效果影响的研究相对较少.水力梯度是影响水力停留时间的重要因素,优化水力梯度能够缩短修复周期,降低淋洗成本,有效提高淋洗效率,为现场淋洗修复工程应用提供参考.本文针对人工制备的不同质地的铬污染土壤进行了土柱淋洗...     

生物炭负载纳米零价铁对污染土壤中铜钴镍铬的协同去除

合成了一种低成本、高效生物炭负载纳米零价铁的复合材料(ZVI-SM)并应用于铜、钴、镍、铬污染土壤的修复。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和金属吸附实验等方法,考察了不同碳化温度下制备的生物炭前驱体和生物炭复合材料对复合重金属污染修复的影响及去除作用机制。其中,吸附-还原后形成的Fe Cr2O4极大地降低了铬的毒性,同时提高了铜、钴、镍的去除率。Fe0的引入既提高了生物炭对重金属的吸附量,又解决了Cr(Ⅵ)毒性的问题; XPS的结果进一步阐明了生物炭可以作为电子传递介质,通过表面官能团得失电子与Fe0间形成强相互作用,增强了复合材料对多重金属离子的去除效果。除ZVI-SM500外,ZVI-SM100、300、400、700 4种材料对于铜、钴、镍、铬的去除率要远高于商用纳米Fe0和单纯的生物炭材料,表现为对铬和铜有较强的亲和力和反应性,均能在5 min内完全去除铜和铬,钴和镍也能在180 min内达到80%以上的去除率。在反应过程中存在显著的离子竞争效应:铬≥铜>钴>镍,这与金属离子的标准还原电位大小的趋势一致。土壤修复实验表明:ZNI-SM300用于污...     

EKR-PRB耦合技术在污染场地修复中的应用研究进展

电动-电动-可渗透反应墙(EKR-PRB)耦合技术,结合了电动修复(electrokinetic remediation,EKR)和渗透反应墙(permeable reactive barrier,PRB)两者的优点,是近年来新兴的一类原位污染场地修复技术,在污染场地土壤和地下水修复中有着良好的应用前景。针对该技术的修复原理、影响因素、应用优势和存在的问题进行了综述和探讨,并就未来进一步提高EKR-PRB修复效率和降低应用成本的相关研究提出了展望。可渗透反应墙(EKR-PRB)耦合技术,结合了电动修复(electrokinetic remediation,EKR)和渗透反应墙(permeable reactive barrier,PRB)两者的优点,是近年来新兴的一类原位污染场地修复技术,在污染场地土壤和地下水修复中有着良好的应用前景。针对该技术的修复原理、影响因素、应用优势和存在的问题进行了综述和探讨,并就未来进一步提高EKR-PRB修复效率和降低应用成本的相关研究提出了展望。     

阴极pH控制对电动修复Cr(Ⅵ)污染高岭土影响研究

试验选用重铬酸钾作为污染物,配制高岭土中Cr(Ⅵ)初始质量分数为100mg/kg和500mg/kg。试验研究了对阴极电解产生的OH-的控制对电动修复效率的影响以及不同的控制方式对电动修复效率的影响。试验结果表明:对阴极电解产生的pH进行控制可以明显提高Cr(Ⅵ)去除效率;多种控制方式中,以盐酸的中和控制最为有效,可使去除效率达到90.8%,但引起的土壤酸化问题应当进一步进行研究。     

Enhanced removal of Cr(VI) by biochar with Fe as electron shuttles

Biochar is extensively used as an effective soil amendment for environmental remediation. In addition to its strong contaminant sorption capability, biochar also plays an important role in chemical transformation of contaminant due to its inherent redox-active moieties. However, the transformation efficiency of inorganic contaminants is generally very limited when the direct adsorption of contaminants on biochar is inefficient. The present study demonstrates the role of Fe ion as an electron shuttle to enhance Cr(VI) reduction by biochars. Batch experiments were conducted to examine the effects of Fe(III) levels, pyrolysis temperature of biochar, initial solution pH, and biochar dosage on the efficiency of Cr(VI) removal. Results showed a significant enhancement in Cr(VI) reduction with an increase in Fe(III) concentration and a decrease of initial pH. Biochar produced at higher pyrolysis temperatures (e.g., 700°C) favored Cr(VI) removal, especially in the presence of Fe(III), while a higher biochar dosage proved unfavorable likely due to the agglomeration or precipitation of biochar. Speciation analysis of Fe and Cr elements on the surface of biochar and in the solution further confirmed the role of Fe ion as an electron shuttle between biochar and Cr(VI). The present findings provide a potential strategy for the advanced treatment of Cr(VI) at low concentrations as well as an insight into the environmental fate of Cr(VI) and other micro-pollutants in soil or aqueous compartments containing Fe and natural or engineered carbonaceous materials.     

硫酸根对颗粒铁去除铬动力学影响研究

铁渗透反应格栅是铬污染地下水的有效去除技术,但地下水中SO42-对铁格栅长期运行性能影响还不清楚。文章采用批实验和柱实验的方法,分别研究了硫酸根离子浓度对颗粒铁从液相去除常量C(rVI)(20mg/L)的动力学影响及这种影响随时间的变化。批试验表明,随SO42-浓度的增加,C(rVI)的面积标准化速率系数kSA增加。柱试验采用三个平行柱实验系统连续输入含20mg/LC(rVI)的模拟地下水(含或不含SO42(-1000mg/L))。柱实验表明,运行100PV以前,SO42-显著增大颗粒铁对C(rVI)的面积标准化速率常数kSA,随后SO42-增强作用逐渐减弱,运行337PV时,SO42-没有明显的影响。硫酸根离子通过在铁表面形成配合物而加速铁的溶解,增加颗粒铁的表面活性,从而增强颗粒铁对C(rVI)的去除,生物作用不强时可以不考虑硫酸根对铁格栅长期运行性能的影响。