多因素对ANAMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐过程影响

以厌氧氨氧化（ANAMMOX）菌利用零价铁还原硝酸盐体系为研究对象,采用单因素调控法结合中心复合法（CCD）系统研究铁形态、进水pH值、温度、Fe/N等对该体系中硝酸盐去除率的影响.结果表明,在相同的反应条件下,投加纳米铁时ANAMMOX体系中硝酸盐的去除效果最优;反应温度和Fe/N对体系中硝酸盐去除率影响十分显著,而进水pH值影响较弱.利用CCD法得出模型预测的最佳反应条件为：进水pH值为4.00,反应温度为35.00℃,Fe/N为38.23,预测的硝酸盐去除率为94.70%,实际实验得出的硝酸盐去除率为88.99%.     

海绵状零价铁修复硝酸盐污染地下水试验研究

研究以50~100目的海绵状铁粉为还原剂,采用静态试验方法,研究了铁对硝酸盐氮的还原作用及其影响因素,分析了铁粉用量、铁炭比、pH值、硝酸盐氮初始浓度、温度以及铁粉表面预处理对硝酸盐去除率的影响。试验结果表明,最佳铁氮质量比为400∶1,铁粉投入过多对硝酸盐的去除率没有进一步促进;活性炭的加入有助于零价铁(Fe0)还原硝酸盐,降低反应后溶液中的NH+4-N浓度,试验最佳的铁炭比为1∶2;溶液的初始pH值降低有利于硝酸盐氮的去除;硝酸盐氮初始浓度越大,反应的平均速率越高;升高温度和酸洗预处理,有利于提高硝酸盐的去除率;产物分析表明,试验过程中,去除的NO-3-N含量中约60%以上转化为NH+4-N,NO-2-N浓度很低。     

氢气还原海绵铁去除水体中硝酸盐的研究

利用小球烧结和氢气还原工艺制备了粒径1mm～5mm的多孔性球形海绵铁,对球形海绵铁去除水体中硝酸盐的效率及去除动力学进行了研究。结果表明:溶液初始pH值对硝酸盐去除效率的影响显著,初始pH值小于3时,硝酸盐的去除率随溶液初始pH的增加而逐渐降低;初始pH值大于3时,硝酸盐的去除率又随之升高。硝酸盐浓度低于10mgN/L时,硝酸盐去除率随着硝酸盐初始浓度的增加而增加,硝酸盐的残余量保持在0.4mgN/L左右;硝酸盐浓度高于20mgN/L时,硝酸盐的去除率随初始硝酸盐浓度的增加而略有降低。球形海绵铁去除硝酸盐为一级动力学反应,反应级数为0.970～1.378,表观反应速率常数为0.314h-1～0.536h-1。海绵铁还原硝酸盐的主要产物为氨氮,随着还原反应的进行,溶液pH值快速增加,氨氮以分子态氨的形式从水中逸出。进行归纳总结和对比,并以多环芳烃的提取为例列举了各方法的应用步骤,从而为其他环境样品其他有机物分析预处理提供参考。     

pH值和曝气强度对铁还原预处理硝基苯废水效果的影响

从反应机理方面分析了pH值和曝气强度对铁还原预处理硝基苯废水的影响。研究表明:pH值对铁还原的影响明显,适当的曝气强度可有效提高铁还原预处理效果。综合考虑,最佳pH值范围为2~4,最佳曝气强度为1.50m3/(m2·h)。CODCr去除率达50%~60%,硝基苯去除率达90%以上,出水BOD5/CODCr由不到0.1提高至0.4以上。     

pH值和曝气强度对铁还原预处理硝基苯废水效果的影响

从反应机理方面分析了pH值和曝气强度对铁还原预处理硝基苯废水的影响。研究表明:pH值对铁还原的影响明显,适当的曝气强度可有效提高铁还原预处理效果。综合考虑,最佳pH值范围为2~4,最佳曝气强度为1.50m3/(m2·h)。CODCr去除率达50%~60%,硝基苯去除率达90%以上,出水BOD5/CODCr由不到0.1提高至0.4以上。     

pH值和曝气强度对铁还原预处理硝基苯废水效果的影响

从反应机理方面分析了pH值和曝气强度对铁还原预处理硝基苯废水的影响。研究表明:pH值对铁还原的影响明显,适当的曝气强度可有效提高铁还原预处理效果。综合考虑,最佳pH值范围为2~4,最佳曝气强度为1.50m3/(m2·h)。CODCr去除率达50%~60%,硝基苯去除率达90%以上,出水BOD5/CODCr由不到0.1提高至0.4以上。     

Fe0去除黄土地区土壤水中的硝酸盐

在欧美发达国家,以Fe0为填料的PRB(permeable reactive barriers)技术已成功用于去除土壤和地下水中的硝酸盐污染,而在我国的实际应用还未见报道,但我国许多地区的土壤水中硝酸盐污染日趋严重,必须采取相应措施.为此,在实验室条件下,通过批实验采用200～300目的还原铁粉研究了在有黄土存在时溶液pH、铁粉表面预处理及铁粉与硝态氮质量比、土壤水中主要阴离子及加活性炭等对硝酸盐去除效果的影响.结果表明,在黄土的碱性条件下,Fe0仍然可以还原硝酸盐,起始pH值影响不大,因为土壤的缓冲作用能抵消进水pH值的影响;铁粉经过酸预处理后能提高反应速率和硝酸盐的去除率;增大铁粉与硝态氮的质量比能提高硝酸盐的去除率,但当这个比值超过100∶1以后,用酸预处理和不作预处理的效果相当,且再增大比值对硝酸盐的去除率影响不大.黄土地区土壤水中的主要阴离子Cl-、SO42--和HCO3-可促进铁粉腐蚀进而加快硝酸盐的还原,同浓度下促进作用顺序为SO42-＞HCO3-＞Cl-;加入活性炭可形成原电池从而加快硝酸盐的去除.硝酸盐还原产物主要是氨,亚硝酸盐只是在反应初期出现但很快就减少,可溶性铁含量都小于0.2mg·L-1.     

零价铁修复多环芳烃污染土壤的研究

文章研究了反应时间、投加量、初始pH值等因素对零价铁修复菲污染土壤的影响。结果表明,在零价铁修复过程中,随着反应时间的增加,菲的去除率相应提高,反应进行到4.5 h后去除率趋于稳定;在0～0.06 g/g范围内,随着零价铁(ZVI)投加量的增加,菲的去除率也呈现上升趋势,当继续投加铁粉,去除率保持稳定;初始pH值影响着零价铁对菲的去除效果,初始pH=2、4时的去除率为33.8%、30.6%。酸性条件下菲的去除主要由于芬顿反应和还原加氢为主的氧化还原作用,碱性条件下则存在一定的吸附作用。另外,初始pH影响土壤中菲的提取率,提取率随着p H的升高而降低。     

纳米零价铁对γ-HCH的降解效果及机理研究

采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),透射电镜表征显示,其粒径<20nm,在介质中处于团簇状态.利用所合成的nZVI对γ-HCH进行了还原脱氯研究,结果表明,nZVI具有很高的表面反应活性,当用量为0.5g/L时,反应90min,对2.5mg/L的γ-HCH去除率达90%以上.nZVI对γ-HCH的去除符合准一级反应动力学方程,其反应速率和去除率与pH值、nZVI添加量、γ-HCH初始浓度、共存离子等因素有关.反应速率随pH值的减小而增大,NO3-对反应速率有较强的抑制作用,Ca2+,Mg2+和SO42-对反应速率影响不大.利用GC-MS检测到降解产物四氯环己烯(TeCCH)和氯苯(CB)的存在,推测反应机制为双氯脱除反应和脱氯化氢反应.     

不同初始pH值下反硝化包埋颗粒的动力学特性

采用批式实验研究了不同初始pH值下反硝化包埋颗粒在反应过程中NO_2~--N、NO_3~--N、TN和pH值的变化规律,并探究了反硝化包埋颗粒的动力学特性.结果表明,在进水NO_3~--N为30mg/L,反应温度控制在30℃,C/N比为6,反应周期为5h条件下,反硝化污泥经包埋后经过2周的适应性培养即表现出很好的反硝化性能,不同的初始pH值下,反硝化过程中NO_3~--N的去除主要在0~lh内,NO_2~--N的积累在1h时达到最大,同时pH值出现拐点,在1h达到最大后略有降低,这一拐点可以作为亚氮积累达到最大时的指示参数.动力学研究表明,反硝化最大比反硝化速率K_(den)出现在pH=7.5和8.0时,为2.9mgNO_x~--N/(gMLVSS·h),表明最适宜反硝化包埋颗粒的pH值为7.5~8.0,TN去除率在91.7%以上.通过硝酸盐氮的比反硝化速率和亚硝酸盐氮的比反硝化速率的比较,可知在反硝化过程中硝酸盐氮的还原速率都大于亚硝酸盐氮的还原速率,是造成亚氮积累的原因.     

pH值对纳米零价铁吸附降解2,4-二氯苯酚的影响

在不同pH条件下,对纳米铁(颗粒粒径为30～40 nm)及其降解2,4-二氯苯酚反应体系进行取样,并进行透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜-能谱联用(SEM-EDX)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等形貌观测与分析表征,以考察pH值在纳米零价铁降解氯酚反应过程中的影响和作用.结果表明,在降解2,4-二氯苯酚的过程中纳米铁由分散的颗粒逐渐团聚,其表面逐渐氧化,并最终被呈针状结晶的碱式氧化亚铁(FeOOH)覆盖,从而阻碍了降解反应的进一步进行.在酸性体系中,纳米零价铁的氧化和团聚现象有所缓解,尽管会造成一部分铁量的损失,但反应产生大量的亚铁离子参与并促进了脱氯降解反应的进行,反应过程中溶液pH值有逐渐升高的趋势.不同pH条件下,纳米铁对氯酚的去除率随pH值的降低而升高,酸性条件有利于提高氯酚的还原降解速率,当pH=3时,24 h内氯酚的去除率可达到90%以上.     

ANAMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐脱氮研究

采用全混式厌氧搅拌罐,研究在自养条件下,ANAMMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐为氮气的可行性及最佳反应条件.投加铁屑71 g·L~(-1),接种厌氧氨氧化颗粒污泥200 mg·L~(-1),控制温度33℃±0.5℃,搅拌强度150 r·min~(-1),水力停留时间10 h,pH值为7.0~8.0.在中性条件下,添加厌氧氨氧化微生物的零价铁还原硝酸盐体系一次性投加零价铁,0~5 d硝酸盐脱氮负荷达到0.12 kg·(m~3·d)~(-1).反应出水氨和亚硝酸盐始终小于2.0 mg·L~(-1),硝酸盐以氮气形式损失,出水pH较进水高值超过8.0,并且可溶性铁含量始终小于7 mg·L~(-1).硝酸盐去除氮能力始终高于0.1 kg·(m~3·d)~(-1).批试实验优化反应条件:在偏酸性条件下(pH值为4~6)反应速度加快,并且液相总氮损失率大于89%.反应温度在30~40℃时,液相总氮损失率大于89%.过于极端的pH值环境及温度环境均不利于耦合反应的进行.     

催化还原脱除地下水中硝酸盐的研究

采用浸渍法制备催化剂Pd-Cu/γ-Al2O3,用BET、ICP、XRD、TEM和EDX对该催化剂进行了表征.以甲酸钠作为还原剂,对催化还原硝酸盐进行了试验研究.结果表明,100 mg·L-1硝酸盐完全反应时总氮的脱除率可以达到87%.催化反应的活性和选择性受pH值、催化剂投加量、甲酸钠浓度和硝酸盐初始浓度等反应条件影响.甲酸钠作为还原剂时只需控制溶液初始pH值,初始pH值过高或过低都会降低催化剂活性;控制初始pH值为4.5,适当降低催化剂投加量和增加甲酸钠的浓度有利于提高催化活性,但选择性会显著降低.初始pH值为4.5时,不同初始浓度硝酸盐的催化还原反应为一级反应.     

以麦秆作为好氧反硝化碳源的研究

采用室内试验装置,研究以麦秆为碳源和反应介质的生物反应器在好氧条件下去除地下水中硝酸盐的影响因素和效果。结果表明,以麦秆为碳源的反应器启动快,反硝化反应受温度及水力停留时间影响大。28℃时N的去除量约33℃的3倍。当室温为(27±1)℃,进水硝酸盐氮浓度为50mg/L、水力停留时间56.85h时,反应器对氮的去除率在94.64%以上;当水力停留时间为12h时,氮去除率<50%。同时反硝化反应受pH值和进水NO3--N浓度的影响。当pH值为6.7时,N的去除率最高,达90%以上。反硝化速率与NO3--N浓度显著呈线性关系。     

基于正交试验法的零价铁降解水环境中的氯代烃

氯代烃的生产和应用给环境水体带来的污染日益严重,可利用零价铁零价铁对其进行还原脱氯以达到去除的目的。本文采用正交试验法,将零价铁对氯代烃的去除率作为考察指标,研究pH值、零价铁粒径和振荡速率3个因素对氯代烃去除率的影响,结果表明:3个影响因素的重要性表现为pH值零价铁粒径振荡速率,且pH值具有极显著影响;最优水平下的零价铁对氯代烃具有较好的降解效果,且零价铁对TCE和PCE的降解符合准一级反应。     

生物碳基纳米钯铜催化剂的优化制备及脱硝研究

针对目前高效处理水体硝酸盐污染的技术瓶颈,以毛竹生物碳为载体基材,通过湿化学-浸渍还原的手段制备生物碳基纳米钯铜双金属催化剂(Nano-PdCu-BC),并以其为粒子电极,协同传统的二维电化学反应器,搭建三维粒子电催化反应体系去除水体中的硝酸盐污染物.探究了催化剂制备的前驱液浓度、初始硝酸盐氮浓度、电流强度、催化剂投加量和初始pH值对电催化还原NO₃-N的影响.结果显示,通过浸渍还原的方法可以将钯铜双金属成功负载在毛竹生物碳载体上,获得纳米钯铜双金属催化剂.在前驱液为0.60g/LPdCl₂和0.15g/LCuCl₂的溶液组合,初始硝酸盐氮(NO₃-N)浓度为100mg/L、电流强度为220mA、初始pH值为7,催化剂投加量为0.80g/L的条件下,反应180min后硝酸盐氮去除率可达99.68%,N₂选择性约为44.25%;Nano-PdCu-BC电催化还原NO₃-N的反应符合一级反应动力学,反应动力学常数k值为0.034/min;经3次循环使用后,NO...     

锯末+乙醇作为混合碳源去除地下水中硝酸盐的影响因素研究

本试验采用室内试验装置,研究了 pH、温度、硝酸盐浓度对锯末+乙醇作为混合碳源去除地下水中硝酸盐的影响结果表明,pH值在5～10内变化时对锯末+乙醇混合碳源体系的硝酸盐去除率影响较大,pH ＞7时的硝酸盐去除率明显高于pH ＜7时的去除率;并且随着pH值的增加,亚硝酸盐的积累量越多,锯末+乙醇混合碳源体系最佳的pH值范围是7～8.锯末+乙醇混合碳源体系受温度的影响较大,温度为8.5、15℃时的反硝化速率显著低于25℃时的速率,25℃时的反硝化速率分别是8.5、15℃时的3倍和1.5倍,锯末+乙醇混合碳源体系适宜的温度范围为25 ～35℃进水硝酸盐浓度也会影响锯末+乙醇混合碳源体系的反硝化效果,硝酸盐氮浓度在67.8 ～113 mg·L-1范围内变化时,反应体系的硝酸盐去除效果较好反应初期,硝酸盐浓度越大混合碳源体系的反硝化速率就越低,可能较大的硝酸盐负荷对反硝化细菌产生毒害作用而不利于硝酸盐的去除.     

乳化纳米铁(EZVI)强化地下水氯代烃还原脱氯

对氯代烃污染地下水进行厌氧微生物还原脱氯时,存在微生物驯化时间长、pH值持续降低、有毒中间产物累积等限制修复效率的问题,为解决上述问题,本课题组制备了一种乳化油(EVO)包覆纳米零价铁(NZVI)的修复试剂,即乳化纳米铁(EZVI),其可以抑制NZVI钝化,增强反应速率并促进厌氧微生物脱氯反应.通过静态批实验探究了EZVI与三氯乙烯的反应动力学及EZVI对四氯乙烯(PCE)还原脱氯的中间代谢产物,并阐明了该过程机理.结果表明EZVI可以有效延缓NZVI钝化、提高反应活性,反应符合一级反应动力学,k_obs=0.182d^-1;EZVI还原PCE可以减少中间产物二氯乙烯的积累,10天内去除PCE达到97.2%,比EVO还原体系提高了68.9%;反应过程中pH值保持在6.5~7.5,ORP值在-50~10mV,提供了良好的还原环境,有效促进了厌氧微生物脱氯反应进行.     

垃圾渗滤液污染含水层不同氧化还原带沉积物的pH缓冲能力

通过砂柱模拟实验研究含水层沉积物的pH缓冲能力及其在不同氧化还原带中的变化.结果表明,pH缓冲容量的本底值为324.93.pH-1mmol/kg,其中阳离子交换缓冲容量、碳酸钙缓冲容量、硅酸盐缓冲容量和次级缓冲容量的本底值分别为41.77.pH-1、86.53.pH-1、47.33.pH-1和149.31.pH-1mmol/kg.产甲烷带/硫酸盐还原带(MGZ/SRZ)、铁还原带(IRZ)、硝酸盐还原带(NRZ)和氧还原带(ORZ)中总的pH缓冲容量相对于本底值依次分别增加了12.4%、10.8%、19.8%和11.1%;各氧化还原带沉积物中的交换性阳离子(CEC)和交换性盐基离子(BEC)均小于本底值的11.59.pH-1和8.52.pH-1mmol/kg,各氧化还原带沉积物的盐基饱和度先升高后降低,都高于本底值的63.47%.因此,含水层沉积物有较强的pH缓冲能力.对垃圾渗滤液污染含水层不同氧化还原带沉积物pH缓冲能力的研究可为污染场地的修复提供理论依据.     

球形海绵铁还原去除水中硝酸盐的静态研究

利用铁精粉造球和直接还原工艺制备了粒径1～5mm的多孔性球形海绵铁,对该球形海绵铁处理模拟硝酸盐污染水体进行了静态实验研究。结果表明:溶液pH值和溶解氧对硝酸盐去除率影响显著,pH值<2时硝酸盐去除率较高,而pH值>3时硝酸盐去除率很低;水体溶解氧能够促进硝酸盐的去除,如果不能向水体供氧,海绵铁几乎不能去除水体中的硝酸盐;无论硝酸盐初始浓度高低,固液比为1:10时海绵铁对硝酸盐的去除率最高,过高或过低的固液比都影响硝酸盐的去除;此外,硝酸盐初始污染浓度对去除率也影响显著,硝酸盐浓度<20mg-N/L时,硝酸盐的残余量保持在0.5mg-N/L左右,硝酸盐浓度较高时,去除率随硝酸盐初始浓度的增加而显著降低。