Cr(Ⅵ)的微生物还原去除机理与应用研究进展

重点分析了Cr(Ⅵ)的微生物还原去除研究现状,包括报道发现的部分Cr(Ⅵ)还原菌种类及特性、微生物还原Cr(Ⅵ)的机理(电子供体、碳源、还原途径等)以及微生物还原在Cr(Ⅵ)污染水体治理中的应用研究进展,进一步探讨了该领域今后的研究热点与方向。     

PRB技术修复地下水硝酸盐污染研究进展

针对地下水中硝酸盐污染,可渗透反应墙(PRB)技术是一种高效、低能耗的修复手段。阐述了PRB原理、结构及不同介质去除地下水中硝酸盐的反应机理,介绍了不同反硝化微生物、新型碳源材料等研究进展,分析对比了Fe^0/AC体系及生物修复过程,指出了各修复手段的不足和研究方向,并提出了现有PRB技术去除硝酸盐存在的问题及展望。     

PRB填料的研究进展

可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,缩写为PRB)是处理和修复受污染地下水的一种新型技术。PRB中的填料与受污染地下水发生生物、化学、物理反应达到净化污染水的目的。因此,PRB填料在处理污染地下水中起到至关重要的作用。本文对PRB的填料进行综述,以期为PRB技术的研究提供一定参考。     

零价铁-反硝化菌在地下水硝酸盐污染修复中的应用

综述了应用零价铁-反硝化菌复合体系去除地下水中硝酸盐氮污染的研究进展.脱氮技术主要包括物理化学法、化学还原法和生物反硝化法,但单独使用任何一种方法都无法得到令人满意的处理效果.以零价铁在水中厌氧腐蚀所释放的氯气供给微生物进行反硝化,可以同时解决这两种技术单独使用时所存在的弊端.在此复合体系中,主要反应包括产氨、析氢和反硝化,降低脱氮产物中的氨氮比例就要减少产氨反应的发生几率.此外,使用纳米铁代替零价铁和反硝化细菌复合,可以大大提高脱氮反应速率.然而,该技术的研究在国内外尚处于起步阶段,在反应机理、产物控制、条件优化等方面都存在不足,还需要深入研究.     

零价铁去除堆浸采铀工艺废水中U(Ⅵ)的研究

研究了零价铁(Zero-valent iron,ZVI)粉和废铁屑分别去除堆浸采铀工艺废水中以铀酰离子形式(UO2+2)存在的U(Ⅵ),分析了p H值、震荡时间、反应温度、ZVI投加量、共存离子等因素对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明:在p H=6,震荡时间为80 min,ZVI投加量为1.5 g,铀去除量为0.18 mg/g,ZVI对U(Ⅵ)的去除率可达到98.6%,零价铁粉比废铁屑去除效率略高,共存离子Mg2+,Mn2+,Cl-,NO-3对ZVI去除U(Ⅵ)影响不超过3%,CO2-3和Cu2+影响显著。ZVI去除溶液中U(Ⅵ)以还原沉淀和吸附作用为主,吸附-还原反应遵循一级化学反应动力学方程,探讨出零价铁去除堆浸采铀工艺废水中U(Ⅵ)的机理。     

一株抗铬细菌的分离鉴定及其还原特性研究

拟通过筛选出高效还原Cr(Ⅵ)的菌株来修复铬污染土壤,从重庆废弃化工厂铬污染土壤中分离得到一株高效还原菌株,对该菌进行形态和生理生化特征研究,并结合分子生物学进行测序分析,同时对该菌在不同条件下还原Cr(Ⅵ)的能力进行检测,探讨了pH值、接种量、初始Cr(Ⅵ)质量浓度及温度对Cr(Ⅵ)还原的影响.结果表明,该菌株为革兰氏阳性杆菌,命名为NO.1.经形态和生理生化特征及16S rDNA序列比对分析,鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)(相似度为99％).该菌株具有较强的还原Cr(Ⅵ)的能力,在pH=8.0、接种量50％(体积分数)及30℃条件下,100 mg/L的Cr(Ⅵ)在处理3d后可基本被还原.研究表明,该细菌有望用于铬污染土壤的修复.     

零价铁还原地下水中对氯硝基苯的研究

采用间歇试验考察零价铁去除对氯硝基苯的效果,研究初始pH值、零价铁粒径、零价铁投加量和氧对反应过程的影响.结果表明,在中性和弱酸性条件下零价铁能有效去除对氯硝基苯,反应过程符合准一级动力学,反应终产物为对氯苯胺;降低零价铁粒径和增加零价铁投加量可提高对氯硝基苯的去除率.当零价铁粒径为0.05mm、投加量为0.5 g/L、对氯硝基苯初始质量浓度为25 mg/L,反应6h后,对氯硝基苯去除率可达100％.氧对零价铁还原对氯硝基苯具有竞争性抑制作用,但零价铁能消耗水中溶解氧并维持对氯硝基苯还原反应进行,与厌氧反应过程相比,空气-水体系对氯硝基苯去除率下降19.18％.研究表明,采用零价铁还原法可有效去除地下水中的对氯硝基苯.     

土壤中磁铁矿对Cr(Ⅵ)还原菌吸附行为的研究

土壤矿物和土壤微生物都是土壤环境的重要组成部分.土壤中存在的Cr(Ⅵ)还原菌在矿物上的吸附行为可能会影响土壤中Cr(Ⅵ)的还原及铬的迁移.研究选取土壤中典型矿物(磁铁矿)为研究对象,探讨了其对Cr(Ⅵ)还原菌QH-2的吸附行为.在试验过程中,测定不同pH值条件下磁铁矿对菌株的吸附量及Zeta电位.使用扫描电镜、傅立叶变换红外光谱仪对吸附菌株后的磁铁矿进行表征.结果表明:磁铁矿可以吸附菌株QH-2,且吸附后晶体结构没有改变;菌株同磁铁矿的吸附在接触1 h后基本达到稳定,且磁铁矿对菌株的最高吸附量能达到129 mg/g.随pH值变化(6～10),磁铁矿对菌株吸附量先上升后下降.傅立叶变换红外光谱图表明磁铁矿吸附菌株后,特征峰位置无明显变化.研究表明磁铁矿能有效地吸附菌株QH-2,且二者吸附以静电作用为主,不涉及价键变化.     

铬渣-煤矸石砖中Cr(Ⅵ)解毒机理研究

铬渣因所含Cr(Ⅵ)具有强氧化性而会对环境造成严重污染.本文采用自养煤矸石砖焙烧技术对铬渣进行无害化治理,对不同铬渣掺量的铬渣-煤矸石砖,进行铬的浸出毒性分析.通过试验得出,除铬渣掺量为15%的砖中六价铬浸出浓度超标外,其余铬的浸出浓度均小于国标规定,铬的解毒率都在95%以上.此技术对Cr的还原解毒为,在高温熔融条件下,煤矸石中的碳及随后产生的CO、H2、CH4等还原性物质与Cr(Ⅵ)化合物发生反应.铬渣、煤矸石及砖的X-粉晶衍射物相分析表明,砖中Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ)后,以类质同相方式进入辉石、尖晶石、铝硅酸盐等稳定物相,得以固化解毒.因此,还原后Cr的存在形式稳定,可以经受恶劣自然环境而不会重新溶出和造成二次污染,作为建材,可以安全利用.     

某铬矿山地下水中Cr(Ⅵ)的形态模拟

为研究某铬矿山周边地下水中Cr(Ⅵ)离子的形态分布情况,在地球化学软件PHREEQC自带数据库基础之上对其加以改进,建立了关于Cr的反应数据库。将建立的数据库嵌入软件中,以模拟该污染厂址在不同pH值对Cr(Ⅵ)离子形态分布的影响为实例,将其模拟结果与Visual MINTEQ软件模拟结果进行对比来验证数据库建立的准确性。结果表明:pH值对地下水中Cr(Ⅵ)离子形态分布的影响较大,其结果与Visual MINTEQ软件模拟结果基本保持一致,该数据库的建立很好地改善了PHREEQC本身数据库的缺陷。研究结果将有助于PHREEQC模拟Cr(Ⅵ)在地下水中的物理化学反应、迁移转化规律,同时也将为各种形态的Cr(Ⅵ)离子在地下水中健康风险分析评估等提供支持和指导。     

铀污染控制技术与还原态UO2(s)稳定性研究进展

铀U(Ⅵ)由于核裂变反应已被广泛用于核能利用和核武器开发,但铀矿开采与冶炼过程中,会向环境中释放一定量的铀。铀元素由于自身具有放射性危害和重金属毒性,因此,会引起一系列生态安全问题。为了实现铀污染控制与维持还原态UO2稳定性,在铀分离、还原等污染控制技术评述的基础上,着重阐述U(Ⅵ)被还原固定形成UO2(s)的稳定性及稳定性维持方法,并对铀污染治理进行了展望。     

铬污染土壤的固化稳定化及药剂还原的修复研究

采用室内模拟试验的方法,研究使用水泥为固化剂,石灰、粉煤灰为稳定剂,FeSO_4·7H_2O,Na_2S·9H_2O,Na_2SO_4为还原剂时,不同养护时间(5,7,14,21,28 d)、固化剂/稳定剂/还原剂不同添加量对铬污染土壤中六价铬浸出浓度的影响,来模拟对某铬污染产地的修复情况;并进行正交试验,得出最佳修复工艺。结果表明,随养护时间增加,添加固化剂、稳定剂可以固化/稳定化土壤,降低铬污染土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度,养护28 d期间,添加固化剂、稳定剂的土壤的Cr(Ⅵ)浸出浓度分别降低了99.4%~99.9%,64.3%~99.2%,3%~76.2%。在养护28 d时,随固化剂、稳定剂、还原剂的添加量增加,固化、稳定、还原效果相应增强,土壤Cr(Ⅵ)浸出浓度达到场地表层土壤的修复目标值45.37 mg/kg。正交实验表明最佳修复工艺为每修复200 g污染土壤,添加200 g水泥,100 g石灰,1.75倍的理论反应量硫酸亚铁。相关分析表明,固化剂水泥、稳定剂石灰的使用能够固化稳定铬污染土壤的Cr(Ⅵ),还原剂硫酸亚铁能将Cr(Ⅵ)还原为毒性较低的Cr(Ⅲ),从而达到修复铬污染土壤的目的。     

去除碱性染料吸附剂的制备及其吸附特性研究

本实验用橘皮果胶来改性纳米铁吸附碱性品红,用橘皮果胶来改性纳米铁,可以提高纳米铁对碱性品红的吸附。本文从吸附剂制备工艺的角度研究了橘皮果胶的质量浓度、改性纳米零价铁的投加量、活性剂羟甲基纤维素钠的投加量、吸附时间、温度、碱性品红的初始浓度对染料去除的效果,结果表明:在橘皮果胶质量浓度为2. 58%,将0. 02 g改性纳米零价铁和0. 1 g活性剂羟甲基纤维素钠投加到50 m L初始浓度为12 mg/L碱性品红溶液中,吸附时间60 min,吸附温度为60℃,改性纳米零价铁对碱性品红的吸附效果较好,改性纳米零价铁吸附碱性品红溶液遵循准一级反应动力学模型,平衡浓度对吸附量的影响符合Langmuir吸附模型,是以化学吸附为主。     

甲基橙-Cr(Ⅵ)复合体系光催化反应的研究

以自制TiO2为光催化剂,在紫外光和可见光照射下,研究甲基橙(MO)-Cr(Ⅵ)复合体系的光催化反应.讨论了复合体系MO和Cr(Ⅵ)的质量配比、体系pH值、入射光波长、TiO2用量、焙烧温度以及改性TiO2对MO-Cr(Ⅵ)复合体系光催化的影响.结果表明:复合体系光催化受MO-Cr(Ⅵ)质量配比、入射光波长、体系pH值和TiO2焙烧温度影响较大.Cr(Ⅵ)-MO质量配比在2/3～2/5时二者光催化协同作用效果最好.复合体系下MO和Cr(Ⅵ)的光催化效果比单一体系有较大提高.可见光下,单一体系基本无反应,而复合体系可以顺利进行.体系pH=1,40 mg/L MO和20 mg/L Cr(Ⅵ)组成的50 mL混合液,采用80 mg (1.6g/L) 550℃焙烧的TiO2,λ≥420 nm可见光催化下,MO 40 min完全脱色,Cr(Ⅵ) 70 min完全被光催化还原.     

零价铁处理冷轧含铬废水的研究

研究了Fe0处理冷轧含铬废水的适宜条件,并对Fe0去除废水中Cr(Ⅵ)的反应机制及动力学规律进行了探讨。结果表明,在30℃,Fe0和酸液的投加量分别为2.2 g/L和1.2%(体积分数),振荡转速为200r/min,反应时间20 min,沉淀pH值为8～9,沉淀1 h时,总Cr和Cr(Ⅵ)去除率高达99.99%和100%。Cr(Ⅵ)去除的反应机制主要是Fe0对Cr(Ⅵ)的还原作用及金属氢氧化物在Fe0表面的沉积和共沉积作用,其中Cr(Ⅵ)的还原反应符合拟一级反应动力学规律,表观速率常数随反应温度的升高而增大。     

活性炭吸附Cr(VI)的稳定性评价

采用热重分析(TG)、X射线光电子能谱(XPS)结合能分析和吸附-解吸过程的专性吸附研究活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附稳定性,提出了热脱附活化能、化学结合能变化值和解吸率3种评价指标。结果表明,商品活性炭(AC)、硝酸氧化改性活性炭(OAC)、氨改性活性炭(NAC)和硫改性活性炭(SAC)的热脱附活化能分别为17.75,5.09,25.47和3.93 kJ/mol,活性炭热脱附活化能与活性炭表面官能团的热稳定性相关。计算活性炭吸附Cr(Ⅵ)前后结合能变化值,表明参与吸附的含氧、含硫官能团对Cr(Ⅵ)的化学结合作用较强。AC,OAC,NAC和SAC上Cr(Ⅵ)的解吸率分别为6.38%,0.71%,20.73%和2.13%,说明Cr(Ⅵ)大部分以专性吸附形式结合于活性炭上,含氧与含硫官能团的化学作用能有效增强对Cr(Ⅵ)吸附的稳定性。     

铁屑作为PRB介质修复铬污染地下水的室内试验研究

以铁屑为反应介质,首先对PRB修复铬污染地下水的影响因素(铁屑酸化预处理、投加量、反应时间、初始p H值、粒度)进行了研究,在此基础上进行3因素3水平和1因素1水平混合正交试验,确定最佳反应条件,进而对以铁屑为PBR介质修复铬污染地下水的处理效果进行了动态试验。结果表明,Cr(VI)的去除率主要受初始p H值、反应时间、铁屑粒度、铁屑投加量和铬溶液初始质量浓度的影响。对于处理200 m L质量浓度为5 mg/L的铬溶液,最佳条件为:p H值调至3,投加酸预处理铁屑1.5 g,反应60 min。废水通过介质的流速越小,初始Cr(VI)质量浓度越小,去除率越高。     

改性海泡石处理水中低质量浓度NO3-的研究

实验制备酸洗及负载纳米零价铁的海泡石,进行改性海泡石吸附及还原水中低质量浓度NO~-_3的实验研究。结果表明,对于酸洗海泡石(PNS)吸附NO~-_3,吸附效果高于天然海泡石,Freundlich模型比Langmuir模型更好地拟合NO~-_3等温吸附曲线,吸附过程为物理吸附非自发过程,吸附为放热反应,温度升高不利于吸附进行;负载纳米零价铁的海泡石(PNS-nZVI)处理水中NO~-_3符合准一级反应动力学模型。在一定范围内,酸性条件下促进NO~-_3的去除,质量浓度越大去除效果越好,温度在30℃时去除率达到峰值,最佳条件下去除率可达到95.4%。PNS-nZVI还原NO~-_3是一个递进过程,初始阶段NO~-_3先转化成中间产物NO~-_2和部分NH~+_4,随着反应进行NO~-_2逐步转化成NH~+_4,NH~+_4在反应产物中所占比重最大。     

改性柚皮对水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

以柚子皮为原料,经乙醇处理,得到改性柚皮吸附剂,并将其用于对水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附,研究了吸附剂用量、温度、水样初始p H值、Cr(Ⅵ)初始质量浓度、吸附时间等对水溶液中Cr(Ⅵ)吸附效果的影响。结果表明,各因素中p H值对改性柚皮吸附Cr(Ⅵ)的影响较大。对初始质量浓度为20 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液,改性柚皮投加量为20 g/L、温度为25℃、水样初始p H=1时,吸附420 min后,Cr(Ⅵ)的去除率达99%以上。Freundlich吸附等温模型和二级吸附动力学模型可以很好地对改性柚皮的吸附过程进行线性拟合,决定系数R2分别为0.975 1和0.996 6。     

南水北调中线总干渠水质健康风险与控制技术研究

南水北调中线总干渠内排段因工程建设特点,污染物可随地下水进入干渠,致干渠水质存在健康风险,直接影响受水地区人民的身体健康.本研究在总干渠风险污染源解析识别的基础上,通过小试,确定了“复配介质渗透反应格栅(PRB)修复”和“水力截获”两控制技术.在现场中试基础上,建成“硝酸盐污染地下水的PRB修复技术示范工程”和“水力截获技术工程化试验示范工程”.工程试验结果显示:复配介质PRB修复技术对硝酸盐氮污染物修复率90％以上;水力截获技术对铬、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等风险污染物截获率均达到90％以上,符合《地下水质量标准》(GB/T14848-9)Ⅲ类水质要求.可有效应对总干渠水质的健康风险,保证南水北调中线总干渠内排段乃至全线的水质安全.