溶液化学环境对给水厂废弃铁铝泥吸附草甘膦的影响

考察了给水厂废弃铁铝泥(ferric and alum water treatment residuals,FARs)对有机磷农药草甘膦的吸附特征,探究了溶液初始p H、阳离子种类及其离子强度、磷酸盐和小分子有机酸浓度等对FARs吸附草甘膦的影响。研究结果表明:FARs对草甘膦的吸附较符合伪二级动力学模型(R2=0.942),Freundlich方程能较好地描述FARs对草甘膦的等温吸附过程(R2=0.994),其草甘膦吸附容量KF值达10.35,是已报道铝泥的2倍。溶液化学环境对FARs吸附草甘膦影响较大,随着溶液p H的增加,FARs对草甘膦的吸附量显著降低。与K+相比,Ca2+的存在能显著提高草甘膦的吸附量。此外,溶液中小分子有机酸(苹果酸和柠檬酸)对FARs吸附草甘膦存在明显的抑制作用,且抑制作用随着有机酸浓度的升高而增强。解吸实验结果进一步表明FARs吸附的草甘膦能稳定存在,不易被溶液中的磷酸盐所取代。     

铝污泥吸附六价铬的特征和机理

铝污泥是给水处理过程中不可避免的副产物,为了解其资源化利用作为吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附行为和吸附特征,本研究通过静态实验研究了铝污泥的水解特征、Cr(Ⅵ)在铝污泥上的吸附机理和影响因素。结果表明,(1)铝污泥表面的主要官能团为羟基、SO24-和Cl-;(2)铝污泥与Cr(Ⅵ)的吸附过程中,液相中Cr(Ⅵ)的浓度随吸附时间延长而降低(由20 mg/L降为15.42 mg/L),同时,液相中pH由6.01升高为7.06、SO24-由8.79 mg/L升高为11.40 mg/L、Cl-由10.54 mg/L升高为11.88 mg/L,这一结果表明,HCrO4-与铝污泥表面的羟基、SO24-、Cl-等官能团交换,其吸附机理为配体交换;(3)pH是影响Cr(Ⅵ)在铝污泥上的吸附量的主要因素,当pH由4.0升高至10.0时,吸附容量由7.63 mg/g下降为0.70 mg/g。实验表明,铝污泥作为一种新型的Cr(Ⅵ)吸附剂具有较高吸附能力和应用前景,并为优化吸附工艺提供了技术支撑。     

锆、铁氧化物改性活性炭纤维的制备及其除磷性能

利用锆、铁氧化物对活性炭纤维进行改性,制备了一种新型高效除磷吸附剂——负载锆铁氧化物的活性炭纤维(ACF-ZrFe)。综合运用单因素实验与正交实验对吸附剂的制备条件进行优化,同时利用环境扫描电镜和傅里叶变换红外光谱分析对吸附剂表面性质及反应机理进行了探究。实验结果表明,ACF-ZrFe制备的最佳条件为:锆铁摩尔比7:3,浸渍液中锆铁总浓度0.1 mol/L,超声处理时间10 min。当pH为4时,ACF-ZrFe对磷的吸附效果最显著。NO3-、SO42-、F-和Cl-等共存阴离子对磷吸附有一定抑制作用,其作用强弱顺序为:F- > NO3- > Cl- > SO42-。Langmuir等温吸附模型很好地描述了ACF-ZrFe对水中磷的等温吸附行为,最大吸附量为27.03 mg/g,吸附动力学满足准二级动力学模型,表明化学吸附是该反应的主要限速步骤。红外光谱分析及pH影响实验表明,ACF-ZrFe吸附磷的主要机理为阴离子配位体交换和静电吸附。     

巢湖湖岸砂石的磷吸附特性研究

以巢湖湖岸上富含铁、铝、锰等元素的砂石为实验材料,研究其对水体中磷的吸附效果。实验表明:在砂石对磷的吸附过程中,同时存在着物理吸附和化学吸附,且以化学吸附作用为主,符合准二级动力学模型;砂石对磷的作用与溶液初始磷浓度有关,磷释放与吸附的临界浓度点约为0.04 mg/L;砂石对磷的吸附符合Langmuir等温吸附方程,最大吸附量约为1 428.57 mg/kg,对磷的吸附效果比普通沙石要好,且经济易得。     

基于给水污泥吸附水溶液中磷的影响因素

以给水污泥为吸附材料,采用正交实验与单因素实验研究了多种因素对除磷效果的影响。正交实验结果表明最佳反应条件为:pH为3,粒径1.98 mm,投加量8.0 g/L,吸附时间24 h。结合SEM/XRD和EDS等表征方法,对给水污泥的表面形貌和结构特征进行表征和分析。Langmuir、Freundlich和D-R等温吸附方程均能较好的拟合给水污泥对磷的吸附特征。在298、308和318 K温度下,Langmuir拟合得到的理论饱和吸附量分别为3.47、3.84和4.39 mg/g。由D-R方程计算的吸附自由能E为10.77~10.83 kJ/mol,表明吸附过程为离子交换吸附。     

活性炭负载水合氧化铁对草甘膦吸附性能的研究

利用活性炭制备了水合氧化铁负载活性炭AC-Fe,并通过静态吸附实验研究了该材料对水溶液中草甘膦的吸附性能。研究结果表明,该负载方法可以在活性炭上嫁接72 mg/g的铁,AC-Fe对草甘膦的最大吸附容量可以达到120 mg/g;AC-Fe对草甘膦的吸附量随pH的升高而降低;磷酸根对AC-Fe的吸附性能具有明显的抑制作用,原因在于它能和铁离子形成内层络合物,与草甘膦竞争材料表面的吸附位点。     

碳酸根型镁铝水滑石对铬酸根和磷酸根离子的吸附性能

为研究水滑石类材料对水体中铬酸根和磷酸根离子的同时吸附去除性能,采用共沉淀法合成碳酸根型镁铝水滑石(Mg-Al-CO3 LDHs),利用傅立叶转换红外光谱、X射线晶体衍射、表面积、X光吸收近边结构等手段对合成材料进行表征,并研究Mg-Al-CO3 LDHs在不同初始浓度、pH、吸附时间、阴离子干扰条件下同时去除铬酸根和磷酸根离子的性能。结果表明,Mg-Al-CO3 LDHs对铬酸根和磷酸根离子最大吸附量分别为0.042 mmol/g和0.146 mmol/g。吸附动力学实验数据的拟合结果以Elovich为最佳。竞争实验表明,溶液中含有少量磷酸根离子即可抑制铬酸根离子的吸附,但铬酸根离子对磷酸根离子的吸附影响不大。X光吸收近边结构结果表明,铬与构造中心的铝产生键结而吸附。     

铁改性海泡石除锑的影响因素研究

选择廉价海泡石, 用氯化铁对其改性。研究铁改性海泡石对锑的吸附特性。结果表明,氯化铁浓度、吸附时间、初始锑浓度以及温度等因素对锑的吸附影响较大,溶液初始pH影响不明显。在初始锑浓度50 mg/L,pH 6.8,5%氯化铁改性海泡石投加量为2 g/L,吸附90 min, 温度35℃下,吸附量可达21.6 mg/g。海泡石对吸附锑具有缓冲特性,溶液的初始pH值在3.1～10.1范围时,吸附后溶液的最终pH值为8～8.5。IMS吸附锑是放热过程。改性后海泡石比表面积增大,表面羟基数量增加,导致其吸附能力增强。通过XRD谱图并未发现铁晶体的存在。     

含铝活性炭污泥对磷的吸附特性研究

考察了粒径、pH、温度、磷初始浓度等因素对含铝活性炭污泥吸附磷的影响,确定了其吸附过程的热力学和动力学参数。结果表明,含铝活性炭污泥吸附磷的最佳条件为污泥粒径取1.000~2.000mm,温度取25℃,无需调节pH,磷初始质量浓度小于50mg/L。Langmuir方程或Freundlich方程均可以描述含铝活性炭污泥吸附磷的吸附等温线。热力学参数标准吉布斯自由能变(ΔGθ)0J/mol、标准吸附焓变(ΔHθ)0J/mol、标准吸附熵变(ΔSθ)0J/(mol·K)表明,含铝活性炭污泥吸附磷为自发的、吸热的、熵增的过程。吸附动力学研究表明,拟二级动力学模型能够模拟含铝活性炭污泥对磷的吸附过程。     

三价铁改性活性炭对水中微量砷的吸附特性

研究了三价铁改性对不同活性炭(颗粒和粉末)对水中砷的吸附特性的影响。结果表明,三价铁改性有效提高了活性炭对不同形态砷的吸附性能。其中,对于2种活性炭,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳铁离子改性浓度分别为0.1和0.05 mol/L。此时,通过Langmuir等温线方程拟合得到:粉末和颗粒活性炭对As(Ⅲ)的最大吸附量qm分别为2.38 mg/g和9.39 mg/g;而对As(Ⅴ)的qm分别为5.12 mg/g和2.32 mg/g。此外,当溶液的pH从3升高到9的过程中,吸附量先增加后有所下降,当pH 为7时,改性前后的活性炭对砷的吸附量达到最高。     

Zn-Al-La-LDHs改性膨润土对富营养化湖泊中磷的锁定效果

采用恒定pH共沉淀法制备了Zn-Al-La-LDHs改性膨润土,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对样品微观形貌、元素组成、晶体结构进行了表征。结果表明：Zn-Al-La-LDHs已成功合成并负载于膨润土表面;Langmuir和Freundlich吸附模型均能很好地拟合Zn-Al-La-LDHs改性膨润土对磷酸根的吸附过程,吸附过程中同时存在单层吸附和多层吸附,最大吸附容量可达12 mg∙g⁻¹。在富营养化程度较高的汤逊湖中心取5根带底泥和上覆水的样柱,进行了除磷药剂投加量实验。结果表明,根据上覆水溶解性磷酸盐(SRP)含量、表层8 cm底泥中活性磷(NaOH-P)含量、投药量安全系数(取10%)、改性膨润土吸附容量,可计算得到投药量;据前述计算结果投加所需的除磷药剂后,汤逊湖实验柱上覆水总磷(TP)质量浓度锁定在0.05 mg∙L⁻¹以下,达到或优于地表水Ⅲ类水体有关总磷的水质要求(TP≤0.05 mg∙L⁻¹)。以上结果说明所研制的Zn-Al-La-LDHs改性膨润土可用于富营养化水体的控磷。     

The removal of hydrogen sulfide in solution by ferric and alum water treatment residuals

This work investigated the characteristics and mechanisms of hydrogen sulfide adsorption by ferric and alum water treatment residuals (FARs) in solution. The results indicated that FARs had a high hydrogen sulfide adsorption capacity. pH 7 rather than higher pH (e.g. pH 8-10) was favorable for hydrogen sulfide removal. The Yan model fitted the breakthrough curves better than the Thomas model under varied pH values and concentrations. The Brunauer-Emmett-Teller surface area and the total pore volume of the FARs decreased after the adsorption of hydrogen sulfide. In particular, the volume of pores with a radius of 3-5 nm decreased, while the volume of pores with a radius of 2 nm increased. Therefore, it was inferred that new adsorption sites were generated during the adsorption process. The pH of the FARs increased greatly after adsorption. Moreover, differential scanning calorimetry analysis indicated that elemental sulfur was present in the FARs, while the derivative thermal gravimetry curves indicated the presence of sulfuric acid and sulfurous acid. These results indicated that both oxidization and ligand exchange contribute to the removal of hydrogen sulfide by FARs. Under anaerobic conditions, the maximum amount of hydrogen sulfide released was approximately 0.026 mg g(-1), which was less than 0.19% of the total amount adsorbed by the FARs. The hydrogen sulfide that was released may be re-adsorbed by the FARs and transformed into more stable mineral forms. Therefore, FARs are an excellent adsorbent for hydrogen sulfide.     

工业废渣基除磷材料的静态吸附研究

研究了高效除磷材料（EPRC）对磷素的吸附特性,考察了投加量、初始浓度、初始pH值、粒径等对EPRC吸附性能的影响,分析了不同条件下EPRC的吸附过程。结果表明,最佳投加量为3.5 g/250 mL时,去除率达91.07%,出水TP浓度为0.45 mg/L。随着粒径减小,EPRC对磷素的吸附量增大,吸附平衡时间缩短。溶液初始pH值在碱性条件下,吸附容量变大。     

Ca-Fe基磁性纳米复合材料对水体中磷的结晶回收

人类活动导致大量的不可再生的磷资源流失到水环境中造成水体富营养化,磷的结晶回收对废水治理、地表水管理和可持续发展具有重要意义。采用微波-冷却-回流和超声的方法制备Ca-Fe 基磁性纳米复合材料(CaCO₃-Fe₃O₄),通过批量吸附实验法系统探究了体系pH、接触时间、磷的初始浓度、共存离子等因素对复合材料去除水体中磷的影响规律。结果表明,CaCO₃-Fe₃O₄纳米磁性复合材料在pH=3.0~6.0内对磷表现出良好的去除效果,对磷的最大去除容量为189.21 mg·g⁻¹。复合材料对水体中的磷主要通过吸附-结晶耦合机制去除,在高浓度含磷废水中,磷以CaHPO₄·2H₂O的形式被回收。综合考虑磁分离的简易性、磷的去除容量和环境友好性,所制备的Ca-Fe基磁性复合材料在磷资源回收领域具有潜在的应用价值。     

多孔陶瓷滤球对杭州西湖沉积物5种形态磷的吸附性能

以新型赤泥基多孔陶瓷滤球（porous ceramic filter material,PCFM）颗粒为吸附剂,采用动态和静态吸附实验相结合的实验方法研究了PCFM颗粒对沉积物磷的吸附性能。动态吸附实验结果表明,影响PCFM颗粒除磷效果的主要因素有投加量、反应时间、上覆水体pH值和环境温度,最佳吸附反应条件为PCFM投加量8 g,反应时间12 h,上覆水体pH=12,环境温度为50℃。静态吸附实验结果表明,随着反应时间的延长,PCFM对沉积物五种形态磷吸附在12 d左右接近或达到了吸附平衡,此时TP、OP、IP、Fe/Al-P和Ca-P的去除量分别为245.89、69.86、155.25、195.22和-49.01 mg·kg-1。可见PCFM对沉积物磷的吸附性能较好,可进一步应用于富营养化湖泊沉积物磷控制。     

Removal of As(III) and As(V) using iron-rich sludge produced from coal mine drainage treatment plant

To test the feasibility of the reuse of iron-rich sludge (IRS) produced from a coal mine drainage treatment plant for removing As(III) and As(V) from aqueous solutions, we investigated various parameters, such as contact time, pH, initial As concentration, and competing ions, based on the IRS characterization. The IRS consisted of goethite and calcite, and had large surface area and small particles. According to energy dispersive X-ray spectroscopy mapping results, As was mainly removed by adsorption onto iron oxides. The adsorption kinetic studies showed that nearly 70 % adsorption of As was achieved within 1 h, and the pseudo-second-order model well explained As sorption on the IRS. The adsorption isotherm results agreed with the Freundlich isotherm model, and the maximum adsorption capacities for As(III) and As(V) were 66.9 and 21.5 mg/g, respectively, at 293 K. In addition, the adsorption showed the endothermic character. At high pH or in the presence of phosphate, the adsorption of As was decreased. When the desorption experiment was conducted to reuse the IRS, 85 % As was desorbed with 1.0 N NaOH. In the column experiment, adsorbed As in real acid mine drainage was 43 % of the maximum adsorbed amount of As in the batch test. These results suggested that the IRS is an effective adsorbent for As and can be effectively applied for the removal of As in water and wastewater.     

壳聚糖-镧改性膨润土的制备及除藻除磷性能

为解决对于富营养化水体同步进行除藻、除磷的问题,采用膨润土作为基质材料,通过壳聚糖和镧进行复合改性处理,制备了壳聚糖-镧复合改性膨润土(CLMB),考察了CLMB的除藻除磷性能及相关的影响因素,并将CLMB用于富营养化水体修复研究。结果表明：制备的CLMB在投加量为50 mg·L⁻¹时,叶绿素a(Chl-a)和浊度去除率分别为95.63%和92.55%;CLMB在pH为4~8及淡水环境下除藻效率较高;CLMB对磷的吸附更适合Langmuir方程和准二级动力学模型,在35 ℃时CLMB对磷的饱和吸附量达到13.46 mg·g⁻¹。CLMB用于富营养化水体修复的结果表明,CLMB具有快速絮凝除藻作用,富营养化水体从修复前的重度富营养化改善至中营养水平,沉水植被得到有效恢复。     

载铁牡蛎壳粉对水中磷的吸附性能及机理

为解决生物絮凝养殖水体含磷物质积累,初步研究了载铁牡蛎壳粉吸附除磷性能及相关机理。结果表明,8 g·L⁻¹载铁牡蛎壳粉在初始TP浓度为20.00~50.00 mg·L⁻¹吸附效果最佳,TP去除率由(84.94±0.94)%增至(87.35±1.06)%,吸附量由(2.37±0.03) mg·g⁻¹增至(5.45±0.22) mg·g⁻¹;当pH为2.00~6.00时,TP去除率大于(80.13±3.27)%,吸附量大于(2.04±0.02) mg·g⁻¹;碳酸氢根的存在对载铁牡蛎壳粉吸附除磷有明显的抑制作用。X射线衍射结果表明,载铁牡蛎壳粉表面覆盖成分为Fe₂(PO)₅和Fe₄(PO₄)₂O。载铁牡蛎壳粉吸附过程符合Freundlich模型和准二级动力学模型,最大吸附量为9.81 mg·g⁻¹,吸附过程存在物理吸附和化学吸附,主要由化学吸附决定,膜扩散和颗粒内扩散为主要限速步骤,配位交换和静电吸附为主要吸附机理。以上研究结果可为实际养殖废水除磷方法提供参考。     

河岸带土壤对不同pH雨水中截留磷的影响

通过河岸带土柱淋滤模拟实验,研究了不同pH值模拟雨水条件下河岸带土壤对雨水中磷的截留效应,分析了pH对河岸带土壤吸附磷素的影响机制。结果表明：在不同pH的模拟雨水处理下,河岸带土壤对TDP和MRP的吸附具有显著的差异;且在pH=5条件下河岸带土壤对磷素的吸附量最低。河岸带土壤对雨水中磷的去除率随着降雨时间的进行而不断下降,pH=5时,河岸带对磷的去除率最低,截留能力最弱。不同pH值的模拟雨水对土柱中TP的含量产生显著影响,pH=5时,土柱中TP含量最高,pH=3时,TP含量最低。土柱中的TP在表层10 cm含量最高,随深度的增加而不断降低。研究河岸带土壤对不同pH雨水中磷的截留效应对于理解磷在河岸带土壤中的迁移转化机理以及防治水体富营养化具有十分重要的意义。     

一种新型吸附材料的除磷性能研究

针对水体富营养化的磷，采用吸附法进行处理，制备出一种新型的除磷吸附剂，对水中磷酸盐的吸附性能进行了研究，结果表明，该吸附剂对磷酸盐的吸附速率很高，在酸性条件下，其最大吸附容量为34mg／g。当溶液pH值在1～3范围内，含磷浓度为50mg／L，吸附剂投加量为200mg，接触时间为2h，磷酸盐的去除效率可达98％以上；再生后的吸附剂容量变化不大，是一种具有较高应用价值的新型材料。