典型化学条件对Fe~(2+)促进消化污泥凝聚性能的影响

以消化污泥为研究对象,研究了Fe~(2+)浓度、pH和离子强度等因素对Fe~(2+)促进消化污泥凝聚性能的影响,采用扩展的DLVO理论(EDLVO)探讨了污泥絮体凝聚过程中结合能的变化特征,并对典型条件下各层胞外聚合物(EPS)的三维荧光谱图(EEM)进行了分析。结果表明:Fe~(2+)促进消化污泥凝聚的最佳化学条件为Fe~(2+)浓度50 mmol·L~(-1),pH=7.57(原始值),离子强度0.01 mol·L~(-1)。在最佳Fe~(2+)浓度或pH下,Fe~(2+)促进污泥凝聚的主要作用为:增大Zeta电位、提高絮体粒径和密实程度、增强疏水性和降低污泥絮体间的能垒;在最佳离子强度下,提高絮体粒径和密实程度是促进污泥凝聚的主要作用;离子强度的增加并未降低污泥位能曲线的能垒。EEM证明,Fe~(2+)主要与污泥EPS中slime层结合以促进污泥凝聚,主要结合物为蛋白质A、可见富里酸和紫外富里酸。     

铝板电絮凝法去除重金属离子Cd~(2+)和Ni~(2+)

以模拟遭受突发性镉、镍污染的水体为研究对象,采用铝电极板电絮凝法去除水中Cd~(2+)和Ni~(2+),考察电流密度、反应时间、溶液初始p H与极板间距等操作参数对重金属离子Cd~(2+)和Ni~(2+)去除效果的影响,在最佳工况条件下,Cd~(2+)和Ni~(2+)的去除率均能达到99.99%以上。在模拟废水中投加5.0 mg/L阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS),与不投加SDS过程相比,电流效率从101.4%上升到118.0%,电絮凝除Cd~(2+)过程,同样达到99.52%的去除率,反应时间从12 min缩短到10 min,对于Ni~(2+)去除过程,同样达到98.61%去除率,反应时间从10 min缩短到8 min。2个反应过程均符合一级动力学模型。阳极表面扫描电子显微镜(SEM)表征显示,SDS添加有助于Al3+的释放。     

活性炭协同Fe~(2+)催化H_2O_2氧化处理染料废水及其表面附着污染物对催化活性的影响

采用动态连续处理装置研究颗粒活性炭(GAC)催化H_2O_2氧化活性红X-3B染料(RRX-3B)的效能以及GAC表面吸附污染物对催化性能的影响,考察GAC与Fe~(2+)协同催化作用。研究结果表明:RRX-3B的处理效果随着流速的增加而逐渐降低;新GAC/H_2O_2体系降解效果优于单独GAC吸附与单独H_2O_2氧化,GAC重复使用存在部分失活现象使其脱色率和COD去除率下降,且表面预先吸附污染物的GAC在重复使用过程中下降更为明显;固定H_2O_2投加量为5 mmol·L~(-1),按n(Fe~(2+)):n(H_2O_2)为1:20投加Fe~(2+),GAC与Fe~(2+)联合体系能持续有效使RRX-3B氧化脱色,重复使用4次后脱色率仍可达99.65%,GAC和Fe~(2+)之间存在协同催化H_2O_2降解RRX-3B的作用。GAC表面附着的Fe~(2+)能够加强催化作用,且有效延长其使用寿命。     

利用Fe~0和Fe~(2+)在皂素废水中生成绿锈去除硫酸根

皂素废水中高浓度的SO_4~(2-)对环境危害大,厌氧环境下同时投加Fe~0和Fe~(2+)生成硫酸盐绿锈增强SO_4~(2-)的去除,实验研究了各因素对去除SO_4~(2-)的影响。结果表明,降低初始p H能快速提升SO_4~(2-)的去除率,25~35℃范围内提高温度有利于SO_4~(2-)的去除,Fe~(2+)浓度对去除效果影响显著,随着Fe~(2+)浓度的增加,SO_4~(2-)去除率快速上升。初始pH为2、温度为25℃的条件下,10 g·L~(-1)的Fe~0和1 000 mg·L~(-1)的Fe~(2+)能去除93.1%初始浓度为1 000 mg·L~(-1)的SO_4~(2-)。XRD和SEM表征结果显示,去除过程中铁粉表面有疏松多孔结构的Fe_3O_4生成,有利于SO_4~(2-)与Fe~0接触反应,促进硫酸盐绿锈的生成,进一步增强SO_4~(2-)的去除。动力学分析显示,去除过程拟合伪二级动力学模型,吸附SO_4~(2-)的过程以单分子层吸附为主。     

固定床吸附柱处理含Mn~(2+)酸性矿山废水

为了探究同步去除酸性矿山废水(AMD)中酸度及重金属离子的新型多功能矿物环保材料,确定最佳运行方式,在固定床操作条件下,对比研究复合颗粒吸附柱、锰砂柱、复合颗粒-锰砂混合填充柱对AMD中酸度、Mn~(2+)的去除效果,确定小型连续流反应器的最佳吸附剂;在确定最佳吸附剂的基础上,对比研究升流淹没式、降流淹没式、降流非淹没式吸附柱对AMD中酸度、Mn~(2+)的去除效果,确定小型连续流反应器的最佳运行方式;并结合SEM、XRD等微观分析揭示复合颗粒动态吸附去除重金属离子的规律及机理。实验结果表明:3种吸附材料对Mn~(2+)的吸附容量关系为:PG柱(28.871 mg·g~(-1))PG-MS柱(16.935 mg·g~(-1))MS柱(2.194 mg·g~(-1));3种运行方式对Mn~(2+)的吸附容量关系为:降流非淹没式(28.817mg·g~(-1))升流淹没式(26.532 mg·g~(-1))降流淹没式(23.479 mg·g~(-1))。因此,固定床吸附柱处理含Mn~(2+)酸性矿山废水动态实验的最佳吸附材料为膨润土-钢渣复合颗粒,复合颗粒的最佳运行方式为降流非淹没式。PG在去除Mn~(2+)的过程中不仅存在吸附、化学沉淀等作用,还存在聚沉作用,即具有吸附-聚沉协同作用,并且Mn~(2+)在复合颗粒表面的赋存状态主要以Mn-Si-O相结合的矿物相以及Ca Mn7O12沉淀物存在。     

地下水中锰对滤料表面氧化膜去除氨氮的影响

在中试实验条件下,考察锰对石英砂滤料表面复合氧化膜去除氨氮的影响。实验结果表明:进水不含Fe~(2+)、Mn~(2+)的条件下,接触氧化对NH_4~+-N的最大去除能力约为2.0 mg/L;氨氮浓度低于2.0 mg/L时,锰离子对氨氮的去除没有明显影响;增大进水氨氮浓度为2.7 mg/L时,进水锰离子浓度为1.8 mg/L时最有利于活性滤膜对氨氮的去除,氨氮的去除率较进水不含锰离子时提高了14.3%,出水氨氮浓度低于饮用水标准限值0.5 mg/L。     

基于响应曲面法优化H_2O_2/Fe~(3+)脱除烧结烟气中的Hg~0

烧结烟气中重金属汞的含量较高,湿法氧化脱除零价汞(Hg~0)是当前最受关注的技术之一,但该氧化脱除技术的操作条件仍需优化。为此,以响应曲面法对H_2O_2/Fe~(3+)氧化脱除Hg~0进行了研究和优化。首先参照单因素实验结果,利用Box-Behnken设计(BBD)的3因素3水平实验研究了溶液温度、H_2O_2浓度和Fe~(3+)浓度3个条件的交互作用并进行分析和优化,发现以H_2O_2/Fe~(3+)氧化脱除Hg~0的最佳条件为溶液温度41.78℃、H_2O_2浓度0.55mol·L~(-1)和Fe~(3+)浓度0.007mol·L~(-1),在此最佳条件下Hg~0的脱除效率可高达87.28%。最后,在该条件下进行了验证研究,实验结果表明最优条件下Hg~0的脱除效率为87.93%±0.87%,与模型预测值基本吻合,表明基于响应曲面分析法所得出的最佳工艺参数准确可靠,对利用H_2O_2/Fe~(3+)脱除钢铁行业烧结烟气中Hg~0的条件优化具有较好的指导作用。     

Fe~(3+)催化过氧化钙体系降解水中三氯乙烯

采用Fe~(3+)催化过氧化钙(CP)处理水溶液中三氯乙烯(TCE),考察了CP和Fe~(3+)投加量、地下水中常见阴离子和腐殖酸对TCE降解效果的影响。结果表明,Fe~(3+)催化CP体系可以有效降解TCE,但相同药剂投加量下效率低于Fe~(3+)催化H_2O_2体系。在TCE初始摩尔浓度为0.15mmol/L,CP和Fe~(3+)投加量分别为3.00、6.00mmol/L时,180min时TCE去除率达到了96.1%。常见阴离子Cl~-、HCO_3~-和SO_4~(2-)对TCE的降解有抑制作用,NO_3~-对TCE降解几乎无影响,而腐殖酸对TCE降解有促进作用。自由基清除实验表明TCE降解的主导自由基为HO·,Cl~-的释放效果显示HO·的氧化作用可使降解的TCE完全矿化。因此,Fe~(3+)催化CP技术适用于污染场地地下水中TCE的修复治理。     

麦饭石固定化SRB污泥颗粒处理模拟煤矿酸性废水的适应性

针对多组分煤矿酸性废水(ACMD)污染严重、治理费用高的特点,采用PVA—硼酸包埋交联法制作以硫酸盐还原菌(SRB)和盐改性麦饭石为主体的固定化颗粒,依据不同水力负荷和污染负荷构造3组动态柱,对固定化颗粒进行水力条件适应性实验研究。结果表明,固定化颗粒在低水力负荷0.085 m3·(m~2·d)-1,水力停留时间32.495 h下运行效果较好,SO_4~(2-)和Mn~(2+)去除率分别为65.90%和37.65%,出水COD浓度635.06 mg·L~(-1),总铁元素TFe释放量4.03 mg·L~(-1),出水pH 6.94。提高污染物SO_4~(2-)和Mn~(2+)浓度到(2 657±96)mg·L~(-1)和(13.33±1.75)mg·L~(-1),SO_4~(2-)和Mn~(2+)去除率仍可达40.07%和20.52%,出水COD浓度64.07 mg·L~(-1),总铁元素TFe释放量2.69 mg·L~(-1),出水pH为7.38,综合处理效果较好,颗粒对高浓度污染物适应性较强,具有一定抗冲击负荷能力。     

生物炭对Cu~(2+)污染土壤反硝化过程的影响

反硝化过程会导致土壤系统中氮素的流失,而且产生温室气体N2O,有必要控制污染土壤的反硝化过程。研究了Cu~(2+)污染土壤中添加生物炭对反硝化过程的抑制。结果表明,Cu~(2+)污染土壤的NO-3浓度低于未污染土壤,N2O释放速率大于未污染土壤,可见Cu~(2+)污染土壤中的Cu~(2+)可促进反硝化过程。添加生物炭可明显降低土壤中可提取Cu~(2+)浓度,N2O释放速率降低,NO-3浓度升高,但NO-3浓度的升高滞后于N2O释放速率的降低。生物炭添加量为5%(质量分数)时对反硝化作用的抑制效果最强。     

溶解氧浓度对石英砂滤料表面铁、锰氧化膜同步去除地下水氨氮和锰的影响

在实验室放大装置中,考察了溶解氧(DO)浓度对石英砂滤料表面铁锰复合氧化膜同步去除氨氮(NH_4~+-N)和锰(Mn~(2+))的影响。结果表明,DO是同步去除NH_4~+-N和Mn~(2+)的必要条件,当进水DO浓度大于(4.4±0.2)mg·L~(-1),低浓度NH_4~+-N和Mn~(2+)的去除率均可达94%以上。控制进水DO浓度相同,分别从滤柱顶端进水和滤柱底端进水并监测NH_4~+-N和Mn~(2+)浓度随滤层厚度的变化。结果表明,上下滤层对Mn~(2+)的去除效果一致,但上层对NH_4~+-N的去除速率略快于下层。对于含有较高浓度NH_4~+-N(3.2 mg·L~(-1))的进水,进行二次补氧是使出水NH_4~+-N达标的有效方法。     

Fenton-like/TiO_2催化介质阻挡放电体系对活性艳蓝的降解

为了提高等离子放电对染料的降解效率,研究了Fenton-like/TiO_2耦合催化介质阻挡放电体系对活性艳蓝(X-BR)的脱色效果及降解机理。结果表明,投加Fe~(2+)或Fe~(3+)与TiO_2组成的耦合催化体系可以显著提高X-BR的脱色率。反应10 min后,紫外可见扫描光谱和阴离子(Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-))产量分析表明,介质阻挡放电体系可以有效破环蒽醌发色基团,耦合催化体系不仅强化了蒽醌结构的破坏,同时更加有效地破坏了苯环和萘环结构从而提高了TOC降解率。最后,比较研究了投加Mn~(2+)和Cu~(2+)对X-BR的脱色效果,在投加浓度均为0.5 mmol/L条件下,两者对X-BR的脱色起到抑制作用,因此,两者不适合作为耦合催化介质阻挡放电体系的添加离子。     

壳聚糖-纳米铁去除上覆水和底泥中Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的研究

利用具有较好抗氧化性和分散性的壳聚糖-纳米铁(CS-NZVI)颗粒去除上覆水-底泥系统中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),分析了Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)去除的动力学特征,考察了pH和盐度对去除效果的影响。结果表明,CS-NZVI颗粒能够有效去除上覆水及底泥中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的去除过程满足准一级反应动力学方程;随着pH的升高,上覆水中Cr(Ⅵ)的去除率逐渐降低,而Pb~(2+)、Cd~(2+)去除率逐渐升高,底泥中Cr(Ⅵ)去除率先大幅降低后小幅上升,而Cd~(2+)、Pb~(2+)去除率总体呈降低趋势;高盐度不利于上覆水中Cr(Ⅵ)的去除,但对底泥中Cd~(2+)和Pb~(2+)的去除具有促进作用,对底泥中Cr(Ⅵ)的去除没有明显影响。     

化学滴液电极对废水中Pb~(2+)测定的初步研究

利用自制的滴液电极,运用循环伏安和方波伏安法,对Pb~(2+)在水/甲基异丁基酮(MIBK)界面上通过双硫腙(HDz)促迁移的反应机制进行了研究.结果表明,该迁移过程为不可逆过程,Pb~(2+)的迁移峰电位为0.122 V,且当Pb~(2+)摩尔浓度为5.0×10~(-7)～4.0×10~(-5)mol/L时,峰电流和Pb~(2+)浓度呈线性相关关系;水相中常见的Na~+等金属离子浓度比Pb~(2+)浓度大百倍时,或水相中常见的Mg~(2+)、Ni~(2+)浓度与Pb~(2+)浓度相同时,对峰电流测定结果产生的干扰都较小(相对误差小于10.0%),但当水相中有Zn~(2+)、Cu~(2+)、Fe~(3+)存在时,即使其浓度都与Pb~(2+)浓度相同,也会对峰电流测定结果产生明显干扰(相对误差分别为-12.2%、-28.7%、-60.3%);以方波伏安法取代循环伏安法进行峰电流测定,以新型绿色溶剂室温离子液体(RTILs)取代四苯硼四丁基铵作为有机相电解质,能极大提高Pb~(2+)浓度测定的灵敏度.     

膨润土复合颗粒与SRB协同处理酸性矿山废水

针对酸性矿山废水(AMD)pH低、重金属含量大、处理难等问题,采用膨润土-钢渣复合颗粒吸附剂、塑料雪花片和碎石作为填料,经生活污水、鸡粪、锯末发酵液驯化的硫酸盐还原菌(SRB)优势菌悬液对填料进行挂膜,构造三组动态柱:I#动态柱采用分层填装方式、Ⅱ#动态柱采用混合填装方式、Ⅲ#动态柱为只含有微生物的动态柱。研究其对Fe~(2+)、Mn~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)、SO_4~(2-)和H~+的去除效果,并研究分层的动态柱的再生效果、揭示机理。结果表明:膨润土-钢渣复合颗粒与微生物填料分层填装的方式更利于处理酸性矿山废水(AMD),该动态柱40 d时对Fe~(2+)、Mn~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的去除率均能达到95%以上,对SO_4~(2-)的去除效果好于其他两个动态柱,且出水pH为中性,同时SRB还原SO_4~(2-)生成的S~(2-)/H_2S可以使重金属离子固定、饱和吸附剂再生。说明膨润土复合颗粒与SRB协同处理酸性矿山废水具有创新高效性,值得推广使用。     

Fe~(3+)对人工快速渗滤系统脱氮效能的影响

人工快速渗滤系统(CRI)存在TN去除率低的问题,探寻有效提高CRI系统脱氮效能的方法和技术是目前研究的热点。通过构建CRI污水处理系统,研究了Fe~(3+)在不同添加量下对CRI系统氮素污染物迁移转化及脱氮功能菌分布和活性的影响。结果表明,ρ(Fe~(3+))=2~10 mg·L~(-1)时有利于TN去除,其中ρ(Fe~(3+))=7 mg·L~(-1)时TN去除率最高,比空白对照组提高了30.1%,CRI系统内亚硝酸菌(有氧段)和反硝化菌(饱水段)的数量分别比空白对照组提高3.86、0.42倍,0~80 cm、80~100 cm、100~150 cm段的脱氢酶活性分别为空白对照组的1.68、2.17、1.66倍;当ρ(Fe~(3+))=20 mg·L~(-1)时,硝酸菌和反硝化菌的数量或活性明显下降,过量Fe~(3+)添加对CRI系统脱氮产生抑制效应。     

酸碱改性活性炭吸附微污染水源水中的Ni~(2+)

通过HNO_3-KOH对活性炭进行改性,采用扫面电镜(SEM)、比表面积分析(BET)、红外光谱分析(FT-IR)和Boehm滴定法对改性前后的活性炭进行表征,研究了改性前后的活性炭在不同条件下对微污染水源水中Ni~(2+)的吸附能力和动力学。结果表明:改性活性炭表面含氧酸性官能团数量增加,比表面积和总孔容均略有降低,孔径变化不明显。在Ni~(2+)浓度为0.4 mg·L~(-1),改性活性炭投加量5.0 g·L~(-1),温度30℃时,反应1 h去除率可达95.55%,剩余Ni~(2+)浓度为0.017 8 mg·L~(-1),达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中的要求。相同条件下,改性前活性炭对Ni~(2+)的去除率仅为74.45%,剩余Ni~(2+)浓度达不到标准要求。活性炭对Ni~(2+)的等温吸附更符合Langmuir方程,吸附动力学数据符合准二级动力学方程。     

金属离子对松子壳水热碳化固体产物的影响

以废弃生物质松子壳为原料,利用水热碳化法在180~250℃下制备生物炭,考察添加金属离子(Ca~(2+)、Zn~(2+)、Al~(3+)和Fe~(3+))对松子壳生物炭的影响。通过元素分析、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等技术对松子壳生物炭的结构进行了分析和表征。结果表明,4种金属离子均对松子壳水热碳化起到促进作用,金属离子的加入可在较低温度下得到具有较高碳含量及热值的生物炭。添加金属离子的水热炭化过程在180~230℃以脱水为主,伴随脱羧反应,在230~250℃以脱甲烷化为主。在4种金属离子中,Fe~(3+)对松子壳水热碳化的促进作用最大,温度180℃时,添加Fe~(3+)所得生物炭的碳含量和热值分别为66.59%和24.40 MJ·kg~(-1),是在纯水中180℃时生物炭的碳含量的1.29倍,热值的1.31倍。在扫描电镜中发现添加Fe~(3+)生成的生物炭出现的球形结构较多。通过调节温度以及添加适合的金属离子可实现对炭微球的粒径及数量的控制。     

Fe~(2+)/过硫酸钠体系降解盐酸四环素的研究

采用Fe~(2+)/过硫酸钠体系降解水溶液中的盐酸四环素,探讨了盐酸四环素初始浓度、Fe~(2+)浓度、过硫酸钠浓度、温度、pH等因素对降解效果的影响。单因素实验结果表明,盐酸四环素去除率随着盐酸四环素的初始浓度、过硫酸钠浓度、温度的增大而增大;随着Fe~(2+)浓度的增加,盐酸四环素去除率先增大后减小;酸性条件有利于Fe~(2+)/过硫酸钠体系对盐酸四环素的降解。当盐酸四环素初始质量浓度为50mg/L、Fe~(2+)摩尔浓度为0.10mmol/L、过硫酸钠摩尔浓度为2.0mmol/L、反应温度为30℃、pH=3.0时,反应90min后盐酸四环素去除率可达87.6%。Fe~(2+)/过硫酸钠体系对盐酸四环素的降解用一级反应动力学方程进行拟合,得到该反应体系下盐酸四环素降解的活化能为5.173kJ/mol。     

Fe(Ⅱ)活化过硫酸钠去除水中三氯生

采用Fe~(2+)活化过硫酸钠(SPS)对水中三氯生(TCS)的去除进行了研究,考察了Fe~(2+)、SPS的投加量、TCS初始浓度、p H值和腐殖酸(HA)等对TCS去除的影响,GC-MS鉴定识别了降解产物。结果表明Fe~(2+)活化SPS工艺能有效去除TCS,2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为其主要降解产物,SPS浓度为1.0 mmol·L-1,Fe~(2+)的投加量为0.4 mmol·L-1时,初始浓度为460μg·L-1的TCS 2 min后去除率可达93.87%,TCS慢速反应阶段的降解符合一级反应动力学方程,其动力学常数K=0.140 min-1。TCS的去除随Fe~(2+)浓度的增加先增大后减小,高浓度的Fe~(2+)不利于2,4-DCP的降解,适量提高SPS浓度有利于TCS的去除和2,4-DCP的降解,TCS去除随初始浓度增大而降低,酸性环境有利于TCS的去除,腐殖酸对TCS的去除具有抑制作用,低浓度腐殖酸不利于2,4-DCP的降解。