零价铁与厌氧微生物协同还原地下水中的硝基苯

通过间歇式实验,考察了零价铁与厌氧微生物协同还原地下水中硝基苯的效果。实验结果表明,由零价铁腐蚀为厌氧微生物提供H2电子供体还原硝基苯的效果明显优于零价铁和微生物单独作用,硝基苯去除率分别提高21.8%和57.0%。弱酸性条件有利于协同反应进行,当初始pH为5.0和6.0时,4 d后硝基苯去除率比初始pH为7.0时的提高74.4%和35.2%。增加零价铁投加量可提高协同还原的效果,零价铁最佳投加量为250 mg/L。零价铁腐蚀产生的Fe2+无法作为电子供体被微生物利用,但可作为无机营养元素促进协同过程。由于零价铁产H2速率受表面覆盖物影响不明显,在地下水修复过程中可保证协同效果并延长零价铁的使用寿命。     

硝酸根对零价铁去除地下水中六价铬的影响

通过批实验和连续通流的柱模拟实验对比研究了存在NO3-和不存在NO3-条件下零价铁（Fe0）去除Cr（Ⅵ）的反应特征,并对比分析了NO3-对零价铁（Fe0）去除Cr（Ⅵ）的影响。批实验结果表明,在不同初始pH条件下,NO3-的加入均使得零价铁（Fe0）去除Cr（Ⅵ）的速率升高;当初始pH=7时,NO3-的促进作用最强,反应速率是无NO3-条件下的2.1倍。柱实验结果表明,NO3-的加入使得Fe0去除Cr（Ⅵ）的反应分成了3个不同的阶段：高效期（1025 PV）。在高效期,反应中的NO3-表现为对Fe0反应位点的竞争,抑制了Cr（Ⅵ）还原。在后期的2个阶段中,反应中NO3-则呈现明显的促进作用。NO3-的存在使得零价铁（Fe0）柱趋于整体性同步钝化,延长了Fe0柱的运行寿命,并且增加了零价铁（Fe0）柱对Cr（Ⅵ）的去除效率。NO3-对Fe0去除Cr（Ⅵ）反应的促进作用原因是由于NO3-与Fe0反应产生Fe3O4,Fe3O4可以还原Cr（Ⅵ）,并且具有阻滞反应的产物在Fe0表面堆积和促进电子传导作用。     

零价铁对水中六价铬还原性能及沉淀污泥中铬的固定化

采用零价铁还原水中六价铬,考察了溶液初始pH、铁粉投量、反应温度及水体中常见阴阳离子对还原效率的影响,得出其工艺参数为:初始pH=3.0,反应时间t=30 min,反应温度为室温,Fe0与Cr(VI)质量比为1 000: 1。将还原后产生的三价铬以沉淀形式从水中彻底分离出来,并对其进行了碱激发矿渣固定化处理,考察了固定化样品中Cr在不同环境条件下的浸出水平,结果表明,固定化处理能有效控制沉淀污泥中Cr的浸出。     

有机配体对纳米零价铁还原硝基苯的影响与机理

通过FeSO4·7H2O与NaBH4反应,采用液相还原法制备纳米级零价铁(NZVI),并用XRD,SEM对其性能进行表征。研究了纳米零价铁还原硝基苯(NB)的动力学规律及柠檬酸、草酸、柠檬酸钠、草酸钠、乙二胺四乙酸二钠(EDTA二钠盐)几种有机小分子对其还原效率的影响,并对其机理进行了初步探讨。结果表明,纳米零价铁去除硝基苯反应符合准一级动力学方程,并且当硝基苯浓度一定时,增加NZVI投加量,去除率会显著增大;当NZVI浓度一定时,硝基苯浓度越低,去除率越高;柠檬酸和EDTA二钠盐在较低浓度时抑制还原反应进行,而在3 mmol/L左右时,具有促进还原反应进行的作用,而草酸、柠檬酸钠和草酸钠则为抑制作用。     

零价铁还原协同微生物降解处理化工废水的研究

针对某工园区综合化工废水的水质特征,拟将零价铁(ZVI)还原与厌氧折板反应器(ABR)、前置反硝化(A/O)工艺耦合对其进行处理,考察了系统的运行效果,并对废水中的特征污染物——对氯硝基苯的降解性能进行了分析。结果表明,ZVI预处理后化工废水中残留的对氯硝基苯在ABR中厌氧微生物作用后得到进一步降解,且在ABR处理过程中COD去除率较单独ZVI或微生物作用时大幅提高,虽然ZVI对难降解有机物无矿化作用,但可将难降解有机物转化为毒性较小的有机物,明显改善废水的生化性;通过控制合适的混合液回流比、有效补充碳源和碱度,可以提高A/O系统的运行效率;在较佳的工况(ABR系统HRT为24h,A/O池污泥回流比为100%、混合液回流比为3∶1,碳源投加量为3.5g)下运行连续2个月,整个系统的COD平均去除率在90%以上,出水COD质量浓度基本低于100mg/L,NH3-N去除率在80%~90%,出水NH3-N质量浓度在20mg/L以下,出水对氯硝基苯、对氯苯胺质量浓度分别在0.58~4.08、0.68~5.88mg/L,出水水质符合《江苏省化学工业主要水污染物排放标准》(DB32/939—2006)。     

土壤中零价铁还原3-氯硝基苯的作用

利用零价铁在常温常压下对土壤中的3-氯硝基苯的还原,对反应物和产物随时间的变化及反应的各个影响因素进行了研究。实验结果表明,零价铁能够有效地将3-氯硝基苯还原为3-氯苯胺,反应过程中没有检测到脱氯产物。其反应速率随铁粉用量、反应体系含水量的增加以及反应温度的升高而升高,随土壤初始pH值的升高而降低。在土壤中3-氯硝基苯含量约为2.5×10^-6 mol/g,铁粉使用量为25 mg/g,反应体系中含水量为0.75 mL/g,pH值为6.8时,在恒温生化培养箱(25±1)℃反应5 h后,3-氯硝基苯的还原率达到92.75％。     

零价铁对土壤中对氯硝基苯的还原作用

在常温常压下,利用零价铁(Fe0)还原土壤中的对氯硝基苯(p-CNB),研究反应产物随时间的变化以及反应条件对还原率的影响.实验结果表明,Fe0能够有效将土壤中的p-CNB还原成对氯苯胺(p-CAN),反应过程中先生成中间产物对氯亚硝基苯(p-CNSB),然后再进一步还原生成p-CAN.p-CNB还原率受到反应时间,土壤初始pH、温度、铁粉用量和土壤含水率等条件的影响.当p-CNB约为2.5×10-6mol/g,土壤初始pH为6.8,铁粉用量为50 mg,土壤含水率为75%时,在恒温生化培养箱中温度为(25±1)℃条件下,反应5 h后p-CNB还原率达到97.43%.     

纳米零价铁和零价铁对餐厨垃圾暗发酵制氢过程铁离子和酶活性的影响

通过投加不同浓度的纳米零价铁(NZVI)和零价铁(ZVI),考察了暗发酵制氢过程中铁离子组成和浓度变化、氢化酶和脱氢酶活性,研究了2种添加剂强化餐厨垃圾高温((55±1) ℃)暗发酵制氢的作用机制。结果表明：投加NZVI和ZVI均可提高餐厨垃圾暗发酵制氢性能;当投加100 mg·L⁻¹ ZVI时,产氢效果最佳,最大产氢潜力和最大产氢速率分别为425.72 mL和66.32 mL·h⁻¹,是投加NZVI实验组的1.64倍和1.34倍,代谢途径是以乙醇型发酵为主的混合型发酵;在投加NZVI和ZVI后,暗发酵制氢末端产物的Fe²⁺和Fe³⁺浓度升高,投加300 mg·L⁻¹ NZVI和100 mg·L⁻¹ ZVI实验组Fe²⁺浓度最大,是未投加实验组的2倍和1.87倍;与反应前相比,Fe²⁺显著升高,Fe³⁺由于微生物利用与转化浓度降低,同时可有效提高氢化酶活性。投加100 mg·L⁻¹ ZVI不仅可提高氢化酶活性,还可提高脱氢酶活性。以上结果可为提高餐厨垃圾等复杂有机废物的高效能源化提供参考。     

酸碱改性生物质炭-纳米零价铁增强六价铬去除的机理

通过氢氟酸和氢氧化钠改性水稻秸秆生物质炭(BC),得到改性材料BC-HF和BC-NaOH,在此基础上负载纳米零价铁(Nanoscale zero-valent iron,nZVI)制得生物质炭负载纳米零价铁(nZVI@BC)、氢氟酸改性生物质炭负载纳米零价铁(nZVI@BC-HF)和氢氧化钠改性生物质炭负载纳米零价铁(nZVI@BC-NaOH)。通过比表面积分析、元素分析、红外光谱分析、X射线衍射分析以及动力学等方法,研究了不同材料对Cr(Ⅵ)的去除性能与机理。结果表明：酸碱改性后的生物质炭比表面积、孔体积显著增加,促进了Cr(Ⅵ)的去除,BC-HF和BC-NaOH对Cr(Ⅵ)的去除量分别为30.87、19.59 mg·g⁻¹,为BC的2.68、1.70倍;负载nZVI后,进一步增强了Cr(Ⅵ)的去除效果,其中,nZVI@BC-HF和nZVI@BC-NaOH对Cr(Ⅵ)的去除效果显著,去除量分别为76.36、65.62 mg·g⁻¹。酸碱改性生物质炭使nZVI得到了有效分散,其表面的Si-O-Si官能团与nZVI耦合成Si-O-Fe键,增强了nZVI对Cr(Ⅵ)的还原;同时,酸碱改性生物质炭负载nZVI促进了铁铬化合物的结晶,有利于反应的持续进行。本研究表明,酸碱改性生物质炭-纳米零价铁复合材料对于地下水中Cr(Ⅵ)的去除具有较大的应用潜力。     

钙镁离子及重碳酸盐对零价铁还原对氯硝基苯的影响

通过间歇式实验,考察了地下水中常见硬度离子Ca2＋、Mg2＋及HCO3-的独立作用和联合作用对零价铁还原对氯硝基苯的影响。实验结果表明,Ca2＋、Mg2＋对零价铁还原对氯硝基苯反应的促进作用不明显。HCO3-浓度为0～100mg/L时可显著提高零价铁还原对氯硝基苯的速率,反应2 h后对氯硝基苯转化率由44.1%升至84...     

微生物燃料电池-零价铁耦合工艺的构建及除砷性能

为了更为有效地利用微生物燃料电池(MFC)所产电能并提高零价铁(ZVI)去除污染物工艺的效率,构建了微生物燃料电池-零价铁(MFC-ZVI)耦合工艺,并将其应用在三价砷水溶液的处理中。实验结果表明,在该耦合系统中,ZVI直接利用了MFC所产生的低压电能,铁腐蚀速率和除砷效率因此得到显著提高。实验所用MFC的最高稳定产电电压为0.52 V,电解过程中MFC的库伦效率为4.59%,以二价铁离子计算的电流效率为72.74%。反应结束后,溶液的pH值由反应前的8.0升高到8.5。两体系中铁氧化物产生量的差异以及铁氧化物形态分布的不同可能是导致其除砷效果不同的主要原因。     

零价铁对土壤中2-氯硝基苯的还原作用

在常温常压下利用零价铁(Fe0)还原土壤中的2-氯硝基苯(o-CNB),研究反应条件对还原率的影响以及反应产物在不同反应阶段的变化.GC-MS检测结果显示,o-CNB在还原过程中先生成2-氯亚硝基苯,最终生成2-氯苯胺.反应时间、Fe0用量、温度和土壤初始pH值等均会对o-CNB的还原率产生影响,其中土壤初始pH值控制在偏酸性、土壤温度较高时能显著提高其还原率.当o-CNB的初始浓度约为2.5×10-6 mol/g,Fe0加入量是25 mg/g时,经过4 h反应,o-CNB的还原率可达99%以上.此外,还初步探讨了Fe0还原o-CNB的反应机理.     

纳米铁原位注入技术对六价铬污染地下水的修复

纳米零价铁原位注入是六价铬污染地下水的有效修复技术之一。为验证其场地修复效果,在北京某电镀厂搬迁后的遗留六价铬污染场地,现场制备纳米铁并通过原位注入对场地内六价铬污染地下水进行原位修复现场中试研究。选取6 m×6 m实验场地,在地下水中六价铬污染浓度最高为2 mg·L-1的中心点设置注射井并在四周设置4口监测井。实验结果表明,原位注入纳米铁药剂具有良好修复效果,修复后该实验场地范围内地下水中六价铬浓度均低于地下水质量Ⅳ类标准0.1 mg·L-1,注射井中六价铬还原率达到99%。通过对注射井及监测井地下水中pH、溶解氧、氧化还原电位等检测指标进行跟踪监测和相关性分析,发现氧化还原电位与污染物浓度变化相关性最强,可以作为污染物变化的表征因子。该中试研究结果对于六价铬污染地下水的原位修复具有重要的参考价值。     

纳米铁改性生物炭制备及其对含铬废水的吸附性能

本文针对废水中Cr(Ⅵ),以市政脱水污泥为原料,通过液相还原技术成功制得纳米铁改性污泥基生物炭(nZVI/BC),并考察了nZVI/BC对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和可能的吸附机理。表征结果表明,零价铁颗粒成功负载到生物炭表面且无明显团聚现象。吸附实验结果表明,初始pH、溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度对Cr(Ⅵ)的去除效果均有显著影响。nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程可以使用伪二级(PSO)吸附动力学模型拟合。吸附等温线拟合分析结果表明,nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附性能优于nZVI和BC。Cr(Ⅵ)的去除机制可能涉及其在nZVI/BC表面的化学还原,此外,nZVI/BC抗氧化性较强,且在一定条件下可实现再生处理。总体而言,作为一种环境友好型材料,nZVI/BC的应用为废水中Cr(Ⅵ)的去除可提供良好途径。     

纳米零价铁的制备及其去除水中对氯硝基苯的研究

通过FeSO4与KBH4反应,利用液相还原法制备纳米零价铁颗粒(NZVI),用XRD、SEM和BET对其性能进行表征。在常温常压下利用纳米铁还原废水中的对氯硝基苯(p-CNB),探讨了反应条件对还原率的影响。结果表明,制备过程中碱性物质(NaOH)的添加可以明显减小颗粒粒径,增大比表面积,提高纳米铁还原反应的效率。NZVI对于对氯硝基苯有很好的去除效果,NZVI用量、p-CNB初始浓度和pH值均对其去除效率产生影响。在纳米铁投加量为1 g/L,pH=2的条件下,添加NaOH的纳米铁能在120 min内将质量浓度为50 mg/L的对氯硝基苯基本完全降解,降解率为98.8%。此外,还对NZVI还原对氯硝基苯的机理进行了初步探讨。     

纳米零价铁处理冶炼废水

多年的理论和机制研究发现,纳米零价铁（NZVI）作为还原剂及吸附剂,可处理水溶液中的多种重金属及类金属物质;而高效处理含高浓度重金属且成分复杂的冶炼废水是一项技术难题。本研究针对特定的冶炼废水（高浓度重金属及砷、高浓度氨氮、低pH、高含盐量）,研究了pH及NZVI投加量对砷、铜、锌、铅、镍的处理效果,并考察了连续流反应器中水力停留时间（HRT）及NZVI投加量对处理效果的影响。实验通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行水样测试,扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）进行固相表征。实验表明,通过NZVI处理,砷、铜、锌、铅、镍去除率均达99%以上,出水浓度均小于0.1 mg/L,达到废水排放标准（GB 8978-1996）。通过连续流反应器的应用发现,适当增大HRT、增加NZVI投加量,有利于更长时间保证出水水质的良好,延长NZVI消耗时间,提高废水处理量。结果显示,NZVI对复杂冶炼废水有极好的处理效果,在废水处理领域有着独特的优势,为后续研究及实际应用提供借鉴。     

零价铁/过硫酸钾降解对氯苯酚模拟废水

以对氯苯酚（4-CP）为目标污染物,研究了零价铁（ZVI）活化过硫酸钾（KPS）氧化降解4-CP模拟废水的影响因素,对照了单独零价铁、单独过硫酸钾和联合体系的降解性能,检测了降解过程的氯离子和TOC的变化。结果表明,在pH值为5,零价铁投加量为0.3 g·L-1,过硫酸钾浓度为1.6 mmol·L-1,常温条件时,4-CP的去除率10 min可达87%。对照实验表明,体系中4-CP的降解不是零价铁或者过硫酸钾单独作用,而是联合体系产生的自由基的作用,其中硫酸根自由基起主要作用。体系中氯离子浓度随反应进行提高较快而TOC的去除率低于降解率,说明氧化脱氯作用明显,4-CP没有完全矿化。     

零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水

采用零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水,研究了初始pH、零价铁投加量、过氧化氢（H2O2）投加量及温度对红水中总有机碳（TOC）去除效果的影响,同时进行了TOC去除过程中反应动力学的探讨。结果表明,零价铁耦合芬顿氧化体系可有效降解TNT红水中的2,4-二硝基甲苯-3-磺酸钠和2,4-二硝基甲苯-5-磺酸钠。在初始pH为2,温度为20 ℃的条件下,加入1.5 g·L-1零价铁反应1 h后,再加入100 mL·L-1H2O2反应4 h,红水中二硝基甲苯磺酸盐浓度从500 mg·L-1降至0 mg·L-1,去除率为100%,TOC浓度从150 mg·L-1降至30 mg·L-1,去除率达到80%。反应中TOC的降解过程遵循拟二级反应动力学方程。零价铁耦合芬顿氧化法可以作为TNT红水的有效处理途径。     

不同粒径零价铁（ZVI）对污水污泥H_2S和CH_4释放速率的影响

考察了不同粒径零价铁（ZVI）,包括200目普通铁粉（200m-ZVI）、800目超细铁粉（800m-ZVI）和纳米铁粉（nZVI,粒径=20 nm）,对污水污泥的硫化氢和甲烷释放速率的影响。研究发现：（1）在22 d内,添加0.1%的200m-ZVI使污泥的硫化氢释放速率提高48.0%,而添加0.1%的800-ZVI和nZVI,则使污泥的硫化氢释放速率分别降低33.1%和77.1%;（2）不同粒径ZVI均可以提高污泥沼气中的甲烷浓度,且依次为nZVI〉800m-ZVI〉200m-ZVI;（3）在23 d内,添加0.1%的200m-ZVI和nZVI使污泥的甲烷累计产生量分别提高了15.5%和40.6%,而添加0.1%800m-ZVI则使甲烷产生量降低了12.5%。nZVI可以有效控制污泥的硫化氢释放,并显著提升污泥在厌氧发酵过程的产甲烷速率。     

不同粒径零价铁(ZVI)对污水污泥H2S和CH4释放速率的影响

考察了不同粒径零价铁(ZVI),包括200目普通铁粉(200m-ZVI)、800目超细铁粉(800m-ZVI)和纳米铁粉(nZVI,粒径=20 nm),对污水污泥的硫化氢和甲烷释放速率的影响。研究发现:(1)在22 d内,添加0.1%的200m-ZVI使污泥的硫化氢释放速率提高48.0%,而添加0.1%的800-ZVI和nZVI,则使污泥的硫化氢释放速率分别降低33.1%和77.1%;(2)不同粒径ZVI均可以提高污泥沼气中的甲烷浓度,且依次为nZVI>800m-ZVI>200m-ZVI;(3)在23 d内,添加0.1%的200m-ZVI和nZVI使污泥的甲烷累计产生量分别提高了15.5%和40.6%,而添加0.1%800m-ZVI则使甲烷产生量降低了12.5%。nZVI可以有效控制污泥的硫化氢释放,并显著提升污泥在厌氧发酵过程的产甲烷速率。