生物炭对土壤中铁生物还原作用和重金属分布的影响

构建厌氧精瓶培养实验体系,探讨生物炭对土壤中铁的生物还原和其他重金属形态转化的影响。结果表明:生物炭会影响铁还原菌希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)对土壤中铁矿物的还原溶出,降低亚铁离子浓度。培养70d后,土壤-希瓦氏菌(SR)处理组亚铁离子摩尔浓度为(291.0±58.0)μmol/L,土壤-希瓦氏菌-生物炭(SRB)处理组亚铁离子摩尔浓度降为(94.7±32.4)μmol/L。同时,生物炭改变了铁生物还原作用对土壤中重金属迁移性的影响。SRB处理组土壤中可交换态锌、钴和镍含量低于土壤-生物炭(CB)处理组,而铁锰氧化物结合态含量增加;与SR处理组相比,SRB处理组可交换态和铁锰氧化物结合态锌、钴、镍含量均有所增加。因此,在稻田等厌氧环境下应用生物炭修复重金属污染土壤时,生物炭对铁矿物生物还原、重金属形态转化的影响需要引起关注。     

铬污染土壤的还原稳定化修复

以湖南某工业场地的铬污染土壤为修复对象,投加不同比例的Fe SO4·7H2O、Fe SO4·7H2O和Ca(OH)2混合物及Na HSO3,通过测定土壤及浸出液中六价铬、总铬以及铬的形态,比较3种稳定剂对该污染土壤的还原稳定化作用。结果表明,Fe SO4·7H2O和Na HSO3对铬污染土壤的还原稳定效果都较好,可以有效还原土壤中六价铬并能降低土壤中总铬的浸出浓度。当Fe SO4·7H2O投加量为2%时,土壤六价铬和总铬浸出浓度降幅分别达到99.0%和57.5%;当Na HSO3投加量为0.8%时,六价铬和总铬浸出浓度降幅分别达到97.7%和42.2%,与前二者相比,Fe SO4·7H2O和Ca(OH)2混合物还原稳定化效果较差。投加Fe SO4·7H2O能够将土壤中活性大的可交换态和碳酸盐态铬转化为稳定的有机态和残渣态铬;而Na HSO3主要将可交换态和碳酸盐态铬转化为相对稳定的铁锰氧化态铬,其稳定化效果要差于Fe SO4·7H2O。     

污泥热干化过程中重金属Pb、Cu、Zn的形态转化及稳定特性

基于不同干化工艺条件下,对城市脱水污泥在不同的温度下进行干化预处理研究,对干化后污泥中重金属的量及不同形态进行定量分析,研究污泥干化过程前后影响污泥中重金属含量及形态变化的条件因子。结果表明,污泥中不同重金属的含量差异较大,在不同工艺温度干化作用下,不同重金属形态含量发生了明显的变化,且不同重金属在干化过程中各形态含量变化差异较大。污泥在高温干化作用下,可使一部分重金属的交换态、可还原态和可氧化态向残渣态转化。高温对污泥中重金属形态有较好的稳定作用。研究结果对城市污泥热处理过程中重金属的污染迁移及控制有重要指导意义。     

FeCl_3及AlCl_3对中温厌氧消化系统产生H_2S的抑制作用

以某污水处理厂初沉污泥和生物污泥为研究对象,研究了Fe Cl_3及Al Cl_3不同投加浓度对污泥中温厌氧消化系统硫化氢产生的抑制作用,利用16S r DNA高通量测序技术及定量PCR技术分析了消化污泥中硫酸盐还原菌的变化。结果表明,Fe Cl_3及Al Cl_3的投加对污泥厌氧消化系统中H_2S的产生都具有抑制作用,Fe Cl_3的抑制效果优于Al Cl_3。随Fe Cl_3及Al Cl_3投加浓度的增加沼气中H_2S浓度下降,Fe Cl_3投加浓度为150 mg/L时,H_2S含量降至零;通过分析硫酸盐还原菌的序列数并采用定量PCR测定样品中的dsr B基因拷贝数,投加Fe Cl_3及Al Cl_3的消化系统的硫酸盐还原菌数量在实验第9天大幅降低,这与该系统硫化氢浓度变化规律一致,可以推断,Fe Cl_3及Al Cl_3对硫酸盐还原菌的抑制是沼气中硫化氢含量降低的重要原因之一。     

淹水对土壤重金属浸出行为的影响及机制

为了明确淹水对土壤重金属浸出行为的影响及其作用机制,以实际场地重金属污染土壤为研究对象,开展了淹水实验。对淹水过程中土壤重金属的浸出浓度、氧化还原电位、pH、铁氧化物浓度及重金属形态等相关指标进行测定了分析。结果表明,淹水后,重金属浸出浓度随淹水时间呈现先增长后降低趋势。淹水初期(30 d),Cu、Zn、Cd和Pb浸出浓度分别增加了6.71%、4.03%、3.56%和4.55%。pH降低、有机质降解和铁氧化物还原溶解是导致重金属浸出浓度升高的主要原因。随淹水时间的持续增加,重金属浸出浓度逐渐降低并于90 d时趋于稳定。淹水结束时(180 d),Cu、Zn、Cd和Pb浸出浓度分别降低了23.78%、16.78%、15.48%和15.45%。重金属形态分析表明,淹水促使重金属赋存形态由酸可提取态转化为可还原态和可氧化态,降低了重金属活性;矿物成份分析证实了金属硫化铜物相的生成。新形成的无定形氧化铁对重金属的吸附作用和硫化物与重金属的化学沉淀作用是重金属浸出浓度降低的主要机制。该研究为淹水条件下重金属污染土壤风险控制提供了依据。     

四氧化三铁活化过硫酸盐降解活性黑5

采用水热合成法制备出了具有较高催化活性的催化剂四氧化三铁(Fe_3O_4),并利用Fe_3O_4活化过硫酸盐降解活性黑5,考察了初始pH、Fe_3O_4投加量、活性黑5初始浓度和过硫酸盐投加量对活性黑5降解效果的影响。结果表明,Fe_3O_4活化过硫酸盐降解活性黑5的最佳条件为初始pH 6、活性黑5初始质量浓度50mg/L、过硫酸盐投加量6mmol/L、Fe_3O_4投加量2.0g/L。在最佳条件下,反应180min,活性黑5的降解率达到80.2%,Fe_3O_4反复使用5次后,活性黑5的降解率仍能达到77%以上。活性黑5的降解途径为:偶氮键打开产生苯环中间产物和萘环中间产物,萘环中间产物逐步转化为邻苯二甲酸酐→邻苯二甲酸→苯甲酸;苯环中间产物逐步转化为对氨基苯磺酸→硝基苯和对氨基苯酚,对氨基苯酚转化为对苯二酚;最终被彻底氧化降解成CO_2、H_2O等无毒小分子物质。活性黑5在降解过程中对植物的毒性先升高后降低。     

生物淋滤技术对城市污泥中高浓度重金属的去除

实验以单质硫粉作为能源基质,考查了生物淋滤技术针对城市污泥中高浓度重金属的去除效果,探讨了生物淋滤处置前后污泥中重金属的形态变化规律。结果表明,生物淋滤技术能够有效去除污泥中的高浓度重金属。在硫粉投加量为4 g·L~(-1)、HRT为5 d、污泥回流比为50%、污泥浓度为4%、温度为30℃的条件下,生物淋滤系统pH值可降低至1.5左右,污泥中残留重金属Zn、Cu、Cr、Ni分别可降低至400、400、900和200 mg·kg~(-1)左右,达到了《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》(CJ/T 362~(-2)011)标准重金属限值。生物淋滤处置后,污泥中残留重金属Zn、Cu、Cr、Ni均主要以稳定形态存在,环境风险较低,为进行土地利用奠定了物质基础。     

硫酸盐还原对三氯乙烯生物降解的影响

模拟被三氯乙烯(TCE)污染的地下水,分别按照硫酸根和TCE质量浓度比为0.1、0.5、1.0、2.0和4.0投加硫酸盐,研究硫酸盐还原作用对TCE降解的影响,确定最适宜TCE完全还原脱氯的硫酸盐投加配比。结果表明,硫酸盐还原作用能强化TCE的降解;实验条件下,TCE的降解性能随着两者质量浓度比的增大而增强,较好的投加配比为4.0;硫酸盐还原与TCE降解存在一定的相互促进作用。     

Fenton预处理对城市污泥重金属形态及生物淋滤溶出影响

针对生物淋滤处理城市污泥重金属Cr、As和Pd的溶出效率较低的问题,采用芬顿(Fenton)氧化法对城市污泥进行预处理,考察Fenton氧化对污泥中重金属Cr、As和Pd赋存形态转化及后继生物淋滤过程溶出率的影响。实验结果表明,经pH=4.00、Fe~(2+)=1.00 g·L~(-1)、H_2O_2=9 g·L~(-1)的条件下Fenton预处理后,重金属Cr、As和Pb的存在形态均由稳定性较强的可氧化态和残渣态向不稳定的弱酸提取态和可还原态转化,其不稳定态比重分别由15%、30%、9%提高到了24%、41%、11%;生物淋滤实验结果显示,由于重金属形态变化,重金属Cr、As和Pb溶出率分别由52.71%、11.15%、33.19%提升至60.76%、24.32%、45.96%。Fenton预处理联合生物淋滤法提高了对重金属Cr、As和Pb的去除效果,有助于实现污泥的无害化处理处置。     

功能微生物对污染农田土壤中铅锌的溶出实验

用微生物修复重金属污染的土壤是当今的研究热点之一。试图寻找一类可以增加土壤中重金属铅、锌的可溶态的功能微生物,并研究该微生物在不同土壤含水率和不同投菌比条件下对铅、锌溶出作用的影响。最终筛选出符合条件的菌JK3,并发现当土壤含水率为35%,投菌比为0.15 mL/g土(菌液OD=1)时,土壤中铅和锌的可溶态增加量最多。其中,可溶态铅的含量由原来的0.49 mg/kg增加到了5.04 mg/kg,可溶态锌的含量由原来的2.23 mg/kg增加到了22.44mg/kg。该方法为后续用植物提取或化学淋洗等方法将土壤中的重金属彻底去除提供了可能。     

基于生物淋滤的城市污泥重金属溶出及形态迁移

利用生物淋滤法处理城市污泥,以生物淋滤过程中pH、ORP(氧化还原电位)变化以及重金属(Zn、Cu、Cd)溶出率为指标,考察淋滤菌接种比例、初始pH、淋滤时间对生物淋滤的影响,并分析了生物淋滤前后,重金属形态变化以及重金属的生物有效性和迁移性。结果表明富集筛选的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.f)可有效溶出污泥中的重金属。生物淋滤最佳条件为:初始pH=4.00,淋滤菌接种比例30%,重金属Zn,Cu,Cd在第10天的整体处理效果最优,溶出率分别达到75.30%、50.40%和74.44%。BCR形态分析表明:原污泥中Zn,Cu,Cd主要以弱酸提取态、可还原态和氧化态存在,残渣态较少;生物淋滤之后,3种重金属弱酸提取态、可还原态和氧化态含量有不同程度降低,其中,可还原态含量降低最为显著,残渣态基本无变化,并且淋滤后污泥中重金属氧化态及残渣态所占比例较淋滤前高,污泥稳定性得到提升。生物淋滤可以通过减少污泥中重金属含量和改变重金属形态降低其生物有效性和迁移性。     

EDTA/纳米羟基磷灰石联合修复重金属污染土壤

土壤淋洗可能导致残留重金属活化,采用淋洗/钝化联合修复重金属污染土壤可在一定程度上减少这一影响。研究了EDTA淋洗、纳米羟基磷灰石钝化及两者联合修复对土壤重金属洗脱率、TCLP浸出浓度、化学形态分布的影响,构建了涵盖土壤重金属残留量、生物有效性和生理毒性的环境风险评价方法,对淋洗、钝化及其联合修复进行了评价。结果发现,EDTA淋洗对Pb和Cu的洗脱效果较好,对Zn浸出浓度的削减率较高。当EDTA投加量为2 g·L~(-1)时,Zn的浸出浓度降低了70.40%。纳米羟基磷灰石对Pb和Zn具有较好的钝化效果,对Cu和Cd的钝化作用相对较弱。当纳米羟基磷灰石投加量为2%时,Pb浸出浓度削减率高达89.65%。淋洗/钝化联合修复大幅度降低了Pb和Cd的浸出浓度,降低了可还原态Cu残留量、可还原态和残渣态Cd残留量,以及弱酸提取态和可还原态Zn、Pb残留量。当EDTA和纳米羟基磷灰石投加量分别为1 g·L~(-1)和1%时,土壤重金属总环境风险削减率达到74.12%。EDTA对土壤中Cu和Cd的洗脱效果较好,后续钝化修复作用有限,Pb和Zn则可通过淋洗/钝化联合修复大幅度提高削减环境风险削减率。     

河流重金属污染底泥的稳定化实验研究

以实现河道疏浚底泥中富含的重金属Cu、Zn、Ni的稳定化为目标,选用EDTA、DTCR、Na_2S、Na_2S_2O_3、膨润土、水泥及自主研发的特殊胶凝材料作为稳定剂,对底泥中的重金属进行固化稳定,通过分析稳定后重金属浸出液浓度及赋存形态变化,探讨各药剂稳定效果,并寻求稳定剂的最佳投加量。研究表明,7种稳定剂对3种重金属的综合稳定化效果由好到差依次为:水泥胶凝材料膨润土DTCR硫化钠硫代硫酸钠EDTA;对Cu、Zn、Ni单种重金属而言,稳定效果最好的药剂分别为膨润土、胶凝材料及DTCR,而EDTA则使重金属浸出液浓度升高。除EDTA外,其他药剂对重金属Cu和Zn的稳定效果要明显优于Ni。根据稳定后重金属赋存形态变化结果,EDTA可使重金属可交换态比例升高,而膨润土对重金属4种形态分布基本无影响,其他药剂使重金属可交换态比例降低。     

混合硫酸盐还原菌代谢过程的影响因素

采用间歇实验,研究不同初始pH、Fe2+投加量、COD/SO24-及NO3-/SO24-比值等因素对SRB还原硫酸盐效果与速率的影响。实验结果表明:中性条件下(pH=7),硫酸盐的去除效果最佳,去除率达到84.66%,还原速率为15.07 mg/(L.h),在初始pH为4～9的范围内,体系具有较好的缓冲能力;当COD/SO24-比值为3时,反应209 h,硫酸盐去除率为85.33%,还原速率为8.16 mg/(L.h),随着反应的进行,体系的pH趋于中性;当溶液中有亚铁离子存在,且浓度为0～200 mg/L时可促进硫酸盐还原菌的生长,提高其对硫酸盐的去除率;NO3-对硫酸盐的还原有明显的抑制作用。     

胡敏素钝化修复重金属Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)污染土壤

通过土壤培养实验,研究了添加胡敏素对污染土壤中Cu、Pb生物有效性和化学形态的影响。结果表明,添加胡敏素可显著降低重金属的浸出浓度。当投加2%的胡敏素5 d后,土壤中重金属Cu~(2+)和Pb~(2+)的浸出浓度分别下降45.16%和56.97%,并且投加胡敏素10 d后对重金属的钝化基本达到稳定。尿素、硫酸铵、磷酸二氢钾可显著提高胡敏酸对Pb的钝化效果,浸出浓度分别下降了29.36%、23.57%和28.69%,但对Cu的影响不明显。进一步的研究表明,投加2%的胡敏素钝化处理30 d后土壤中交换态铜和铅的所占的比例由原来的15.68%和15.79%下降到了0.48%和1.22%,而有机态铜和铅的比例则由5.35%和10.93%上升到了13.24%和27.32%。因此,采用胡敏素作为重金属污染土壤的钝化剂具有广阔的应用前景。     

pH、温度及初始铊浓度对硫酸盐还原菌脱铊的影响

环境因素对硫酸盐还原菌除铊效果具有较大的影响。在对上流式厌氧污泥床污泥中分离纯化得到的硫酸盐还原菌进行初步鉴定的基础上,探讨pH、温度以及初始铊浓度对硫酸盐还原菌除铊效果的影响。实验结果表明,3株耐铊硫酸盐还原菌生长的反应适宜pH为6.0,该pH环境下3个菌株的铊去除率分别为96.71%、97%和96.23%;最适温度在28~32℃范围内,此条件下3株菌株对铊的去除率分别高达93.11%、91.84%和92.83%;初始低浓度铊对菌株除铊效果影响较小,3株菌株除铊率均达到99.4%以上。对反应过程中的pH、温度以及初始铊浓度进行调节,对于改善硫酸盐还原菌去除铊污染效果具有重要意义。     

污泥生物沥滤工艺优化和重金属分配研究

为了得到嗜酸硫细菌沥滤污泥中重金属的最佳工艺参数,对沥滤过程进行3因素4水平的正交实验研究。3种影响因素的水平设置分别为:污泥浓度35、25、15和5 g/L,单质硫投加量15、10、5和1 g/L,接种量15、10、5和3 g/L。对沥滤过程污泥中7种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn)的去除率进行极差分析,提出了因素影响程度依次为单质硫投加量污泥浓度接种量,且最佳工艺条件为:污泥浓度25 g/L,单质硫投加量10 g/L,接种量为5%。采用超声波-离心方法,分步提取污泥胞外聚合物(EPS)的2种形态:松散结合态(LB)和紧密结合态(TB)。分析其中的重金属浓度,提出沥滤后重金属在污泥EPS的赋存以LB为主。     

有机螯合剂与磷酸盐联合稳定垃圾焚烧飞灰中重金属的作用机理

为探讨二硫代氨基甲酸型有机螯合剂(FACAR)和重过磷酸钙(TSP)对垃圾焚烧飞灰中重金属Pb、Cd、Ni的稳定作用机制,对稳定前后的飞灰采用BCR连续提取法、 X射线衍射(XRD)分析以及扫描电镜-能谱(SEM-EDS)联用等分析方法进行了表征。结果表明:投加质量分数5%的FACAR能有效稳定飞灰中Pb、Cd和Ni,其浸出浓度低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)规定的浸出浓度限值;采用3%FACAR和3%TSP复配药剂处理,可使飞灰达到GB 16889-2008进场要求;经复合药剂稳定处理后的飞灰颗粒表面孔隙度明显降低,飞灰中Pb、Cd和Ni的形态均由不稳定态向稳定态转化。该复合稳定剂的稳定机制主要为螯合、共沉淀和吸附联合作用机制,其中,有机螯合剂中含硫官能团是影响重金属稳定的主要因素,且重金属具有优先与含硫官能团结合的特性。     

伴矿景天汁液中重金属形态及絮凝沉淀效果优化

超积累植物伴矿景天在镉污染土壤修复方面展现出广泛的应用前景,而收获后鲜样的快速脱水处置是目前急需解决的问题。采用连续浸提法研究了伴矿景天植株中重金属浓度及形态,正交实验探讨了汁液在絮凝沉淀过程中重金属及化学需氧量(COD)的去除效果及其影响因素,Cd离子选择电极测定了汁液处理前后镉形态变化。结果表明,伴矿景天植株中Cd、Pb主要以活性较低的盐提取态和酸提取态存在,Zn主要以活性较高的乙醇提取态和去离子水提取态存在;汁液中离子态Cd约占总浓度的20%,其余主要为非离子态;絮凝沉淀可有效去除汁液COD和重金属,优选条件pH为10,聚合氯化铝(PAC)投加量2%,搅拌速度为400 r·min~(-1),该条件下汁液Cd、Pb、Zn和COD去除率分别为81.9%、77.0%、76.4%和55.0%。汁液经絮凝沉淀后,Cd总浓度降低到0.23 mg·L~(-1),且主要为非离子态。伴矿景天汁液中重金属的形态对汁液的絮凝沉淀效果有较大影响,有机螯合态重金属难以通过絮凝沉淀彻底去除,而离子态重金属在絮凝沉淀中更容易被去除。     

黑炭负载零价铁对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果及生物有效性影响

采用直接热解法和碳热还原法分别制备了黑炭(BC)和黑炭负载零价铁(BF)材料,通过土壤稳定化培养实验和盆栽实验,考察了BC和BF对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果及其对生物有效性的影响。实验结果表明,BC可提高土壤pH,BF则降低土壤的pH。在投加量为5 g·kg-1的情况下,处理30 d后,BC和BF对土壤中TCLP-Cu的去除率分别为76.99%和69.83%;BC对TCLP-Crtotal和TCLP-Cr(VI)去除率分别为91.07%和92.47%,BF对TCLP-Crtotal和TCLP-Cr(VI)的去除率均接近100%,两者均能有效降低土壤重金属迁移性。形态分析表明,投加BC和BF均促进了铜由酸可提取态向可还原态和可氧化态转化,同时使铬的酸可提取态降低,可氧化态增加。盆栽实验表明,BC和BF均大大降低了土壤中铜和铬的生物有效性,减弱了其由植物根部向地上迁移的能力。相比而言,BF在对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果、形态转化以及迁移性方面整体优于BC。