老化作用对生物炭钝化白云鄂博矿区碱性土壤中Cd2+的影响

生物炭虽然已经广泛用于酸性和中性土壤重金属污染修复,然而当生物炭应用于碱性土壤中经历不同程度的老化后是否会改变其结构和固定重金属的能力却关注较少.因此,以玉米秸秆为原料制备生物炭,采用冻融和干湿这两种人工加速老化培养和一种短期自然老化方法对生物炭进行老化实验.老化后测定土壤的pH和Cd²⁺的有效态含量、总量和形态,并从土壤中分离生物炭进行表征,探讨老化作用对生物炭钝化矿区碱性土壤中Cd²⁺的影响.结果表明,白云鄂博矿区碱性土壤中添加生物炭处理不具有显著的石灰化效应,冻融和干湿加速老化处理中pH整体呈下降趋势.与对照相比,添加生物炭后Cd²⁺有效态含量降低了19.32%~30.67%,总Cd²⁺含量下降了5.02%~7.18%.老化作用未能显著改变Cd²⁺的形态,但降低了酸可提取态与可还原态的比例,说明生物炭即使经历老化,依然能够长期固定Cd²⁺,这与生物炭老化后含氧官能团和孔隙结构的增加有关.研究可为生物炭在矿区环境中的长期应用提供理论依据.     

麦草浆黑液固形物热解特性及动力学研究

通过热重分析实验和固定床热解实验研究了麦草碱性亚硫酸钠-蒽醌法制纸桨黑液固形物的热解特性和热解产物分布。结果表明:黑液固形物热解过程分为干燥脱水、有机物热解和无机物转化三个阶段,主要失重发生在200～550℃间;在热重分析基础上按一级反应动力学模型得到了黑液固形物热解各阶段的动力学参数;实验条件下,麦草浆黑液固形物固定床热解后约三分之一转化为挥发分,余下为固体残渣。     

Removal of Cu(II) from acidic electroplating effluent by biochars generated from crop straws

The removal efficiency of copper(Cu(Ⅱ)) from an actual acidic electroplating effluent by biochars generated from canola,rice,soybean and peanut straws was investigated.The biochars simultaneously removed Cu(Ⅱ) from the effluent,mainly through the mechanisms of adsorption and precipitation,and neutralized its acidity.The removal efficiency of Cu(Ⅱ) by the biochars followed the order:peanut straw char > soybean straw char > canola straw char > rice straw char a commercial activated carbonaceous material,which is consistent with the alkalinity of the biochars.The pH of the effluent was a key factor determining the removal efficiency of Cu(Ⅱ) by biochars.Raising the initial pH of the effluent enhanced the removal of Cu(Ⅱ) from it.The optimum pyrolysis temperature was 400°C for producing biochar from crop straws for acidic wastewater treatment,and the optimum reaction time was 8 hr.     

以稻草和污泥为碳源硫酸盐还原菌处理酸性矿山排水

以污泥为硫酸盐还原菌(SRB)接种菌群,分别添加等量稻草和乙醇,研究了SRB以不同碳源处理酸性矿山排水(pH=2.5)的过程及不同碳源对硫酸盐还原和重金属去除的影响.结果表明,在无外加中和剂的情况下,污泥中的碱性物质可在反应开始的1 d内迅速中和酸性矿山排水的部分酸度,使反应体系pH值从2.5升至5.4～6.3,利于SRB的生长.污泥中含少量易被微生物分解的有机物,体系中仅含污泥时,SO24-还原率最低(65.9%).添加稻草可促进SO24-还原(79.2%),因为污泥中的水解菌加速稻草分解,为SRB提供相对充足的碳源.添加乙醇为对照试验的体系中SO24-还原率最高(97.9%).含污泥的反应体系Cu2+去除率均高于99%,SRB驯化前Cu2+的去除主要归因于污泥的吸附作用.以稻草和污泥为碳源可实现低成本酸性矿山排水处理,对矿山环境的原位修复有实际意义.     

酸碱性调节对初沉污泥氮磷和有机质释放的影响

在调节pH值分别为3.0和10.0的条件下,与pH值保持原状相对比,研究了15～20℃下初沉污泥水解酸化过程中氨氮、磷酸盐和溶解性COD(SCOD)、碳水化合物、蛋白质和挥发性脂肪酸(VFAs)等有机质组分的释放。结果表明,强酸条件,特别是强碱会抑制氨氮的释放,试验周期结束时,碱性条件氨氮的释放量为1.28 mg/g TS,远小于对比试验(6.97 mg/g TS);磷酸盐的释放量表现为酸性>碱性>对比试验,反应至第4天时各条件下的释放量即趋于稳定,分别为2.47 mg/g TS、1.23 mg/g TS和1.18 mg/g TS;碱性条件下,各有机质组分的释放量大于其他条件,其中总VFAs波动较大,在第8天左右的产生量接近最大值,为201.59 mg COD/g VS,且以乙酸为主,其余组分在较短的时间里接近或达到最大值后保持相对稳定。     

水分条件对生物炭钝化水稻土铅镉复合污染的影响

采用培养试验,探究30% WHC、淹水和干湿交替等3种水分条件下,向Pb和Cd污染水稻土以1%添加量施入水稻秸秆生物炭后重金属的形态变化,为生物炭修复重金属复合污染稻田的水分管理提供科学依据.结果表明,添加生物炭后,淹水和干湿交替可显著提高土壤pH值、可溶性有机碳（DOC）和无定形氧化铁含量（Fe_o）.培养结束后,在添加生物炭的处理中,相较于30% WHC,淹水和干湿交替条件下TCLP提取态Pb含量分别下降31.87%和20.33%,TCLP提取态Cd含量分别下降25.29%和16.07%.淹水条件下弱酸提取态Pb和Cd下降幅度分别为24.78%和20.14%,且弱酸提取态Cd含量随时间逐渐降低.在3种水分条件下,Pb和Cd有效性降低顺序为：淹水 > 干湿交替 > 30% WHC.相关分析结果显示,土壤pH和无定形氧化铁含量均与有效态Pb和Cd呈显著负相关,表明淹水条件下添加生物炭可通过提高土壤pH和无定型氧化铁含量来有效钝化Pb和Cd,具有促进复合重金属污染酸性水稻土中重金属向稳定态转化的协同机制.     

酸碱调节对混合污泥中氮、磷溶出的影响

为了研究不同酸碱调节下混合污泥(初沉池污泥与剩余污泥按约4∶6的比例混合)中氮磷溶出的变化规律,考察了天津市某污水厂的混合污泥在酸性(pH=3.0),碱性(pH=10.0)以及pH值不调节的情况下,在15～20℃水解酸化过程中氨氮(NH4+-N)和磷酸盐(PO43--P)的释放规律。结果表明:对混合污泥进行pH调节可以提高氨氮和磷酸盐的释放量,且混合污泥中氨氮的释放量表现为碱性>对比试验>酸性;磷酸盐的释放量表现为酸性>对比试验>碱性。     

臭氧/活性炭/紫外光联用处理几种高浓度有机废水影响因素

以对硝基苯甲酸废水、鸟嘌呤废水、乙醛废水和乙醇胺废水为例,对臭氧/活性炭氧化去除废水中有机物的效果进行了初步研究,考察了臭氧投加量、pH值和紫外光等因素对臭氧/活性炭催化氧化高浓度有机废水的影响,并在最优条件下,验证了该工艺作为高浓度有机废水预处理手段,在去除废水中COD和提高可生化性(BOD5/COD)等方面的综合效果.结果表明,活性炭作为催化剂与臭氧共同作用,对对硝基苯甲酸废水COD的去除率明显高于单独臭氧氧化和活性炭吸附;臭氧/活性炭氧化对乙醛废水和乙醇胺废水这类短链类有机物降解作用不大,但对硝基苯甲酸废水、鸟嘌呤废水这些含有苯环类、长链类的有机物,去除效率较高;在中性偏碱时,pH的提高有利于COD的去除,但过高pH对COD的降解效果反而有所减弱,pH=9.0是比较合适的;在紫外光催化的条件下,采用臭氧/活性炭氧化工艺处理对硝基苯甲酸废水,COD去除率可达到52%,废水的生化性(BOD5/COD)由原来的0.10提高到0.32,大大提高了废水的可生化性.     

乙酸型顶极群落的内平衡与反馈调节机制研究

通过产酸脱硫反应器处理高浓度硫酸盐有机废水的连续流试验，从“动态”角度考察COD／SO4^2-比改变引起的pH值、氧化还原电位（ORP）、碱度（ALK）和末端产物（VFAs）等的变动及生态因子的叠加效应引发的优势种群变迁，分析了乙酸型顶极群落的稳定性及其发生定向性生态演替的规律，进而阐明了乙酸型顶极群落抵抗环境压力的内平衡与反馈调节机制，并指出乙酸型代谢和乙酸型顶极群落是产酸脱硫生态系统的典型特征。     

碱渣高压湿式氧化(WAO)出水在污水场的综合利用

根据进入污水处理场的WAO出水的性质，在污水处理生化系统的承受能力范围内充分利用其碱性，以达到降低生化系统碱耗及污水处理前端因调节pH而产生的酸耗，节约能源、降低处理费用。     

pH值对有机废水厌氧产酸发酵影响研究

利用厌氧污泥对有机废水的发酵产酸作用,考察pH值对系统产酸效果的影响,从而确定最佳的产乙酸pH值。结果表明:控制系统pH值在4.0~4.5的条件下,乙酸为主要末端发酵产物,厌氧污泥的产酸效果较好,且pH=4.3时效果最佳;而当进水碱度>300 mg/L,氧化-还原电位Eh在-250 mV时,可以保证乙醇型发酵的最佳pH值范围,获得理想的产酸效果。     

碳黑改性TiO_2薄膜光催化剂的稳定性研究

固定化光催化剂的稳定性一直是限制光催化氧化技术实用化的关键因素之一。通过环管型连续流反应器对所研制的碳黑改性TiO2薄膜光催化剂在长期使用中的稳定性进行了研究,探讨了光源、有机物负荷、阴离子对光催化剂稳定性的影响,并对不同负荷下光催化剂表现出的稳定性进行了动力学描述。试验结果表明,该催化剂在254 nm光源和低负荷条件下具有很好的稳定性,在活性艳红X-3B水溶液的光催化降解试验中,4个月内活性保持不变,并且不受水中的SO42-、NO3-以及硬度、碱度的影响。     

转炉钢渣热闷循环水水质稳定技术研究

由于转炉钢渣热闷循环水具有"高水温、高硬度、高碱度、高pH和高蒸发"的工艺特点,系统出现了严重的结垢问题。探讨采用CO2处理钢渣热闷循环水达到水质稳定的可行性。结果表明:采用液态CO2,穿孔管曝气器,平流沉淀池作为主要的反应工艺,控制pH在8.5～10.0之间,可以使出水总硬降到150 mg/L(以CaCO3计)以下,结垢现象得到明显的缓解。     

探讨UASB反应器处理浓缩果汁废水的控制条件

文章用厌氧颗粒污泥接种启动UASB反应器,通过调节碱度和出水回流来实现浓缩果汁废水在低碱度下的稳定运行。研究结果表明:经35天UASB反应器可完全启动,负荷为9.5gCOD(/L·d),COD去除率在80%以上;回流比为0.3,进水碱度和pH值分别为1500mg/L和6.75、1000mg/L和6.52时,反应器能够稳定运行;采用出水回流的方法可以使酸性的浓缩果汁废水厌氧处理大幅度降低用碱量甚至完全不加碱的条件下实现稳定运行,本试验在回流比为8~10时,反应器也有很好的处理效果。通过对其控制条件实验室研究,显著的降低了浓缩果汁废水的处理成本,在工程上具有广泛的应用性。     

Competitive and cooperative adsorption of arsenate and citrate on goethite

The fate of arsenic in natural environments is influenced by adsorption onto metal (hydr)oxides. The extent of arsenic adsorption is strongly a ected by coexisting dissolved natural organic acids. Recently, some studies reported that there existed competitive adsorption between arsenate and citrate on goethite. Humic acid is known to interact strongly with arsenate by forming complexes in aqueous solution, hence it is necessary to undertake a comprehensive study of the adsorption of arsenate/citrate onto goethite in the presence of one another. The results showed that at the arsenate concentrations used in this study (0.006–0.27 mmol/L), citrate decreased arsenate adsorption at acidic pH but no e ect was observed at alkaline pH. In comparison, citrate adsorption was inhibited at acidic pH, but enhanced at alkaline pH by arsenate. This was probably due to the formation of complex between arsenate and citrate like the case of arsenate with humic acid. These results implied that the mechanism of the adsorption of arsenate and citrate onto goethite in the presence of one another involved not only competition for binding sites, but the cooperation between the two species at the watergoethite interface as well.     

植物根际分泌有机酸对生物炭吸附Pb (Ⅱ)的影响

本研究采用室内模拟实验的方法,考察了生物炭（热解温度200,300,400,500℃）对Pb（Ⅱ）的吸附行为,并以草酸和柠檬酸为代表,探讨有机酸对生物炭吸附Pb（Ⅱ）的影响.结果表明：Langmuir模型较Freundlich模型更适合于对两类生物炭（花生壳生物炭、松木生物炭）吸附Pb（Ⅱ）的数据进行拟合,200℃制备的花生壳生物炭对Pb（Ⅱ）的吸附容量最大;生物炭吸附Pb（Ⅱ）的过程为自发过程,且花生壳生物炭强于松木生物炭,低温生物炭强于高温生物炭;柠檬酸浓度为2.60×10^-2mmol/L及草酸浓度为7.65×10^-2mmol/L以下时,其在生物炭表面的吸附为Pb（Ⅱ）提供了更多的吸附位点,从而促进了Pb（Ⅱ）吸附;有机酸浓度增大以后,占据生物炭的内部孔隙,竞争重金属吸附位点,从而抑制了Pb（Ⅱ）在生物炭上的吸附.本研究将为系统认识生物炭的环境效应提供重要的基础信息,有助于全面评估有机酸影响下生物炭在环境修复中的功能.     

纳米生物炭的制备方法比较及其特性研究

本研究以常见农林废弃物—果木枝条、玉米秸秆和花生秸秆为原料,在350~550℃条件下热解制得五种本体生物炭;采用离心法、球磨法、球磨+离心法3种方法提取纳米生物炭,进而对本体生物炭和纳米生物炭的比表面积、元素含量、矿物组成和表面化学性质等进行比较,以探究物料来源、热解温度和制备方法对纳米生物炭性质及稳定性的影响.与本体生物炭相比,球磨法制得的纳米生物炭比表面积增大1.36~6.94倍,但产物未达到纳米颗粒级别,且在水体中稳定性较弱;球磨+离心法制得的纳米生物炭直径为70.06~103.43nm,在水体中稳定性强;离心法制备的纳米生物炭各项指标均不如其他两种方法.纳米生物炭的产率为2.27%~34.80%,且产率随温度的升高而降低.与本体生物炭相比,纳米生物炭含有更多的羟基等含氧官能团和更少的脂肪碳链.与果木枝条制备的纳米生物炭相比,玉米秸秆和花生秸秆来源的纳米生物炭产率高,但水稳性较差,易发生凝聚.果木枝条来源的纳米生物炭碳酸盐等碱性矿物含量丰富,且由于颗粒表面含氧官能团数量多而zeta电位绝对值高,悬液可以稳定分散.不同方法制备得到的纳米生物炭优缺点各异：球磨法制得的纳米生物炭比表面积更大;球磨+离心法制备的玉米和花生秸秆纳米生物炭的产率更高;低温热解果木炭提取的纳米生物炭水稳性更强.     

ABR反应器的碱度变化及调控研究

研究了折流厌氧反应器(ABR)运行中碱度的变化情况及其与ABR各格室中VFA、pH和COD变化之间的关系.结果表明,碱度沿程变化与反应器的VFA浓度变化密切相关,碱度和pH值的最低点出现在VFA浓度最高点.碱度条件是通过pH值影响系统的运行.ABR沿程碱度和pH值变化都存在一个先降低后上升的过程.碱度控制一般以保证ABR沿程最低pH值不低于6.0为准,6.5以上为佳.进水碱度的下限与反应器的进水浓度密切相关.在低负荷COD条件下[3.7 kg/(m³·d)],保持ABR运行良好的最低碱度为800 mg/L.     

南京三级分档雾水有机酸和无机组分化学特征

本研究于2017年11月～2018年1月在南京北郊开展为期45d的雾外场综合观测试验,并在2017年12月30～31日一次浓雾过程中,利用主动式分档雾水采集器采集三级分档雾水样品(三级切割直径:S1,>22μm;S2,16～22μm;S3,4～16μm),测定了样品的有机酸和无机离子浓度以及pH值和电导率,以探讨南京三级粒径雾水的有机酸和无机离子组分化学特征.结果表明,南京三级粒径雾水呈碱性,Ca²⁺,NH₄⁺,SO₄^2-和NO₃^-为三级分档雾水的主要离子组分.甲酸根(HCOO^-)、甲基磺酸根(CH₃SO₃^-)、草酸根(C₂O₄^2-)和乙酸根(CH₃COO^-)为主要有机酸组分.总离子浓度和各种离子浓度的体积加权平均随粒径变化呈"U"型...     

以10种农业废弃物为基料的地下水反硝化碳源属性的实验研究

为了选择理想的农业废弃物作为优质碳源,同时作为生物膜载体应用于可渗透反应墙(PRB),通过反硝化作用去除地下水中的硝酸盐.选择小麦秸秆、玉米秸秆、稻秆、大豆秸秆、玉米棒、稻壳、甘蔗渣、杨树枝、木屑、芦苇共10种农业废弃物进行元素分析实验、浸溶实验和长效浸出实验研究.元素分析实验结果显示,10种农业废弃物的C、N、H元素含量分别为38%~48%、5%~7%、0.5%~2.5%.短效浸出实验表明,甘蔗浸出液的总有机碳(TOC)浓度最高,均值可达38.66 mg·g~(-1),大豆秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、稻壳、杨树枝和小麦秸秆为8.04~15.30 mg·g~(-1),其他均值约为2.36~6.33 mg·g~(-1).但是,大部分农业废弃物均释放一定量的含氮物质.其中,硝酸盐及亚硝酸盐释放量均低于0.05 mg·g~(-1),氨氮释放量低于0.30 mg·g~(-1),凯氏氮除木屑、玉米棒、杨树枝释放量较低,其余均高于0.80 mg·g~(-1),最高可达1.65 mg·g~(-1).同时,秸秆类材料浸出液具有一定的色度,其中稻杆的色度最高,其值为1025.选择浸出液TOC浓度较高的甘蔗渣、玉米秸秆、稻壳、小麦秸秆及凯氏氮浓度较低的玉米棒和木屑作为理想碳源材料,进行长效浸出实验.结果表明,6种材料的TOC能迅速达到高位平衡状态,且溶出速率稳定,浸出液的高效液相色谱(HPLC)和气-质谱联用仪(GC/MS)分析表明,其主要成分为有机酸、糖类、含氮有机物和酯类等物质.其中,有机酸主要为甲酸、乙酸、草酸、富马酸等小分子有机酸、糖类主要为纤维二糖、葡萄糖、果糖和木糖.脱氮效能实验表明,6种农业废弃物硝酸盐去除率均达到80%以上,脱氮速率均达到1.00~2.00 mg·cm~(-3)·d~(-1)(以N计).综上,这6种材料均可作为地下水硝酸盐污染原位修复的理想碳源填充材料.