双组分重金属在分层土壤中的迁移研究

尾矿库用来堆积矿产资源开采过程中产生的矿物废料,其重金属种类多,含量高,储存量大,影响范围广。尾矿长期堆放严重污染库区水生态环境,是目前重金属污染的主要来源之一。以德兴铜矿5号尾矿库为背景,建立了简化的分层土柱模型,研究双组分重金属离子在成层土壤中的运移规律。选择常见的铜、铁离子为污染物,通过测定不同深度处渗滤液中金属离子质量浓度,观测其在分层土柱中的迁移情况。结果表明:土柱中同一深度铜、铁离子质量浓度随时间延长而升高,初始阶段增速较大后逐渐降低;在垂向上,距离污染源越远离子质量浓度越低,且这种关系能用对数函数描述。黏土层对金属离子的迁移能起到有效的阻滞作用,试验结束时对铜、铁离子的阻滞净化效率分别可达88.98%、93.04%,但长期的渗透作用终会使污染物穿透黏土层,并更快地向下发展。双组分重金属离子共存时,迁移过程中金属离子之间会相互影响,与单个铜离子的运移对比,铁离子的加入使渗滤液中铜离子的质量浓度升高,且随着试验进行铜离子质量浓度升高幅度越来越大。铁离子的加入使30 cm深处渗滤液在第7 d时铜离子质量浓度增加了1.13%,第70 d时增大幅度达到8.62%。尝试性提出了防渗层阻滞净化效率的估算方法,反映防渗层工作状态及估计其有效使用时间,为尾矿库重金属污染预防和治理提供参考。     

西南岩溶区非饱和红黏土初始含水率对氟运移影响试验研究

我国西南岩溶区表层风化沉积的红黏土是地下水污染的天然防渗材料之一.近年来,云南大量水电铝项目的实施对地下水造成极大的氟化物污染风险.因此,研究氟在红黏土中的运移机制对于岩溶区水电铝项目危废渣库的安全运营及地下水污染防治具有重要的生产实际意义.以云南省岩溶区红黏土作为研究对象,通过室内柱试验研究初始含水率对非饱和红黏土中氟运移的影响机制.研究表明,红黏土的初始含水率控制着氟的出流和穿透的时间、弥散系数、阻滞系数以及氟的垂直分布特征.这些参数对西南岩溶区不同季节不同含水率的红黏土地区土壤和地下水氟污染风险管控提供重要的依据.     

不同质地土壤对核素Sr-90阻滞及迁移的影响

为了给放射性废物填埋场选址、设计、建造和安全评估提供科学支撑,选择3种代表性质地的土壤(砂土、粉质壤土、黏土),采用室内动态土柱法,通过3个土柱体剖面Sr-90的浓度分布曲线和浓度峰迁移距离,研究Sr-90在不同质地土壤介质中的吸附特性和迁移规律。砂土、粉质壤土、黏土的喷淋量分别为60 m L/d、52 m L/d、60 m L/d,试验时间分别为102 d、390 d、390 d。试验结束后Sr-90浓度峰在砂土、粉质壤土、黏土中垂直向下迁移了46.2 cm、3.0 cm、1.2 cm。Sr-90在砂土柱剖面的浓度分布曲线存在明显的不对称性和拖尾,即Sr-90从源层上洗脱下来后,受到砂土介质的吸附作用,待浓度峰值通过后,更多的Sr-90从之前的砂土介质中解吸出来,使得很长时间段内土柱体中保持相对较高的浓度,该现象在粉质壤土和黏土不明显。应用HYDRUS-1D软件建立平衡吸附、非平衡吸附两种模式下的核素迁移数值模型,发现砂土柱中两种模式的计算结果差别较大,粉质壤土、黏土柱两种模式的计算结果却逐渐接近,非平衡吸附模式考虑一级速率系数β能更好地描述浓度分布曲线的"拖尾"。Sr-90在砂土、粉质壤土、黏土中的一级速率系数β分别为0.56 d-1、13.2 d-1、42.0 d-1,随β增大,吸附、解吸速率加快,越容易达到平衡。     

饱和非饱和分层土壤中铁离子运移试验

建立了由黏土、砂壤土、细砂组成的饱和非饱和分层大型土槽试验模型,以研究铁离子在饱和非饱和分层土壤中的迁移规律.结果表明,铁的迁移转化规律与分层土壤的分布顺序密切相关.同一时刻同一水平面上的点,离污染源越远,质量浓度越低;同一竖直剖面上的点,从上至下,质量浓度越来越高.铁在细砂、砂壤土、黏土中的迁移能力依次递减.水力梯度2.5％的条件下,铁在细砂层、砂壤土层、黏土层中运移1 m分别需要1 224h、2200 h、3605 h.     

不同质地土壤中四环素类抗生素的吸附解吸特性研究

抗生素滥用导致的低浓度抗生素环境暴露诱导产生抗生素耐药基因,对人类健康构成潜在威胁。土壤是抗生素类污染物的主要容纳库,也是其迁移进入水环境的必经路径。采用批平衡吸附试验法,研究了四环素和土霉素在不同质地土壤(黏土、壤土和砂土)中的吸附和解吸行为。结果表明,黏土、壤土和砂土对四环素和土霉素的吸附过程可分为快速吸附阶段和慢速平衡阶段。吸附行为均可用Freundlich模型描述,平均拟合决定系数为0.996,其中壤土对四环素和土霉素的吸附能力最强,砂土的吸附能力最弱。四环素和土霉索在黏土和砂土中属于"S型"等温吸附,在壤土中的吸附属于"L型"等温吸附。研究表明,四环素在土壤中的吸附以物理吸附为主,且在黏土、壤土和砂土中解吸过程的滞后系数明显高于土霉素。     

成层土壤中氨氮入渗迁移试验研究

垃圾填埋场渗滤液是造成土壤和地下水污染的重要来源,其中氨氮含量非常高,是垃圾渗滤液的主要污染物之一.为了寻求垃圾填埋场防渗与污染控制设计的理论依据,把握氨氮在地基中的迁移机理,将垃圾填埋场渗滤液的运移概化为渗滤液在垂直方向上的不同性质成层土壤中入渗迁移.通过大型土柱室内试验,研究了设有黏土防渗层的饱和-非饱和成层土壤中氨氮入渗迁移规律.提出了氨氮在黏土防渗层及非饱和黏土层中的吸附特性及在迁移过程中发生的三氮转化反应规律.氨氮质量浓度随土柱深度的增加而逐渐减少.在还原环境中,氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐的比例很小,硝化细菌活动性不强.总结了影响氨氮迁移和转换的影响因素,土壤的性质(成分)对氨氮的吸附作用影响最显著.     

高分子混凝剂处理电厂脱硫废水中Cu2+的实验研究

实验制备了锌镁铝聚合混凝剂,并用该混凝剂作为柱撑剂柱撑粘土。以铜离子为模拟污染物,对物质的制备条件及实验工况进行了探索,实验确定了锌镁铝混凝剂的最佳制备条件,用最佳条件下的混凝剂作为柱撑剂,以河北土为载体制备柱撑粘土,该柱撑粘土对铜离子去除效率可达98.4%,无机盐类柱撑粘土吸附Cu~(2+)符合二级动力学方程。对比柱撑粘土的BET表征数据发现,经柱撑后粘土的比表面积较提纯土有了较大的提高,表征结果与实验数据吻合。     

土壤腐殖质对有机污染物吸附行为的研究

腐殖质是土壤有机质的主体,通常具有非常复杂的分子结构、丰富的表面官能团,对有机污染物的吸附起着主要作用。通过野外调查取样,采用吸附试验、红外光谱分析等研究了胡敏酸、胡敏素对混合污染物的吸附规律。结果表明,在多种污染物共存的体系中,Henry模型、Freundlich模型能够较好地拟合胡敏酸对特征污染物的吸附,胡敏素则主要符合Langmuir等温吸附模型。胡敏素对污染物的吸附量高于胡敏酸,且吸附过程有化学吸附发生。研究表明,有机质含量越高的土壤对地下水中污染物的截留净化作用越明显,能够减少污染物对地下水的危害,且胡敏素对污染物吸附的贡献率较胡敏酸更大。     

NaOH预处理香菇废弃物对铜、锌吸附性能研究

本研究用NaOH预处理后的香菇废弃物作为吸附材料,处理含铜、锌的重金属废水。研究了吸附时间、pH值、初始金属离子质量浓度、香菇废弃物质量浓度等因素对预处理后香菇废弃物吸附铜、锌离子的影响。结果表明:预处理后香菇废弃物对铜和锌的吸附平衡时间均为10 min;对铜和锌吸附的最佳pH值范围分别为5~7和5~6,其中对锌的吸附率在pH=2~4的范围内也能保持在87%左右。当香菇废弃物质量浓度大于4 g/L,铜/锌的吸附率均不再增大;吸附动力学实验表明,伪二级动力学模型能够很好地拟合预处理后香菇废弃物对铜和锌的动力学吸附过程,相关系数R2均为0.999 9;热力学分析表明,香菇废弃物对铜和锌的吸附热力学过程用Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述。Langmuir模型拟合结果显示,预处理后香菇废弃物对铜和锌的理论最大吸附量分别为8.993 mg/g和20.16 mg/g。     

煤系高岭土插层改性及其对Ca2+的吸附性能

高岭土具有特殊的层片状结构和阳离子交换性,在环境保护领域的应用越来越广。煤系高岭土作为一种具有高纯度和高结晶度的矿物原料,经有机物插层复合后可有效拓宽其应用范围。分别以乙酸铵、乙酰胺和乙酸钾为插层剂,通过液相插层法制备了煤系高岭土插层复合物,用于吸附去除铜离子,并讨论了其吸附效果。同时,采用傅里叶红外光谱、X射线衍射分析、比表面积测定仪和扫描电镜对插层复合物的结构与性能进行了表征。结果表明,煤系高岭土结构有序,结晶程度较高,适用于插层改性。乙酸铵、乙酰胺和乙酸钾可不同程度地插入煤系高岭土的层状结构中,其中乙酸钾插层效果最好。乙酸钾-煤系高岭土插层复合物经乙醇洗涤稳定后,插层率可达44.75%,对铜离子的去除率可达69.07%。插层后,煤系高岭土的层片状结构排列取向发生了改变,由团聚状变为沿c轴方向堆叠,比表面积从9.894 m2/g提高到12.286 m~2/g。相对于Freundlich方程,乙酸钾-煤系高岭土插层复合物对Cu~(2+)的吸附等温式更符合Langmuir方程,表明其属于单分子层化学吸附。乙酸钾-煤系高岭土插层复合物对Cu~(2+)的吸附动力学方程符合准二级动力学模型。     

沸石强化热处理对土壤中铜和锌的固定作用

为研究热处理对土壤中重金属的固定作用,从甘肃白银采集铜和锌污染土壤,研究了好氧和厌氧热处理法及沸石强化热处理法对土壤中铜和锌形态变化的影响。结果表明,与好氧热处理相比,厌氧热处理对土壤中的铜和锌有更好的固定效果,且温度越高固定效果越好。在500℃时,厌氧热处理可使土壤中铜和锌的可氧化态和残渣态之和分别由原土样的31.7%和31.3%提高到93.3%和89.4%。在好氧条件下,在200~450℃范围内,是否添加沸石对土壤中铜和锌的固定效果并无明显影响;而在500℃时,添加沸石处理对重金属铜、锌的固定效果明显提高。在500℃时,与好氧热处理相比,添加沸石强化好氧热处理下铜和锌的弱酸可提取态质量比下降了12.7%和12.1%,而残渣态质量比增加了8.6%和12%。     

煤岩混合型粉尘云最低着火温度试验研究

为研究半煤岩巷道中岩粉质量分数和煤的挥发分与煤岩混合型粉尘云最低着火温度的关系,选取挥发分差异较大的5种煤样以相同比例配制煤岩混合型粉尘,利用粉尘云最小点火温度测定仪进行煤岩混合型粉尘试验。结果表明,当煤岩混合型粉尘中岩粉质量分数低于40%时,岩粉的混合会导致混合型粉尘云最低着火温度发生小幅度波动;当岩粉质量分数高于40%时,煤岩混合型粉尘最低着火温度会随岩粉质量分数的增加而大幅度升高;挥发分质量分数越小的煤粉,其混合型粉尘云最低着火温度越容易受岩粉质量分数的影响。     

不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附特征研究

为探究煤矿瓦斯气体吸附存在的孔隙孔径大小及煤矿瓦斯突出压力定为0.74 MPa的微观原因,采用计算化学材料软件Material Studio对碳材料孔隙孔径进行模型构建,通过Sorption模块计算不同碳材料孔隙孔径对甲烷的吸附情况,得到了单层和双层不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附数据,然后用内插法得到0.74 MPa条件下单层和双层孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附量。结果表明:单层和双层碳材料孔隙孔径对甲烷吸附的最佳孔径分别是10和8;0.74 MPa条件下不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附量均在75%以上,对于最佳孔径甚至在90%以上。     

原地爆破浸出采铀过程中的渗漏示踪研究

为了准确、及时判断原地爆破浸出采铀堆场底部是否发生渗漏,需寻找合适的示踪剂在喷淋浸出过程中开展示踪。先采用静态试验在候选示踪剂荧光素钠、溴化钾、碘化钾中筛选出不影响铀的浸出且吸附量最小的荧光素钠作为示踪剂;从表面活性剂MES、MAEPK、DMSS、SDS中,筛选出既有利于铀的浸出又可在铀浸出过程中降低矿石对示踪剂荧光素钠吸附的SDS。,再通过动态柱试验进一步研究荧光素钠与表面活性剂SDS的示踪性能。结果表明,荧光素钠不影响铀浸出,添加表面活性剂不仅使铀浸出率提高约9.01%,而且降低了铀矿石对荧光素钠的吸附,尤其大大降低了矿石对荧光素钠的初始吸附,使得初始穿透水中荧光素钠的质量浓度提高了20.8倍,铀矿石对荧光素钠的分配系数在不加表面活性剂与添加表面活性剂的情况下分别为6.66 mL/g与4.22 mL/g,阻滞系数分别为29.46与20.59,分别降低了36.63%、30.11%。因此,以荧光素钠为示踪剂添加表面活性剂SDS的原地爆破浸出采铀堆场渗漏示踪试验可以及时、准确地判断是否渗漏。     

阿司匹林生产用废弃活性炭的微波一步再生

阿司匹林生产过程中会产生大量的粉末状废弃活性炭,对环境造成了较大的影响。提出了不外加活化气体的微波加热一步再生法再生废弃活性炭,使之循环利用。通过试验考察了再生温度、再生时间和物料厚度等因素对再生活性炭吸附性能和得率的影响。在再生温度700℃、再生时间10 min和物料厚度20 mm的优化条件下,亚甲基蓝吸附量为180 mg/g,再生活性炭的得率为40.875%,与常规方法再生药用活性炭相比,降低了再生温度,再生时间缩短了50%左右。此时再生活性炭的比表面积为1 296 m~2/g,平均孔径为3.016nm,适合于吸附亚甲基蓝,总孔体积为0.977 4 m L/g,其中微孔占47.81%,表明微孔和中孔都较为发达。扫描电镜和傅里叶变换红外光谱图分析表明,活性炭孔隙和表面性质得到了有效的再生恢复。微波一步再生法避免了通入活化气体而导致大量粉末活性炭被带走的问题,并且该方法具有速度快、效率高等优势。     

基于超高效液相色谱串联质谱法的番茄果实和土壤中氟吡菌胺残留测定

建立了番茄果实和土壤中氟吡菌胺残留的超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)检测方法。用乙腈水溶液提取样品中的氟毗菌胺,以C_(18)柱为分析柱、乙腈-甲酸水溶液为流动相,采用超高效液相色谱-串联质谱多反应监测、电喷雾正离子源、外标法定量。氟吡菌胺在0.05~1.00 mg/L范围内与峰面积呈良好的线性关系,线性方程为y=6964.10x-143.28,决定系数为0.996 8。向对照番茄果实、对照土壤中分别添加氟吡菌胺标样,使其添加量分别为0.10 mg/kg、0.40 mg/kg和2.00 mg/kg,平均回收率分别为92.43%~103.32%和92.75%~104.46%,相对标准偏差分别为3.8%~4.9%和3.4%~4.4%。番茄果实和土壤中氟吡菌胺的定量限分别为1.0μg/kg和1.7μg/kg,检出限分别为0.3μg/kg和0.5μg/kg。     

不同黏土矿物材料对Cd2+的吸附特征

探讨了在不同矿物投加量、不同振荡时间、不同Cd2 质量浓度、不同矿物颗粒细度和不同pH值条件下,钠基膨润土、膨胀蛭石和沸石3种黏土矿物对Cd2 的吸附效果,并比较了3种黏土矿物对Cd2 的吸附差异性.结果表明:具有可膨胀层间的黏土矿物对溶液中Cd2 的吸附量不仅仅由单一的阳离子交换量决定;Cd2 在矿物表面的吸附过程是个迅速的过程,在10 min内即可完成;黏土矿物颗粒细度不同,对Cd2 的吸附率不同,但并非颗粒越细吸附量越大;就实验所采用的3种黏土矿物而言,在较低矿物投加量条件下,其对Cd2 的吸附能力从大到小依次为钠基膨润土、沸石、膨胀蛭石;较高的pH值有助于黏土矿物对溶液中Cd2 的吸附,但考虑到实际操作的其他因素,不能把pH值调得过高.     

改性硅酸钙(CSH)对重金属废水中Ni2+的吸附特性研究

以硅灰石和氧化钙为原料制备改性硅酸钙(CSH),为了探讨改性硅酸钙对Ni~(2+)的吸附特性和机理,考察了初始p H值、吸附剂投加量、初始Ni~(2+)质量浓度和硅酸钙使用次数等因素对模拟废水中Ni~(2+)去除率的影响。结果表明,p H值在3.0~6.0、吸附剂投加量为1g/L、含Ni~(2+)废水质量浓度小于200 mg/L、硅酸钙前两次使用时,CSH对Ni~(2+)均有较高的去除效果。采用Langmuir等温吸附模型拟合CSH对Ni~(2+)的吸附,得到CSH对Ni~(2+)的最大吸附量为417 mg/g。结合吸附前后的扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和X射线衍射(XRD)图谱分析,推测出CSH的主要结构为Ca Si2O5,CSH对Ni~(2+)的吸附主要发生在CSH表面并且是通过离子交换作用进行的。通过对CSH吸附去除Ni~(2+)过程中溶液离子浓度变化的研究推断出97%的Ni~(2+)通过离子交换作用被去除,剩余的Ni~(2+)通过表面络合作用去除。