地下水中二价锰对成熟石英砂滤层去除氨氮的影响

在中试条件下,考察了地下水中二价锰离子(Mn~(2+))对成熟石英砂表面滤膜去除氨氮(NH+4-N)的影响。结果表明,当进水Mn~(2+)浓度不大于3.5 mg·L~(-1)时,NH+4-N去除率随进水Mn~(2+)浓度增大而增大。相应地,Mn~(2+)的存在使得进水NH+4-N的浓度上限由2.51 mg·L~(-1)提高到2.83 mg·L~(-1),且NH+4-N和Mn~(2+)可实现同步去除。此外,进水Mn~(2+)的存在((2.1±0.1)mg·L~(-1))使得去除NH+4-N所需要的温度下降,这说明Mn~(2+)对石英砂表面复合氧化膜催化NH+4-N氧化具有一定的促进作用,从而提高了NH+4-N在滤柱中的去除速率。     

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。     

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。     

无氧条件下复合锰氧化膜去除地下水中高浓度锰

为考察进水无氧条件下复合锰氧化膜对地下水中高浓度Mn~(2+)的去除效果,在中试规模条件下,对进水高溶解氧条件、低溶解氧条件以及无氧条件进行了对比研究,同时对滤柱沿层Mn~(2+)浓度、pH和溶解氧等相关指标进行测定分析。结果表明,在无氧条件下(DO0.1 mg·L-1),氧化膜可持续高效的去除水中高浓度的Mn~(2+),且该进水溶解氧条件下氧化膜对Mn~(2+)的去除效果优于DO 1～2 mg·L-1条件下的去除效果,反应速率常数为DO 1～2 mg·L-1条件下反应速率常数的3.06倍,但与DO 6～7 mg·L-1条件下的速率常数相比较略低。对比有氧和无氧条件下氧化膜的SEM和XRD实验结果,无氧条件下长时间持续除Mn~(2+)后滤料表面形态及结构未发生明显变化,表明氧化膜结构和性能均稳定。复合锰氧化膜实现无氧除Mn~(2+),可以省去地下水Mn~(2+)去除过程中的曝气充氧环节,对地下水中Mn~(2+)去除技术的推广具有重要意义。     

铁锰改性铜绿微囊藻对锑的吸附性能

利用生物质吸附去除水中重金属离子具有制备简单、成本低廉、环境影响小等优点,通过高锰酸钾-硫酸亚铁处理过程对铜绿微囊藻改性,制备了能够高效吸附水中锑(Sb)的铁锰改性藻粉复合材料。扫描电镜和X射线光电子能谱分析表明,改性藻粉中存在大量铁锰氧化物颗粒,铁锰的主要存在形式为Fe_2O_3和MnO_2。改性后的复合藻粉对Sb(Ⅲ)的吸附量从3.06 mg·g~(-1)增加到35.30 mg·g~(-1),对Sb(Ⅴ)的吸附量从3.07 mg·g~(-1)增加到4.37 mg·g~(-1),并且改性后的复合藻粉到达吸附平衡的时间更短。Langmuir模型可以很好地描述Sb在复合藻粉上的吸附行为,Elovich模型对藻粉吸附Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附过程拟合较好(R~2=0.957,0.943),而复合藻粉更适用准二级动力学模型(R2=0.953,0.961)。Sb(Ⅲ)主要通过氧化和吸附作用被去除,而Sb(Ⅴ)在复合藻粉表面形成表面络合物后被吸附。共存阴离子(SO_4~(2-)、CO_3~(2-)、PO_4~(3-))的存在对复合藻粉吸附Sb(Ⅲ)几乎没有影响,但是共存阴离子浓度越高,对Sb(Ⅴ)的吸附抑制越明显。     

用作固定SRB碳源的玉米芯的最佳改性条件

针对现阶段玉米芯作为SRB污泥颗粒内聚碳源所带来碳源释放不佳的问题,选用碱性H_2O_2对玉米芯进行改性,制备成SRB污泥颗粒处理AMD,经过单因素实验和正交实验分析,对玉米芯的最佳改性条件进行研究。结果表明,当玉米芯改性时间24 h,NaOH浓度为6%,H_2O_2浓度为1.5%,可制得最佳改性玉米芯。制备成SRB污泥颗粒处理AMD后,SO_4~(2-)、Mn~(2+)和Fe~(2+)去除率分别为93%、78%和95%,较未改性提高了29%、3%和23%;COD释放量为215 mg·L~(-1),较未改性减少了545 mg·L~(-1);Fe~(2+)剩余量为1.5 mg·L~(-1),较未改性减少了1.1 mg·L~(-1);溶液pH为7.8。同时经SEM和XRD分析,发现改性玉米芯颗粒较未改性玉米芯颗粒相比,内部结构变得的疏松多孔,且大分子物质被分解为小分子物质,可以更好被SRB所利用。说明了该改性法可以改善玉米芯的碳释性能,为微生物处理AMD的工程应用提供技术参考。     

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。     

硫化锰纳米颗粒高效去除重金属镉

中国镉污染问题日益严峻,开发高效的镉吸附剂,是解决环境镉污染问题的重要技术手段。采用共沉淀方法合成了硫化锰纳米颗粒,研究了其对重金属镉的吸附行为,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)、比表面积(BET)等技术手段探究了硫化锰纳米颗粒的形貌、化学组分以及镉的去除机制。结果表明,MnS纳米颗粒呈球状,平均粒径100 nm,比表面积30.56 m~2·g~(-1)。MnS纳米颗粒对Cd~(2+)的吸附动力学数据较好地符合伪二级动力学模型;吸附等温线数据较好地符合Langmuir模型,说明MnS对Cd2+的吸附是以化学吸附为主的单分子层吸附。使用Langmuir拟合的MnS饱和最大镉吸附量为349.6 mg·g~(-1),在众多镉吸附材料中处于前列。对于模拟工厂重金属废水的处理,MnS纳米颗粒可以在5 h内使镉的浓度由60 mg·L~(-1)降至国家规定排放线以下(0.1 mg·L~(-1)),且吸附过程中水体pH稳定,对水体干扰小。在多种重金属离子共存的情况下,仍可以达到接近100%的Cd~(2+)去除率。硫化锰相对稳定,在空气中放置30 d仍有80%的镉去除率。较高的离子交换量形成CdS沉淀是MnS高效去除镉的主要原因。     

饱和膨润土复合颗粒吸附剂吸附的重金属离子的固定及其再生

采用Na_2S化学再生法对吸附Fe~(2+)、Mn~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)饱和的膨润土-钢渣复合颗粒吸附剂分别进行重金属离子的固定及其再生实验研究,探究该吸附剂吸附的重金属离子的固定问题及其再生的可能性和多次再生后的吸附效果,同时根据SEM图进一步揭示固定、再生机理。结果表明:在对Fe~(2+)的固定、再生实验中,可形成Fe S沉淀而实现固定,但再生后再吸附时,膨润土复合颗粒中蒙脱石结构改变使得颗粒坍塌变成粉末状,因此,吸附Fe~(2+)饱和的膨润土复合颗粒吸附剂不适合用Na_2S再生;而对Mn~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的固定、再生实验中,均可形成S化物沉淀而实现固定,颗粒结构未改变,经过3次再生后,吸附剂对Mn~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的去除率还可达到94.22%、83.2%和76.30%,远比未经再生的吸附剂吸附效果好,同时,由SEM表征分析进一步揭示:Na_2S再生溶液既可使重金属离子形成MS沉淀固定,又可使复合颗粒吸附剂获得再生,实现了同步固定、再生的目的,且吸附剂经多次再生后吸附效果保持良好。     

废玻璃/铝渣人工沸石对水中Ca2+的吸附

利用废玻璃和铝渣制备沸石,进而表征沸石结构特征并研究其对水中Ca~(2+)的吸附性能。采用批式实验考察不同温度下沸石用量、初始pH、振荡频率、接触时间对吸附量的影响,并研究吸附过程热力学、动力学特征。结果表明,吸附量随沸石用量增加而减小、随接触时间延长而增大。初始pH和振荡频率对吸附量影响较显著。温度变化对平衡吸附量影响不大,但升高温度可显著缩短吸附平衡时间。最佳工艺参数为:沸石用量20 g·L~(-1),初始pH 6～8,振荡频率150 r·min~(-1),接触时间60 min,此时吸附量约16 mg·g~(-1)。Langmuir等温线最符合沸石吸附水中Ca~(2+)过程,表明该过程是均质单分子层吸附。动力学特征最符合准二级动力学方程,证实该过程主要受离子交换、颗粒外液膜扩散和颗粒内扩散控制。该沸石对水中Ca~(2+)吸附过程是物理吸附和化学吸附并存的自发、吸热、熵增过程。该沸石可较好地去除水中Ca~(2+),故具有一定软化硬水能力。     

一步法低温合成二维CNx纳米材料及其对水中重金属离子的吸附性能

利用尿素和乙二胺四乙酸钠盐通过一步法低温固相裂解合成了二维纳米碳氮材料(2-D CN_x),实现了对水中重金属离子的吸附去除。系统地研究了2-D CN_x对水中重金属离子Cd~(2+)、Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附性能,其吸附动力学过程均符合准二级动力学模型,吸附等温线更符合Langmuir模型。结果表明:Cd~(2+)、Cu~(2+)和Pb~(2+)的初始浓度均为40 mg·L~(-1),在25℃下,达到平衡时吸附量分别达到了79.4、 58.5、 72.8 mg·g~(-1); 2-D CN_x在比较广泛的pH范围(3.0～9.0)内对重金属离子都具有比较好的吸附效果;吸附剂在吸附柱过滤穿透实验中表现出很好的吸附效果和可重复利用性,且具有良好的机械稳定性。进一步的机理分析探明,吸附主要基于材料表面的羟基和重金属离子交换及氨基与重金属离子的络合协同作用。     

改性谷壳生物炭负载磁性Fe去除废水中Pb~(2+)的效果及机制

将谷売生物炭用酸改性后负载磁性Fe_3O_4,得到一种新的吸附材料(BC~Fe)。通过单因素吸附实验,研究了时间、pH、添加量、浓度以及温度等参数对BCTe吸附废水中Pb~(2+)的影响,并对其进行比表面积及傅里叶红外光谱分析,探讨该磁性生物炭对Pb~(2+)的吸附机理。结果表明对Pb~(2+)的吸附能在2 h内基本达到平衡。在Pb~(2+)溶液初始浓度为100mg·L~(-1),pH=5.0温度为25℃,分別添加0.1g和0.15 g的BC-Fe于50 mL Pb~(2+)溶液中,单位质量的BC-Fe对溶液中Pb~(2+)的吸附量分别为40.6 mg·g~(-1)和33.2 mg·g~(-1)去除率分别为81.3%和99.9%。该吸附过程符合拟二级动力学模型,理论平衡吸附量为43.9 mg·g~(-1)。用Langmuir等温吸附方程能够很好地描述其吸附行为;热力学研究表明对Pb~(2+)的吸附过程是自发的吸热过程。     

硝酸改性稻秆处理含Pb~(2+)模拟废水

在150 m L溶液中,稻秆用量为5 g,硝酸浓度为10%,稻秆颗粒度为20目,改性温度为80℃,改性时间为3h,制备得到硝酸改性稻秆吸附剂。详细探讨了用该吸附剂处理含Pb~(2+)废水的影响因素:吸附剂用量、Pb~(2+)初始浓度、溶液pH值、吸附时间和吸附温度等对Pb~(2+)吸附率的影响,并进一步通过正交实验及对比实验得出处理200 m L,初始浓度为300mg·L-1的含Pb~(2+)废水的最佳吸附工艺为:吸附剂用量为4 g,pH值为6,吸附时间为3 h,吸附温度为20℃,在此工艺条件下,对Pb~(2+)的吸附率达到94.31%,吸附量为14.15 mg·g~(-1)。     

诱导结晶法同时去除铜、锌离子

考察投药量、水力负荷、停留时间等因素,对诱导结晶反应器去除Cu~(2+)、Zn~(2+)效果的影响,确定最佳运行参数为:水力负荷40 m~3·(m~2·h)~(-1),结晶药剂投药量2∶1,停留时间90 min。在最佳运行参数下,结晶反应器处理含铜20 mg·L~(-1),含锌10 mg·L~(-1)、pH为5.5~6.0的混合重金属废水。反应器连续运行40 d,出水中铜离子和锌离子平均浓度分别为1.31 mg·L~(-1)和4.57 mg·L~(-1),铜离子和锌离子平均去除率分别是93.4%和51.3%。诱晶载体粒径由0.568 mm长至0.617 mm,平均生长速度为0.001 23 mm·d-1。研究表明,该诱导结晶工艺可以用作同时去除废水中的Cu~(2+)、Zn2+。     

不同热解温度污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪(EDS)、环境扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb~(2+)、Cd~(2+)浓度下污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb~(2+)的吸附量最大,而Cd~(2+)在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附量为RC500RC400RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb~(2+)(14.39 mg·g~(-1))Cd~(2+)(1.45 mg·g~(-1)),污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

电气石对恩诺沙星的吸附特性

采用天然铁电气石作为吸附剂去除水中的恩诺沙星,考察了p H值、干扰离子对吸附性能的影响,并探讨了吸附热力学及动力学特性。结果表明:p H为5的条件下,吸附量最大,为7.13 mg·g~(-1);ΔG0且ΔH0表明吸附是自发进行的吸热反应,ΔH=2.048 k J·mol~(-1)(20 k J·mol~(-1))说明吸附为物理吸附。等温吸附曲线拟合中,Freundlich模型拟合效果较好。电气石对恩诺沙星的吸附过程符合拟二级动力学。脱附实验表明,电气石具有较好的脱附再生性能,脱附率可达99%。初始p H为5时,较高浓度的Cu~(2+)和Zn~(2+)对恩诺沙星的吸附均有抑制作用,Cu~(2+)的抑制作用明显高于Zn~(2+),且干扰离子浓度越高抑制作用越强;p H为7时,低浓度的干扰离子能够促进恩诺沙星的吸附。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

HKUST-1晶格空位的构建及对偶氮染料吸附的影响

采用1,3-苯二甲酸与1,3,5-苯三甲酸不同摩尔比例的混合配体策略,制备了4类具有晶格空位的Cu基金属有机框架化合物HKUST-1,并研究了其对刚果红和亚甲基蓝的吸附性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、BET比表面积测定仪、热重分析仪(TGA)进行表征,证实了HKUST-1晶格空位的框架结构与稳定性,晶格空位HKUST-1的BET表面积和总孔容(1 220 m~2·g~(-1)和0.62 cm3·g~(-1))均大于初始HKUST-1(698 m~2·g~(-1)和0.40 cm~3·g~(-1))。吸附实验表明,由于尺寸排阻效应,晶格空位HKUST-1的构建增加了与刚果红的结合能力,且与亚甲基蓝相比,晶格空位HKUST-1对刚果红具有更高的吸附选择性。随着有机配体1,3-苯二甲酸与1,3,5-苯三甲酸的摩尔比例(0:1,1:1,2:1,3:1)的增加,晶格空位HKUST-1对刚果红的吸附去除效果随之增加,室温、pH 6.0条件下,Langmuir吸附量增加了1.53倍,Langmuir最大吸附量为528.03 mg·g~(-1),吸附过程符合准二级动力学和Langmuir吸附等温线模型。     

柠檬酸改性竹纤维吸附剂的制备

采用预处理和柠檬酸酯化反应2个阶段的处理方法对竹纤维进行修饰改性,考察了预处理溶液浓度、预处理时间、柠檬酸用量比、催化剂用量比、热反应时间,热反应温度对改性效果的影响,并测定了改性后竹纤维材料对重金属Ni~(2+)的吸附性能。实验结果表明,当预处理溶液浓度取5%,预处理时间控制在180 min,柠檬酸用量比取20 mmol·g~(-1),催化剂次磷酸钠用量比取0.4,热反应时间控制在90 min,热反应温度为120℃时,改性效果达到最佳,得到的最高羧基团含量为3.373 mmol·g~(-1)。改性后的竹纤维材料对Ni~(2+)的吸附容量高达9.486 mg·g~(-1),相比未改性的竹纤维,吸附性能上有显著提升。     

改性沸石对水中微量汞的吸附性能

为了更好的去除水体中微量汞,研究了采用二氧化锰和壳聚糖对天然斜发沸石进行改性,着重考察了pH、温度、离子强度、Hg~(2+)初始浓度和时间对改性前后沸石吸附Hg~(2+)的影响,并研究了其吸附机理。结果表明,改性沸石受pH、温度和离子强度影响较小,在pH、温度、离子强度和初始浓度为6、25℃、0.05 mol·L~(-1)和50μg·L~(-1)时,二氧化锰+壳聚糖改性沸石(ZCM)对Hg~(2+)的去除率高达99%,符合国家饮用水标准,并且二氧化锰+壳聚糖改性沸石(ZCM)具有更好的解吸再生性。3种沸石均较好的符合Langmuir等温吸附模型和假二级动力学模型,其中改性沸石对汞的吸附主要为离子交换和表面官能团的络合作用,二氧化锰+壳聚糖改性沸石(ZCM)和壳聚糖改性沸石(ZC)饱和吸附量由1.43 mg·g~(-1)提高到5和3.3 mg·g~(-1),吸附平衡时间由10 h减少至1和4 h,为治理汞微污染地表水提供一定的理论支持。