砷氧化菌对胡敏酸络合As (Ⅲ)的氧化作用

土壤砷与土壤微生物相互作用是土壤砷形态转化中需要重点关注的内容之一.为了研究砷氧化菌对胡敏酸络合三价砷[HA-As(Ⅲ)]的作用,设置了不同p H值反应体系,研究砷氧化菌HN-2对HA-As(Ⅲ)作用下,砷的形态变化及其在固液两相中的分配.结果表明,在HA与As(Ⅲ)络合过程中,HA可以将一部分游离态As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ).其中,在p H=7的体系中,As(Ⅲ)被HN-2和HA氧化成As(Ⅴ)的效率最高.在含有砷氧化菌株和不含砷氧化菌株的体系中,0~10 h振荡过程中,HA-As材料均可以释放一部分As(Ⅲ)及As(Ⅴ)进入液相中,同时砷氧化菌可以快速地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),而胡敏酸可以较缓慢地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ);反应10~24 h期间,HN-2砷氧化菌可以将络合态HA-As(Ⅲ)转化为游离态As(Ⅲ)并氧化为As(Ⅴ);48 h后反应逐渐达到平衡.固相同步辐射结果可以进一步证明HN-2砷氧化菌对络合态As(Ⅲ)的释放及氧化作用.     

Fe(Ⅱ)与O2共存体系中地下水As(Ⅲ)的固化行为

砷在地下含水层中的迁移转化、释放等地球化学行为与地下水的氧化还原环境及铁氧化物的存在形态密切相关。本文主要通过室内静态、动态实验及野外现场试验研究了Fe(Ⅱ)和O_2共存体系对模拟地下水中As(Ⅲ)固化效率与机理,研究表明:单纯的曝气行为对水体中铁和砷的价态改变均不明显,只有当Fe(Ⅱ)和O_2共存时才能有效改变砷的存在形态并通过发生吸附共沉淀作用使水体中As浓度降低下来。以质量比为Fe/As=20为例,有氧无氧两种条件下砷的去除率分别为81.3%和23.4%。模拟无氧条件下向流动相的含砷地下含水层中连续输入Fe(Ⅱ)时,溶液中的砷含量相比进水溶液浓度略有降低,出水溶液中以Fe(Ⅱ)和As(Ⅲ)为主。在有氧条件下持续30天向含砷试验砂柱内输入Fe(Ⅱ),其总量累积可达到283.65 mg,被固定于砂柱内的总砷含量达到25 075μg,固化能力达到88.40μg/mg。Fe(Ⅱ)与O_2共存体系对地下水中As(Ⅲ)的固化行为主要包括O_2对As(Ⅲ)及Fe(Ⅱ)氧化和Fe(Ⅲ)与As(V)的吸附共沉淀作用,其中溶解氧的存在是所有反应发生的必要前提条件。     

O_2与Fe(Ⅱ)协同作用氧化和去除As(Ⅲ)

在中性无氧水环境中,以O2为氧化剂,研究不同Fe(Ⅱ)和As(Ⅲ)比值(下文中简称Fe/As比值)条件下As(Ⅲ)的氧化去除效率及机理.实验发现,在O2与Fe(Ⅱ)共存的条件下,约3～4d时间内80%左右的As(Ⅲ)被去除,6～8d后,反应趋于稳定.当Fe/As=20时,As(Ⅲ)去除率达到95%左右,当Fe/As≥30时,去除率可达到99.5%以上.研究表明,无铁水环境中O2对砷的氧化速率是极其缓慢的,而有铁存在时氧化效率可大大提高.     

氧化-混凝法去除水中As(Ⅲ)的研究进展

A(sⅢ)的毒性是A(sⅤ)的60倍,而且比A(sⅤ)更难去除,已经受到越来越多的关注。文章从As(Ⅲ)的氧化动力学、常用混凝剂的除砷效果和氧化-混凝法对As(Ⅲ)的去除三个方面介绍了国内外在除As(Ⅲ)领域的研究进展,详细阐述了各种方法的优缺点,并对未来的研究方向进行了展望。     

NaClO氧化水中As(Ⅲ)的实验研究

利用氧化剂将水中的As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ),既可提高去除效果,又可降低毒性。文章以NaClO作为氧化剂进行了氧化As(Ⅲ)的相关实验,实验结果表明:pH在4~11的范围内对NaClO氧化As(Ⅲ)的影响不大,As(Ⅲ)的氧化率随着NaClO的投加量和氧化反应时间的增加而增大,其氧化过程更符合一级动力学过程。结论:NaClO氧化As(Ⅲ)迅速,氧化率基本可达到100%,氧化效果明显。     

新型铁铜锰复合氧化物颗粒吸附剂As(Ⅲ)吸附行为与机制研究

以壳聚糖为黏合剂,采用包覆法制备了一种新型除砷吸附剂——颗粒状铁铜锰复合氧化物(GFCM). GFCM吸附剂为不完全球状,直径0.7～1.0 mm,可以有效地将As(Ⅲ)氧化成As(V),并对形成的As(V)具有良好的吸附效果. GFCM对As(Ⅲ)的最大吸附容量(pH 7.0)为56.5 mg·g~(-1),显著优于目前已报道的多数颗粒状除砷吸附剂.溶液pH在5.0～9.0范围内, GFCM对As(Ⅲ)均有较好的吸附效果,离子强度则对砷吸附效果影响较小.共存阴离子对As(Ⅲ)吸附具有抑制作用,影响的大小顺序为:PO■ SiO■ CO■ Cl~- SO■.吸附As(Ⅲ)后的GFCM可用NaOH溶液进行有效脱附再生,可重复使用.在As(Ⅲ)的去除过程中,吸附剂中锰氧化物的主要作用是氧化As(Ⅲ),铁氧化物与铜氧化物的主要作用是吸附As(Ⅲ)与氧化形成的As(V),且铜氧化物有助于增强GFCM的砷吸附性能.     

As(Ⅲ)污染水源应急处理技术的中试研究

以我国目前广泛采用的常规净水工艺为基础,开展了水源突发性As(Ⅲ)污染的应急处理工艺中试研究,考察了不同的氧化剂种类、投加量、投加点和不同污染物浓度水平对应急处理工艺效果的影响以及As(Ⅲ)的去除机制.结果表明,当原水As(Ⅲ)为150μg/L,常规处理工艺对As(Ⅲ)的去除率仅为71.85%,其中溶解态的砷和总砷在快速混合、一级絮凝、二絮凝、沉淀、过滤各单元去除率分别为36.00%、5.42%、9.30%、14.95%、7.88%以及9.10%、-3.62%、2.74%、55.12%、8.51%,无法将出水中的As控制在10μg/L以下.预氯化-强化混凝工艺能够将初始浓度为100~600μg/L的As(Ⅲ)控制在10μg/L以下.但在低有效氯投加量时,氨氮浓度以及预氯化点的选择会对处理效果产生影响.KMnO4预氧化-强化混凝工艺能够将初始浓度为100~600μg/L的As(Ⅲ)控制在10μg/L以下,且其处理效果明显优于预氯化,预氧化点的选择不会对处理效果产生明显影响.建议有条件的水厂优先选用KMnO4作为As(Ⅲ)的氧化剂.     

天然磁黄铁矿吸附水中As(Ⅲ)的性能及机理

砷是地下水中最常见的污染物之一,过量摄入会严重危害人体健康.含铁矿物可以高效去除水中的As.以天然磁黄铁矿为As(Ⅲ)吸附剂,研究了吸附过程中的动力学、等温线和热力学,以及pH、无机阴离子对As(Ⅲ)吸附去除的影响.结果 表明:磁黄铁矿对As(Ⅲ)的吸附在48 h可达到平衡;吸附过程符合Langmuir等温模型,在As...     

水中As(Ⅲ)的氧化动力学研究

文章以空气作为氧化剂进行了氧化A(sⅢ)的相关实验,探讨水中A(sⅢ)的氧化动力学过程。实验结果表明:pH对曝气氧化水中A(sⅢ)的影响不明显;室温条件下避光曝气8 h时A(sⅢ)的氧化率为9.24%,阳光下曝气8 h时,氧化率达到17.92%,阳光下曝气氧化水中As(Ⅲ)的效果明显比避光曝气时的好,氧化过程均符合一级动力学过程。结论:曝气能对水中的A(sⅢ)起到一定的氧化作用,光照对于水中的A(sⅢ)的氧化起到了重要的作用。     

高铁盐与亚铁盐混凝除As(Ⅲ)性能的对比研究

为研究不添加氧化剂时,高铁、亚铁盐混凝—过滤法净化低浓度As(Ⅲ)污染饮用水的可行性及对比两种铁盐除As(Ⅲ)性能差异,本试验分别从铁盐投加量、混凝最佳p H值、吸附容量、亚铁氧化去除As(Ⅲ)能力等方面,系统比较了亚铁盐和高铁盐去除As(Ⅲ)工艺性能.结果表明:在相同的试验条件下,高铁盐能够有效净化低浓度含As(Ⅲ)水,其投加量不足亚铁盐的一半,且出水p H波动较小.吸附是混凝除砷过程的主要机理,随铁盐投加量增加,吸附贡献率不断增加,且高铁盐吸附除砷效率始终比亚铁盐高.高铁、亚铁盐絮凝颗粒吸附除As(Ⅲ)的平衡时间为6h,最大吸附量分别为42.445和50.865mg/mg;亚铁盐能够催化氧化进水中40%左右的As(Ⅲ),但吸附效率较差,除As(Ⅲ)效果不及高铁盐.     

铁铈氧化物对土壤As (Ⅴ)和P的稳定化效果

本文以铁铈氧化物(Fe-Ce,FC)为研究对象,评估其对中国3种典型砷(As)污染土壤的稳定化修复效果,并通过电子扫描显微镜能散X线分析仪(SEM-EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)等光谱学技术探索FC对As(Ⅴ)的微观吸附特征.结果表明,FC能使土壤毒性浸出As含量显著降低84. 1%～98. 3%,且在碱性土壤中表现出较强的高p H适应性,能显著增加吸附态As(F1+F2)向水合铁铝氧化物结合态(F3+F4)的稳定化. FC能使不同类型土壤的有效态P含量显著下降47. 13%～60. 32%,不仅能缓解P竞争土壤As(Ⅴ)吸附位点,而且能有效预防周边水体的面源污染.通过SEM-EDS和XPS分析,发现As(Ⅴ)吸附产物表面均检测到Fe、Ce和As这3种元素,且As主要吸附于Fe原子表面. FC在我国土壤砷污染稳定化修复领域具有较好地应用前景.     

微生物对砷的氧化还原竞争

滤池被广泛运用于饮用水厂中,前期研究发现某水厂生物滤池处理含砷地下水时,一方面三价砷可被生物氧化锰氧化为五价砷,另一方面滤池系统中存在的微生物砷还原酶可促使五价砷还原为三价砷,而滤池表面存在的这种微生物竞争关系会影响滤池的稳定性及处理效率.为探讨其内在机制,本研究选取1株锰氧化模式菌(Pseudomonas sp.QJX-1)和1株砷还原模式菌(Brevibacterium sp.LSJ-9),考察在Mn2+、As(As3+、As5+)共存时,两菌株对空间、营养物质以及对砷氧化/还原的竞争关系.结果表明,不同的反应时间,Mn、As质量浓度/价态不同,三价及五价砷体系中,Pseudomonas sp.QJX-1生成的锰氧化物在砷的氧化还原反应中占主导地位,即能迅速氧化本身存在的As3+(三价砷体系)和砷还原菌产生的As3+(五价砷体系),最终两体系中砷都主要以As5+的形式存在.PCR及RT-PCR结果表明,反应过程中锰氧化菌功能基因(cum A)抑制了砷还原酶(ars C)的表达,锰氧化菌16S rRNA表达量始终比砷还原菌高两个数量级,即锰氧化菌在生长竞争过程中占优势.实验结果表明滤池的水力停留时间是决定出水中砷价态的一个重要因素.     

磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料光催化/吸附去除水中As(Ⅲ)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO_2半导体的光催化活性及CeO_2和Fe_3O_4对As(Ⅴ)的强亲和力,合成了双组份磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始p H值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O_2~-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As(Ⅲ)能完全被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),同时将As(Ⅴ)高效吸附于CeO_2-Fe_3O_4粒子表面.在中性条件下,CeO_2-Fe_3O_4粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g~(-1).共存离子Cl~-和SO_4~(2-)对As(Ⅴ)的吸附没有显著影响,而CO_3~(2-)、SiO_3~(2-)和PO_4~(3-)与As(Ⅴ)存在明显的竞争吸附,使As(Ⅴ)的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As(Ⅴ)的吸附以化学吸附为主导.CeO_2-Fe_3O_4复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

纳米TiO2协助下As(Ⅲ)在可变电荷土壤中的光催化氧化和吸附

环境中As(Ⅲ)的毒性和活动性均大于As(Ⅴ),将As(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)有利于砷的固定.为此使用自制的光催化装置,采用一次平衡法研究了纳米TiO₂协助下As(Ⅲ)在土壤悬液体系中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附.结果表明,As(Ⅲ)的光催化氧化量随TiO₂的加入量和光照时间的增加而增加,当TiO₂的加入量为1.0 g·L^-1,光照时间为90 min时As(Ⅲ)可以达到很好的转化效果.As(Ⅲ)在土壤中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附增加了水体中砷的去除量,在Fe/Al氧化物与TiO₂体系中也观察到类似的效应.实验结果还表明γ-Al₂O₃也可诱导As(Ⅲ)的光催化氧化.     

As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响

以嗜酸性氧化亚铁硫杆菌为受体材料,通过分析培养过程中培养液pH、Fe2+氧化率和总铁(TFe)沉淀率研究不同浓度As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响。结果表明:As(Ⅲ)胁迫显著降低反应体系的pH降幅、Fe2+氧化速率和TFe沉淀率;低浓度As(Ⅴ)的加入对反应体系的pH降幅、Fe2+氧化速率和TFe沉淀率没有明显影响;随着初始浓度的增大,pH降幅、Fe2+氧化速率和TFe沉淀率也逐渐降低。As(Ⅲ)对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响较As(V)更明显。同一胁迫水平下,该菌对As(Ⅲ)的响应更强烈。     

腐殖酸影响酸性水体中As(Ⅲ)光氧化的研究

为了考察紫外光(λ_(max)=365 nm)照射下三价砷(As(Ⅲ))在含有腐殖酸的水体中光氧化过程,该文研究了初始pH、HA浓度、外加铁离子以及不同分子量范围的HA组分等环境因子对As(Ⅲ)光氧化的影响。利用ESR检测和自由基猝灭实验以及不同气氛实验,量化不同活性物种对As(Ⅲ)光氧化的贡献率。结果表明,pH值对As(Ⅲ)在HA体系中的光氧化影响极大,低pH有利于As(Ⅲ)的光氧化。当pH为2.6,As(Ⅲ)浓度为100.0μg/L时,HA的最佳投加量为10.0 mg/L。Fe(Ⅲ)-HA络合物表现出低光活性,外加低浓度铁离子抑制As(Ⅲ)的光氧化,高浓度则促进As(Ⅲ)的光氧化。不同分子量范围的HA组分对As(Ⅲ)的光氧化贡献不同。As(Ⅲ)的形态转化是由于三重态腐殖酸(~3HA~*)的直接作用以及羟基自由基(HO·)直接氧化共同作用的结果。其中85%的As(Ⅲ)氧化是HO·直接氧化导致,HO·主要来自HO_2·/O_2·~-;剩余15%依赖于~3HA~*对As(Ⅲ)的直接氧化。研究结果有助于了解As(Ⅲ)在含有溶解性有机质的酸性水体中光化学转化行为。     

纳米零价铁颗粒去除As(III)和As(V)的动力学过程及性能研究

本研究系统分析了不同初始砷浓度和不同nZVI投加量等条件下,nZVI去除As（III）和As（V）的动力学过程和除砷性能.结果表明,nZVI可快速有效地去除As（III）和As（V）,除砷过程均符合准二级动力学模型,且As（III）的去除速率明显快于As（V）.在砷浓度为5 mg·L^-1时,As（III）去除速率常数达最大值0.30 g·mg^-1·min^-1,为As（V）去除速率（0.034 g·mg^-1·min^-1）的8.8倍.Weber-Morris粒子内扩散模型拟合结果表明,nZVI除砷速率是由外扩散和颗粒内扩散共同控制的.分析反应平衡时砷浓度测定结果,发现不同砷浓度条件下nZVI对As（III）的去除量为As（V）的1.5~2.6倍,nZVI对砷的去除量随初始砷浓度增加而降低,随nZVI投加量增加而增加.砷浓度为50.0 mg·L^-1时,As（III）和As（V）去除量达到最高,分别为152.14 mg·g^-1和62.02 mg·g^-1,均高于传统（羟基）氧化铁对As（III）和As（V）的去除量.因此,nZVI可高效去除水中As（III）和As（V）,且用于修复以As（III）污染为主的地下水更具有优势.     

As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响

以嗜酸性氧化亚铁硫杆菌为受体材料,通过分析培养过程中培养液pH、Fe²⁺氧化率和总铁(TFe)沉淀率研究不同浓度As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响。结果表明:As(Ⅲ)胁迫显著降低反应体系的pH降幅、Fe²⁺氧化速率和TFe沉淀率;低浓度As(Ⅴ)的加入对反应体系的pH降幅、Fe²⁺氧化速率和TFe沉淀率没有明显影响;随着初始浓度的增大,pH降幅、Fe²⁺氧化速率和TFe沉淀率也逐渐降低。As(Ⅲ)对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响较As(V)更明显。同一胁迫水平下,该菌对As(Ⅲ)的响应更强烈。     

四氧化三铁对水中As(Ⅲ)的吸附性能研究

以石灰为沉淀剂,利用空气氧化沉淀法制备得到的四氧化三铁作为吸附剂处理水溶液中As(Ⅲ),研究了溶液p H、吸附剂用量、反应时间、初始As(Ⅲ)质量浓度、反应温度等因素对As(Ⅲ)吸附性能的影响。结果表明,四氧化三铁粒径0.2μm,总铁含量为56%。当As(Ⅲ)初始浓度为10 mg/L,溶液p H为7,吸附剂用量为1 g,反应时间为480 min,反应温度为30℃时,砷去除率达98.27%。四氧化三铁对As(Ⅲ)的吸附等温线符合Freundlich方程,吸附动力学符合准二级动力学方程。     

UV/H_2O_2对土壤中As(Ⅲ)氧化效果的初步研究

为了减弱As迁移能力,降低其毒性,将土壤中As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),使其更容易被固定。通过人工模拟的受砷污染土壤研究了自然光、紫外线、H2O2、自然光+H2O2和紫外线+H2O2对As(Ⅲ)的氧化效果。结果表明:5个组合均能氧化As(Ⅲ),紫外线+H2O2组合氧化效果最好,在此基础上通过正交试验确定该组合对As(Ⅲ)氧化的最优操作条件。UVC波段的紫外线氧化效果最好;光照强度12 W、光照时间为6 h时,氧化效果较好,继续增加光照强度和光照时间氧化效果没有明显提高;H2O2投加量为20 m L/kg时氧化效果最好,且继续增加投加量,氧化效果仍能改善。