原子力显微镜在环境样品研究与表征中的应用与展望

简要阐述了原子力显微镜仪器操作原理及最新成像技术发展情况;结合作者近期的研究工作,从环境微生物界面观察与表征、腐殖酸在微界面上的聚集行为观测、无机高分子絮凝剂的界面形貌及行为观察以及膜材料表面结构观测与表征等4个方面对原子力显微镜在环境领域内的应用情况作了概括介绍．最后,对原子力显微镜在环境微界面研究与表征中的应用前景进行了展望。     

颗粒活性炭吸附染料的类分形动力学特征的研究

建立了复杂分子吸附反应时指数h与分形子谱维数ds、分形介质的表面分形维数Ds 的关系式.对吸附动力学数据的模拟表明,不同温度下6种染料在颗粒活性炭表面的吸附过程符合非线性动力学.吸附速率一般随着温度的升高而增加,反应活化能在0 2 0～1 75kJ·mol- 1 之间.上述反应为快速反应.进一步分析表明,该吸附过程具有类分形动力学特征,吸附反应的逐时速率系数k与反应时间t呈指数关系;相应的分形子谱维数ds<2 .随着染料的初始浓度的增加,ds 也随之增加,而h和k0 值通常会随之降低.吸附3种酸性染料时,h和k0 值在本实验的温度范围内均随着温度的升高而增加;其它3种直接性染料也大都呈现h随着温度的升高而增加的趋势.上述吸附反应中有效反应级数x也与ds、Ds 有关,呈现分数反应级数     

聚铝及其加载粘土矿物高效絮凝沉降铜绿微囊藻的研究

考察了4种聚铝絮凝剂絮凝沉降铜绿微囊藻的效果，发现编号为HPACS02的聚铝絮凝剂除藻效果最好，并进一步研究得知HPACS02在pH7．5时絮凝除藻的效率最高。在采用HPACS02作为絮凝剂时，如果少量投加滑石、海泡石或高岭土等粘土矿物会对铜绿微囊藻的絮凝沉降产生增效作用，其中滑石的助凝效果最好。     

聚铝及其加载粘土矿物高效絮凝沉降铜绿微囊藻的研究

考察了4种聚铝絮凝剂絮凝沉降铜绿微囊藻的效果,发现编号为HPACS02的聚铝絮凝剂除藻效果最好,并进一步研究得知HPACS02在pH 7.5时絮凝除藻的效率最高.在采用HPACS02作为絮凝剂时,如果少量投加滑石、海泡石或高岭土等粘土矿物会对铜绿微囊藻的絮凝沉降产生增效作用,其中滑石的助凝效果最好.     

新型混凝剂应用于中水处理的试验研究

围绕着中水回用过程中面临的若干关键问题，通过系统研究筛选高效混凝剂及优化混凝过程来提高污染物去除率，为中水回用提供经济合理的工艺途径。实验结果表明，与FeCl2相比，HPACS系列具有显著优越的除浊与除有机物性能。除磷性能则较为一致，可以达到90％以上的去除率。PFAC系列与FeCl3相比，除浊性能较差，取决于混凝剂中的有效成分的含量，但是具有较为优越的除有机物性能。HPAA系列具有显著优越的除浊和除有机物性能。HPFA与FeCl3系列相比，则具有较高的除磷效果，HPAA的除磷效果则相对较差。不同系列混凝剂具有不同的除浊、除有机物与除磷性能，需要结合分质供水的要求进行优化应用。     

南方天然水体DOM的化学分级、变化特征及三卤甲烷生成势(THMFP)特性研究

采用XAD树脂吸附法,在春季内(3～5月)连续对南方深圳水库中的水体溶解性有机物(DOM)进行化学分级表征.结果表明,天然水体DOM的总量和单个化学分级组分含量在一个季节会发生一定的波动,但总的分布特征在季节内未发生根本变化,即憎水酸(HoA)和亲水部分(HiM)浓度始终较高,而憎水碱(HoB)、憎水中性物(HoN)、弱憎水酸(WHoA)浓度则相对较低.同时,选取代表性时间点对DOM各化学分级组分进行了消毒副产物三卤甲烷生成势(THMFP)的研究,发现三卤甲烷(THMs)的主要前驱物为憎水和弱憎水有机部分,对THMFP的贡献共占约80%.进一步研究发现,憎水中性物、憎水酸、弱憎水酸的THMs生成能力较强,总体上与紫外吸收能力基本一致;但弱憎水酸表现略有不同,其SUVA(100×UV254/DOC)值并不十分突出,但三卤甲烷生成能力却明显较高,说明DOM的紫外吸收特性不能完全作为THMFP特性的替代指标.亲水物质(HiM)的SUVA值也不高,但其THMs生成能力接近憎水酸部分,值得水处理工艺研究重点关注.     

IPF-PACl混凝动力学研究:形态组成的重要性

应用一种新近发展起来的基于浊度脉动测定的混凝监测技术结合经改进的传统混凝烧杯试验方法 ,对具有不同形态组成的聚合铝 (PACl)产品的混凝性能进行了细致地研究 .结果表明 :聚合铝不同形态在混凝过程中起着十分重要的影响作用 .混凝反应途径随预制后产品形态分布的不同而得到改变 .其中 ,A1b 是起电中和作用的主要形态 .PACl中A1b 的含量越高 ,其电中和能力越强 ,因此大大增加了颗粒间的碰撞效率 .然而 ,PAC2 5则表现出更为优越的混凝性能 ,在于其中A1c 含量的不同而引发“静电簇”混凝效应 ,导致混凝的快速动力学过程     

沉积物颗粒表面分形特征的研究

通过一阶分子连接性指数^1X与分子表面积TSA之间的相关性计算出吸附分子的尺度，采用分形吸附等温线法计算出妫河沉积物的Ds为2．379，官厅沉积物的Ds为2．836．基于沉积物对N2的吸附．脱附等温线数据，采用FHH(Frenkel-Halsey-Hill)方程计算出两种沉积物的表面分形维数Ds，发现官厅沉积物与妫河沉积物的Ds相差不大；温度影响Ds主要是由于升温改变了沉积物的组成与结构．在本实验中采用热力学模型(thenmodynamic model)计算出的Ds值大都超过3．此外，沉积物的Ds与其比表面积、矿物含量、CEC、有机质的相关性差．以萘、菲、芘作为码尺计算出的Ds并不完全是表面空间填充能力的客观表现，而是表面吸附过程的一个重要的综合性特征参数．     

含硅酸盐水解Fe(Ⅲ)溶液的形态分析方法——Fe-Ferron与β-Silicomolybdate法相结合

本文对含硅酸盐水解Fe（Ⅲ）溶液的形态分析方法进行了研究,对其中pH以及Fe（Ⅲ）浓度对反应的影响作了一定的探讨,实验结果表明,在pH为5.0,控制Fe（Ⅲ）浓度在8×10~(-5)mol·l~(-1)以下较为适宜。应用Ferron法与β-Silicomolybdate法相结合,可以分别获得含硅酸盐水解Fe（Ⅲ）溶液中Fe（Ⅲ）与Silica的赋存形态及其分布。因此,可以进一步应用于各种条件下含硅酸盐水解Fe（Ⅲ）溶液中的形态分布及其转化规律的研究。     

高铁酸钾调理改善活性污泥脱水性能的反应机制研究

研究了高铁酸钾(K_2FeO_4)对处理活性污泥脱水性的效果,重点考察了不同pH和剂量条件下,K_2FeO_4调理对污泥过滤脱水特性和胞外聚合物(EPS)分布和组成的影响,以深入认识K_2FeO_4调理污泥的反应机制.研究表明,K_2FeO_4调理效果随pH值的降低而改善,其不仅有氧化裂解作用导致结合型EPS(BEPS)释放,同时其还原产物三价铁离子兼具混凝功效,能够通过电中和与界面吸附去除部分溶解性EPS(SEPS),同时压缩EPS结构,增强污泥絮体结构.此外,当pH值为3,K_2FeO_4投加量为0.1 g·g~(-1)(以TSS计)时,污泥过滤脱水速率和程度均达到最佳.过量投加K_2FeO_4(0.2 g·g~(-1),以TSS计)后,BEPS大量释放,污泥过滤阻力增加,脱水性能恶化.