氧化还原电位对土壤中重金属环境行为的影响研究进展

E_h（redox potential,氧化还原电位）代表土壤氧化性和还原性的相对程度,是以电位反映土壤所处氧化还原状态的指标.由于重金属易与对E_h敏感的组分发生吸附、络合、沉淀等化学反应,因此E_h的变化会直接/间接影响重金属形态从而决定其毒性和活性.E_h变化对重金属活性往往存在双向影响:①淹水环境使E_h降低,引发反硝化反应、铁锰氧化物和硫酸盐还原,使pH向中性靠拢,从而间接导致酸性土壤中游离态重金属沉淀或碱性土壤中吸附态重金属释放.②厌氧条件在使E_h发生变化的同时,会引起铁锰氧化物、有机质、硫化物的形态或含量发生改变,如铁锰氧化物还原、大分子有机质分解,分解产物与重金属离子结合增加了可溶性重金属的浓度,但厌氧条件也可以使重金属离子和硫化物产生沉淀,且还原Cr、Hg等元素,降低毒性;在氧化条件下,硫化物氧化形成硫酸盐促进了重金属释放;但铁锰离子沉淀及其氧化物形态变化形成的具有强吸附力的无定形铁锰氧化物可重新吸附游离态金属离子.这些复杂的化学变化对定量化研究E_h对重金属的影响造成困难,从而降低了E_h波动环境（水稻土、周期性覆水潮滩沉积物等）中重金属污染风险评价的准确性,也限制了通过改变E_h来原位修复重金属污染土壤的方法实施.因此,需进一步对E_h诱导下土壤颗粒界面上发生的与重金属行为相关的反应进行深入研究,并开发检测分析技术,如无损伤的物理探测方法或同位素稀释技术等,建立不同土壤中E_h与重金属形态、活性的定量关系,以揭示E_h对重金属形态的影响机制.      

植物根表铁锰氧化物胶膜的环境生态作用

许多湿地、水生植物根系都具有向根际环境释放氧气和氧化物,在根表和根际形成铁、锰氧化物胶膜的能力。因其所具有的特殊的物理或化学结构,植物根表的铁锰氧化物胶膜在环境生态中起重要作用。文章综述了植物根表铁锰氧化物的形成与特征,对有害金属和类金属污染物、有机污染物的吸附和富集作用,对富营养化水体的净化作用,以及提高植物的耐酸和耐贫瘠能力。借助新技术或研究手段强化铁、锰氧化物胶膜对湿地或水体有害金属和有机污染物的调控作用,是今后的发展方向。     

地表水中氨氮与铁锰共存下的垂向转化规律研究

为掌握地表-地下联合系统中氨氮与铁锰共存条件下的转化规律,以石佛寺水库为例,通过在入库、出库监测断面布点采样并进行土柱模拟试验,对库区地表水中氨氮转化规律进行研究。结果表明:地表-地下联合系统中的库底土层对地表水中氨氮、铁、锰的去除均存在扩散-吸附-生物氧化3个阶段,且铁的去除要优先于氨氮和锰。对氨氮和铁的去除主要集中在0~40 cm,最大去除率分别为81.25%、60%;对总锰的去除则主要集中在25~45 cm,最大去除率为89.24%。通过对库区地表-地下联合系统中氮素以及铁锰转化相互影响的机理研究,掌握了在地表水至地下水的动态转化过程中,库区不同深度土层中氨氮与铁锰之间的相互作用,为实现氨氮与铁锰同时去除提供了思路。     

锑氧化菌Pseudomonas sp. AO-1的分离鉴定及其对Sb(Ⅲ)的氧化性能

采用抗性筛选法从锡矿山筛选出一株锑氧化菌,并利用分子生物学技术对其进行鉴定;考察了其氧化Sb(Ⅲ)的性能和氧化次生矿物的特征.结果表明:锑氧化菌属于假单胞菌属(Pseudomonas),将其命名为Pseudomonas sp. AO-1(简称:AO-1);影响AO-1氧化Sb(Ⅲ)的因素主要有溶液pH值、溶解氧和铁锰氧化物(单质铁、FeCl₃和MnO₂)等;AO-1在好氧和缺氧条件下均能氧化Sb(Ⅲ),好氧氧化Sb(Ⅲ)的米门常数K_m和最大氧化速率V_max值分别为393.05μmol/L和0.271μmol/(L·min),体现了较强的锑氧化性;AO-1和铁锰氧化物的耦合作用能促进Sb(Ⅲ)的氧化,且铁锰氧化物促进AO-1氧化Sb(Ⅲ)的速率依次为:FeCl₃>MnO₂>单质铁;AO-1和铁锰氧化物耦合氧化Sb(Ⅲ)生成含Sb(Ⅴ)的次生矿物,次生矿物会加速Sb(Ⅲ)的氧化以及影响锑在环境中的迁移转化.菌株AO-1的锑氧化性能良好,对于锑的生物...     

台州长潭水库铁锰质量浓度变化特征及其成因分析

2013年1月以及4~12月对浙江省台州市长潭水库库区及其入库河流进行调查,同时结合历年监测数据,考察了水源水库中铁、锰质量浓度的变化特征,并依据水库水体温度、溶解氧(DO)随水体深度的变化,探讨了铁、锰超标的成因.结果表明,长潭水库水体中铁锰质量浓度季节性变化特征明显,铁、锰质量浓度在6~8月较高,水库出水口处历年最高值分别为2.38 mg·L-1和1.24 mg·L-1.铁、锰质量浓度超出《地表水环境质量标准》(GB 383822002)中0.3 mg·L-1和0.1 mg·L-1限值的情况主要发生在5~10月,2013年水库出水口处铁锰峰值分别超标5.6倍和12.4倍.入库河流铁锰质量浓度最高值分别为0.89 mg·L-1和0.56 mg·L-1,均小于同期水库出水口处铁锰质量浓度,综合分析表明外源污染并非库区水体铁锰的主要来源.7月铁锰在水库底层的质量浓度达到最大,分别为2.42 mg·L-1和1.20 mg·L-1.水体温度、溶解氧以及铁锰质量浓度在夏季的垂向分布特征表明水体热分层引起的季节性缺氧导致了沉积物中铁锰的释放,热分层效应引发的内源污染是库区水体铁锰超标的直接原因.水源水库铁锰污染的控制应该采用高效直接的原位水质改善和修复技术.     

两种铁氧化物对土壤有效态汞的吸附作用研究

利用氧化物对土壤中汞的吸附特性,研究了汞污染土壤中添加铁锰和铁铝复合氧化物对土壤汞有效性的影响.结果表明,在土壤中添加氧化物后,土壤中有效态汞的含量明显降低,在相同添加量下铁铝复合氧化物比铁锰复合氧化物的吸附效果好.14 d时间内,添加铁铝氧化物后,两种土壤中有效态汞的含量分别降低了94.60%和93.11%;添加铁锰氧化物后,两种土样中有效态汞的含量分别降低了88.69%和87.85%,可见两种氧化物是土壤中有效态汞的有效吸附剂.通过方程拟合研究了氧化物对土壤中有效态汞吸附的规律,其中,铁铝氧化物对土壤中有效态汞的吸附规律以Elovich方程和权函数方程拟合度较好,铁锰氧化对土壤中有效态汞的吸附规律以Elovich方程拟合效果最好,零级速率方程及指数方程的拟合效果则相对较差.     

硝化耦合CANON的铁锰氨生物净化工艺启动与运行

在某生物除铁除锰水厂,以中试模拟滤柱开展了硝化耦合CANON的铁锰氨生物净化工艺启动与运行试验,并分析了氨氮转化去除路径.结果表明,生物除铁除锰滤池历经164 d驯化培养,可实现硝化耦合CANON去除氨氮并稳定运行,特征值ΔNH+4-N/ΔNO-3-N为1.49,生物滤柱对Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和NH+4-N的氧化去除量分别为(9.87±1.17)、(2.25±0.06)和(1.51±0.06)mg·L-1.基于氮素守恒和溶解氧(DO)守恒分析,通过CANON过程去除的氨氮质量分数为33.48%~38.87%,氨氮去除量与实际需氧量的平均比例为1∶3.79~1∶3.94.温度越低,氨氮经CANON过程去除的质量分数越低.     

硫素对水稻根系铁锰胶膜形成及吸收镉的影响

添加外源镉污染水稻土进行池栽试验,施入不同形态及数量的硫肥(单质硫、石膏),研究硫素对水稻根系铁锰胶膜的形成及对水稻吸收镉的影响.结果表明,整个水稻生育期内,土壤溶液Eh范围在-200~100 m V之间;p H在6.9~7.9之间;pe+p H在4~10之间.水稻根表胶膜以Fe膜为主,其质量分数达到5 000~13 000 mg·kg-1,Mn膜的质量分数相对较小,为170~580 mg·kg-1.在孕穗期高硫量处理与低硫量处理的铁胶膜质量分数分别为9 400 mg·kg-1和8 600 mg·kg-1,高硫量处理比低硫量处理可生成更多的铁胶膜;而根表锰胶膜的数量差异主要表现在分蘖期,单质硫和石膏硫处理的锰胶膜质量分数分别为600 mg·kg-1和400 mg·kg-1,达到显著差异水平,单质硫比石膏硫更易促进水稻根表锰胶膜的形成.胶膜对于Fe2+过量吸收有一定阻控作用,对Mn2+作用不显著.水稻根表胶膜吸附Cd的质量分数在分蘖期为78.8~131.1 mg·kg-1,孕穗期16.6~21.1mg·kg-1,成熟期3.0~9.2 mg·kg-1.在分蘖期与孕穗期,高硫量处理比低硫量处理的吸附量高,在成熟期反之.采用ACA方法浸提铁锰胶膜内的Cd测定值并不能真实地表明胶膜实际固定Cd的质量分数.水稻体内各部位Cd的质量分数表现为根茎叶籽粒.一定量的施硫能有效减少水稻各器官中Cd的质量分数.对于根和茎叶,单质硫在成熟期以前效果好于石膏硫;对于籽粒,石膏硫效果更佳.一定量的硫肥,能有效阻碍Cd从水稻根部向茎叶与籽粒的转移.对于茎叶,在孕穗期单质硫和石膏硫的Cd转移系数分别为0.13和0.25,差异显著,单质硫能更好地阻碍Cd的转移;对于籽粒,石膏硫的阻碍效果更好.     

碳化稻壳-铁锰氧化菌耦合净化严寒村镇高铁锰地下水效能与机制

针对严寒地区特有地理气候条件及制约当前村镇建设与发展的典型问题,以建设绿色低碳、节能环保村镇为目标,研发碳化稻壳-优势铁锰氧化菌耦合工艺净化严寒村镇高铁锰地下水,探究生物滤柱低温快速启动方式;基于接触氧化与生物法,对比分析不同滤速条件下滤柱沿程除铁效能与反应速率,研究生物滤层除铁机制;基于扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、傅立叶红外线光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、拉曼光谱(Raman spectra)、电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance,EPR)对运行不同阶段的滤料与反冲洗水泥样表征剖析生物滤层除锰机制.结果表明,优势菌液低滤速-全循环的运行方式使稻壳生物滤层成熟且稳定仅需15 d;稳定运行阶段出水铁、锰、细菌浓度分别低于0.3 mg·L~(-1)、0.1 mg·L~(-1)、100 CFU·m L~(-1),均满足国家生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006);除铁机制主要依靠物化作用、辅以生物作用;在滤料成熟阶段与稳定运行初期除锰主要依靠生物作用,稳定运行后期物理化学作用占优势;该研究为严寒村镇Fe~(2+)、Mn~(2+)地下水集中处理应用提供了技术支撑.     

FeMnx与FeMnx@GO复合物对水中As(Ⅲ)的吸附特性对比

以氧化石墨烯、高锰酸钾和氯化铁为原料,文章采用共沉法制得FeMn_x@GO复合物,对比研究了不同质量比、pH及温度条件对FeMn_x和FeMn_x@GO复合物吸附水中As(Ⅲ)的影响,并通过吸附等温线和动力学方程进行了相关拟合分析。结果表明,FeMn_x@GO和FeMn_x对As(Ⅲ)的吸附量随着质量比的增加呈现先上升后下降的趋势,吸附最佳pH为7,FeMn_x@GO的吸附量与温度呈正相关,FeMn_x的吸附量与温度呈负相关。FeMn_x@GO复合物和FeMn_x2种材料吸附As(Ⅲ)的吸附等温线均符合Langmuir模型,准二级模型能更准确地描述其吸附动力学过程。在相同条件下,FeMn_x@GO复合物较FeMn_x吸附性能更好,对于初始浓度为10 mg/L的As(Ⅲ)溶液,FeMn_x和FeMn_x@GO复合物的平衡吸附量分别达到6.7和8.9 mg/g。