生物炭负载硫化改性纳米零价铁去除水中的Cr(Ⅵ)

为研发治理地下水Cr(Ⅵ)污染的可行除铬材料,以碳热法制得生物炭负载纳米零价铁（BC-nZVI）,并通过对BC-nZVI硫化改性制备得到改性材料（M-BC-nZVI）,采用除铬容量、铬铁比（Cr/Fe）、反应活性分析M-BC-nZVI的除铬优势,通过模拟柱试验建立失效速率模型,从而推算M-BC-nZVI完全失效的除铬容量,最后与相关文献数据进行对比,分析M-BC-nZVI除Cr(Ⅵ)的应用可行性。结果表明：M-BC-nZVI材料的除铬容量、Cr/Fe、拟一级反应速率常数（k_obs）分别是BC-nZVI的1.86倍、1.95倍和3.00倍,因此相对于BC-nZVI来说M-BC-nZVI更具除铬优势;各模拟柱在运行过程中无明显堵塞情况,且随着进水浓度的升高,M-BC-nZVI的失效速率常数变大。当失效除铬速率为初始除铬速率的1.0%、进水Cr(Ⅵ)浓度为5 mg/L时,除铬容量最高,可以达到12.70 mg/g;对比M-BC-nZVI与其他文献报道的铁基材料及铁基改性材料的Cr/Fe可知,M-BC-nZVI的Cr/Fe为其他文献的1.06~42.06倍,故从材料的除铬性能来看,M-BC-nZVI应用于可渗透反应墙处理地下水Cr(Ⅵ)污染可行。

     

Fe0去除地下水Cr(Ⅵ)过程中的钝化作用及电化学解钝参数优化

零价铁（Fe⁰）广泛用于Cr（Ⅵ）污染地下水的修复,但存在Fe⁰钝化降低修复效率的问题。首先使用Fe⁰去除地下水中的Cr（Ⅵ）并制备不同钝化程度的钝化铁屑,然后采用电化学方法对钝化铁屑进行解钝,并通过单因素试验和正交试验研究电极设置、电解电压、电解时间及电极距对解钝效果的影响,同时对解钝溶液和解钝前后的铁屑及解钝过程中产生的沉淀进行分析。结果表明：以钝化铁屑作阳极时解钝效果最佳;解钝效果随电解电压增大先上升后降低,随电极距增大而降低,随电解时间增加而上升,3个因素对解钝效果的影响依次为电解时间>电解电压>电极距;X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱分析表明,钝化铁屑在电化学作用下因表面沉淀脱落使得其活性得到有效恢复;钝化铁屑解钝的最佳条件（以钝化铁屑作阳极,电解电压为10 V,电解时间为60 min,电极距为2 cm）下,解钝后铁屑对Cr（Ⅵ）的去除率可恢复至原来的90%以上;解钝过程中不会促使Cr（Ⅲ）沉淀溶解,但会增加溶液中Fe的浓度。上述研究成果对提高Fe⁰修复Cr（Ⅵ）污染地下水的修复效果及材料使用率具有参考作用。

     

铁改性氧化石墨烯壳聚糖对重金属的去除效果

为揭示改性方式对复合材料去除重金属离子的影响,利用浸渍蒸发法和共沉淀法制备铁改性氧化石墨烯壳聚糖复合微球,分别命名为Fe-GOCS和Fe@GOCS。通过批实验,对比分析其在不同水环境(pH=3、7和11)下对As(Ⅴ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除效果,并结合FTIR、XRD、SEM和BET表征技术揭示去除机理。结果表明,随pH增加,Fe-GOCS和Fe@GOCS对As(Ⅴ)的去除率(r_e)呈不同的变化趋势,前者先增加后降低,pH=7时最高r_e为56.74%,而后者则逐渐降低,pH=3时r_e最大,为87.99%。表征结果证实2种材料对As(Ⅴ)的去除均与Fe—O键有关,去除效果存在差异的主要原因与其不同的载铁形态有关(前者为α-Fe₂O₃,后者为α-FeO(OH))。随pH增加,2种材料对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的r_e均逐渐增大,但去除效果在中性条件下最好,分别为49.45%和23.52%(Fe-GOCS),68.38%和50.85%(Fe@GOCS),但稍差于GOCS;对Cd(Ⅱ)的r_e也逐渐增大,但Fe-GOCS的最大r_e低于Fe@GOCS,分别为78.30%和99.16%。Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的去除一方面与其离子水解作用有关,另一方面主要通过形成Fe—O—Cu和Fe—O—Pb配合物去除。而Cd(Ⅱ)的去除主要与水解作用有关。循环吸附5次后,Fe@GOCS对As(Ⅴ)的r_e仍在80%以上,而Fe-GOCS的再生能力较差。整体上,Fe@GOCS对重金属的去除效果略优于Fe-GOCS,而Fe-GOCS适用的pH范围相对较广。     

缓释铁源耦合气体扩散电极强化电芬顿降解环丙沙星

气体扩散电极(GDE)气液固三相界面可高效产生H₂O₂,但对铁离子还原能力较弱。针对这一问题,本文构建了一种基于缓释铁源的电芬顿体系(SRIS-EF),通过引入柱状铁棒与GDE电极协同作用加强体系的氧化能力。该体系旨在改进Fe²⁺投加方式,通过电场与溶液酸碱度协同作用持续生成Fe²⁺,提高羟基自由基(·OH)的生成和利用率,加速污染物的降解与矿化。以100 mg·L⁻¹环丙沙星(CIP)为目标物,通过定量分析体系内生成的主要活性氧化物质(ROS)表征其氧化能力,结果表明SRIS-EF能够持续生成更高浓度的·OH。对比了不同体系对CIP的矿化能力,发现SRIS-EF的TOC矿化率与常规EF相比提高了12.1%。此外,考察了SRIS-EF体系中柱状铁棒面积、初始pH、电流密度等因素对降解效能的影响,得出了SRIS-EF体系的最佳条件为：铁棒面积2.89 cm²,初始pH 3.00,电流密度30 mA·cm⁻²,在此条件下反应60 min即可被完全去除CIP,处理360 min后TOC去除率可达47.3%。还对体系中无机离子和小分子有机酸的生成情况进行了测定,检测出CIP内的N和F主要以NH₄⁺、NO₃⁻和F⁻形式释放,降解过程中生成了草酸、甲酸、富马酸和丙二酸等四种短链羧酸,其中甲酸浓度较高。研究证实了SRIS-EF体系在降解水中难降解有机污染物方面优异的氧化性能。     

芬顿铁泥组分解析及其对造纸废水厌氧处理的影响

芬顿技术深度处理造纸废水过程中会产生大量铁泥,处理处置困难,但芬顿铁泥中含有大量三价铁,具有很高的利用价值。为此,对芬顿铁泥的元素组成、物相结构及电化学特性进行了解析。结果表明,芬顿铁泥中铁元素含量达到38.18%,主要以无定形的FeOOH形式存在,且具有氧化还原特性和一定的电子转移能力,芬顿铁泥的电子接受能力和电子供给能力分别为62.45 μmol·g⁻¹和4.59 μmol·g⁻¹。将芬顿铁泥投加至厌氧序批式反应器中,考察其对造纸废水厌氧处理的影响。结果表明,当芬顿铁泥投加量为5、10和20 g·L⁻¹时,造纸废水厌氧消化过程中溶解性COD的去除率由59.88%(对照组)分别提高至63.92%、68.40%和70.34%。芬顿铁泥投加使甲烷产量分别提高了7.96%、15.81%和19.77%,同时显著降低沼气中二氧化碳与氢气的含量,提高甲烷的占比。投加芬顿铁泥的反应器出水均检测到较高的二价铁离子浓度,说明反应器中发生了异化铁还原作用,从而提升了造纸废水厌氧消化效果。     

生物炭负载纳米零价铁对湖泊底泥镉污染的修复效果

制备了生物炭负载纳米零价铁(nZVI/BC)复合材料,采用SEM、TEM、FTIR、EDS、XPS等手段对其表面形貌、粒径大小、官能团结构、表面元素及化学形态进行了表征和分析。通过镉(Cd)形态、浸出毒性、生物可利用性、上覆水中溶解态Cd质量浓度及底泥理化性质等指标评价了nZVI/BC对湖泊底泥中Cd的修复效果。结果表明,相比于对照组,经56 d修复后nZVI/BC处理组中Cd的残渣态质量分数增加了29.73%,有效降低了Cd的移动性;Cd的浸出质量浓度从4.65 μg·L⁻¹降至0.38 μg·L⁻¹,Cd的生物可提取态质量浓度从5.08 μg·L⁻¹降至2.13 μg·L⁻¹,其浸出质量浓度和生物可提取态质量浓度分别下降了91.83%和58.07%。同时,经过56 d的修复,nZVI/BC使上覆水中溶解态Cd的质量浓度比对照组降低了67.53%。此外,nZVI/BC的添加提高了底泥的pH和有机质,根据这2个指标的变化进一步分析了nZVI/BC复合材料对Cd的稳定机制。以上研究结果可为重金属污染底泥的修复提供参考。     

中空纤维膜传质H2对氧化亚铁硫杆菌还原溶解黄钾铁矾类矿物的影响

为强化氧化亚铁硫杆菌厌氧还原溶解黄钾铁矾类矿物过程中的H₂传质,以2种典型中空纤维膜(无泡出气与微气泡出气)搭建中空纤维膜反应器,研究中空纤维膜传质H₂对氧化亚铁硫杆菌厌氧还原溶解黄钾铁矾类矿物的影响。结果表明,采用无泡出气中空纤维膜,黄钾铁矾类矿物最大还原溶解速率为5.82 mmol·(L·d)⁻¹,16 d后黄钾铁矾类矿物还原溶解量达到86.6%;而采用微气泡中空纤维膜,黄钾铁矾类矿物最大还原溶解速率为3.18 mmol·(L·d)⁻¹,16 d后黄钾铁矾类矿物还原溶解量仅达到53.9%。进一步地,无泡出气中空纤维膜相比微气泡出气中空纤维膜,在显著降低H₂消耗的同时,能够让氧化亚铁硫杆菌更易获取H₂,进而分泌更多胞外有机物,提高浸出效率。本研究结果可为无泡出气中空纤维膜在氧化亚铁硫杆菌还原溶解黄钾铁矾类矿物的应用提供参考。     

UASB处理高硫酸盐二元酸废水的效果及硫化物控制技术

长链二元酸生产废水具有高有机物和硫酸盐含量的特点。本研究探索了在控制出水硫化物的条件下厌氧生物处理工艺对二元酸废水的处理效能。实验在空白对照(R0)、添加Fe⁰抑制剂(R1)和微曝气(R2)3组UASB反应器中进行。经过93 d的连续运行后发现：添加Fe⁰和微曝气均可提高UASB的运行性能;在稳定期,R1和R2的COD去除率相比R0分别提升了104%和77%,并减少了48%和78%的出水硫化物含量。添加Fe⁰有助于产生甲烷,但微曝气降低了沼气产率和甲烷含量。微生物群落分析表明,AUTHM297、Desulfovibrio、Macellibacteroides、Longilinea是厌氧生物处理二元酸废水中的优势菌属。硫酸盐还原和产甲烷过程可共同作用于二元酸废水中有机物的去除。