木质膜耦合聚合物膜的重力驱动膜过滤系统增强水源水中重金属的去除及机制

针对聚合物膜的重力驱动膜过滤系统(gravity-driven membrane filtration system,GDM)对水源水中重金属去除效率低的问题,将其与木质膜(wood membrane,WM)耦合,以环保且廉价的方式提高重金属的去除效率。本研究比较了木质膜耦合聚合物微滤(microfiltration,MF)膜的GDM系统(GDM1)和聚合物微滤膜GDM系统(GDM2)对水源水中重金属的去除效能及机制。与GDM2相比,GDM1系统在木质膜的作用下,其微滤膜(GDM1-MF)上的生物膜更薄并呈现出更疏松的网状结构,因此,膜阻力更低,稳定通量更高。稳定运行后,GDM1系统对水中Fe、Mn和Cu的去除率分别达到67%、43%和59%,均高于GDM2(64%、15%和36%)。这是由于GDM1系统生物膜胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中蛋白含量以及—OH和—COOH基团更多,更有利于截留重金属。此外,GDM1-MF中存在更多的锰氧化细菌、酸杆菌门Acidobacteriota和黄杆菌属Flavobacterium,促进了Mn和Cu的去除。本研究为利用GDM系统去除水中重金属提供了新的思路和方法,对推动利用GDM系统处理重金属污染水源水的应用具有重大意义。     

水泥窑共处置废物过程中重金属的流向分布

为了探索水泥窑共处置危险废物过程中重金属流向分布规律,研究了不同温度条件下Cr、As、Pb在煅烧熟料、颗粒物和尾气中的残留率.在900、1 000、1 100、1 200、1 300和1 450℃温度条件下,将添加Cr、As和Pb化学试剂的生料分别进行煅烧,模拟重金属在水泥窑内不同温度带的煅烧过程.结果表明,6个温度条件下,Cr主要分布在熟料中并且呈现不规则变化;颗粒物中的Cr在1 200℃条件下分布量最大,所占比例为32.79%(w);在900℃和1450℃条件下,烟气中的Cr分布量最大,所占比例为0.24%(w).6个温度条件下As主要分布在熟料中并且1 000~1 450℃条件下稳定在81%~83%之间;在900℃条件下,As在熟料中的残留率最大,所占比例为97%(w);在1450℃条件下,As在尾气中的分布达到最大值,所占比例为0.0023%(w).6个温度条件下,Pb在熟料中的残留率随着温度升高而逐渐减少,挥发颗粒物中的含量呈现相反的趋势;尾气中Pb的含量随着温度的升高逐渐增加.     

紫外光照凝胶固化-纳米颗粒增强LIBS检测强酸性废水中的重金属

强酸性废水组份复杂,且常规方法难以快速准确地检测其中的重金属,为此建立了基于样品固化预处理和激光诱导击穿光谱(LIBS)快速准确检测强酸性废水中重金属的方法。结果表明：在紫外光照条件下,固化剂丙烯酰胺和丙烯酸受光引发剂(2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮)作用聚合形成相互交联的长链聚合物网络结构,可在广泛的酸度下实现对强酸性废水的快速凝胶固化;同时凝胶表面覆上纳米银颗粒能增强激光对样品表面的烧蚀强度,增强了LIBS光谱强度;LIBS激发的Cu(I) 324.75 nm、Ni(I) 218.64 nm 和Zn(II) 206.12 nm光谱强度与无纳米银颗粒相比得到了显著提高。在优化的固化条件和LIBS系统参数下,紫外光照凝胶固化纳米颗粒增强LIBS对强酸性废水中Cu²⁺、Ni²⁺和Zn²⁺ 重金属的检出限分别为1.489、1.512和 4.886 mg∙L⁻¹。对实际强酸性废水中Cu²⁺、Ni ²⁺和Zn²⁺ 的加标回收测定结果表明,该方法对强酸性废水中重金属分析具有良好的准确性和稳定性。紫外光照凝胶固化-纳米颗粒增强LIBS方法可实现强酸性废水中重金属的快速和精准检测,为强酸性废水中重金属的检测提供新的技术支持。     

污泥生物炭制备吸附陶粒

以城市污泥热解产生的生物炭(BC)与高岭土(KL)为原料制备吸附陶粒(SKC),研究其对环丙沙星(CIP)的吸脱附性能,开展吸附动力学和等温吸附特性研究,结合形貌、孔结构、物相组成、表面电位探讨其吸附机制,利用TCLP法研究重金属浸出特征.结果表明BC与KL以6∶4的质量比混合造粒,经1 050℃烧结5 min得到的SKC对CIP有明显的吸附效果,去除率达65.34%;SKC对CIP的吸附符合二级动力学模型,在不同质量浓度下的吸附特性适用于Freundlich等温吸附模型,吸附过程同时存在物理和化学吸附.SKC具有良好的孔隙结构,物相组成以硅铝氧化物、铁氧化物和金属磷酸盐为主,既能降低重金属的浸出毒性又具有良好的CIP吸附去除效果,有望为处理废水中高浓度CIP提供一种低成本可回收的吸附材料,也为BC的规模化安全利用提供了新思路.     

堆肥对重金属污染土壤Cu、Cd形态变化的影响

通过盆栽茼蒿试验研究了不同堆肥用量对重金属Cu、Cd污染土壤根际土和非根际土中Cu、Cd形态变化的影响.结果表明,随着堆肥用量的增加,非根际土和根际土交换态(含水溶态)Cu含量显著增加,最大值是对照的6.0倍;;有机结合态Cu含量在非根际土中显著升高,而在根际土中则先显著升高后降低,两者最大值是对照处理的1.1倍;;非根际土中无机结合态Cu含量先降低后升高;;非根际土和根际土残渣态Cu含量都先显著增加后基本不变.随着堆肥用量增加,非根际土中交换态(含水溶态)Cd含量显著降低,有机结合态和残渣态Cd含量显著升高,无机结合态Cd含量变化不明显;;根际土中,交换态(含水溶态)Cd含量先降低后升高,有机结合态Cd含量显著上升,无机结合态和残渣态Cd先上升后下降.因此,供试堆肥可作为修复剂减弱Cd的危害,但长期施用会造成Cu的累积,应慎重考虑.     

广州城市污泥中重金属的存在特征及其农用生态风险评价

分析了广州7种城市污泥中Zn、Cu、Pb、Cr、Mn、Ni的含量,研究了其中5种污泥中重金属的形态特征,并利用地累积指数（Igeo）和潜在生态危害指数法（RI）对污泥农用过程中重金属的潜在生态风险进行了综合性评价. 结果表明,广州不同来源城市污泥中Cu、Zn、Mn、Ni含量较高,变化幅度较大,而Pb、Cr含量较低. 除一种污泥中Cu超标外,其他重金属基本符合国家农用控制标准（GB18918-2002）,但所有污泥中重金属含量都超过珠江三角洲耕地土壤均值.不同重金属在不同污泥中的形态分布差异较大. 其中,含工业污水污泥中Cu、Cr还原态占很大的比例,Pb、Fe主要以还原态和残渣态存在;生活污水污泥中重金属主要以可氧化态和残渣态存在,酸可交换态中Mn的比例较高,易还原态中Zn的比例较高;5种污泥中Cu、Zn、Mn潜在迁移性最强.Igeo和RI评价结果表明,污泥中Cu、Zn、Mn是潜在的强生态风险元素,污泥在农用过程中具有一定生态风险性. Igeo和RI用于污泥农用过程中重金属的生态风险评价是可行的,与其它评价方法相比较, RI能更好地反映污泥中重金属对生态环境的综合影响.     

土壤铜硒复合污染中金属形态转化及其对生物有效性的影响

采用土培盆栽试验和室内分析相结合的方法,研究了Cu、Se复合污染土壤中2种金属的形态转化及其对生物有效性的影响.结果表明,在未污染土壤中,Cu主要以残渣态存在,Se主要以有机结合态和残渣态存在.在外源Cu、Se污染土壤中,平衡后(14 d),外源Cu主要以铁锰氧化物结合态存在,Se主要以可交换态及碳酸盐结合态存在;小白菜收获后,土壤中的Cu向有机结合态转化,而Se向铁锰氧化物结合态转化.外源Cu与土壤结合程度(IR值)均随外源Cu和Se浓度升高而逐渐降低;而Se与土壤结合程度(IR值)与外源Cu浓度无关,随外源Se浓度升高而下降.S型曲线拟合方程表明,适量的Se(≤10mg.kg-1)可以促进小白菜对Cu的吸收,同样适量的Cu(≤400 mg.kg-1)能促进小白菜对Se的吸收.土壤的Cu、Se的IR值与小白菜体内Cu、Se含量呈显著负相关(P<0.05),小白菜种植前后土壤中可交换态和有机结合态铜和硒的变化量与小白菜地上、地下含量也呈显著相关(P<0.05).因此,土壤元素的IR值和作物种植前后该元素形态的变化量均可作为评价重金属生物有效性的指标.     

黄河三角洲碱蓬湿地土壤有机碳及其组分分布特征

应用物理分组方法研究了黄河三角洲典型碱蓬湿地土壤有机碳及其组分分布特征.结果表明,研究区土壤重组有机碳是土壤有机碳的主要组成部分,土壤重组有机碳含量、土壤颗粒有机碳含量与土壤总有机碳含量都显著正相关.研究区土壤轻组组分比例和含量范围分别在0.008%～0.15%和0.10～0.40 g·kg-1,颗粒有机碳分配比例范围为8.83%～30.58%,说明黄河三角洲碱蓬湿地土壤有机碳中非保护性组分较低,碳库相对稳定.     

设施菜地土壤重金属累积及影响因素研究

为了解设施菜地土壤重金属累积规律及影响因,通过在全国8个省具有代表性的设施蔬菜产区采集土壤和肥料样品,系统研究了设施栽培年限、肥料施用、土壤性质对设施菜地土壤重金属Cu、Zn、Cd累积量及活度的影响.结果表明:与露天栽培相比,设施条件下随着栽培年限的延长,土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度均呈明显的累积趋势,栽培年限>15a时的设施土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度分别是露天栽培土壤的1.57、2.16、1.67、3.28、1.96、2.00倍.Pearson分析表明设施菜地土壤Cu、Zn、Cd均与土壤SOM呈极显著相关,说明其在来源上较强的相似性,进一步对设施栽培土壤主要投入品中Cu、Zn、Cd含量分析表明,猪粪、商品有机肥及土壤调理剂中Cu、Zn均超过了100mg/kg,Cd超过了1.0mg/kg,且投入量较大,是设施栽培土壤中Cu、Zn、Cd的主要贡献者,而秸秆和部分化肥(如尿素、硫酸钾)中的Cu、Zn、Cd含量均极低,对设施栽培土壤累积贡献微乎其微.pH值和CEC是影响Cu、Zn、Cd在土壤中累积活度的关键因素,其中随着pH值的升高土壤Cu活度表现了先升高后下降的趋势,而土壤Cd活度则表现了持续下降的趋势,仅在pH<6.26时达到了显著相关水平;土壤CEC的升高对土壤Cu活度表现了先下降后升高再下降的趋势,土壤Cd活度表现了先升高后缓慢下降再升高的趋势,而土壤Zn活度仅在CEC<5.83时随着CEC升高表现下降显著线性相关趋势.因此,防止设施栽培土壤Cu、Zn、Cd的累积与污染,选择重金属含量低的肥料和调控土壤理化特性(尤其是pH值、CEC)则是缓解设施栽培土壤重金属累积速率进而确保蔬菜质量安全的有效途径.     

电化学微传感器检测水中痕量铜离子

为改善微电极在阳极溶出伏安法检测重金属离子过程中低电流响应和低电催化能力的缺点,提出了一种在碳纤维微电极表面合成还原氧化石墨烯/纳米金材料制得还原氧化石墨烯纳米金修饰碳纤维微电极（rGO/AuNPs CFMEs）的方法.通过SEM表征,所制备的rGO/AuNPs CFMEs具有比表面积高、吸附能力强和催化活性好的特点,因此改性微电极适合作为方波阳极溶出伏安法（SWASV）测定水中铜离子（Cu²⁺）的工作电极.在构建微传感器测试水中痕量铜离子系统后,对pH值、电导率、富集时间和富集电位等检测条件进行了优化.在pH值为4,电导率为36.1S/m,富集时间为360s,富集电位为-1.2V的最佳条件下,铜的线性范围和检出限分别0~1.0μmol/L和2.4nmol/L.此外,微传感器的可重复性、长期稳定性以及选择性也得到了验证.