两种木材生物炭对铜离子的吸附特性及其机制

为探索高效利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体和土壤中Cu~(2+)污染的可行性,本文以常见的农林废弃物苹果树枝和梧桐木锯末为原料,采用450℃限氧热裂解法制备生物炭,通过两种生物炭对Cu~(2+)的批量吸附试验,利用4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型)和4种吸附动力学模型(准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型)研究了苹果枝和锯末生物炭对Cu~(2+)的吸附行为.同时,使用FTIR红外、SEM和BET比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,研究了两种生物炭对Cu~(2+)吸附机制,分析了两种生物炭之间的吸附特性差异及其影响因素.结果表明:(1)苹果枝生物炭在3 h达到吸附平衡,理论最大吸附量为15.85 mg·g~(-1),锯末生物炭在6h达到吸附平衡,理论最大吸附量为17.44 mg·g~(-1),与其他研究相比,这两种生物炭体现了较高的Cu~(2+)吸附性能;(2)两种生物炭对Cu~(2+)的热力学吸附均较好地符合Langmuir模型,表明吸附过程主要是近似单分子层的有益吸附;动力学吸附均符合准二级吸附动力学模型,表明其对Cu~(2+)的吸附包括表面吸附、颗粒内扩散和液膜扩散等多种过程;(3)吸附机制主要包括静电吸附,配体(酚羟基)/离子(H+)交换和阳离子—π键作用.     

SCAR处理城市生活污水的效能及其微生物群落动态分析

利用强化循环厌氧反应器(SCAR)处理模拟城市生活污水,研究不同负荷条件下的反应器运行特征、污泥特性及微生物种群结构.结果表明,水力停留时间(HRT)为6 h可以作为反应器高效运行的关键控制参数,该条件下污水化学需氧量(COD)去除率达到75%以上.随着反应器容积负荷的逐渐提高,颗粒污泥中辅酶F420和产甲烷活性(SMA)逐渐增加,胞外聚合物(EPS)含量也不断提高,其中紧密黏附EPS(TB-EPS)含量的增加尤其明显.厌氧颗粒污泥性状和反应器对污染物的去除效率同时受到污泥负荷和HRT的影响,微生物的群落结构及其在反应器中的空间分布也受到污泥负荷的影响,不同代谢特征微生物在反应器不同空间位置的相对丰度随着污泥负荷的调整而改变.     

淮南小学校园不同活动场所灰尘重金属区域分异及生物可给性

利用PBET(Physiologically Based Extraction Test)体外胃肠模拟方法研究淮南市小学校园不同活动场所灰尘中8种典型重金属(Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、V和Zn)在胃肠阶段的生物可给量,并计算其生物可给性,采用US EPA人体健康风险评价方法,评估研究区灰尘重金属经手-口暴露途径摄入对儿童产生的健康风险.结果表明;与淮南市土壤环境背景值相比,淮南市小学校园不同活动场所灰尘重金属总量普遍偏高,累积量较大的是Cd、Zn、Pb和Cu,富集程度较高.对比分析不同活动场所灰尘重金属含量发现,楼道灰尘重金属在3种活动场所中富集程度较高,其中Cd富集水平最高,主要因为楼道灰尘重金属不仅来源于楼道内部金属栏杆扶手生锈老化和防腐防锈油漆使用,同时受到室外污染源的影响.相关分析和主成分分析表明,灰尘重金属主要来自室外交通活动、工业活动、自然源以及室内污染源,Cd主要来自燃煤活动.PBET法提取重金属可给量在胃和小肠阶段差异较大,Cd、Pb、V和Zn在胃阶段生物可给量高于肠阶段.对比不同活动场所灰尘重金属生物可给量发现,在胃肠阶段均表现为楼道灰尘重金属可给量高于操场灰尘和校门口灰尘.健康风险评估表明,Zn在不同活动场所灰尘中重金属日平均暴露量最高,非致癌风险商(HQ)小于1,在安全阈值之内,对儿童不存在非致癌风险.Cd、Co、Cr和Ni的致癌风险商(CR)大小顺序为楼道灰尘操场灰尘校门口灰尘,在人体可承受范围内.楼道灰尘重金属的总非致癌风险指数(HI)最大,达0.118,因暴露时间较长,对儿童的潜在危害不容忽视.     

羊粪生物炭对水体中诺氟沙星的吸附特性

以羊粪为原料分别在350、450、550、650℃条件下制备生物炭,通过元素分析、BET-N_2、电镜扫描及FTIR表征了不同热解温度下羊粪生物炭的结构特征,并采用序批实验研究了pH、生物炭投加量、热解温度、初始浓度等因素对羊粪生物炭吸附水体中诺氟沙星(NOR)的影响及吸附机制.结果表明,随着热解温度的升高,生物炭的比表面积、总孔容、平均孔径增大,芳香性和稳定性也有所提高.羊粪生物炭吸附NOR的最佳初始pH为6.0,吸附在180 min左右达到平衡,采用准二级动力学模型能更好地拟合动力学数据(R~20.96),吸附速率由表面吸附和颗粒内扩散共同控制.等温吸附拟合发现,Langmuir模型能较好地描述NOR在羊粪生物炭上的吸附行为(R~20.93),吸附过程均为有利吸附,且可能与氢键和π-π键作用密切相关,4种热解温度下生物炭的吸附能力大小为:650℃550℃450℃350℃.吸附过程中ΔGθ0、ΔHθ0、ΔSθ0,表明羊粪生物炭对NOR的吸附是自发、吸热及熵增加的过程.650℃和550℃条件下制备的羊粪生物炭可作为水体中NOR的优势吸附材料.     

生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化组合工艺运行特性及蛋白质源污泥增量研究

为实现污水处理的深度脱氮除磷及蛋白质源污泥增量,进行了生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化组合工艺处理城镇污水的试验研究.结果表明,生物吸附池可以快速富集进水中的大部分有机物,COD平均去除率为55.1%,剩余污泥采用厌氧发酵方式处理,用于生产优质碳源.通过组合工艺系统中的硝化、硫自养反硝化及铁屑除磷作用,出水氨氮、总氮和总磷分别达到1、5和0.4 mg·L~(-1)以下.优质碳源投加到MBR工艺段,碳源环境的改善使得污泥增长率从0.17 g VSS/g COD提高至0.49 g VSS/g COD,进水中总氮的同化比例从40%提高至59%.此外,污泥中蛋白质及氨基酸含量也显著增长,增长率分别为18.3%和19.7%.组合工艺在获得高排放标准水质的同时,实现了高蛋白质源污泥的增量,可为污泥资源化利用提供优质原料.     

水热法制备玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附性能研究

以农业废弃物玉米叶和玉米秆为原材料,采用水热法制备生物炭,通过批试验方法考察了接触时间、污染物初始浓度、生物炭投加量、反应体系温度及溶液p H值等因素对2种生物炭吸附亚甲基蓝的影响,并对吸附规律进行了探讨.吸附动力学拟合结果发现,准二级动力学能更好地拟合吸附过程(R~2=0.9986~0.9999);颗粒内扩散方程拟合结果表明,2种生物炭对亚甲基蓝的吸附由液膜扩散和颗粒内扩散2个过程控制.玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附可以通过Freundlich方程来进行拟合(R~2=0.9898),说明吸附在生物炭表面是多分子层吸附过程;而玉米杆基生物炭对亚甲基蓝的吸附更符合Langmuir方程(R~2=0.9825),说明吸附在生物炭表面是单分子层吸附过程.与玉米杆基生物炭相比,玉米叶基生物炭具有更好的吸附性能,拟合理论最大吸附量为玉米杆基生物炭的1.25倍.     

改性生物炭负载纳米零价铁去除水体中头孢噻肟

抗生素对环境的危害已经引起了人们的广泛重视.本实验以改性生物炭(MB)为载体制备了负载纳米零价铁的功能生物炭(Fe/MB).以头孢噻肟(CFX)为目标抗生素,研究了该材料对头孢噻肟的降解特性及影响因素,并探讨了去除机理.实验结果表明,50 min内头孢噻肟的去除率为92%(Fe/MB用量为0.4 g·L~(-1),溶液p H=5.0,头孢噻肟浓度为20 mg·L~(-1),振荡速率为200 r·min~(-1),柠檬酸浓度为1.47 mmol·L~(-1)).头孢噻肟的去除过程存在改性生物炭的吸附和纳米零价铁还原降解的协同作用,数据符合伪二级反应动力学方程(R20.99).采用紫外可见光谱结合质谱分析了降解产物的结构并提出头孢噻肟的降解途径.     

氯消毒对再生水可同化有机碳的影响

考察了再生水氯消毒过程中的氯消耗特性及水质特性的变化,发现加氯后5 min,氯消耗速率最大,同时254 nm的紫外吸光度和三维荧光强度的变化最为显著.发现再生水消毒后生物可同化有机碳(AOC)浓度显著增加,说明消毒后水质生物稳定性变差.AOC变化趋势呈现为先增长后降低的趋势,对于不同处理工艺再生水,二级出水的AOC水平普遍高于深度处理出水,但深度出水消毒5 min后AOC的增长率却高于二级出水消毒后的增长率.进一步研究发现,再生水水样消毒后的AOC变化量与三维荧光积分值变化量之间有一定的正相关关系.     

膜污染层微生物与聚丙烯微滤膜间的界面作用及其吸附特征

采用热力学方法及界面吸附理论,对2株膜污染层微生物(Aeromonas veronii M4、Aeromonas caviae N25)与聚丙烯(PP)微滤膜间的界面作用及吸附特征进行研究.结果表明,Aeromonas veronii M4与PP膜表面均表现出明显的疏水性特征,而Aeromonas caviae N25则呈现亲水性特征,并且A.veronii M4的运动性能也要高于A.caviae N25;另外,2株细菌及PP膜的表面均带有负电荷,表现出明显的电子供体特征,而Lewis酸碱分量U_(mlb)~(AB)则在2株细菌与PP膜的界面作用能中占据着主导地位;依据XDLVO理论,A.caviae N25及A.veronii M4与PP膜之间的总界面作用能均为负值,表明二者在膜上的吸附是一个主动吸附过程,而A.veronii M4-PP膜之间的界面作用能负值最大,说明A.veronii M4具有较高的吸附能力;静态吸附结果则表明,A.veronii M4在PP膜上的吸附量要明显高于A.caviae N25,而2株菌在膜上的吸附行为可由准二级动力学模型进行描述.     

废旧锌锰电池生物淋滤-水热法制备纳米锰锌铁氧体

以氧化硫硫杆菌(A.thiooxidans)和氧化亚铁钩端螺旋菌(L.ferrooxidans)为混合淋滤菌株对废旧锌锰电池进行了生物浸提,并以获取的淋滤液为前驱体,采用水热法制备出系列锰锌铁氧体软磁材料(Mn_(1-x)Zn_xFe_2O_4,x=0.2~0.8);结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱(SEMEDX)、振动样品磁强计(VSM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、热重-差热分析(TG-DTA)等表征手段对制备材料的结构、形貌、磁学性能和稳定性进行分析.结果表明,在5%固液比(质量体积比,5 g/100 mL,以下均表述为"5%固液比")下,经过5 d的外源酸调控生物浸提,分别获得了84.5%、63.2%的Zn、Mn浸出效率;当Zn∶Mn∶Fe=0.4∶0.6∶2.0(物质的量比,即x=0.4)时,制备的纳米级Mn_(0.6)Zn_(0.4)Fe_2O_4性能最优,属纯相的立方尖晶石结构,颗粒分布均匀,饱和磁化强度(M_s)、剩余磁化强度(M_r)和矫顽力(H_c)分别为68.9 emu·g~(-1)、4.7 emu·g~(-1)和53.6 Oe,具有热稳定性和耐酸碱性,有望成为一种新型的水处理磁性材料.