水分管理对稻田土壤铁氧化物形态转化的影响及其与镉活性变化的耦合关系

稻田土壤水分管理过程中铁氧化物的形态转化对土壤镉（Cd）活性和水稻Cd累积具有重要影响.以西南地区紫色水稻土为研究对象,通过室内培养试验,探讨了淹水管理方式（持续淹水,CW;干湿交替,DW）联合铁氧化物（针铁矿,G-Fe;铁粉,Fe）施用对Cd污染土壤的pH、氧化还原性质（Eh、pe+pH）、铁氧化物形态转化和Cd有效性变化的影响,分析了水分管理驱动下铁氧化物形态转化与土壤Cd活性演变的耦合关系.结果表明CW管理可显著降低土壤Cd有效性,淹水93 d后DTPA-Cd降低了17.7%~39.2%,CW联合Fe或G-Fe施用显著提升了对土壤Cd的钝化效果,其中G-Fe短期钝化效果好,淹水14 d后DTPA-Cd的含量较对照降低24.3%,而Fe则可持续钝化土壤Cd,淹水93 d后DTPA-Cd的降幅为39.2%,干湿交替下施用铁氧化物则对土壤Cd无钝化效应.相关性分析表明,无定形铁（Fe_o）的形成（P<0.01）是驱动土壤Cd有效性变化的主要原因：CW使土壤pH逐渐降低并稳定在7.4左右,且土壤保持还原状态,促进了土壤铁氧化物由结晶态（Fe_c）向Fe_o转化,进而促使Cd由可交换态向铁锰结合态转化,并最终导致Cd有效性降低;CW联合Fe、G-Fe施用显著提升了Fe_o的含量和比例,从而强化了对土壤Cd的钝化效果.研究结果揭示了水分管理联合铁氧化物施用对稻田土壤Cd活性的调控效应和机制,为Cd污染稻田土壤安全利用中水分优化管理和含铁钝化剂施用提供了科学依据.     

纳米铁强化的混凝-沉淀-过滤工艺对典型印染废水中有机物去除

以东江流域某典型印染企业尾水为研究对象,将混凝剂与少量的纳米铁进行复合投加,再结合多介质过滤器对印染尾水进行深度处理实验研究.结果表明,新型混凝剂HPAC-9对极性有机物具有较强的去除能力,但对非极性或弱极性有机物去除效果不很理想.通过将纳米铁与HPAC-9复合投加并结合多介质过滤工艺,对印染企业尾水中的有机污染物进行...     

海水淡化水在既有管网输配的铁释放控制研究

由于具有强腐蚀性,海水淡化水在既有市政管网输配过程中往往会产生严重的"红水"现象,主要是由于管网中铁的释放.为了研究控制既有管网中铁释放的有效措施,对管龄为30～40 a的钢管和灰口铸铁管内壁的腐蚀瘤进行分析,主要组成物质为Fe3O4和FeOOH;选择腐蚀较严重的钢管进行静态浸泡试验,重点分析了自来水和淡化水的掺混比、pH值、碱度、氯离子和硫酸根离子对铁释放的影响,并以铁浓度为控制量,初步给出了海水淡化水在既有管网中安全输配所需满足的水质条件:自来水和淡化水的掺混比≥2∶1,pH值在7.6以上,碱度>200 mg.L-1.     

胞外聚合物对微生物还原含镉聚合硫酸铁絮体过程次生矿物形成及镉迁移转化的影响

异化铁还原菌（Dissimilatory Iron Reducing Bacteria,DIRB）能够还原铁矿物,并对矿物中所含重金属的再分配产生深远影响.胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPSs）是决定细胞体表微环境理化性质的关键组分,对金属迁移转化及矿物形成具有重要影响.本文探究EPSs对微生物还原含镉聚合硫酸铁絮体（Cd-loaded polyferric sulfate,Cd-PFS）过程的影响,该絮体通常在河流镉污染应急处理中形成.通过序批实验和矿化模拟实验,结合X射线衍射、扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱等分析方法,发现EPSs促进了微生物还原絮体中的Fe（Ⅲ）,导致絮体解构,Fe³⁺、Fe²⁺及Cd²⁺释放进入溶液中.EPSs中磷酸化蛋白质和核酸中的磷酸基可作为成核位点,与铁原子形成P—O—Fe键,固定和聚集溶液中的Fe³⁺、Fe²⁺,加速铁的沉淀,促进纤铁矿、磁铁矿等铁矿物形成,而这些铁矿物含有丰富的羟基官能团,通过内层络合增强了对溶液中Cd²⁺的吸附,降低了Cd²⁺的可迁移性及可生化性.     

铁氮共掺杂生物炭对二级水溶解性有机物的吸附特性与长效性评价

为经济高效地去除污水厂二级水中溶解性有机物(DOM),采用铁氮共掺杂生物炭材料(Fe-N-C)作为新型吸附剂,系统分析了该新型碳材料对于二级水DOM的吸附性能、动力学过程、选择性和作用机制.此外,通过固定床吸附装置深入考察了该吸附材料的长效性和重复利用性.结果表明,Fe-N-C对于二级水DOM具有突出的吸附性能,投加量...     

利用铁改性方解石作为活性覆盖材料控制水体内源磷的释放

虽然利用方解石作为一种活性覆盖材料控制水体内源磷释放具有较好的应用前景,但是其控制底泥中磷释放的效率仍然有待进一步提高.鉴于此,本文采用铁盐对方解石进行改性试图制备一种除磷性能更好的底泥活性覆盖材料——铁改性方解石,进而通过批量实验考察了铁改性方解石对水中磷酸盐的去除性能,以及通过底泥培养实验考察了铁改性方解石活性覆盖控制水体内源磷释放的效率.结果发现,采用铁对方解石进行改性,可以显著提高材料对水中磷酸盐的去除能力.铁改性方解石投加量的增加,有利于水中磷酸盐的去除.增加初始磷浓度,铁改性方解石对水中磷酸盐的单位去除量随之增加,最大的单位磷去除量可以达到3.09 mg·g~(-1).铁改性方解石覆盖可以有效地控制底泥中磷的释放,导致上覆水体中溶解态活性磷(SRP)浓度处于很低的水平.此外,铁改性方解石覆盖还可以促使底泥中少量的氧化还原敏感态磷(BD-P)和金属氧化结合态磷(NaOH-rP)向残渣态磷(Res-P)转变,使得底泥中磷的稳定性略微增强.固定到铁改性方解石覆盖层中的磷大多数(90.8%)以较为稳定和非常稳定的形态存在,且大部分磷以非生物可利用性磷形式存在,很难被重新释放出来.与方解石覆盖相比,铁改性方解石覆盖控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率明显更高,且被铁改性方解石覆盖层所钝化的磷更为稳定.以上结果显示,铁改性方解石是一种非常有希望用于控制水体内源磷释放的底泥活性覆盖材料.     

零价铁对污泥高温厌氧消化过程中四环素抗性基因及第一类整合子的消减影响

为研究污泥高温厌氧消化过程中零价铁(Fe0)对抗生素抗性基因的消减影响,采用荧光定量PCR方法定量检测了7种四环素抗性基因(TC-ARGs,包括tetA、tetC、tetG、tetM、tetO、tetW和tetX)及第一类整合子int I1基因在厌氧消化过程中的丰度变化,同时检测分析了挥发性脂肪酸(VFAs)的质量浓度变化,并探讨了目标基因与VFAs之间的相关关系.结果表明,适量Fe0(如0.10 g·g~(-1),以Fe0/VSS计)不仅可以强化污泥厌氧消化进程,显著提高总VFAs和乙酸的产生量,而且能够增强TCARGs和int I1基因的消减效果.尽管如此,过量Fe0(如1.17 g·g~(-1),以Fe0/VSS计)对污泥高温厌氧消化过程中TC-ARGs和int I1基因消减的增强效果并不显著,推测可能是由于基因水平转移的发生所导致的.通过相关性分析可知,TC-ARGs(除tetO基因外)和int I1基因与乙酸之间存在显著负相关性,表明乙酸可能对TC-ARGs和int I1基因的消减具有促进作用.     

聚合铝铁对A2/O系统 EPS及生物絮凝性能的影响

通过向实验室构建的A2/O模型好氧池末端投加聚合铝铁(PAFC)来强化系统的生物除磷,使得出水总磷达到《城市污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002》中的一级A标准,并重点分析投加的PAFC对A2/O系统中活性污泥胞外聚合物(EPS)和活性污泥生物絮凝性能的影响.结果表明,随着PAFC投药量的增加,A2/O系统活性污泥EPS总量变化不大,但EPS组分中蛋白/多糖含量的比值逐渐降低,由投药前的3.30降低至投药后的2.30;EPS中金属离子含量逐渐增加,在厌氧-缺氧-好氧的运行周期内,各处理单元污泥的EPS中金属铝离子含量增加.投加PAFC后,活性污泥颗粒变大,二沉池出水的Zeta电位明显降低,由投药前-15.83 mV降低至-21.20 mV,污泥产量增加.因此,适量投加PAFC后,生物絮凝性能得到改善,出水中悬浊颗粒减少,出水水质变好.     

零价铁对脱色希瓦氏菌S12偶氮还原的促进作用

以脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)S12为实验菌株,研究了零价铁(ZVI)存在条件下微生物的厌氧偶氮还原特性及其最佳反应条件.结果表明,ZVI可显著促进菌株S12的厌氧偶氮还原速率.培养30 h后含有20 mmol.L-1微米级ZVI和S12菌的培养体系中,菌株S12对1 mmol.L-1苋菜红的脱色率达100%,比不含ZVI的S12菌培养体系和只含ZVI的体系的偶氮还原率分别提高了23.16%和94.66%;在额外含20 mmol.L-1甲酸钠的培养体系中,ZVI的存在也使S12菌对苋菜红的脱色率提高了20.54%.此外,ZVI的存在可显著提高培养体系对偶氮染料的耐受能力.在投加ZVI和菌株S12培养体系中,连续批量投加浓度为1 mmol.L-1的苋菜红可在276 h内实现11次有效脱色,而不含ZVI的S12菌培养体系中只能实现3次有效脱色.进一步的研究发现,ZVI与菌株S12协同培养体系的最适反应pH为9.0,最适ZVI投加量为60 mmol.L-1.与毫米级和纳米级ZVI颗粒相比,微米级ZVI颗粒具有更强的促进作用.本研究结果将为利用ZVI协同促进偶氮染料的生物治理效果提供科学参数.     

嗜水气单胞菌强化老化纳米零价铁去除水中Cr(VI)

基于老化对纳米零价铁（NZVI）去除水中Cr（VI）的不利影响,本研究考察了接种嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）强化老化NZVI对水中Cr（VI）的去除,并分析了溶解氧、温度、pH、Cr（VI）初始浓度对其去除Cr（VI）的影响,同时利用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等分析了反应前后材料的形貌特征及Cr的价态变化.结果表明,接种嗜水气单胞菌能显著提高无氧条件下老化NZVI对Cr（VI）的去除效果,且在酸性条件和30~40 ℃条件下去除效果较好,可能是因为该条件下更有利于老化NZVI的腐蚀和微生物的生长,此外,Cr（VI）去除效率随Cr（VI）初始浓度升高而降低.在pH=6,温度为30 ℃,老化nZVI投加量为0.1 g·L^-1,Cr（VI）初始浓度为50 mg·L^-1的条件下反应24 h后,Cr（VI）的去除率可达到100%.XPS分析表明,反应后NZVI表面沉积的Cr主要以Cr（III）的形式存在,可能为Cr（OH）₃沉淀或Fe_xCr_1-x（OH）₃共沉淀物.动力学研究发现,Cr（VI）去除过程符合准二级动力学,去除机制为Cr（VI）的吸附、还原与共沉淀,其中以还原作用为主.