UF膜与混凝粉末活性炭联用处理冬季黄河水

针对低温低浊水处理的难题,采用混凝和粉末活性炭预处理超滤系统对冬季黄河水进行了净化研究,通过投加混凝剂Al(2SO)4·318H2O以及粉末活性炭,比较了其对于原水的处理效果和对膜过滤性能的影响。试验结果表明,混凝超滤系统用于处理冬季黄河水在技术上是可行的,混凝剂与粉末活性炭对水中污染物质的去除和膜过滤性能有很大的影响;调整合适的操作参数,其对低温黄河水中的高锰酸盐指数、UV254、NH3-N、铁和浊度的平均去除率分别达到70%、60%、30%、80%和96%以上,出水水质达到《生活饮用水源水质标准》(CJ3020-93)的标准。对于已污染的膜,水反冲洗、水/酸洗、水/碱洗可使膜通量恢复至新膜的38%,82%,89%。     

超细电气石粉吸附水体中的Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）

通过对吸附时间、电气石用量、初始溶液pH值、初始离子浓度和吸附温度等单因素试验,研究超细电气石粉对水中重金属离子Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的吸附性能。实验发现：超细电气石粉对3种重金属离子的吸附均符合Langmuir吸附等温模型。超细电气石粉对Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）和zn（Ⅱ）的饱和吸附量分别是18．59、133．33mg／g和15．41mg／g。超细电气石粉对重金属离子的吸附量随着溶液的初始pH值和电气石用量的增加而增加,随着重金属离子浓度的增加而减小。超细电气石粉能够提高金属溶液的pH值。温度对超细电气石粉吸附重金属离子的影响较小。超细电气石粉对混合溶液中的Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的吸附属于竞争性吸附,其选择性吸附由大到小的顺序为：Pb（Ⅱ）,Cu（Ⅱ）,Zn（Ⅱ）。     

Preparation, characterization, and photocatalytic activities of boron- and cerium-codoped TiO2

Boron- and cerium-codoped TiO2 photocatalysts were synthesized using modified sol-gel reaction process and characterized by X- ray diffraction （XRD）, X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）, particle size distribution （PSD）, diffuse reflectance spectra （DRS）, and Brunauer-Emmett-Teller （BET）. The photocatalytic activities were evaluated by monitoring the degradation of dye Acid Red B （ARB）. The results showed that the prepared photocatalysts were mixed oxides mainly consisting of titania, ceria, and boron oxide. The structure of TiO2 could be transformed from amorphous to anatase and then to rutile by increasing calcination temperature; the transformation being accompanied by the growth of particle size without any obvious change in phase structure of CeO2. The XPS of B1.6Ce1.0-TiO2 prepared at 500℃ showed that a few boron atoms were incorporated into titania and ceria lattice, whereas others existed as B2O3. Cerium ions existed in two states, Ce^3＋ and Ce^4＋, and the atomic ratio of Ce^3＋/Ce^4＋ was 1.86. When boron and cerium were doped, the UV-Vis adsorption band wavelength showed an obvious shift toward the visible range （〈526 nm）. As the atomic ratio of Ce/Ti increased to 1.0, the absorbance edge wavelength increased to 481 nm. The absorbance edge wavelength decreased for higher cerium doping levels （Ce/Ti=2.0）. The particles size ranged from 122 to 255 nm with a domain at 168 nm （39.4%）. The degradation of ARB dye indicated that the photocatalytic activities of boron- and cerium-codoped TiO2 were much higher than those of P25 （a standard TiO2 powder）. The activities increased as the boron doping increased, whereas decreased when the Ce/Ti atomic ratio was greater than 0.5. The optimum atomic ratio of B/Ti and Ce/Ti was 1.6 and 0.5, respectively.     

钢渣粉末吸附去除废水中磷的研究

选用平均粒径为0.060mm的钢渣粉末作为除磷吸附剂,分析了其组成和结构,研究了溶液pH和温度对钢渣粉末吸附效果的影响,结合吸附动力学过程和吸附等温模型及钢渣粉末组成成分变化探讨其吸附除磷的机理。结果表明:钢渣粉末吸附除磷的动力学过程符合准二级动力学模型。Langmuir等温吸附模型能较好地模拟钢渣对磷的等温吸附过程,理论饱和吸附量为94.61mg/g。钢渣粉末对磷的吸附量远大于钢渣颗粒,且受pH和温度影响较大。随着溶液pH的增大,钢渣粉末对磷的吸附量逐渐减小,当pH=5时,钢渣粉末对磷的吸附量最大。温度升高,有利于钢渣粉末对磷的吸附。X射线荧光光谱(XRF)和傅里叶红外分析(FITR)结果表明,钢渣粉末中CaO、Fe2O3和SiO2在吸附除磷中均发挥了重要作用。     

基于铜锈环棱螺的生物炭修复沉积物中BDE-47生物积累动力学预测模型

研究了铜锈环棱螺对沉积物颗粒的摄取速率、从水和沉积物中摄取BDE-47的效率,以及在BDE-47污染沉积物中添加玉米秸秆生物炭后对这些生理学参数和间隙水中BDE-47平衡浓度的影响.构建了基于铜锈环棱螺摄取和消除BDE-47的相关生理学参数和沉积物地球化学参数的生物动力学预测模型,同时评价了该模型预测BDE-47生物积累的效力.结果显示,铜锈环棱螺对沉积物的摄食率为6.04 g·g^-1·d^-1,对水中BDE-47的摄取效率为38.41%.在BDE-47污染沉积物中添加4%的玉米秸秆生物炭（CSB）可以显著降低间隙水中BDE-47的平衡浓度,降幅达到81%.铜锈环棱螺对添加CSB的沉积物中BDE-47的生物积累显著低于未添加CSB的沉积物,暴露28 d后,添加CSB的沉积物中BDE-47的生物积累下降了66%.本研究构建的生物动力学模型的预测结果与暴露测试中观察到的铜锈环棱螺对BDE-47的摄取情况基本一致.BDE-47的28 d生物积累对沉积物颗粒摄食率、从沉积物中摄取BDE-47的效率、沉积物中BDE-47的浓度和BDE-47的消除速率常数等4个参数的响应表现出较好的敏感性.根据模型的预测,铜锈环棱螺从沉积物中摄取的BDE-47占总积累量的80%以上.当沉积物中添加CSB后,模型显示出更好的预测效力.因此,在已知沉积物和间隙水中BDE-47浓度的前提下,利用该模型可以有效地预测铜锈环棱螺体内BDE-47的积累量,从而减少沉积物生态毒性风险评价和利用生物炭进行原位修复效果评估的不确定性.     

不同玉米品种Cd、Pb、Zn和As积累与转运特性

通过田间试验,研究了22个玉米品种同时在未污染、轻度、中度和重度重金属Cd、Pb、Zn和As复合污染农田土壤条件下,玉米植株各部位对Cd、Pb、Zn和As的富集和转运特性,并对Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn这8种重金属元素进行了主成分分析和相关性分析,探讨了玉米植株吸收Cd、Pb、Zn和As含量与土壤中重金属元素形态含量的关系.结果表明：①玉米植株不同部位Cd和Zn含量分布规律为：穗上茎叶>穗下茎叶>根>籽粒,Pb分布规律为：根>穗下茎叶>穗上茎叶>籽粒,As分布规律为：根>穗上茎叶>穗下茎叶>籽粒,分布规律的不同与作物本身积累特性以及研究区土壤中Cd、Pb、Zn和As的环境活性高低密切相关.②22个玉米品种遗传背景的较大差异造成品种间Cd和Pb的积累具有显著差异（P<0.05）,表现为4种趋势：Cd和Pb复合高积累品种,单一Cd或Pb低积累品种（低Cd高Pb、低Pb高Cd）,Cd和Pb复合低积累品种.其中3个品种籽粒Cd含量超过国家食品安全标准,14个品种茎叶Cd含量超过国家饲料卫生标准;所有品种茎叶和籽粒Pb含量均未超标,但部分品种籽粒Pb含量接近限值具有超标风险;不同玉米品种茎叶和籽粒As含量均远低于标准限值,表现出稳定的低积累特性;不同玉米品种茎叶Zn含量随土壤Zn含量的升高而升高,但籽粒Zn含量维持在满足植株正常生长的阈值范围内.③研究区玉米植株中Cd、Pb、Zn和As具有一定的同源性,主要受土壤中Cd、Pb、Zn和As污染物含量超标的影响较为深刻,这说明矿山采选和尾矿堆存带来的人为来源,玉米植株中Cu元素受到一定人为污染来源的影响,但影响程度有限;玉米植株中Hg、Ni和Cr元素间具有一定的同源性,说明成土母质和风化产物累积的自然来源.④玉米植株各部位Cd、Pb、Zn和As元素含量,以及Cr和Ni元素含量均具有极显著正相关性（P<0.01）,Cd、Pb、Zn和As元素在植物体内的运输机制可能有共同之处,从玉米根部向地上部迁移方面表现出协同效应,Cr和Ni元素同样如此.而玉米茎叶中Hg与Cd、Pb、Zn和As元素,以及籽粒中Hg与Cd、Hg、As、Pb、Cr、Ni和Zn元素均表现出一定的拮抗作用.⑤采用对照优选法将同时满足：茎叶Cd、Pb和As含量未超过国家饲料卫生标准,籽粒Cd、Pb和As含量未超过国家食品安全标准,籽粒Cd、Pb和As聚类分析为低积累类群,植株茎叶和籽粒Cd、Pb和As富集和转运系数较低作为优选条件,筛选出C18（先玉335）可作为Cd、Pb和As复合低积累且籽粒Zn含量维持在正常水平的优选玉米品种,适宜在北方工矿企业周边重金属复合污染农田推广应用.     

产甲烷改良UASB启动试验及最优水力条件研究

在中温两相厌氧工艺处理玉米酒精废水的基础上,进行产甲烷改良UASB的启动试验和颗粒污泥的培养,考察水力条件对反应器处理效果的影响。试验采用低负荷启动方式,通过增大处理量和提高进水COD浓度逐级提高容积负荷,通过强制内回流控制反应器中水力条件,使产甲烷改良UASB在最佳条件下运行。63 d后反应器中形成的污泥床颗粒化程度高,粒径>0.7 mm的颗粒污泥占82%以上,产气速率和COD去除率分别达到539 L/d和90%,产甲烷改良UASB启动顺利完成;改良UASB作为两相厌氧工艺的产甲烷相可以自行调节其进水pH,启动时pH的人工调节可以在反应器进入颗粒污泥成熟期时停止;反应器的最佳水力条件为:上升流速为0.62 m/h、回流比300%;最优操作条件下产甲烷改良UASB具有良好的抗冲击负荷能力。     

膜生物反应器处理低温低浊水的工艺研究

针对低温低浊水处理的难题,采用膜生物反应器(MBR) 工艺对松花江冬季原水进行处理试验研究,考察MBR工艺对浑浊度和有机污染物的去除效果及膜过滤周期.试验结果表明,MBR工艺对浑浊度的去除率在90%以上,出水浑浊度低于1NTU.对高锰酸盐指数和UV₂₅₄的去除率分别可达40%～50%和30%～45%.膜过滤周期较长,可达60～70 h.投加PAC可提高对有机物的去除率,但对膜过滤性能的影响不显著.MBR工艺可有效处理低温低浊水,出水水质优于常规工艺出水水质.在原水有机物污染严重时,可投加PAC形成PAC-MBR组合工艺,增强对有机污染物的去除效果.     

催化湿式氧化催化剂及处理技术研究

通过共沉淀制备了４类主活性成分分别为Ｃｕ、Ｃｅ、Ｃｄ和Ｃｏ－Ｂｉ的粉末催化剂,用于催化湿式氧化（ＣＷＡＯ）处理染料中间体Ｈ－酸溶液,通过实验确定了催化湿式氧化的条件,不同催化剂的处理效果比较表明,Ｃｕ／Ｃｅ（３：１）催化剂较好,当反应湿度为２００℃,氧分压为３．０ＭＰａ,ＰＨ＝１２．０,反应时间为３０ｍｉｎ时,ＣＯＤ的支大于９０％     

富含中孔与酸性基团的生物质炭的制备与吸附性能

以棉秆基生物质纤维为原料,采用磷酸一步活化法制备了同时富含中孔与含氧酸官能团的新型高比表面棉秆纤维基生物质活性炭,分析了浸渍比、炭化温度及保温时间等操作参数对活性炭纤维组成、得率、孔结构及表面官能团含量的影响,测定了制得的棉秆纤维基活性炭对水中对Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的等温吸附性能,并初步探讨了其吸附机制.结果表明,棉秆纤维基生物质炭孔结构与含氧酸基团因制备条件不同有较大变化,实验条件下制备的棉秆基活性炭纤维产率、中孔孔容与比表面的最大值分别为35.5%、0.91 cm3·g-1、1731 m2·g-1;在3∶2的浸渍比,600℃活化90 min的工艺条件下,制备的样品ACF-01的总孔孔容达1.02 cm3·g-1,比表面积为1 731 m2·g-1,微、中孔比例分别为66%与31%,中孔集中在5 nm以内,富含含氧酸官能团.样品ACF-01对水中Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的Langmuir最大吸附量分别为123 mg·g-1和427 mg·g-1,吸附性能远高于微孔孔容相近的商业活性炭纤维ACF-CK,这表明活性炭ACF-01的中孔和含氧酸官能团在吸附过程中发挥了重要作用.