富含钙/铝的污泥生物炭复合材料对水溶液中磷酸盐的吸附机制

剩余污泥富含有机物,同时也含有重金属和病原体等有害物质.以水铝钙石和剩余污泥为原料,通过共混凝和共热解技术制备生物炭以降低污泥中重金属溶出风险,并对其磷酸盐吸附性能开展研究.结果表明,污泥生物炭中的Zn、Cu、Cd和Ni浸出量随水铝钙石投加量的增加而减少.水铝钙石与剩余污泥质量比为1∶1时,共热解制备得到的富含钙/铝污泥生物炭复合材料(1∶1HB800)重金属浸出风险最低,并对磷酸盐表现出较高的吸附能力,其过程可用Langmuir吸附等温线(R²=0.93)拟合,在25℃条件下对磷的最大吸附容量为51.38 mg·g^-1.1∶1HB800对高浓度磷的吸附过程符合拟二阶动力学模型,吸附速率由表面吸附和颗粒内扩散共同控制.相较于中性溶液,1∶1HB800对酸性和碱性水溶液中的磷酸盐具有更好的去除效果,这与1∶1HB800中钙/铝在不同pH条件下的浸出量及铝元素的存在形式有关.FTIR、XRD、SEM、零点电位和钙/铝离子的浸出实验分析结果表明,1∶1HB800对磷的吸附机制主要是共沉淀(Ca²⁺/Al³⁺     

铝炭微电解处理刚果红废水的效果及脱色机理研究

采用铝炭微电解法处理刚果红废水,通过批式实验和正交试验考察了主要因素对刚果红脱色及COD去除效果的影响,并采用紫外扫描、离子色谱及LC-MS分析了脱色产物.结果表明,在铝粉投加量为8～24 g·L-1范围内,刚果红脱色率及COD去除率均随铝粉投加量的增加而提高,合适的铝粉投加量为16 ～24 g·L-1;刚果红脱色率和COD去除率随着铝炭质量比的减小呈现先增加后降低的趋势,适宜的铝炭质量比为1∶3～1∶1;初始pH对处理效果影响最大,在pH为10～12.5时,刚果红脱色率及COD去除率随着pH升高而急剧增加;在溶解氧为1.25 ～7.59 mg·L-1的范围内,刚果红脱色率及COD去除率随着溶解氧的升高而降低.最佳条件(铝粉投加量24 g·L-1、铝炭质量比1:2、pH=12、反应时间90 min)下,刚果红脱色率及COD去除率分别为90.4％和78.6％刚果红脱色历程为:刚果红分子中的N=N双键在新生态[H]的攻击下断裂,生成3,4-二氨基萘-1-磺酸盐和4-氨基3-((4’-氨基-[1,1'-联苯]-4-基)偶氮基)萘-1磺酸盐;后者在[H]的进一步作用下,发生N=N双键的断裂,转化为3,4-二.氨基萘-1-磺酸盐和联苯胺,萘环开环和C-S键断键,分别生成4-氨基-3-((4’-氨基-[1,1’-联苯]-4-基)偶氮基)-1-磺酸盐和2-((4'-氨基-[1,1’-联苯]-4-基)偶氮基)-1-萘胺.研究表明,铝炭微电解法不能将刚果红完全矿化.     

羟基镁铝复合物对于水体中镉的去除研究

近年来,由于受到各种工业废水和固体废弃物的影响,使得水体中的重金属含量不断上升,镉污染就是受关注度较高的一种重金属污染,居民若长期食用含镉稻米或含镉水,会引发骨痛病,严重时还会危害人体生命健康。羟基镁铝复合物是在强化混凝过程中形成的,是一种较好的复合材料,能够有效去除水体中的镉。本次主要研究这种材料对于Cd离子的去除效果,可以得出如下结论：pH、混凝剂Al13是较关键的影响因素,这些因素均影响着羟基镁铝复合物的形成情况以及其对于Cd离子的去除效果。通过一些表征说明,镁铝复合物的形态呈无定形,比表面积较大,成分也较复杂,并且在一定pH保证下,聚合度较高的Al13形成复合物的颗粒较大,对于Cd离子的去除起到积极的促进作用。     

铝胁迫下外源钙对外生菌根真菌抗氧化保护酶活性的影响

采用液体培养方法,研究了4个不同菌株(Bo 02、Bo 15、Pt 715和Sl 08)的抗铝性及其在铝胁迫下加入0、0.25、0.5、1.0 mmol.-1L-1Ca2+处理后抗氧化保护酶活性的变化,旨在了解钙在缓解外生菌根真菌铝毒方面的作用.结果表明,不同菌株抗铝性不同,Pt 715和Sl 08的抗铝性强于Bo 02和Bo 15.铝胁迫可显著提高外生菌根真菌Bo 02 CAT和SOD活性、Bo 15SOD活性、Sl 08 CAT和POD活性,说明外生菌根真菌中这几种酶活性的提高与铝毒胁迫密切相关.4个菌株中,Bo 02酶活性对外源钙最敏感,外源钙对Bo 02铝胁迫的缓解作用最好.较高浓度的钙(≥0.5 mmol.L-1)可缓解或消除Sl 08铝胁迫造成的抗氧化酶活性上升.     

基于物质代谢分析的高铝煤炭循环利用全产业链评估研究

高铝煤炭广泛分布于我国内蒙古自治区中西部煤田,富含丰富的铝、硅、锂、镓等有价元素,对其进行资源协同开发,有望大幅提升我国铝资源供给体系韧性并提高固废利用率,以及改善燃煤电厂的飞灰堆存等环境污染问题. 本研究以大唐国际托电园区的高铝粉煤灰示范生产线为案例,解析了高铝煤炭中各类无机资源的分布规律,并在全面梳理“原料—工艺—技术—产品/副产品”匹配机制的基础上,构建了集成“高铝煤炭清洁燃烧工艺-多级预脱硅工艺-氧化铝低能耗提取工艺”于一体的高铝煤炭循环利用全产业链;采用物质代谢分析方法,研究高铝煤炭循环利用全过程中有价元素的迁移转化规律,建立了高铝煤炭伴生有价元素的走向与分配模型,识别了该产业链中物质代谢优化调控的关键环节;此外,以传统铝土矿炼铝产业和木浆造纸产业为参考基准,核算了该产业链推广应用的经济、环境效益. 结果表明,高铝煤炭循环利用全产业链中有价元素总体循环回收利用率超过80.0%,在内蒙古自治区推广应用该产业链,每年可生产1 303.0×104 t氧化铝,联产964.0×104 t活性硅酸钙和3 192.0×104 t硅钙渣,创造年收入401.2×108元,节约3 505.0×104 t铝土矿,保护11.5 km2植被. 研究显示,高铝煤炭循环利用全产业链的有价元素回收率高,具有良好的环境和经济效益.      

白龙江溶解有机碳的空间分布、来源及其控制因素探究

流域碳循环是全球碳循环的重要组成部分,也是研究的热点,但是目前对于高原流域碳循环的认识仍然不足。白龙江流域位于青藏高原东缘,是研究高原流域碳循环的理想地区之一。为了研究白龙江流域河流水体中溶解有机碳(DOC)的空间分布特征、来源及其影响因素,我们对白龙江流域河流水体进行了系统的空间序列采样并对河流水体水温、p H、电导率(EC)、DOC浓度、DOC的稳定碳同位素组成(δ~(13)C_(DOC))及紫外-可见光吸收光谱特征等进行测试分析。分析结果显示,白龙江流域DOC浓度为0.4～4.1 mg/L,平均值为1.4 mg/L,δ~(13)C_(DOC)变化范围为-27.2‰～-26.2‰。研究结果表明白龙江源区高海拔区域DOC含量在全流域内最高,自源区至下游,DOC含量逐渐降低,干流中、下游DOC浓度值基本相同,南部DOC含量由上游支流至下游支流逐渐减少。白龙江流域DOC含量与土壤有机碳含量和α(254)之间明显的正相关性,以及δ~(13)C_(DOC)的分布范围等,均表明DOC主要来源于以C3植物为主的陆源有机质,其空间分布受到海拔(温度)和土地利用控制。     

铁盐与铝盐混凝去除EDTA土壤淋洗废液中砷、锑效果对比

实验以三氯化铁和三氯化铝作为混凝剂,对比研究了混凝去除EDTA土壤淋洗废液中砷、锑的效果,重点探讨了反应终点pH、EDTA浓度、Fe/Al投加量以及共存重金属离子对砷、锑去除效果的影响。结果表明:1)对于EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,铝盐比铁盐效果更优;2)EDTA的存在不仅降低了铁盐/铝盐混凝对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的吸附去除效果,同时抑制了砷酸铁、锑酸铁等物质的生成,削弱了铁盐对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的沉淀去除。EDTA导致铁盐混凝过程中生成粒径较大、表面活性较低的稳定结晶态絮体;3)当c(EDTA)=0.05 mol/L时,在pH=5、ρ(Al)=2000 mg/L的条件下,铝盐对EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除率分别高达98.00%和93.09%;4)共存重金属离子通过与EDTA络合,增加了絮体Al(OH)₃的生成量,促进了As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)去除。由此表明,铝盐能够有效实现EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,对于推动基于EDTA的土壤淋洗技术的广泛应用具有重要意义。     

钙铝黄长石陶粒改性及处理含锰废水效能

以工业固体废弃物造纸白泥和粉煤灰为原料,通过煅烧制备钙铝黄长石陶粒,再经NaOH溶液水热反应法改性,用于含锰废水的吸附处理。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对改性前后的陶粒进行表征,探讨陶粒水热改性机制。检测不同NaOH溶液浓度以及水热反应温度改性后陶粒的静态吸附除锰效能,并与改性前陶粒对比,确定最佳水热改性条件,并探索改性陶粒吸附除锰机理。结果表明:改性后陶粒的主矿物相仍为钙铝黄长石,但部分Ca元素被活化,生成新物相Ca(OH)₂,提高了陶粒本身碱性,继而使锰去除率显著提高,吸附平衡时间明显缩短。4,3 mol/L的NaOH溶液浓度以及160 ℃的水热温度分别为2种陶粒的最佳改性条件;改性后陶粒除锰可以在10~15 min内达到吸附平衡,锰去除率接近100%。吸附过程中,Mn2+与OH-生成白色Mn(OH)₂沉淀,然后被氧化为黑褐色的MnO(OH)₂,最终被陶粒表面均匀吸附,实现了固体废弃物资源化利用,达到以废治废的目的。     

利用CDOM吸收系数估算博斯腾湖水体表层DOC浓度

基于2021年夏秋两季西部干旱区博斯腾湖表层50个采样点位实测数据,通过对DOC特征的统计学分析、内外源因素影响的时空差异以及电导率相关性验证,将博斯腾湖划分为河口和非河口区域.然后以CDOM特征波长吸收系数a₂₅₀和a₃₆₅为自变量,以DOC浓度（c_DOC）为因变量,分别构建了基于CDOM的河口和非河口水域DOC浓度估算模型.结果表明：河流与湖泊进行水体交换的同时,会将大量陆源DOC输送到博斯腾湖中,使得河口区域DOC浓度明显高于非河口区域（t-tests,P<0.01）,河口区域的DOC浓度（c_DOC）约是非河口区域的2.2~2.3倍,且在河口区域c_DOC与电导率呈现显著相关关系（夏季：R²=0.81,P<0.01;秋季：R²=0.84,P<0.01）.本文构建拟合模型（c_DOC=α+β·α₂₅₀+γ·α₃₆₅）,并通过交叉验证的方法来检验模型精度.将夏季和秋季同区域数据统一建模,河口和非河口区域CDOM与DOC均存在较好的相关关系,且模型精度较高（河口区域：R²=0.60,RMSE=8.56%;非河口区域：R²=0.66,RMSE=8.77%）.本文所建立的模型可以在不增加环境因子变量的前提下提高精度,有利于实现卫星遥感反演.同时,本研究揭示了河流输入对博斯腾湖DOC分布和估算的时空影响,提出可利用CDOM估算DOC浓度,但需根据水文特征和c_DOC等因素区分河口和非河口区域.本研究对实现新疆水资源合理开发、有效保护以及综合治理提供科学依据,对我国西部干旱区湖泊DOC遥感动态监测具有重要意义.     

河道型水库溶解甲烷浓度的空间异质性研究

以河道型水库-西北口水库为研究对象,于2021年12月采用新型快速水-气平衡装置（FaRAGE）结合温室气体分析仪对其表层水体,垂向剖面溶解甲烷（CH₄）浓度进行监测,并采集代表性河段表层水体及库底沉积物,分别测定水体CH₄氧化速率与沉积物CH₄释放速率,初步探讨了河道型水库溶解CH₄浓度的空间异质性及其影响因素.结果表明,水库表层水体溶解CH₄浓度为0.02~0.42μmol/L （平均值为0.11±0.08μmol/L）,从库首到库尾呈递增趋势;水体溶解CH₄浓度的空间异质性受水库内部CH₄产生,消耗及河道入流等多因素的综合作用,其中库尾水体因沉积物CH₄产生量大且低水深影响下CH₄消耗量较小而呈现高溶解浓度,库首水体则因为CH₄产生量相对较小且高水深影响下的CH₄消耗量较大而呈低溶解浓度;同时,河道入流可能是影响水体溶解CH₄浓度垂向分层的原因之一.