模拟酸雨下铅锌冶炼废渣重金属的静态释放特征

以株洲某铅锌冶炼废水中和渣为研究对象,开展不同初始pH值（3.0,4.5,5.6和7.0）模拟酸雨静态浸出实验,研究22d浸泡过程中废渣Cd、Cu、Pb和Zn等重金属的动态释放规律及其化学形态变化和矿物相变特征.结果表明,废渣具有较强的酸缓冲潜力,浸出液pH值稳定在6.20~6.66.Cu和Pb在浸泡初期释放较快,Cd和Zn释放相对较慢.浸出液Cd浓度随浸出时间增加而上升,Zn浓度呈波动变化,Cu和Pb浓度变幅较小.提高雨水酸度促进废渣中重金属的释放,浸出液Cd、Cu、Pb和Zn浓度范围分别为1.38~8.70,0~0.02,1.21~2.26和27.2~135mg/L,其中Cd、Pb和Zn浓度分别超过我国《铅、锌工业污染物排放标准》（GB 25466-2010）限值的26.6~173倍、1.42~3.52倍和17.1~89.0倍..重金属BCR顺序提取表明,浸出液中较高Cd和Zn浓度与其赋存高活性态比例一致,且酸雨促使残渣态Cd和Pb向活性态转化.XRD分析显示,pH=3.0酸雨处理22d后原废渣中Cd和Zn的赋存矿物相消失,PbSO₄谱峰增强,表明废渣重金属的释放受其赋存矿物相及次生矿物形成的影响.重金属释放率呈现出Cd （2.50%~15.8%）> Zn （0.41%~2.13%）> Pb （0.06%~0.10%）> Cu （0.0003%~0.11%）的趋势.自然堆存酸雨作用下废渣中Cd、Pb和Zn具有较大环境风险,需加强降雨淋滤污染防治管控.     

碳酸盐岩对Fe2+生物氧化及铁矿物合成的影响

利用从高硫煤矸石堆场浸出液中培养驯化获得的氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f）,通过静态实验,探讨添加不同量的碳酸盐岩对酸性硫酸盐体系中Fe²⁺生物氧化速率及次生铁矿物合成的影响.结果表明：添加10 g和30 g碳酸盐岩不会对体系中pH、氧化还原电位（ORP）和Fe²⁺生物氧化速率产生明显影响,但总铁（TFe）的去除率可从37%分别提高到55%和62%,矿物生成量也从8.17 g·L^-1分别增加到12.03 g·L^-1和13.69 g·L^-1;同时,体系中合成的次生铁矿物相与不加碳酸盐岩时无明显变化,主要为黄铁矾和施氏矿物的混合物.随着碳酸盐岩添加量增至50、70和90 g时,体系pH快速上升,Fe²⁺生物氧化速率受到抑制,并产生大量结晶程度较好的硫酸钙,形成的铁矿物主要为纤铁矿或针铁矿.而适量的碳酸盐岩添加可使体系中产生Ca²⁺和Mg²⁺,从而影响次生铁矿物的合成.因此,在以碳酸盐岩为反应介质的酸性矿山废水处理工艺设计中,可通过添加A.f菌并控制碳酸盐岩投加量,强化系统中Fe²⁺生物氧化及次生矿物的合成,从而进一步提高反应系统对TFe的去除效果.     

污泥和鸡粪生物炭制备及其老化过程中的碳损失

生物炭具有高度的碳(C)稳定性,是一种良好的固碳材料.污泥富含无机矿物质,热解制备生物炭过程中其内源矿物会富集,影响固碳能力.在500、 600和700℃下制备市政污泥生物炭(SZB)、药厂污泥生物炭(YCB)和鸡粪生物炭(JFB),并模拟其在土壤中70～100 a老化过程,利用元素分析、傅里叶红外光谱(FTIR)、 X射线荧光光谱(XRF)、离子质谱仪(ICP)和X射线衍射(XRD)等分析手段,测定其理化性质并计算C损失.结果表明,热解过程中,生物炭内源矿物种类和质量分数决定生物炭C损失,其中Ca和Mg是主要的C保护矿物,而Fe的存在会降低生物炭C稳定性,增加C损失.老化过程中,生物炭C的自身稳定性对其C损失起主要作用,矿物起辅助作用.研究揭示了生物炭内源C和矿物组分对其C损失的影响规律,为利用污泥和鸡粪生物炭土壤固碳提供参考.     

氧微纳气泡改性矿物对水体的增氧效果及机理

氧微纳气泡改性矿物可改善富营养化引起的水体和表层沉积物的缺氧/厌氧问题,但微纳气泡的生成和增氧机理尚不明确。该研究以天然多孔矿物凹凸棒石和蒙脱石为例,研究了改性矿物的氧微纳气泡释放和对水体的增氧性能,并分析了氧微纳气泡的生成和增氧机理。光学显微镜和NanoSight测试结果表明两种改性矿物均能有效释放微米气泡(约100μm)和纳米气泡(80.0～213.9 nm),凹凸棒石比蒙脱石有更高的氧微纳气泡释放量和气泡固定效率,其释放量为0.12 mg/g,是蒙脱石的4倍。在本实验体系下,改性凹凸棒石和蒙脱石应用24 h可将材料空隙水DO从1.6 mg/L分别升高到7.3和5.6 mg/L;应用72 h可将上覆水DO从1.5 mg/L分别升高到4.6和4.4 mg/L。研究发现材料将氧携带到水体后,表面孔对从材料中脱附的氧起分散作用,进而生成了氧微纳气泡。     

黄土区典型小流域矿物化学风化及碳汇效应

黄土中蕴含了巨大的碳库,黄土中碳的转移对区域乃至全球碳循环具有重要影响。本文选择山西省临县一典型黄土小流域青凉寺沟流域进行调查分析,研究黄土水的化学特征及离子来源,分析黄土矿物的溶蚀过程及碳汇效应,并利用正演模型和水化学方法估算不同矿物的离子贡献比例及流域碳汇通量。结果发现,研究区黄土化学成分的含量由高到低依次为SiO_2、Al_2O_3、CaO、Fe_2O_3、MgO、K_2O、Na_2O,表现出贫SiO_2、Fe_2O_3,富CaO、MgO的特点;黄土水的pH呈中性偏碱,阴离子主要以HCO_3~-为主,阳离子以Na~+为主,水化学类型为重碳酸-钠型(HCO_3~--Na~+),水化学组成与黄土的化学组成相对应;流域内不同端元离子来源贡献计算结果表明,大气沉降、人类输入、蒸发盐矿物、硅酸盐矿物和碳酸盐矿物化学风化贡献的溶解物质分别占总溶解物质的1. 66%、6. 32%、10. 38%、62. 23%、19. 31%;黄土区长时间的水-矿物作用是硅酸盐矿物溶解贡献占主导的主要原因,阳离子置换反应、土壤-盐分浸出与蒸发以及人类输入对硅酸盐矿物溶解也有一定的贡献;受黄土区相对低温少雨的影响,黄土矿物的平均化学风化速率较低,为9. 31 t/(km~2·a),低于全球岩石的化学风化速率平均值36 t/(km~2·a),但是其消耗大气CO_2的速率较高,约为6. 34 t CO_2/(km2·a),明显高于同纬度三川河岩溶流域的碳汇速率(5. 28 t CO_2/(km~2·a));利用水化学径流法计算的青凉寺沟黄土小流域的矿物化学风化的大气CO_2消耗量为0. 18×10~4t/a,为中国黄土区大气CO_2消耗量的估算提供基础数据。     

Di-(2-ethylhexy)-phthalate在细菌及细菌-矿物复合体表面的吸附解吸行为

以土壤中分离出的邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)高耐性细菌(伯克霍尔德菌,Burkholderia sp.)及3种常见矿物为实验材料,研究Burkholderia sp.及其矿物复合体对DEHP的吸附解吸行为,包括吸附动力学、吸附等温曲线、pH的影响、FTIR分析等.结果显示,Burkholderia sp.能在较短时间内完成对DEHP的吸附;DEHP在细菌表面的吸附符合Langmuir等温吸附方程(R20.97);Burkholderia sp.吸附DEHP的最适pH为7.0~8.0.蒙脱石、针铁矿、高岭土及细菌对DEHP的吸附能力大小依次为:蒙脱石针铁矿伯克霍尔德菌高岭土;同时,蒙脱石-细菌复合体系对DEHP结合能力最强,而高岭土和针铁矿-细菌复合体系对DEHP的结合强度较小.FTIR分析结果表明细菌表面的蛋白质及脂质部分在DEHP吸附过程中的作用较大,而疏水性作用等是DEHP与细菌及复合体相互结合的主要作用力.这些结果都与DEHP在环境中的迁移转化行为密切相关,对评估该类化合物的环境生态风险以及控制环境污染都具有重要的指导意义.     

以一种黏土矿物材料为非均相类芬顿催化剂对甲基橙的降解

为实现以甲基橙为代表的偶氮类染料的高效降解,采用一种黏土矿物材料——Quantum Energy? Radiating Material（下称QE）为催化剂,系统分析了其在非均相类芬顿反应中的催化剂协同静态吸附作用,并考察了不同因素对甲基橙去除效果的影响,同时基于降解过程中Fe2+和总Fe析出量（以ρ计）、·OH等的变化过程,探讨了QE降解甲基橙的作用机制.结果表明,QE对甲基橙具有良好的吸附作用,同时,其作为非均相类芬顿催化剂对甲基橙的降解受到pH、温度、c（H₂O₂）、催化剂投加量等因素的影响.优化后的降解条件:初始ρ（甲基橙）为50 mg/L、QE投加量为5 g/L、c（H₂O₂）为100 mmol/L、pH为2、温度为60℃,在该条件下反应40 min后,甲基橙的去除率可达到99%.以叔丁醇作为·OH淬灭剂,随着c（叔丁醇）的增高,反应体系中甲基橙的去除率随之下降,说明·OH在该体系甲基橙降解中起重要作用;对在反应过程中Fe2+和总Fe析出量的监测数据表明,体系中QE对甲基橙的降解为均相芬顿反应、非均相芬顿反应和吸附作用协同作用的结果.研究显示,以QE为催化剂,通过吸附协同催化氧化作用可以有效处理含甲基橙的染料废水.      

资源与环境工程学院

资源与环境工程学院（研究院）有矿业工程博士后科研工作流动站，矿业工程一级学科博士点，采矿工程，安全技术及工程、矿物加工工程，资源经济与管理等8个二级学科博士点，采矿工程，安全技术及工程、工程力学、管理科学与工程、系统理论、资源经济与管理、固体力学等9个硕士点，     

哈尔滨松北区2007年春季可吸入颗粒物PM10的粒度分布及来源分析

通过使用高分辨率扫描电镜和图象分析技术对哈尔滨市松北区春季大气可吸入颗粒物PM10微观形貌和粒度分布进行了分析.初步得出哈尔滨松北区PM10的矿物多以不规则的形式存在,且多是来自扬尘的原生矿物;根据粒度分布特征得知,矿物颗粒的数量—粒度分布非常大;飞灰和烟尘集合体的数量—粒度分布较大,说明它们多以微小细颗粒物的形式存在.