铅离子印迹膜滤除沼液中Pb(Ⅱ)的工艺优化研究

本文应用铅离子印迹膜和设计的滤除装置,对沼液Pb(Ⅱ)进行滤除实验。研究了渗析时间(t)、跨膜压差(ΔP)、搅拌速率(ω)三因素对铅离子通量和去除率的影响,并应用L9(33)正交试验设计,对滤除工艺参数进行优化,并与吸附剂吸附法进行比较。结果表明,三因素对沼液中Pb(Ⅱ)去除率的影响顺序为:搅拌速率跨膜压差渗析时间。该装置的最佳滤除工艺参数为:搅拌速率=70 r/min、ΔP=0.20 MPa、t=50 min,此时沼液中Pb(Ⅱ)去除率达99%,处理后沼液中Pb(Ⅱ)为0.007 mg/L。耦合化学清洗+超声清洗污染后的铅离子印迹膜,铅离子通量基本恢复到新膜的通量(平均恢复率达98%),提升了铅离子印迹膜再生利用水平。该滤除工艺克服了吸附剂吸附法的不足,为沼液安全肥用提供一种新工艺和新技术。     

去除猪场沼液重金属Pb(Ⅱ)的离子印迹膜制备及其应用

应用羧甲基纤维素钠(CMC)和聚乙烯醇(PVA)等基材制备Pb(Ⅱ)离子印迹膜,开展该印迹膜去除猪场沼液重金属铅的试验研究。结果表明:Pb(Ⅱ)离子印迹膜具有疏松沟壑状的膜结构,内部存在许多规则的约0.24nm左右的空腔结构,与Pb(Ⅱ)的尺寸相匹配;印迹后的Pb(Ⅱ)-ⅡM表面的亲水性能得到明显改善,这有利于水中金属离子Pb(Ⅱ)与膜表面印迹位点的结合;Pb(Ⅱ)-ⅡM对各种金属离子的选择渗透顺序为Pb(Ⅱ)Zn(Ⅱ)Cu(Ⅱ)Cd(Ⅱ)Co(Ⅱ),对铅离子具有良好的选择渗透性能。该铅离子印迹膜对福建省3家猪场沼液重金属铅的去除率为93%~95%,沼液出水均达到《无公害食品蔬菜产地环境条件》标准。     

铅离子印迹磁性材料的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附去除研究

[目的]制备铅离子印迹和非印迹磁性材料,研究两种材料对Pb(Ⅱ)的吸附去除行为,考察两种材料对Pb(Ⅱ)的吸附选择性,探索其脱附和循环利用性.[方法]采用透射电镜、红外光谱、X射线衍射光谱和能量色散谱等方法对两种材料的形貌和结构进行表征;采用静态吸附法,以原子吸收为检测手段,探讨了pH值、反应时间及Pb(Ⅱ)初始浓度等因素对Pb(Ⅱ)吸附能力的影响;采用Langmuir等温吸附模型和Ho准二级动力学方程对其进行热力学和动力学模拟研究;以Cd(Ⅱ)为竞争离子,研究两种材料对Pb(Ⅱ)吸附选择性;以硝酸为脱附试剂,考察其脱附和循环利用性.[结果]1)与Fe3O4 10 nm的粒径相比,铅离子印迹磁性材料粒径增至80～90 nm;两种材料红外光谱图中557 cm-1处出现强吸收峰,证实Fe-O键存在,2 940 cm-1和1 084 cm-1处的吸收峰证实C-H和Si-O键存在;X射线衍射光谱图显示,它们都具有Fe3O4晶型及SiO2壳层;能量色散谱结果显示,它们主要构成元素为C、O、Si、S和Fe,说明Fe3O4磁核已被SiO2包覆,且巯基已成功键合至两种材料的表面.2)在低酸度时Pb(Ⅱ)基本不被两种材料吸附;当pH值从3增至7时,吸附率不断增大并达到最大,且非印迹材料对Pb(Ⅱ)的吸附率低于印迹材料对Pb(Ⅱ)的吸附率.3)铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)的吸附量随时间的增加而升高,最后达到平衡吸附.4)随着溶液中Pb(Ⅱ)初始浓度的增加,铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)的吸附量先是急剧上升,然后达到饱和吸附.5)铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)的吸附动力学和热力学分别符合准二级吸附模型和Langmuir等温吸附模型.6)铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)选择吸附系数K为29.75,对Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)的相对选择系数是非印迹磁性材料的5.86倍,说明该材料对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附选择性.7)研究了HNO3对保留在铅印迹磁性材料上Pb(Ⅱ)的脱附影响,结果显示0.5 mol·L-1 HNO3可定量脱附Pb(Ⅱ),且材料可重复使用5次而脱附率无变化.[结论]在pH 7、反应时间为60 min及Pb(Ⅱ)初始质量浓度为10 mg·L-1时铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)的最大吸附容量可达38 mg·g-1,可有效去除水中Pb(Ⅱ);该材料对Pb(Ⅱ)具有一定的选择性且具有很好的再生性.     

EDTA强化电动修复土壤铅污染

重金属离子在土壤中会产生沉淀和吸附现象,降低其移动能力,同时限制电动修复土壤污染的效率.化学络合剂EDTA能够与重金属盐反应,生成可溶性的金属络合物,提高重金属离子在土壤中迁移速率.利用沙箱、电极槽、循环电极淋洗系统和输送控制系统等人工实验装置研究了添加EDTA络合剂强化电动修复土壤碳酸铅污染的效果.结果表明,在阴极槽添加EDTA溶液,EDTA与电解产生的氢氧根离子反应,形成EDTA阴离子,在电场力作用下,EDTA阴离子进入土壤,与碳酸铅反应形成溶解态的络合物,提高铅离子的移动性,在电场力作用下Pb的最大去除率可达82.1%,同时EDTA和电导液浓度影响修复效果.在实验中EDTA利用率在5%～10%之间,可通过增加EDTA在土壤中的停留时间提高其利用率.     

大豆蛋白基多孔凝胶球对Pb(Ⅱ)的吸附研究

为了解决工业废水铅Pb(Ⅱ)污染问题，以海藻酸钠和大豆蛋白为原料，制备了具有多孔结构的大豆蛋白基多孔凝胶球，并用于对模拟废水Pb(Ⅱ)的去除研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔隙分析仪、Zeta电位仪和X射线光电子能谱(XPS)对多孔凝胶球的形貌、多孔结构、表面电荷和元素组成进行了表征，并探讨了溶液pH、吸附时间、吸附剂用量、铅离子初始浓度等因素对大豆蛋白基多孔凝胶球吸附Pb(Ⅱ)的吸附容量和脱除效率的影响。结果表明，在pH>2.9的条件下，大豆蛋白基多孔凝胶球表面带负电，能够通过凝胶球内部的多孔通道上的吸附位点有效地吸附带正电的Pb(Ⅱ)离子，最高脱除效率可达99%,能循环使用。通过对吸附数据进行3种动力学模型(准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型)和两种等温模型(Langmuir和Freundlich模型)的拟合分析，发现吸附过程符合准二级动力学模型，且遵循Langmuir单分子层吸附机制，最大吸附容量为264.01 mg·g^-1。表明，大豆蛋白基多孔凝胶球能对模拟废水中的Pb(Ⅱ)进行高效吸附。     

陶瓷膜超滤纯化香菇多糖及其相对分子质量的测定

采用截留分子量为104u的陶瓷超滤膜纯化香菇多糖溶液,考察运行时间、跨膜压差（TMP）、稀释倍数和操作温度对膜通量的影响,分析各条件下稳定通量的变化规律。结果表明：实验设备运行1 h后膜管通量开始稳定,当跨膜压差为0.08 MPa、料液稀释倍数为3倍、操作温度50℃时,稳定通量维持在75 L/（h·m2）。通过超滤纯化制得的香菇多糖的纯度为89.7%,高效凝胶渗透色谱法测得平均相对分子量为2.27×106u,并对所得香菇多糖的光谱学性质进行了研究。     

鸡粪生物炭吸附固定铅的研究

随着规模化养殖的快速发展，畜禽粪便的产量随之增加，如何对其进行有效处理与资源化利用已成为研究热点。选取鸡粪为原料，在400 ℃下限氧热解制备生物炭（CMBC-400），探究其对水体中铅离子（Pb²⁺）的吸附性能。通过批处理试验考察吸附时间、Pb²⁺初始含量、吸附温度等因素对CMBC-400吸附Pb²⁺性能的影响，并利用吸附动力学、等温线和热力学计算模型对吸附数据进行拟合，进一步阐述吸附过程。结果表明，CMBC-400吸附Pb²⁺的过程更符合准二级动力学模型，表明该吸附过程的吸附速率主要受化学吸附控制；相比Freundlich和Dubinin-Radushkevich （D-R）模型，Langmuir等温线模型具有更高的拟合相关系数，表明CMBC-400表面均一，Pb²⁺吸附位点的吸附能大致相同；吸附热力学数据表明CMBC-400对Pb²⁺的吸附过程是自发的吸热反应。扫描电镜和X-射线衍射表征结果表明，CMBC-400主要通过在表面形成含Pb微晶的形式固定水体中的Pb²⁺。此外，向土壤中添加CMBC-400还可促进有效态Pb转化为稳定态，降低Pb的生物有效性。     

沼液板式超滤膜预处理试验研究

如何降低超滤膜污染程度至最低状态是一项重要课题,为了最大限度地降低浓差极化的影响,通过试验将超滤工艺应用于沼液膜过滤法浓缩液体有机肥工艺,选取某养殖场内沼液,在不同压强下,观察不同压力时板式超滤膜的通量变化和污染物去除、截留情况。结果表明:在0.05～0.25 MPa压力下,板式超滤膜初期通量下降迅速,10～30 min后,膜过滤通量下降变缓并趋于稳定,这一过程与膜通量衰减经验公式吻合较好;板式超滤膜的通量随着压力上升而增高,但增幅逐渐降低,膜截留率与压力变化关系不大,膜对COD去除率较高,约70%,对NH_4~+-N、K~+等小分子物质去除率较差,仅22%～40%,小分子营养物质保留充足;滤出液营养指标为有机质营养0.16%,无机总营养0.217%,N-P_2O_5-K_2O比例为10∶1.12∶6.04,营养比例关系较好,但有机质含量较低,需采用后续浓缩步骤。研究表明,板式超滤膜滤出液基本符合纳滤、反渗透进水水质离子和pH值等的要求。     

膜孔径对沼液超滤浓缩过程养分和污染物富集的调控作用

为确定适用于沼液浓缩的低污染高截留超滤（UF）膜孔径,选取鸡粪沼液为浓缩对象,采用膜孔径为500、100、50、30 KD的UF膜（平均膜孔径分别为20、6、4 nm和3 nm）进行浓缩处理,考察不同孔径UF膜对沼液浓缩过程中养分和风险污染物迁移的调控作用。结果表明：不同孔径UF膜的水通量均呈现快速降低-平稳-再降低的三段式现象,整体降低38%～49%,且低孔径膜下降更为明显。不同孔径UF膜对沼液中有机质的截留效果整体差异不显著,对TP、TN、TK等养分的截留率随孔径缩小而逐渐提高。同时,不同孔径UF膜对Ca、Mg、Fe和Zn 4种中微量元素的截留性能相似,对重金属和抗生素的截留性能也随孔径的缩小而逐步提升,对Cu和Pb的截留率均可达到100%。综合稳定水通量、养分截留和风险污染物富集,确定适用于沼液浓缩的UF膜孔径为100 KD。     

磁性海藻酸钠复合凝胶球的制备及对铅离子的吸附性能

  目的  磁性凝胶微球是新型吸附剂，其高效去除污染物的功能和重复利用性能受到热切关注，因此制备1种新型的磁性凝胶球极有必要。  方法  将离子共沉淀法制备的磁性粒子(MNP)用作载体进行硅烷化反应以合成具有氨基末端的磁性纳米颗粒(AM)。静电作用将海藻酸钠(SA)包覆在磁性颗粒表面，制备了1种富含氨基、羟基和羧基多官能团的新型磁性复合凝胶球(SA@AM)。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、元素分析仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描/透射电子显微镜(SEM/TEM)、振动样品磁力计(VSM)表征产物，并开展产物对重金属离子吸附性能研究。  结果  成功制备的目标功能复合凝胶球(SA@AM)呈顺磁性磁铁矿晶型，SA@AM凝胶球的尺寸为1.5~2.0 mm；MNP、AM、SA@AM的磁化值分别为13.8、13.4和6.85 A·m2·kg?1。吸附实验显示:SA@AM对重金属铅离子(Pb2+)表现出高效吸附能力，对Pb2+的最大吸附量为105.82 mg·g?1，吸附机理更符合Langmuir等温吸附模型。重复吸附-解吸实验表明:SA@AM对Pb2+的去除率≥76%。  结论  新型海藻酸钠磁性复合凝胶球对重金属Pb2+有着优异的吸附能力，同时磁性凝胶球有着良好的再生性能。图10表1参25     

pH 及蒙脱石投加量对其吸附沼液中碳氮磷和重金属的影响

以蒙脱石为吸附材料,研究了蒙脱石投加量、pH对其吸附沼液中COD、TN、TP、NH_4~+-N、Zn、Cu、Cr、As、Mn、Ni的影响,并阐述了吸附过程中沼液理化性质与重金属之间的关系。结果表明:蒙脱石投加量为0～50g/L时,COD、TN、NH_4~+-N、TP、Zn、Cu的吸附量随投加量增加逐渐降低,去除率先增加后趋于平衡,投加量为30g/L时吸附效果较好,为适宜投加量。pH为6.5～9.5时,蒙脱石对沼液中TP、Zn、Cu吸附作用较显著,最大去除率可达84.3%、86.8%、94.5%,但对TN、NH_4~+-N、Cr的吸附作用较差,综合吸附量和去除率,7.5～8.5是蒙脱石吸附沼液的适宜pH。Zata电位与电导率、COD、TP、TN、NH_4~+-N、Zn、Cu、Ni之间呈显著负相关,Zn与Cu和Cr与pH呈显著正相关,Cr与TP呈显著负相关,Cr与As不相关。     

基于氨氮低吸附的折流式沉降滤过装置去除沼液中悬浮物研究

以多级好氧折流沟串联沉降装置为基础，最大限度地保留沼液中氮素养分的同时，去除沼液废水中悬浮物。根据材料静态条件下等温吸附及解吸率结果，筛选氨氮低吸附填料，接着在动态条件下考察好氧折流沟内填料深度及运行时间对沼液中悬浮物去除效果与氨氮浓度的影响。结果显示，在人工沸石、河砂、石英砂和沙漠砂四种材料中，河砂的吸附强度、吸附指标及解吸值最低。选取河砂作为动态好氧折流沟填料，在水力负荷0.75 L/h、滞留时间24 h条件下，无填充、低填充、中填充及高填充对沼液废水中悬浮物最大去除量分别为4.8 g/L、5.1 g/L、8.1g/L和8.4g/L，最大去除率分别为38.0%、51.2%、86.1%和88.7%，而中、高两种填料深度对沼液废水中悬浮物去除量及去除率在第三、四取水口处无明显差异性(P>0.05)。介于应用中材料选取、用量及去除效果比较，河砂填料对沼液废水中氨氮浓度影响最小，建议采用河砂中填料深度的好氧折流沟处理沼液中悬浮物。     

改性沸石对猪场沼液氮磷吸附特性与机理分析

针对猪场沼液氮磷含量高、有机污染严重、难以处理的问题,采用经氯化钠溶液改性沸石为载体对沼液中氮磷吸附特性和去除机理进行分析研究,考察了沸石投加量、吸附时间、沼液初始浓度等影响因素。结果表明:当沸石投加量为每100mL10g、吸附时间48 h时,最大氨氮去除率可达90.66%,氨氮饱和吸附量可达1.43 mg·g-1,最大总磷去除率可达85.97%,磷饱和吸附量可达0.16 mg·g-1。吸附后的沸石污泥含有大量氮磷元素,是一种优质缓释肥料。Freundlich、Langmuir方程均能较好地解析改性沸石的等温吸附过程,其吸附动力学符合准二级动力学模型,R2均达0.98以上。沸石对猪场沼液中有机态氮磷去除主要基于物理性吸附和沸石中的活性基团与有机官能团所产生的配位络合,无机态氮磷则主要以离子交换及吸附沉淀方式得以去除。     

炉渣颗粒吸附剂对沼液吸附效果研究

以不同配比的炉渣和钢渣为原料,经混合、成球、焙烧制成炉渣颗粒吸附剂。通过静态吸附试验和动态吸附试验,考察了该吸附剂对沼液中NH+4 N、TN、TP和COD的吸附性能。结果表明,沼液的pH、吸附时间、沼液的浓度等因素对不同配比的炉渣颗粒吸附剂吸附沼液中TP均有显著影响。在适当条件下,不同配比的炉渣颗粒对沼液中的TP去除率均在90%以上。炉渣颗粒吸附剂对废水中TP的等温吸附规律可用Langmuir、Freundlich和Temkin模型进行较好的描述。动态吸附试验中废水中NH+4 N、TN、TP、COD去除率均在90%左右,其中以炉渣和钢渣质量比为4∶1(①号)的混合渣去除效果最好,平均去除率分别为99.24%、9675%、99.94%、89.71%,可达标排放。炉渣颗粒可以作为吸附材料处理沼液中的NH+4 N、TN、TP和COD。     

陶瓷膜用于有机硅废水除油纯化研究

采用陶瓷膜对有机硅废水进行除油纯化研究,分析膜通量随运行时间的衰减变化趋势,考察跨膜压差、膜面流速、浓缩倍数对膜通量的影响,确定恢复膜通量的方法,并比较两种陶瓷膜管的不同分离效果。结果表明,50 nm陶瓷膜能有效截留有机硅废水中的油类,过滤有机硅废水时平均通量达到340L/(m2·h),油去除率99%以上,满足后续生化处理需求。     

麦秆黄原酸酯的合成条件优化及其在去除沼液中重金属的应用

以麦秸秆为原料制备黄原酸酯类吸附剂,用以处理沼液中的重金属,通过正交实验考察了各种制备因素对铜离子去除率的影响,同时比较了两种用于去除沼液中重金属的工艺流程。结果表明,麦秆黄原酸酯的最佳合成条件为:5g麦秸秆,加入浓度25%的NaOH、0.2mLCS2、25mL1%的硫酸镁,黄化时间3h。沼液中4种重金属的去除率为50.62%~95.27%,去除顺序为Cd>Zn>Pb>Cu。多级过滤明显优于单级过滤,利用所设计的多级过滤滤柱,成功将废水中重金属浓度处理至工业废水排放标准。     

曝气池活性污泥胞外聚合物对pb2+、Zn2+、Cu2+的吸附研究

[目的]研究曝气池活性污泥胞外聚合物对Pb2＋、Zn2＋、Cu2＋的吸附能力。[方法]以曝气池活性污泥提取的胞外聚合物（EPS）作为吸附剂,研究了吸附时间、pH、EPS投加量、不同初始金属浓度以及Pb2＋、Zn2＋、Cu2＋3种金属离子共存等因素对其吸附Pb2＋、Zn2＋、Cu2＋的规律。[结果]吸附时间对EPS吸附Pb2＋、Zn2＋、Cu2＋的影响均为随着时间的延长,去除率不断增加,分别在30、60和20 min处达到吸附平衡。pH对其的影响均表现为在酸性条件下随着pH的上升,去除率先上升后又下降,当pH=6时,去除率均达最大,分别为52.17%、39.83%和65.45%,之后去除率均随pH的升高先下降后上升。随着EPS投加量增加,Pb2＋的去除率先增大后降低,其吸附量呈逐渐下降的趋势;Zn2＋的去除率和吸附量均逐渐减少,而Cu2＋的去除率和吸附量均逐渐增加。随着初始金属离子浓度的增加,EPS对Pb2＋、Zn2＋、Cu2＋的吸附量均逐渐增加,而去除率均逐渐减小。3种金属离子共存时,EPS对Pb2＋的去除率随着EPS投加量的增加先增加后降低,Zn2＋的去除率是逐渐降低的,Cu2＋的去除率先降低后上升,当EPS投加量〉17 ml后,Cu2＋的去除率远远高于Pb2＋和Zn2＋。[结论]该研究为含重金属废水处理提供理论依据。