Fe0修复重金属铬铅复合污染水体的研究

为研究在水体复合污染情况下,零价铁去除污染物的效果与污染物单独存在时的差异,通过批试验考察了零价铁去除铬铅复合污染的效果及影响因素,比较了零价铁去除铬铅复合污染的效果与单独污染时的差异,研究了在复合污染下,零价铁去除污染物的动力学模型.结果表明:在铬铅复合污染条件下,零价铁能够有效地去除污染水体中的污染物,去除率随铁粉投加量的增加或初始pH的下降而升高;相同反应条件下,零价铁对六价铬的去除率高于铅;复合污染时零价铁对六价铬的去除率略小于单独污染时,但对铅的去除率与单独污染时相比明显降低:复合污染时零价铁对铬、铅的去除符合准一级动力学模型,且随铁量增加或溶液初始pH上升,反应速率常数增大.零价铁能够快速有效地去除污染水体中的铬铅复合污染,去除率受铁粉投加量及反应液初始pH的影响;铬铅复合污染对零价铁去除六价铬的影响不大,但却使零价铁对铅的去除率明显降低;复合污染时零价铁对铬、铅的去除符合准一级动力学模型.     

纳米Fe0/Fe3O4复合体系对溶液中PCB77的降解研究

研究了纳米Fe0与纳米Fe3O4单一与复合体系对溶液中PCB77的降解动力学,以及影响降解效率的不同因素.结果表明,投加纳米Fe0对PCB77有显著的降解效果,反应240 min后PCB77残留率为8.94％;投加纳米Fe0同时配以不同比例的纳米Fe3O4能明显影响PCB77的降解速率,纳米Fe0/Fe3O4投加比例为1∶0.1、1∶0.2和1∶1时,PCB77的残留率分别为6.46％、10.23％和38.20％.溶液pH对纳米Fe0/Fe3O4复合体系降解PCB77具有较大的影响,当溶液pH为6.8时,纳米Fe0/Fe3O4复合体系降解PCB77的效果最好.纳米Fe0Fe3O4复合体系对PCB77的降解是一个还原脱氯的过程,随着PCB77残留率的减小,氯离子浓度不断增大,同时反应体系中氧化还原电位不断降低.研究结果将为环境中残留PCBs提供一种高效去除方法,并为PCBs污染水体和土壤的修复提供理论依据.     

Fe0去除地下水中六价铬的研究

为了研究零价铁去除水中Cr(Ⅵ)的效果及影响因素。在实验室条件下,通过批试验,考察了铁粉预处理、铁粉用量、初始pH及阳离子对六价铬去除的影响。结果表明:零价铁能够有效、快速的去除污染水体中的六价铬,机理为氧化还原和共沉淀;其去除率受铁粉预处理、铁粉投加量、初始pH及阳离子的影响;在酸性条件下,Fe2+浓度可以作为六价铬是否完全去除的指示剂。     

矿物粉体对水体的活化作用

通过简单方法将电气石粉体和磷酸盐粉体包覆成小球,研究了两种复合小球对水体的溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)含量和pH值的影响,发现两种复合小球均能使水体DO值增大,且具有缓释、立体增氧和长时间维持增氧效果的功能;电气石颗粒的电极性影响水体的氧化还原电位,调节溶液pH值趋向弱碱性;经磷酸盐复合小球处理后的水体pH值减小,并从理论上对上述试验结果进行了探讨.     

功能纳米材料在重金属污染水体修复中的应用研究进展

重金属污染对水体生态和人体健康会造成严重危害,通过纳米材料来去除重金属是一个简单便捷的方法,受到了广泛的关注以及研究。本文主要综述了纳米零价铁、铁氧化物、硫化铁、碳纳米管、石墨烯、锰氧化物、铝氧化物、二氧化钛、聚合物纳米材料和壳聚糖纳米材料等几种纳米材料对水中重金属污染修复研究进展。对它们去除重金属的机理也进行了探讨,纳米材料对重金属的去除机理主要包括物理吸附、化学吸附、氧化还原、光催化还原以及共沉淀等。并通过表格的形式对它们的优缺点、机理以及改进方法进行了总结归纳。同时,本文对影响重金属去除的几个因素(溶液pH值、重金属浓度、吸附时间、温度、纳米材料性能、离子强度以及共离子影响)进行了归纳总结。最后,对未来纳米材料在修复重金属方面的研究进行了展望。     

紫外光照和Fe(Ⅲ)存在下苯酚氧化与Cr(Ⅵ)还原的协同作用

研究了紫外光照下Fe(Ⅲ)为光催化剂促进苯酚(C6H5OH)与Cr(Ⅵ)氧化还原反应作用机制及其影响因素。结果表明:200μmol·L-1Fe(Ⅲ)存在下初始浓度为200μmol·L-1苯酚的氧化速率和初始浓度为200μmol·L-1Cr(Ⅵ)的还原速率均得到明显提高,平均速率分别为3.4和4.0μmol·L-1·min-1,均比无Fe(Ⅲ)时的速率提高了1倍;降低溶液pH值有利于反应速率的增加,但温度的变化对反应速率影响不显著。增加初始Fe(Ⅲ)和苯酚浓度,同样能有效提高Cr(Ⅵ)的还原速率。Cr(Ⅵ)还原和苯酚的氧化均符合一级反应动力学规律。     

小麦新鲜根系铁氰化钾还原酶与氢、钾跨膜运输的关系

为研究麦根质膜氧化还原反应与钾离子吸收的关系,比较不同基因型小麦吸钾差异,以水培和短期生物吸收试验方法,检测到小麦根系铁氰化钾还原酶的存在,而且不同品种铁氰化钾还原酶还原活性不同。反应液中由于根系内外质子和钾离子的迁移,加与不加铁氰化钾,不同品种根系都引起了溶液pH的改变,但外部电子受体Fe(CN)63-的存在即铁氰化钾还原酶底物的存在加强了溶液pH改变(更多为降低)的程度。铁氰化钾还原也明显影响了根系钾离子的吸收或外排动态,但不同品种影响不同。小麦根细胞膜氧化还原系统明显影响质子和钾离子的跨膜运输,不同品种影响不同。     

高锰酸钾氧化-电动强化修复Cr（Ⅲ）污染土壤

铬渣污染土壤中三价铬[Cr(Ⅲ)]比例较高,为解决常规电动修复方法对Cr污染土壤中Cr(Ⅲ)去除效率低的问题,提出了高锰酸钾氧化-电动强化修复技术。以配制的Cr(Ⅲ)污染高岭土和国内某铬渣污染场地土壤为研究对象,施加1 V·cm-1直流电压,采用阴极添加KMn O4溶液的形式氧化Cr(Ⅲ),试验运行96 h。试验结果表明:通过高锰酸钾氧化,高岭土配土组的总铬去除效率从对照组的32.4%提高到78.4%,铬渣污染土壤组从对照组的20.9%提高到42.6%,添加KMn O4溶液浓度增加,去除效率提高。在电场作用下,阴极加入的高锰酸钾以阴离子形式在土壤中向阳极迁移,Cr(Ⅲ)以阳离子形式向阴极迁移,部分Cr(Ⅲ)形成沉淀吸附在土壤中。高锰酸钾迁移过程中把部分Cr(Ⅲ)氧化为六价铬[Cr(Ⅵ)],Cr(Ⅵ)以含氧阴离子的形式向阳极迁移,Cr(Ⅵ)迁移性好于Cr(Ⅲ),有效控制了Cr(Ⅲ)形成沉淀,从而促进Cr的去除。研究表明,高锰酸钾氧化-电动强化修复技术能显著提高铬的去除效率。     

室内模拟水华蓝藻对沉积物中Cd迁移释放的影响

室内模拟太湖沉积物中重金属Cd在蓝藻水华爆发时的迁移释放,通过研究水华蓝藻的主要藻种群铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的生长对沉积物-水界面环境条件(如pH值、溶解氧、氧化还原电位)和不同深度沉积物氧化还原电位的影响来进一步分析铜绿微囊藻爆发时对沉积物中Cd迁移释放的影响.结果表明,铜绿微囊藻生长影响了界面pH值和溶解氧条件,改变了不同深度沉积物中的氧化还原电位,提高了Cd从沉积物内部向水体系中扩散的速率,铜绿微囊藻能够吸附上覆水中的Cd进而影响Cd在沉积物-水界面的交换.     

人工湿地氧化还原特征及其与微生物活性相关性

在水力负荷为800 mm/d的运行条件下,研究了复合垂直流人工湿地中试系统不同功能层面的氧化还原特征、好氧微生物数量、基质的耗氧速率及氧化还原酶类活性的分布特点。结果表明:各功能层面的氧化还原电位、好氧微生物数量、耗氧速率表层最高,并且随着基质深度的增加逐渐降低。除过氧化物酶外,氧化酶活性表现为表层高于中下层;而硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等活性变化趋势则相反。同时,氧化还原电位与基质中细菌、真菌、放线菌的数量、耗氧速率等存在显著正相关关系;氧化还原电位与多酚氧化酶、过氧化氢酶、脱氢酶等氧化酶活性也存在显著正相关,而与下行流池的硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等还原酶类存在显著负相关关系。     

受污染地下水可渗透反应墙修复技术研究

以垃圾渗滤液污染的地下水为研究对象,分别用铁粉、沸石和活性炭及其混合物为反应介质,设计了5种不同介质及配比的PRB反应器,进行了实验室模拟研究。结果表明,以铁粉和活性炭为介质的2种反应器,对COD的去除率分别平均达到89%和90%;以铁粉和沸石为介质的2种反应器,对氨氮的去除率都达到90%以上,在反应器中沸石含量相同的情况下,Fe0含量越高对氨氮的处理效果越好;活性炭与铁粉的比例较高的反应器,对氨氮的去除率也达到90%;以铁粉和活性炭为反应介质的反应器对总磷的去除率也达到85%以上。     

还原铁粉反应柱去除地下水中硝酸盐氮的研究

利用还原铁粉反应柱初步研究了对影响硝酸盐氮去除的反应因素，讨论了初始pH值和溶解氧对反应的影响，并研究了柱子的运行周期和对实际地下水的处理效果。结果表明，酸度是影响反应的主要因素，初始pH为2时，去除率可达到90％以上；溶解氧对硝酸盐氮的去除没有太大影响。该反应柱处理实际地下水也达到了较好的去除效果。     

零价纳米铁批处理水中Cr（Ⅵ）的研究

[目的]研究纳米零价铁（NZVI）对水中Cr（Ⅵ）的脱除效果及影响Cr（Ⅵ）脱除的主要因素。[方法]以Cr（Ⅵ）为研究对象,采用NaBH4液相还原Fe3＋制备纳米级零价铁（NZVI）,分析了0.01、0.03、0.04、0.05、0.07 g的NZVI对初始浓度为10.0、20.0、30.0、50.0、70.0 mg/L,温度分别为15、20、25、30、40℃,pH分别为3、5、7、8、9条件下的Cr（Ⅵ）去除率的影响。[结果]纳米零价铁可在极低投加量下有效去除溶液中Cr（Ⅵ）,在25℃、pH为5、常压、恒温振荡器转速200 r/min、NZVI加入量0.05 g/100 ml的条件下,水体中20 mg/LCr（Ⅵ）的去除率大于90%。[结论]纳米零价铁能快速去除水体中Cr（Ⅵ）,溶液pH,Cr（Ⅵ）初始浓度,温度,投加量等是影响Cr（Ⅵ）脱除的主要因素。     

还原铁粉去除地下水中硝酸盐氮的研究

地下水中硝酸盐氮的污染问题变得日益突出,为此以100～200目的铁粉为还原剂,采用静态试验方法研究了不同pH值、硝酸盐氮初始浓度、溶解氧、铁粉表面预处理及铁与硝酸盐氮的质量比等因素对硝酸盐氮去除率的影响。结果表明,溶液的初始pH值对硝酸盐氮的去除影响很大,pH>4时,铁粉几乎不与水中硝酸盐氮进行反应;铁粉经过表面处理后在同一时刻内对硝酸盐氮的去除率提高1倍多;铁与硝酸盐氮的最佳质量比为200∶1;溶解氧对硝酸盐氮的去除没有太大影响;反应产物主要是氨氮。     

改性木屑处理含铬废水的研究

采用磷酸改性木屑后用于含铬废水吸附处理,探讨废水pH值、处理时间、木屑投加量、处理温度4个因素对铬去除率的影响;并拟合25℃改性木屑吸附处理含铬废水的动力学、等温线方程,估算热力学数据。结果表明:木屑对含铬废水有较强去除力,改性木屑去除力加强;改性木屑处理20ml浓度为50mg/L含铬废水的适宜条件为pH值=1～4,处理时间90min,木屑投加量1g,处理温度20～30℃;改性木屑吸附处理含铬废水的动力学特性符合颗粒内扩散方程和二级吸附速率方程;吸附等温线方程符合Langmuir吸附;25℃吸附过程ΔH=-20.489kJ/mol,ΔS=-78.426J/(mol.K),ΔG=2.89kJ/mol。     

硫酸盐对土壤铁矿物还原转化及砷释放的影响

为研究硫酸盐对受酸性矿山废水污染土壤中Fe和As转化释放的影响,设计开展灭菌、非灭菌和加硫非灭菌3组淹水释放实验,在厌氧手套箱中连续处理30 d,每5天取样一次,测定上清液pH、氧化还原电位(Eh)、Fe(Ⅱ)和As浓度,以及土壤中盐酸提取态Fe(Ⅱ)和As的含量。结果表明:实验初始阶段,在微生物的作用下,土壤悬液pH升高、Eh降低,硫酸盐的添加会增强这一趋势。实验前5 d为铁矿物还原转化阶段,土壤中Fe和As活化速率较高,释放速率也较大,硫酸盐的加入会增大活化释放量。之后,随还原性增强,硫酸盐大量被还原,亚铁硫化物矿物生成,土壤中的铁矿物被继续活化但速率降低,加硫非灭菌组仍有较高的活化量,同时土壤被活化的As含量减少,释放Fe和As的过程被抑制,促使溶液中Fe(Ⅱ)和As的浓度降低。实验后15 d,虽然受生成铁矿物沉淀的控制,溶液Fe浓度能够持续维持在较低水平,但As浓度却持续增加,硫酸盐的加入会增加As的释放量。     

人工湿地野茭白对酸性重金属废水的处理效能研究

[目的]为利用人工湿地处理酸性重金属废水提供理论依据。[方法]通过盆栽试验,研究了人工湿地种植野茭白对酸性含铁、锰、总铬等重金属废水的处理效果。[结果]在试验时间内（7d）,低浓度（铁≤800mg/L、锰≤524.8mg/L、总铬≤40mg/L）重金属废水的pH值由2上升到7左右;废水中铁、锰、总铬的浓度分别下降到5.0、5.0、1.5mg/L,达到污水综合排放标准。而当废水中重金属浓度较高时,需延长处理时间。重金属浓度较低时,湿地系统对铁、锰、总铬的去除率分别达到98.4%,81.2%和99.5%以上。[结论]人工湿地种植野茭白可不同程度降低废水中重金属的含量,实现工业废水的达标排放。     

柠檬酸对纳米氧化铁诱导水稻根表铁膜形成及对水稻铁吸收转运的影响

本研究利用水培模拟实验探讨了柠檬酸对纳米氧化铁(NPs,γFe_2O_3)诱导水稻根表铁膜的影响,同时研究了其对铁(Fe)在植株体内吸收转运的影响。结果表明,低浓度柠檬酸包被和未包被处理NPs能够显著增加水稻根生物量,但对水稻地上部生物量影响不显著。NPs能够诱导根表铁膜形成,然而铁膜量随着柠檬酸浓度增加而下降,可能是由于柠檬酸降低NPs的Fe2+释放量造成的;但是2.10 mg·L~(-1)柠檬酸包被NPs能显著提高根表铁膜量。根表铁膜主要以无定型为主(除柠檬酸包被处理外),晶格态仅占铁膜总量的24.88%~48.12%;其中,由于根表铁膜的晶格构造与NPs类似,可能晶格态铁膜主要来源于NPs的直接吸附沉淀。柠檬酸的加入显著降低Fe在根表和根中累积,但是增加了Fe在地上部的累积;然而,柠檬酸包被NPs处理能够增加Fe在根表和植株地上部的累积,但降低Fe在根系中的累积。2.10 mg·L~(-1)柠檬酸(包被和未包被NPs处理)能够减弱Fe从根表向根内的转移,但是增强了Fe从根向地上部的转移。不同NPs处理条件下,Fe在水稻植株不同部位均存在富集现象,根表和地上部的富集系数显著高于根内。     

沸石-纳米零价铁的制备及其对溶液中Cu2+的吸附研究

采用液相还原法制备沸石-纳米零价铁复合材料,并通过添加不同质量的沸石得到不同铁与沸石比例的沸石-纳米零价铁复合材料(Z-nZVI),考查了不同比例复合材料对Cu~(2+)的吸附效果,确定最佳铁与沸石比例为1∶6,并对该比例材料、纳米零价铁与沸石进行了性状表征(包括:TEM、XRD及BET)。该比例复合材料对Cu~(2+)的吸附动力学实验结果表明,其吸附平衡时间约为1 h;动力学方程拟合结果表明,该材料的动力学过程更符合准二级动力学方程,且平衡吸附量达到515.46 mg·g~(-1)Fe0;对等温吸附实验数据进行Langmuir和Freundlich拟合结果表明,Langmuir方程更适用于描述沸石-纳米零价铁对Cu~(2+)的吸附。比较而言,沸石-纳米零价铁(1∶6)对于Cu~(2+)的吸附效果要优于纳米零价铁并远高于沸石。三因素三水平正交试验(溶液温度:25、35、45℃;pH:3、4、5;ZnZVI添加量:0.1、0.14、0.21 g·40 m L~(-1))结果表明,铁沸石比为1∶6的沸石-纳米零价铁对Cu~(2+)的最优吸附条件为:温度45℃,pH 3,Z-nZVI添加量0.21 g·40 m L~(-1)。上述结果表明沸石-纳米零价铁可应用于水体中Cu~(2+)的去除。