模拟厌氧水稻土中氮、砷变化及迁移研究

矿渣和酸性矿山废水的排放会使矿区周围的农田受到污染。为研究厌氧条件下矿区农田中氮和砷之间的联系,本文通过摇瓶实验探究了含砷水铁矿在厌氧含氮农田中释放的砷形态的变化,通过柱实验探究了水稻生长对氮、砷形态和浓度的影响。研究结果发现,在厌氧条件下,外源氮的加入促进了砷污染水稻土中As(Ⅴ)的还原,使生成的As(Ⅲ)浓度最高达396μg/L;在柱实验模拟的厌氧农田不同层位中,水稻的生长过程促进了氮和砷的还原以及砷向下层位的迁移,使装置中的As(Ⅲ)浓度最高达517μg/L;摇瓶实验和柱实验在相近的厌氧条件下,NO^-₃的存在能够直接参与As(Ⅴ)还原。研究结果为农田砷污染的治理提供了一定的参考价值。     

环境中Al13的研究进展

铝的水解反应及其水解聚合铝形态的研究，特别是具有Keggin结构的Al13聚合形态一直是地球化学、环境科学、形态分析以及生物毒理学等众多领域的研究热点之一。综述了近20年来Al13的分析方法、形成和转化机制、影响因素以及动力学方面研究的进展。     

生物合成FeS及其稳定性柱迁移研究

金属纳米硫化亚铁(FeS)在重/类金属修复上具有广阔的应用前景。使用嗜酸性铁还原菌(JF-5)和硫酸盐还原菌(SRB)合成生物纳米FeS,探讨其自然沉降规律,并使用羧甲基纤维素钠(CMC)作为稳定剂,探讨CMC-FeS在石英砂柱中的迁移特性。结果表明,SRB和JF-5菌液在一定比例下混合即能生成纳米FeS,且当混合菌液中n(Fe)/n(S)=0.2时FeS生成量最多,颗粒物浓度达2 400 mg/L;FeS的自然沉降速率在0.1%CMC溶液中得到有效减缓。对流扩散模型能很好地描述CMC-FeS悬浮颗粒在石英砂柱中的迁移行为,相比于纯水-FeS体系(R²=0.20),其模型相关性最高达0.85;在90、180和360 mL/h这3种输入流速下,中等流速180 mL/h能够获得最佳渗透性,其渗透系数平均值为243.97 cm/h。实验结果表明,CMC-FeS的稳定性和迁移性较纯水-FeS均得到加强,可为土壤污染修复提供理论参考。     

骨炭钝化含黄铁矿多重金属尾矿的研究

钝化处理被广泛应用于含重金属尾矿的处理,可以从源头上防止酸矿废水(AMD)的产生,寻找一种价廉易得且对环境危害小的钝化剂十分必要。本文主要研究在骨炭作用下,用pH值为4的双氧水对黄铁矿进行氧化,探讨骨炭对黄铁矿氧化释放重金属的钝化作用。实验结果表明,添加不同含量的骨炭(分别为0.5、2.5和5 g)能将溶液的pH值分别提高到8.93、10.01和10.42,表明骨炭具有较强的中和能力,同时黄铁矿氧化释放的Pb、Zn和Cd等重金属离子浓度明显地降低。但当骨炭含量超过2.5 g时,对As有促进释放的趋势。红外光谱分析显示钝化后黄铁矿样品位于420、563、603、1 044、1 091 cm~(-1)处的特征峰主要来自PO_4~(3-)的振动,XRD进一步揭示了黄铁矿表面主要含磷次生矿物是磷铁矿和羟磷铁铅石,这些次生矿物对重金属钝化起着重要作用。因此,骨炭有望作为钝化含多重金属尾矿的钝化剂。     

嗜酸铁还原菌与生物氧化毒砂产物作用过程中砷释放行为

毒砂是常见的含砷硫化物矿物,其化学式为FeAsS,它的氧化还原过程密切与砷的释放和滞留有关。本次研究采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)和嗜酸铁还原菌(A.CryptumJF-5)分别代表生物氧化过程和还原过程,将其与毒砂连续作用30 d,从地球化学和次生矿物学角度讨论氧化还原过程对毒砂中砷释放的影响。结果表明,Thiobacillus ferrooxidans与毒砂作用30 d其砷的释放浓度要比非生物条件高3倍,生物氧化作用后的毒砂红外光谱、X射线衍射仪和扫描电镜同时显示出现结晶度更好的黄钾铁矾(KFe_3(SO_4)~2OH)_6。这些氧化蚀变后的毒砂再与A.CryptumJF-5作用30 d,高活性的JF-5(pH=2)要高于低活性的JF-5(pH=3)80 mg/L。这表明还原过程能够引起氧化过程中释放-再固定的砷从次生矿物中释放出来。这些还原次生矿物的红外光谱在793 cm~(-1)波数出现一个弱振动,XPS结果表明微生物还原过程引起砷的价态从As(V)变为As(III)。SEM电镜揭示还原过程引起次生矿物形貌出现明显的变化。     

氧化还原生物对石门雄黄矿区尾矿砷释放行为研究

对石门4处典型不同种类的含砷尾矿进行样品采集,并采用1种氧化菌(氧化亚铁硫杆菌,Thiobacillus ferrooxidans,简称T.f)和2种还原菌(硫酸盐还原菌,sulfate reducing bacteria,简称SR;嗜酸铁还原菌,Acidiphilium cryptum JF-5,简称JF-5)分别对其进行作用,据此研究生物还原和氧化条件下原生和次生含砷矿物的释砷情况,进而确定潜在的释砷风险。ICP-OES定量分析显示,3种细菌作用后,雄黄矿和雌黄矿的砷释出浓度都不断升高。168 h氧化菌T.f作用后的砷释出顺序为雌黄矿>淋滤液次生含砷矿物>雄黄矿>含砷夹矸尾矿。LC-AFS原子荧光分析释出液砷形态结果表明:①T.f作用后,雄黄矿和雌黄矿表现出非常明显的差异;1.5 h作用后4种含砷矿物释放As(Ⅴ)的顺序为含砷夹矸尾矿>雄黄矿>淋滤液次生含砷矿物>雌黄矿;②2种还原菌作用后,SR更能促进雌黄矿释放的As(Ⅲ),其释放量是JF-5的2倍;雌黄矿释出As(Ⅲ)在168 h达到20.64 mg/L(SR)和9.54 mg/L(JF-5)。96 h SR作用后4种含砷矿物释放As(Ⅲ)的顺序为雌黄矿>淋滤液次生含砷矿物>含砷夹矸尾矿>雄黄矿。96 h JF-5作用后4种含砷矿物释放As(Ⅲ)的顺序为雄黄矿>雌黄矿>含砷夹矸尾矿>淋滤液次生含砷矿物。     

湖南石门雄黄矿区黄水溪砷昼夜变化及藻对砷释放影响研究

湖南石门黄水溪受历史雄黄矿区污染严重,溪流中砷昼夜变化及藻-砷矿物水岩作用昼夜规律的研究对认识该流域中砷的迁移行为和控制污染具有重要意义。本研究野外调查了砷浓度的昼夜变化及其水化学参数,实验分离出黄水溪藻种并且模拟了光合作用下藻的生长与砷矿物(雄黄)释砷动力学过程。研究结果表明,黄水溪流中砷浓度范围在0.8～1.1 mg/L之间,夜晚降低,白天上升,且湖口处砷分层效应最为明显,温度、pH值、溶解氧及碳酸根含量与砷浓度变化规律一致,但叶绿素a和碳酸氢根含量与砷浓度变化规律相反;黄水溪藻种丰富,分离获得了小球藻、水绵、栅藻等多种藻类;在实验中,相比于纯雄黄,低浓度藻能够促使每克雄黄在48 h作用后释放182.1 mg的As(Ⅲ)和459.3 mg的As(V);中浓度藻存在显著的吸收现象,且As(Ⅲ)优于As(V);高浓度藻促进雄黄释放,显著提高As(V)释放量,是纯雄黄释放的2.9倍。本文实验结果表明,昼夜变化能改变砷的浓度和价态,其中藻的存在起着重要的作用。     

生物纳米FeS包覆层对灰岩中和能力的影响

本文采用硫酸盐还原菌(SRB)和嗜酸铁还原菌(JF-5)合成纳米FeS,并将其包覆在灰岩表面,采用溶解动力学实验研究了不同纳米FeS包覆层对灰岩溶解和中和能力的影响。结果表明,X射线衍射表面包覆层矿物为纳米的四方硫铁矿,光电子能谱(XPS)结果进一步显示包覆层中Fe的价态为+2,S的价态为-2;包覆层对灰岩的溶解有明显的钝化影响,中和能力随厚度的增加而降低,最厚包覆层的存在能够使最终中和p H值降低1.5个单位。利用Frick第一定律推导了包覆层存在下灰岩的溶解过程公式,建立了包覆层溶解动态模型。     

人工合成图水羟砷铁矾的矿物学研究

图水羟砷铁矾是目前发现的存在于酸矿废水中的唯一的亚砷硫酸盐含铁矿物,其化学式为Fe6(AsO3)4(SO4)(OH)4.4 H2O。图水羟砷铁矾对研究酸矿废水中砷地球化学以及冶金含砷废水处理都具有重要意义。本文通过恒温水浴反应器合成该矿物,首次采用红外光谱和拉曼光谱对其表征,结果表明:位于770 cm-1处的红外特征峰来自矿物中As—O伸缩振动;位于609、663、512、455和365 cm-1处的拉曼特征峰分别来自矿物中As—OH不对称伸缩振动、As—OH伸缩振动(υ3)、AsO33-不对称弯曲振动(υ4)(512和455 cm-1)和O—As—O弯曲振动;光电子能谱结果表明矿物中As为+3价,不存在更高氧化态。低pH值和高硫酸根有利于矿物获得较好晶形;矿物在pH>3出现不谐溶解,首次测定矿物溶度积常数(Ksp)为107.7,标准吉布斯反应自由能(ΔG0f)为-3 605 kJ/mol。     

POM海洋模式的并行算法

POM模式目前尚无正式发布的并行版本。通过对POM串行程序的数据流向分析,讨论了POM模式并行化所涉及的关键算法和主要技术问题;并基于消息传递接口(MPI),研发了POM模式的并行版本。测试结果表明,POM并行软件效率较高,达到了业务化要求,业已应用于国家海洋信息中心的再分析业务化系统中。