乳化植物油强化土著微生物修复中高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水

以天然细砂为微生物来源,模拟研究了乳化植物油强化原位生物修复中高浓度Cr（Ⅵ）污染地下水的可行性,考察了修复效果及修复过程中地下水质变化及产物的稳定性。结果表明,反应77 d后,Cr（Ⅵ）质量浓度分别从20.0、30.0、50.0、80.0、110.0 mg/L降低到0.0、5.8、19.0、43.6、65.8 mg/L,去除率分别为100.0%、80.7%、61.9%、45.5%、40.2%。反应后介质中Cr形态分析表明,其主要以能在自然条件下稳定存在的铁锰结合态和有机结合态形式存在。此外,随反应进行,实验体系逐渐呈弱酸性环境,pH为5.80~6.70。当Cr被完全还原后,体系会发生异化铁还原,Fe（Ⅱ）质量浓度逐渐升高,最高可达117.0 mg/L,最终形成二价铁矿物。综上所述,天然细砂介质中的土著微生物能够利用乳化植物油强化并还原地下水中的中、高浓度Cr（Ⅵ）,且产物能够在自然状态下稳定存在,修复过程对地下环境的影响较小。     

黄原胶改性微米铁修复地下水中Cr(Ⅵ)污染的试验

为了解决微米铁的重力沉降问题,提高微米铁修复地下水Cr（Ⅵ）污染的原位修复效果,本文利用黄原胶对微米铁进行改性,并通过沉降实验探究改性微米铁浆液的稳定性,同时选择Cr（Ⅵ）作为目标污染物,探究黄原胶改性微米铁去除地下水Cr（Ⅵ）污染的降解能力。实验结果显示：当黄原胶的投加质量浓度分别为0.0、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、6.0 g/L时,改性微米铁浆液的悬浮稳定性逐渐得到加强,在5 h沉降实验结束时,对应的相对分光光度值分别为0.05、0.25、0.46、0.57、0.65、0.73和0.87;黄原胶具有抑制微米铁吸附Cr（Ⅵ）的能力,其可促进Cr（Ⅵ）的还原,提高Cr（Ⅵ）的去除率;随着黄原胶投加质量浓度的增加,对应的Cr（Ⅵ）去除率分别为33.4%、41.2%、47.4%、51.1%、53.0%、63.9%和64.1%;6.0 g/L黄原胶改性的微米铁浆液具有最佳的悬浮稳定性,黄原胶的投加提高了微米铁的反应活性,但当黄原胶投加质量浓度超过3.0 g/L时,其对Cr（Ⅵ）的去除率没有显著提高;黄原胶投加质量浓度越大,黄原胶的缓冲作用就越明显。     

膨润土尾矿复合陶粒制备与Cr(Ⅵ)吸附性能

膨润土提纯后的尾矿主要含石英、斜绿泥石和白云母等矿物,以尾矿为主原料制备了复合陶瓷颗粒,采用XRD,IR和SEM探讨了烧结工艺对结构变化的影响,研究了复合陶瓷颗粒的组分变化、烧结温度、pH、初始浓度、吸附时间和温度对Cr(Ⅵ)离子吸附效果的影响,探讨了动力学和热力学变化。结果表明,烧结温度对吸附影响不大,烧结适宜温度为1000℃,陶瓷颗粒的主晶相为石英和硅灰石,表面为不均匀多孔结构。吸附的最佳吸附条件是pH值1、陶瓷颗粒用量1 g、吸附时间12 h及铬离子初始浓度100 mg/L,吸附率达96.33%。吸附行为符合准二级动力学方程,属于单分子层化学吸附;热力学数据说明,吸附反应为自发吸热反应。     

青海海晏海北化工厂地下水Cr(Ⅵ)污染机理及治理方案

为研究青海省海晏县海北化工厂地下水Cr(Ⅵ)污染治理方案,在深入分析青海省海北化工厂一带环境水文地质条件、历年地下水及地表水环境Cr(Ⅵ)监测资料、地下水Cr(Ⅵ)点状污染源现状规模、污染羽空间展布特征以及地下水污染途径等的基础上,分析了海北化工厂地下水Cr(Ⅵ)污染地下水污染机理。基于此,从保护水环境的角度,经多方案比选,推荐可渗透反应墙(PRB)技术为修复治理海北化工厂Cr(Ⅵ)污染地下水的最佳方案。     

某Cr(Ⅵ)污染场地修复的PRB反应材料及结构设计研究

渗透反应格栅(permeable reactive barrier,PRB)在国外被广泛应用于场地尺度的地下水污染修复,因其无须外源动力、不占地面空间、运行成本低等优势在国内受到广泛关注。不同场地水文地质条件、污染物类型、污染羽分布具有差异性,前期场地调查、反应材料的筛选、反应墙尺寸结构的设计对于PRB的有效运行至关重要。本文以PRB修复河南某Cr(Ⅵ)污染场地为例,详细阐述场地调查、材料筛选、材料反应参数确定、PRB结构优化等方面的研究过程及成果,可为后续PRB修复技术的应用提供参考。研究结果表明:PRB修复技术适用于该场地,铸铁与活性炭混合材料为最佳修复材料;反应门长40 m(反应材料厚2 m,上下游分别为2 m厚砾石层),东西两侧隔水墙长为60 m的U型漏斗-门系统型PRB,可有效捕获并修复污染羽,工程成本远低于连续反应墙式PRB,为该场地修复最优PRB结构类型。     

阴-阳离子有机膨润土制备及其吸附Cr(Ⅵ)的影响因素研究

本文采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)和十二烷基硫酸钠(SDS)对辽宁黑山膨润土进行不同工艺的阴-阳离子有机膨润土制备,探讨了阴-阳离子有机膨润土对Cr(Ⅵ)的吸附机理,并利用正交实验分析了各实验因子对Cr(Ⅵ)吸附效果的影响,为污染地下水修复技术PRB提供一种新的反应介质和技术参数。研究结果表明:阴-阳离子有机膨润土(Na-R-ACOMMT)吸附Cr(Ⅵ)是物理吸附和化学吸附联合作用的结果;pH值和投加量是影响Na-R-ACOMMT对Cr(Ⅵ)吸附效果的2个最主要的因素,尤其是pH值;Na-R-ACOMMT吸附Cr(Ⅵ)的最佳条件是投加10g/l 60~80目的样品,在40℃、pH值等于2、150r/min的环境下振荡60min,Cr(Ⅵ)去除率高达93.55%,且吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程。     

不同晶型羟基氧化铁(FeOOH)的形成及其在吸附去除Cr(Ⅵ)上的作用

羟基氧化铁(FeOOH)广泛存在于土壤、水体沉积物和矿山废水等环境介质中,通常以针铁矿、四方纤铁矿和纤铁矿等多种同质多像体形式存在.羟基氧化铁因具有稳定的化学性质、较高的比表面积和细微的颗粒结构,在重金属治理中被日益重视.由于矿物的环境功能与所形成矿物的性质如矿相、颗粒形貌及大小和结构界面特性密切相关,而矿物的这些性质又与其合成方法、条件密不可分,故本文介绍了羟基氧化铁的种类、结构组成、矿相稳定性及转化,重点对羟基氧化铁形成、制备方法或途径(水解沉淀、化学氧化、生物氧化与生物矿化和凝胶网格法等)及反应物和反应条件(铁盐种类、沉淀剂、pH值、温度、阴阳离子调节剂和表面活性剂等)对矿物产物性质的影响进行了综述,同时,对不同晶型羟基氧化铁在吸附去除重金属Cr(Ⅵ)上的作用的相关研究进行了概述.     

蒙脱石负载型零价铁纳米颗粒吸附水体中Cr(Ⅵ)污染物实验研究

零价铁纳米颗粒具有许多异于本体物质的独特性质,在废水处理方面应用潜力巨大。以蒙脱石为载体和分散剂,通过硼氢化钠液相还原法制备了零价铁纳米颗粒。采用电镜及多种谱学技术手段对所得铁纳米颗粒进行了表征。结果表明,铁纳米颗粒大致呈球状形貌,平均粒径约为55 nm,在蒙脱石表面分散良好,具有零价铁内核-铁氧化物外壳结构,提高了纳米铁在空气氛中的稳定性。通过批次实验考察了负载型铁纳米颗粒净化Cr(Ⅵ)的效率、过程及机理。净化效果受p H值影响显著,在最优p H值为1.0条件下,零价铁内核因其表面氧化膜酸溶而出露,可作为有效成分快速高效去除水体中Cr(Ⅵ)污染物,机理为零价铁将吸附至其表面的Cr(Ⅵ)异相还原为Cr(Ⅲ)而去除。属自发放热吸附过程,动力学行为符合准二级模型,吸附等温线可用Langmuir方程较好拟合。研究成果为新型纳米零价铁材料的制备及其铬污染治理提供了理论支撑。     

土壤中添加生物炭对Cr(Ⅵ)的迁移锁定作用研究

生物炭应用在土壤中具有CO₂减排、改善土壤性质等作用,研究表明生物炭土壤有助于农作物产量和质量的提高,同时对污染物有较好的吸附效果,能控制其迁移,但对于近年关注的土壤中Cr(Ⅵ)和生物炭的作用研究却很少。通过土柱淋滤实验,研究土壤中添加生物炭后对Cr(Ⅵ)的迁移影响,特别是对其进行模拟酸雨淋滤实验,进一步研究了生物炭土壤对Cr(Ⅵ)的锁定效果。结果表明：仅施加1%的生物炭,就能够大幅度提高土壤系统固定Cr(Ⅵ)的能力,小粒径生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附固定能力更加明显,在一定条件下是大粒径的固定吸附量的3倍,在酸雨淋滤作用下也不易解吸,说明生物炭的添加能有效抑制Cr(Ⅵ)在土壤中的迁移,起到原位锁定的作用,这对农田土壤开发治理提供了重要手段和依据。     

粘土对地下水中U(Ⅵ)的吸附作用及其污染控制研究

进行了U(Ⅵ)在粘土上吸附的批实验,其中,粘土样采自我国南方某大型铀尾矿库库底.实验结果表明,U(Ⅵ)在粘土上的吸附与浸泡液的pH值呈强烈的非线性关系,在pH值近中性时,U(Ⅵ)在粘土上的吸附达到了一个最大值,而在偏酸性或偏碱性条件下,U(Ⅵ)在粘土上的吸附迅速减少;运用表面络合理论建立了U(Ⅵ)在粘土上吸附的表面络合模型(DLM),该模型很好地拟合了实验数据.模型检验表明,它可以精确预测U(Ⅵ)在不同热力学条件下的吸附行为;此外,模拟结果表明,U(Ⅵ)的粘土上吸附在酸性条件下受固液比(M/V)影响明显,而在碱性条件下主要受浸泡液中HCO3-和CO2-3的控制.     

硫化纳米铁对模拟地下水中Cr(Ⅵ)的去除效果及影响因素

硫化纳米铁（S-nZVI）是一种具有壳核结构的新型纳米铁（nZVI）改性材料,在多种污染物的去除上表现出超越nZVI的反应活性。本文采用两步合成法制备了S-nZVI,并采用透射电镜-能量色散X射线（TEM-EDX）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱分析（XPS）方法对S-nZVI和nZVI进行表征,探讨了不同硫铁摩尔比（n（S）/n（Fe））、初始pH值、试剂投加量和地下水化学成分对nZVI及S-nZVI去除Cr（Ⅵ）的影响。结果表明：S-nZVI具有明显的壳核结构,其Fe⁰核外层包覆着非晶的硫化亚铁和多硫化物;S-nZVI去除Cr（Ⅵ）的最佳n（S）/n（Fe）为0.14;增加S-nZVI投加量会提高其对Cr（Ⅵ）的去除率,投加量相同时,S-nZVI对Cr（Ⅵ）的去除率显著高于nZVI;提高初始pH值时,S-nZVI和nZVI对Cr（Ⅵ）的去除率均逐渐降低,但在相同pH值条件下,S-nZVI对Cr（Ⅵ）的去除率和去除速率始终高于nZVI,尤其是在pH=5时,S-nZVI仍能去除100%的Cr（Ⅵ）,而nZVI只能去除85%;K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、NO₃^-和Cl^-对S-nZVI和nZVI去除Cr（Ⅵ）均有促进作用,但对S-nZVI体系的促进作用更强;HCO₃^-的存在会使溶液的pH值升高从而抑制S-nZVI和nZVI对Cr（Ⅵ）的去除,对nZVI的抑制作用强于S-nZVI。总体来说,S-nZVI对Cr（Ⅵ）的去除率在不同pH值和多种地下水化学组分影响条件下均高于nZVI,因此具有更广泛的应用前景。     

构建地下水污染防护与修复管理中的综合决策系统(英文)

试图阐述如何对一个国家或地区在可持续发展国策下优化资金及人力配置,采取必要的防护和修复地下水污染的可行措施,从而最大限度减少由地下水污染对人类及生态可能产生的危害。提出了一个管理地下水污染防护与修复的综合决策系统框架。该系统框架的构筑是基于资金及人力的有限性、系统优化原理、地下水污染对人类及生态可能产生的危害,地下水防护与修复的难度或费用高低、地下水保护的效益与价值,以及同时考虑满足可持续发展要求。其中,由不同地下水污染防护与修复措施产生的地下水污染危害减少量构成了优化分析的目标函数。有限资金的最佳配置是通过使目标函数的最大化,并满足所有的管理、资源等限制条件加以确定的。还就执行该决策系统框架中所需完成的主要任务及步骤给予简述,并就几个相关的前沿性问题加以探讨。     

煅烧铝柱撑蒙脱石材料结合态Fe(Ⅱ)对邻硝基苯酚的还原转化研究

通过铝盐与蒙脱石(Na-Mt)反应制备了铝柱撑蒙脱石(Al-Mt),同时采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)对在不同温度(200~600℃)下煅烧获得的铝柱撑蒙脱石产物(At-Mt-X)进行表征。探讨Fe(Ⅱ)与Al-Mt-X所形成的复合系统对邻硝基苯酚(2-NP)的吸附-还原降解行为,包括铝柱撑蒙脱石的煅烧温度、煅烧铝柱撑蒙脱石的表面酸位变化以及溶液pH值等条件对邻硝基苯酚还原转化的影响。结果表明,由于随着煅烧温度的升高,煅烧铝柱撑蒙脱石表面酸性位点会逐渐减少,使得其对Fe(Ⅱ)的还原性能增强;煅烧温度高于500℃时,煅烧改性产物与Fe(Ⅱ)形成的Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石复合系统显著提高了Fe(Ⅱ)物种的还原活性,因而有效增强对2-NP的还原降解。此外,Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石复合系统对2-NP的还原降解符合准一级反应动力学方程,表观速率常数(k)随pH值和铝柱撑蒙脱石煅烧温度的升高而增大。作为一种功能性矿物材料,煅烧铝柱撑蒙脱石在缺氧环境下能有效促进吸附态Fe(Ⅱ)物种对污染物的还原降解,煅烧温度与pH值是其中两个重要的制约因素。     

硫化纳米零价铁去除水中Cr(Ⅵ)的过程与机制

以连二亚硫酸钠为硫源,七水合硫酸亚铁为铁源,利用一步硫化法制备硫化纳米零价铁(S-nZVI),并用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等,研究S-nZVI表面形貌及元素化学形态等关键特性;以Cr(Ⅵ)为目标污染物,考察溶液初始pH值、材料投加量和Cr(Ⅵ)的初始浓度对去除效果的影响,分析S-nZVI去除Cr(Ⅵ)的机理。表征结果表明,S-nZVI是Fe(0)和FeS共存的材料,且以Fe(0)为主,其饱和磁场强度为83.5 emu/g。溶液初始pH值、材料投加量能影响S-nZVI对Cr(Ⅵ)的去除。当投加量为0.5 g/L、pH值为2、Cr(Ⅵ)初始浓度为20 mg/L时,在5 min内可以达到反应平衡,去除率可达98%。S-nZVI对Cr(Ⅵ)的去除符合准二级动力学方程,去除机理包括吸附、还原与共沉淀等作用。     

溶解性有机质协同针铁矿光催化还原Cr(Ⅵ)的行为与机理研究

在上覆水体中，太阳光驱动下溶解性有机质与矿物之间的相互作用对污染物迁移转化行为的影响及其机制尚未引起足够的重视。本文以富里酸和针铁矿分别作为溶解性有机质和半导体矿物的代表，建立实验室光催化体系，系统探究了富里酸影响针铁矿光催化还原六价铬[Cr(Ⅵ)]的行为和机理。结果表明，与光照-针铁矿体系相比，光照-针铁矿-富里酸体系对Cr(Ⅵ)的去除率由19.8%提高至68.7%,故富里酸显著提高了针铁矿光催化还原Cr(Ⅵ)的能力，增强机制主要归结于富里酸提高了针铁矿产生光生电子的能力。此外，被还原的部分Cr(Ⅲ)与针铁矿表面羟基结合形成稳定的CrO(OH),并固定在针铁矿表面。这一成果可为半导体矿物在酸性矿山废水治理中的应用提供理论依据。     

锌类质同像置换对Fe(Ⅱ)与磁铁矿共存体系去除Cr(Ⅵ)活性的制约

游离态Fe(Ⅱ)与磁铁矿的相互作用对环境污染物具有较强的还原活性。在自然界中,磁铁矿结构中的Fe2+和Fe3+常被过渡金属类质同像置换,显著改变磁铁矿的结构特征,物理化学性质和表面反应性。本研究考察了锌类质同像置换对磁铁矿与Fe(Ⅱ)共存体系去除Cr(Ⅵ)活性的制约及其机制。系列锌置换磁铁矿(Fe3-xZnxO4,x=0,0.25,0.49,0.74和0.99)用共沉淀法制备,并用XRD、TG、比表面积、酸碱滴定等方法进行系统的结构和物理化学性质表征。研究结果表明:系列锌置换磁铁矿样品具有尖晶石结构,Zn置换没有明显改变磁铁矿的晶体结构。比表面积和表面位密度随Zn置换量的提高而逐渐增大。在中性条件下,Cr(Ⅵ)快速吸附到磁铁矿表面,然后逐渐被磁铁矿及其表面吸附态Fe(Ⅱ)还原,最终固定在磁铁矿表面。随着Zn置换量的增加,磁铁矿与Fe(Ⅱ)共存体系对Cr(Ⅵ)的去除效率呈现先降低,后提高的变化趋势,这主要归因于共存体系对Cr(Ⅵ)还原能力的降低和吸附能力的提高。     

磁性生物炭基Bi2WO6光催化去除水中四环素和Cr(Ⅵ)的性能与机制

为实现水环境中抗生素和重金属的高效去除,采用水热法构筑了一种集高效吸附性、可见光催化性以及磁回收性于一体的磁性生物炭基钨酸铋光催化剂(BC@ZFO/BWO)。实验结果表明,磁性生物炭(BC@ZFO)掺杂量的质量分数为25%时,BC@ZFO/BWO的吸附性能和光催化活性最佳,在120 min内,对20.00 mg/L四环素(TC)吸附率为58.38%;在光反应60 min内,对20.00 mg/L TC和Cr(Ⅵ)去除率分别为95.36%和98.04%。ESR测试结果表明,在光催化反应过程中·O^-₂和·OH发挥了主要作用。重复利用实验表明,质量分数为25%的(BC@ZFO)/BWO具有良好的稳定性与磁回收性。可见,相比于传统的钨酸铋光催化剂,BC@ZFO/BWO光催化复合材料的构建,提升了光催化剂对水中有机污染物和重金属的氧化还原能力,为水污染修复和粉末催化剂的回收提供了新思路。