Fe(Ⅱ)对CANON工艺处理城镇污水脱氮性能的影响

全程自养脱氮(CANON)工艺,作为新型脱氮工艺应用于城镇污水深度脱氮过程中,有望降低污水处理的运行费用。考察了亚铁离子[Fe(Ⅱ)]对CANON工艺启动及稳定运行时脱氮性能的影响。结果表明:15~23℃条件下投加6.3 mg/L Fe(Ⅱ)时,可有效启动并稳定运行CANON工艺处理城镇污水,该工艺氮去除负荷(NRR)、总氮去除率(TNRE)和氨氮去除率(ARE)分别为(4.8±1.1)g-N/(L^(3)·d)、(97±1)%和(44.2±9.3)%;相关性分析表明,通过调控Fe(Ⅱ)投加量可有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性;本次优化的Fe(Ⅱ)投加量为6.3 mg/L,其对CANON工艺脱氮性能的影响机制与CANON工艺中功能微生物活性的提高、Fe(Ⅱ)与进水氨氮及其他氮化合物的循环反应、铁型反硝化过程以及铁型厌氧氨氧化过程的耦合有关。

含Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅶ)废水处理技术研究进展

阐述了含锰废水的来源及危害,以Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)为研究对象,从化学、物理化学、生物处理及多技术耦合处理四个方面,详述了目前国内外对含Mn(Ⅱ)废水处理技术的研究现状;并概述了吸附法和螯合絮凝法对Mn(Ⅶ)的去除性能及发展趋势。对各种除锰技术的优缺点进行对比分析,并对含锰废水处理技术的发展前景作出展望。

羟基磷灰石复合腐植酸及其对Mn(Ⅱ)的去除

以硝酸钙和磷酸氢铵为原料,采用化学沉淀法成功合成羟基磷灰石(HAP),并将其与腐植酸(HA)复合,制备出复合吸附剂HAP-HA。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、比表面积及孔径分析、差热-热重分析(TGDSC)及扫描电镜(SEM)等方法对样品进行表征。结果表明:腐植酸成功负载到羟基磷灰石上;HAP-HA孔径主要分布在3~5 nm,比表面积较大,且具有较好的稳定性;HAP-HA表面粗糙不平、孔隙较多,这增大了比表面积,为重金属离子提供了大量的活性位点。以Mn(Ⅱ)为目标污染物,将Mn(Ⅱ)的去除率作为指标,通过吸附实验考察吸附剂HAP-HA对污染物的吸附性能。结果表明:在常温、pH为8.0、投加量为0.15 g、吸附时间为150 min的条件下,吸附剂HAP-HA对Mn(Ⅱ)的去除率最高,可稳定达到99.0%以上;该吸附过程符合Freundlich等温吸附模型。同时,对吸附后的吸附剂进行脱附及再生吸附实验,以NaOH溶液作为洗脱剂可取得较好的脱附效果,脱附效率可达78.1%,再生循环吸附6次后HAP-HA仍具有良好的吸附性能。

复合材料HAP@nZVI对Mn(Ⅱ)的吸附性能与机理

使用液相还原法制备羟基磷灰石与纳米零价铁(HAP@nZVI)复合材料,采用实验室静态批试验探讨其对模拟Mn(Ⅱ)污染地下水的处理效果及机理。表征结果显示,HAP@nZVI复合材料表面分布不均匀、松散多孔,nZVI不均匀分布在HAP表面及空隙中。静态批试验结果表明,在溶液pH=5、复合材料用量0.36 g·L^(-1)、反应时间t=180 min条件下最有利于HAP@nZVI复合材料对Mn(Ⅱ)的吸附,在该试验条件范围内,Mn(Ⅱ)最大吸附量达到31.4 mg·g^(-1),准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型可以较好地描述HAP@nZVI复合材料对Mn(Ⅱ)的吸附过程,吸附过程属于单层吸附且主要为化学吸附。反应后复合材料整体结构没有发生较大改变,-OH、Fe-O、P-O基团均参与了反应。XPS表征可以进一步证实HAP@nZVI对锰的吸附机理,O 1s和P_(2)p的结合能发生位移表明有表面络合作用发生;铁的溶出以及Fe^(0)消逝表明存在氧化还原反应;Ca_(2)p轨道的峰强降低说明存在离子交换。最后,将HAP@nZVI复合材料与已报道的吸附剂对锰离子的吸附性能进行对比,结果表明本研究制备的材料吸附性能良好。

Fe(Ⅱ)投加时序对硫酸盐还原菌处理不同形态As或Sb的影响

在硫酸盐还原菌(SRB)基质中按照不同时序加入50 mg/L Fe(Ⅱ)及不同形态的As或Sb(初始质量浓度均为5 mg/L),设计4个处理(T1,同时加入As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)和Fe(Ⅱ);T2,提前2 d加入Fe(Ⅱ)后再加入As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ);T3,同时加入As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)和Fe(Ⅱ);T4,提前2 d加入Fe(Ⅱ)后再加入As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)),分析实验过程中基质pH、氧化还原电位、光密度(OD_(600))、总碱度、SO_(4)^(2-)、硫化物、Fe、As或Sb含量等随时间的变化,以明确Fe(Ⅱ)对As、Sb的去除效率及机制的影响。结果表明,在硫化物较为充足的基质中(硫化物残余量>8 mg/L),各处理7 d时Sb的去除率均可达98%以上,As的去除率则为38.42%~87.36%,实验后期基质中As、Sb出现复溶,总体上Sb较As易固化;Fe(Ⅱ)提前加入有助于As、Sb的去除,但相较于Fe(Ⅱ)的投加时序,As、Sb自身形态对去除效果的影响更为显著,As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)比As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)具有更快的去除速率和更高的去除率,14 d后T3、T4的Sb残余量低于检出限,As的残余量则分别为1.94、0.62 mg/L。因而,通过硫还原作用处理含As、Sb废水时,除了通过添加适量Fe(Ⅱ)提高去除率,还需采取适当的措施促进As、Sb还原,以取得更为显著的固化效果。

Fe(Ⅱ)浓度及时序性对硫还原作用去除水体中Sb或As的影响

通过批处理实验模拟的方法在微生物硫还原反应器中按照不同时序加入不同浓度的Fe^(2+)(初始浓度设为10、20、50、100、200、500mg/L)及不同形态的锑(Sb)或砷(As)(Sb(Ⅴ)+As(Ⅴ)或Sb(Ⅲ)+As(Ⅲ),初始浓度均为5mg/L),分析Sb或As加入后0.5h及7d内基质pH、氧化还原电位值(Eh)、总碱度、SO_(4)^(2-)、硫化物等理化指标的变化以及Fe、Sb或As含量的变化,以明确Fe^(2+)浓度及(类)金属加入的时序性对微生物硫还原作用去除水体中Sb或As效率及机理的影响。结果表明,相较于元素的加入时序,Fe^(2+)浓度对处理效果的影响更为显著,低浓度(≤20mg/L)对As的去除没有明显的促进作用,较高浓度(≥50mg/L)则能显著提高As的去除效率;而所有处理中Sb的去除率均达95%以上,使得时序性及Fe^(2+)浓度对于Sb去除的影响较难界定。在微生物硫还原作用处理含有Sb或As的废水时,应考虑添加Fe^(2+)来提高去除效率,而在通过强化微生物硫还原作用治理Sb或As污染的沉积物或壤土时,也需把含铁矿物的环境行为考虑在内,以取得更为显著的治理效果。

间歇性投加Fe(Ⅱ)控制陶瓷膜MBR膜污染的机理分析

以陶瓷膜膜生物反应器(MBR)为研究对象,考察了间歇性投加Fe(Ⅱ)对合成废水中营养物质的去除效果,并分析了膜污染的控制机理。当n_(Fe)∶n_(P)为2时,TP、TOC和TN的去除率最高,分别为99.2%、97.5%和87.2%,出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级A标准;当nFe∶nP为1和2时,出水Fe浓度分别为0.14μmol/L和0.16μmol/L(达到中水回用标准),膜过滤时间由12 d分别延长至92 d和41 d(跨膜压差30 kPa)。间歇性投加Fe(Ⅱ)可增大污泥粒径及减少污泥混合液中有机物含量,从而提高体系的过滤性能,有效降低膜污染阻力并缓解膜污染;n_(Fe)∶n_(P)为1时,含Fe不可逆污染层的阻力较小,膜污染控制效果最好。

土壤中Fe(Ⅱ)和全铁的分析方法研究

研究icp-oes测定土壤中Fe(Ⅱ)和全铁的方法,本方法通过DTPA浸提、使用icp-oes测定土壤Fe(Ⅱ)含量,用氢氟酸-高氯酸-硝酸消解、使用icp-oes测定土壤中全铁(以Fe_(2)O_(3)计)的含量,Fe(Ⅲ)通过全铁与Fe(Ⅱ)差减法求得。测得Fe(Ⅱ)的检出限为0.04 mg/kg,相对标准偏差4.9%~7.4%,相对误差5.0%~5.5%;测得全铁的检出限为0.015%,相对标准偏差2.0%~6.2%,相对误差-2.3%~-0.8%。该方法简便,仪器灵敏度高,基体效应较低,质控样测定准确,是测定土壤中Fe(Ⅱ)和全铁比较适用和可行的新方法。

甲酸/甲酸钠还原体系对Fe(Ⅱ)EDTA络合脱硝液再生的影响

在络合脱硝反应中,Fe(Ⅱ)EDTA络合脱硝液的还原再生是应用难点之一,而甲酸/甲酸钠体系在钯炭(Pd/AC)催化剂作用下对Fe(Ⅱ)EDTA络合脱硝液具有较好的还原性。以此为基础,采用控制变量法,分别考察了超声功率、甲酸添加量、甲酸钠添加量和Pd/AC催化剂添加量对Fe(Ⅱ)EDTA络合脱硝液(脱硝效率为80%)还原再生效果的影响。结果表明,在不开启超声、Pd/AC催化剂作用下,甲酸/甲酸钠还原体系能够有效地还原Fe(Ⅱ)EDTA络合脱硝液中的NO,实现络合脱硝液的还原再生。当甲酸钠添加量为10.00 g/L,甲酸添加量为2.10 g/L,Pd/AC催化剂添加量为3.00 g/L时,得到的再生络合脱硝液在50℃下的脱硝性能最好(在60 min内脱硝效率达97%以上,在90 min内脱硝效率达80%以上)。继续进行多次络合脱硝-还原再生的连续实验,整个体系仍具备较好的脱硝性能(第6次切换时,持续吸收70~80 min的脱硝效率为85%左右)。该研究结果可为络合脱硝连续化的中试试验以及工程应用提供参考。

蒙脱石在不同pH下对Mn(Ⅱ)的吸附特性研究

蒙脱石作为廉价的吸附材料,能有效去除水体中的Mn(Ⅱ)。为探究pH对吸附的影响规律,文章采用静态吸附实验对蒙脱石吸附Mn(Ⅱ)的行为进行研究,结果表明:①蒙脱石对废水中Mn(Ⅱ)的吸附非常迅速,5 min就达到吸附平衡;水体中pH的增加有利于蒙脱石对废水中Mn(Ⅱ)的吸附,pH>10时,吸附效率接近100%,Mn(Ⅱ)在水中主要生成沉淀。②等温吸附模型拟合中,pH=5时的Freudlich模型拟合和Langmuir模型拟合效果均好于pH=8时的拟合效果,不同pH条件下,蒙脱石吸附Mn(Ⅱ)的Freundlich模型的拟合效果更好,吸附过程更接近双分子吸附模型。③在不同pH值条件下的吸附过程均符合伪二级动力学,主要为化学吸附。

基于三氰基铁(Ⅲ)酸盐的Fe^(Ⅲ)_(4)Ni^(Ⅱ)_(2)六核配合物的合成、结构及磁性

利用三氰基铁酸盐(Bu_(4)N)[FeⅢ(Tp)(CN)_(3)](Tp=氢化三(1-吡唑基)硼酸)与配体2,9-二吡唑基-1,10-菲咯啉(dpzpen)以及高氯酸镍反应合成了一例氰根桥联的Fe^(Ⅲ)_(4)Ni^(Ⅱ)_(2)六核配合物[Fe_(4)Ni_(2)(Tp)_(4)(CN)_(12)(dpzpen)_(2)]·12H_(2)O·3CH_(3)OH (1)。结构研究表明配合物1具有近似菱形的Fe^(Ⅲ)_(2)Ni^(Ⅱ)_(2)骨架结构,另外2个Fe则通过氰根延伸在菱形的外侧。磁性研究表明在配合物1中氰根桥联的Fe和Ni表现出铁磁相互作用。更为重要的是,基于配合物1的结构模型,对它的变温磁化率数据进行拟合得到了不同Fe-Ni之间的磁耦合常数,得到的最佳磁耦合常数J3d(15.73 cm^(-1))>J2d(3.53 cm^(-1))≈J1d(3.50 cm^(-1))与Ni-N键的键长以及Ni-N≡C键角的变化趋势有关(J3d:0.206 5 nm,169.8°;J2d:0.206 2 nm,163.1°;J1d:0.198 7 nm,161.6°)。以上结果表明Ni-N键长越短,Ni-N≡C键角越大,Fe与Ni之间的铁磁耦合越强。

UV/OA/Fe(Ⅱ)/PS降解对乙酰氨基酚的有效性研究

研究了UV/草酸(OA)/Fe(Ⅱ)/过硫酸盐(PS)降解对乙酰氨基酚(AAP)的有效性。考察了PS初始浓度、AAP初始浓度、C(OA)/C[Fe(Ⅱ)]、pH和无机阴离子(HCO_(3)^(-)、NO_(3)^(-)、Cl^(-)和NO_(2)^(-))对AAP降解效果的影响,并研究不同pH下产生自由基的贡献率。结果表明,OA对UV/Fe(Ⅱ)/PS降解AAP起促进作用,C(OA)/C[Fe(Ⅱ)]为4∶1、pH为3时,UV/OA/Fe(Ⅱ)/PS降解AAP效果最好。HCO_(3)^(-)对UV/OA/Fe(Ⅱ)/PS降解AAP起抑制作用,NO_(3)^(-)、Cl^(-)和NO_(2)^(-)对UV/OA/Fe(Ⅱ)/PS降解AAP起促进作用。UV/OA/Fe(Ⅱ)/PS体系中·OH是起主要作用的活性氧物种。UV/OA/Fe(Ⅱ)/PS降解AAP的主要产物有N-(3,4-二羟基苯基)乙酰胺、4-甲基邻苯二酚、对氨基苯酚、对苯二酚和1,2,4-苯三酚。

改性铁基磁性材料的制备及其对水中Cd(Ⅱ)的吸附

本文通过氨性浸出方式处理吸附Cd(Ⅱ)之后的零价铁材料(Fe≡Cd),使表面吸附的Cd(Ⅱ)脱附同时对材料改性,获得了一种新的改性铁基磁性材料(MFe)。基于紫外光谱、溶液化学和量子化学分析,证实了Fe≡Cd上的Cd(Ⅱ)与游离NH_(3)结合形成Cd-NH_(3)配合物从而实现脱附的可行性。结果表明:(NH_(4))_(2)SO_(4)和NH_(3)·H_(2)O浸出可以有效脱附Fe≡Cd表面的Cd(Ⅱ)。脱附改性后材料的结构性质发生了明显改变,生成了大量吸附活性强的铁(羟基)氧化物,且—NH_(2)基团成功修饰在材料表面,为Cd(Ⅱ)提供了更多的吸附位点。改性磁性材料(MFe)对Cd(Ⅱ)的吸附量较Fe^(0)(Q_(e)=23.5 mg/g)明显提升,达47.0 mg/g,且循环再生性能良好,可高效循环6次以上。

部分还原氧化石墨烯-Fe_3O_4对水中Mn(Ⅱ)的快速去除

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),继而用一步共沉淀法制备了部分还原氧化石墨烯-四氧化三铁复合物(PRGO-Fe_3O_4).采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能量色散光谱(EDX)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对其进行了分析表征;考察了p H值、接触时间、吸附材料用量、共存物质、GO的还原、循环使用次数等因素对Mn(Ⅱ)吸附行为的影响.结果表明,PRGO-Fe_3O_4中Fe_3O_4颗粒分布均匀,大小为15~20 nm,剩磁和矫顽力均很小.因Fe_3O_4颗粒的锚定作用,石墨烯片层很薄,使PRGO-Fe_3O_4对Mn(Ⅱ)表现出高效的吸附性能和良好的循环使用性能:当p H=7、PRGO-Fe_3O_4用量为500 mg/g时,对201.3211 mg/L的Mn(Ⅱ)溶液仅3 min即达吸附平衡,吸附率和吸附量分别为99.35%和404.49 mg/g,磁分离仅需10 s,经5次循环吸附后,容量保持率为首次的78%.机理与热力学研究结果表明,吸附为吸热、自发的单层化学吸附.

钛酸盐纳米线对水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附

以钛酸四丁酯为钛源,采用水热法制备钛酸盐纳米线.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对钛酸盐纳米线的物化性能进行表征.通过对水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的静态吸附试验,考察钛酸盐纳米线的吸附活性.结果表明,水热法制备的钛酸盐纳米线直径分布在50～400 nm,长度可达几微米甚至几十微米.在温度为25℃、溶液pH为6.68的条件下,钛酸盐纳米线对水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的饱和吸附量分别达到39.89和34.67 mg/g,吸附过程较好地符合Freundlich吸附等温线.采用Lagergren一级吸附动力学模型能够较好地描述钛酸盐纳米线的吸附动力学.此外,在本实验条件下,钛酸盐纳米线对水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附去除率随溶液pH值及吸附剂投加量的增大而增大.

分光光度法测定K_2FeO_4对水中Mn(Ⅱ)的去除效能

采用分光光度法研究投药量、搅拌时间、pH等对K2FeO4去除水中Mn(Ⅱ)效能的影响规律。研究发现,在pH=6和弱碱性条件下,Mn(Ⅱ)的去除率相对较高;K2FeO4与Mn(Ⅱ)的浓度比越大、搅拌时间越长,Mn(Ⅱ)的去除率越高。

Fe(Ⅱ)、Se(Ⅵ)对厌氧处理APMP废水及微生物群落演化的影响

本研究以碱性过氧化氢机械浆(APMP)生产废水为研究对象,采用2套实验室厌氧反应器装置(对照组R1、实验组R2),研究微量元素铁(Fe(Ⅱ))和硒(Se(Ⅵ))对厌氧反应器运行性能和微生物群落演化的影响。结果表明,当2套厌氧反应器的容积负荷从3.3 kgCODCr/(m^(3)·d)逐渐提高到16.0 kgCOD_(Cr)/(m^(3)·d)时,R2中COD_(Cr)平均去除率达(78±4.5)%,R1中去除率仅为(67±6.4)%;挥发性脂肪酸(VFA)与碱度(ALK)比值显示R2<R1<0.3,R2系统运行更加稳定。实验结束时,R1、R2中辅酶F_(420)浓度相较于实验开始时分别增加了12.6%和19.6%,污泥的挥发性固体悬浮物/总固体悬浮物含量(V/T)分别为66.9%和68.2%,R1中污泥粒径整体小于R2。高通量测序结果显示,添加微量元素Fe(Ⅱ)和Se(Ⅵ)能够提高系统中微生物相对丰度,对厌氧系统的处理效果及优势菌的生长繁殖具有正向作用。

黑锰矿催化氧化Fe(Ⅱ)生成铁氧化物过程及影响因素

自然界中的锰氧化物常与铁氧化物交结伴生,其形成和转化过程相互影响.Mn(Ⅳ)氧化物与Fe(Ⅱ)反应过程已有较多研究,然而有氧环境中低价锰氧化物氧化Fe(Ⅱ)生成铁氧化物的过程尚缺乏系统研究.本工作以黑锰矿为例,研究了开放体系中Fe(Ⅱ)在低价氧化锰矿物表面的氧化行为,分析了Fe(Ⅱ)浓度、溶解氧以及pH对Fe(Ⅲ)氧化物形成的影响.结果表明,黑锰矿在氧化Fe(Ⅱ)形成针铁矿和纤铁矿的同时,自身被部分还原释放Mn(Ⅱ).当反应体系pH值为3.0时,溶解氧氧化Fe(Ⅱ)作用弱,主要为黑锰矿氧化Fe(Ⅱ)并在其表面生成针铁矿.当反应体系pH值升高至5.0,黑锰矿催化加速了溶解氧对低浓度(<5.0 mmol·L^(−1))Fe(Ⅱ)的氧化并生成水铁矿,随后转化成纤铁矿和针铁矿;Fe(Ⅱ)浓度升高(>5.0 mmol·L^(−1)),反应初期Fe(Ⅱ)直接被黑锰矿氧化,形成了以针铁矿和少量纤铁矿组成的包覆层,并导致氧化速率减弱,而溶解氧在Fe(Ⅱ)后期氧化过程中发挥了主导作用.这些结果丰富了表生环境铁锰氧化物的形成与共生机理,为土壤矿物形成演化提供了基础数据.

菲咯啉与1-萘甲酸配体共同构筑的多核Ca(Ⅱ)、双核Mn(Ⅱ)配合物的合成、结构及性质

设计、合成了2种配合物:[Ca(Phen)(Nap)_(2)]_(n)(1)和[Mn_(2)(Phen)_(2)(Nap)_(4)(H_(2)O)](2)(Phen=菲咯啉,HNap=1-萘甲酸)。通过红外光谱、元素分析、X射线单晶衍射和热重对其进行了结构表征。测定了配合物的激发光谱、发射光谱,以及配合物对人肺癌细胞(NCI-H460)、人乳腺癌细胞(MCF-7)、人肝癌细胞(HepG2)的体外抑制活性;利用紫外吸收光谱、荧光分光光度法研究了配合物与小牛胸腺DNA的相互作用。结果表明:配合物1、2的激发光谱和发射光谱具有很好的镜像关系,且配合物2的斯托克斯位移大于配合物1;配合物对3种癌细胞都有较好的抑制作用,但是2更优于1;配合物1和2与小牛胸腺DNA以静电作用发生沟面结合,结合常数分别为5.83×10^(3)和6.46×10^(3)L·mol^(-1)。

过渡金属离子Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用

25℃和pH3.0～5.0条件下,研究了Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用。结果表明:避光条件下,Mn(Ⅱ)对草酸还原Cr(Ⅵ)有显著的催化作用,光照下其催化作用进一步得到提高。然而,避光条件下Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(VI)的影响甚微,但在光照条件下,Fe(Ⅲ)表现出极优越的催化作用。溶液pH值和照射光波长对反应有显著影响,Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的催化作用随pH值提高而减弱;紫外光照射下两金属离子的催化作用大于模拟日光照射的。因此,本研究结果对由Cr(Ⅵ)引起的土壤和水的污染治理具有理论和实践指导意义。