硅化改性微米零价铁去除水体中镍离子

以可溶性硅酸盐为前驱体,通过机械化学方法制备了一种新型硅化改性微米零价铁(Si-mZVI^(BM)),并将其用于含镍废水处理.结果表明,硅化改性可显著提升微米零价铁的除镍效能,相比于未改性微米零价铁,镍去除率提高了8倍,且在多种实际镍污染水体中修复效能优异.基于解析样品微观形貌、表面电负性及元素组成等特征发现,Si-mZVI^(BM)的优异除镍效能主要源于机械硅化加速微米零价铁颗粒细化;样品比表面积与分散性的提升促进了镍从溶液到材料表面的传质.同时,硅化还加速微米零价铁界面电子传输速率,促进表面吸附镍的快速还原与沉淀分离,进而实现镍的高效去除.

微生物-微米零价铁工艺的脱氮效果及机理

采用微生物-微米零价铁(mZVI)工艺脱除水中氮。与单独微生物或mZVI工艺相比,微生物-mZVI工艺的脱氮效果最好。在废水pH为7.0、初始硝酸盐氮质量浓度为25.00 mg/L、mZVI投加量为0.20 g/L的条件下,加入驯化好的复合微生物BP350菌液50 mL/L室温下反应5 d,硝酸盐氮去除率达100%,氨氮和亚硝酸盐氮的总生成率为5.00%。ESEM表征结果显示,mZVI在水中为微生物生长提供了附着基质,增大了微生物与废水的接触面积,有效防止了微生物流失。高通量测序结果表明,甲基娇养杆菌属(Methylotenera sp.)作为脱氮优势菌属在微生物-mZVI工艺体系中相对丰度最高,达41.81%,远高于单独微生物工艺体系。mZVI能够协同微生物提升脱氮效果。

多孔介质中黄原胶改性微米铁的迁移和滞留

为改善微米零价铁(mZVI)在地下水中的迁移性能,该文采用黄原胶(XG)制备稳定化微米铁(XG-mZVI),通过渗流实验研究XG-mZVI的穿透曲线及其在砂柱中的分布规律,探讨XG浓度、孔隙水流速、石英砂粒径和非均质性对XG-mZVI在饱和砂柱中迁移行为和沉积特征的影响。结果表明,XG浓度≥3 g/L时能够明显强化mZVI的迁移能力。XG-mZVI在砂柱中的迁移性能随石英砂粒径和流速的增大而增强。保持其他参数不变,穿透粗粒砂柱(1.0~1.7 mm)的XG-mZVI比穿透细粒砂柱(0.25~0.38 mm)的量多26.4%;在最高流速(0.99×10^(-3) m/s)下穿透砂柱的XG-mZVI比在最低流速下(0.38×10^(-4) m/s)的值高14.2个百分点。XG-mZVI滞留量由砂柱进水端向出水端递减,表明其被截留的主要机制是滤除作用。一维渗流条件下,渗透性变异层对XG-mZVI的沉积/释放机制影响不明显。

黄原胶对微米铁修复地下水氯代脂肪烃污染的影响机制

利用微米零价铁材料构建地下水原位反应带是一项具有广泛应用前景的地下水修复技术。目前,该技术应用的主要瓶颈是铁颗粒在地下迁移过程中的重力沉降和活性降低问题。选取3种不同粒径的市售微米零价铁,通过批次试验筛选出对地下水中典型氯代脂肪烃(CAHs)去除效能最优的微米铁。用黄原胶对筛选出的微米铁进行稳定化改性,依托去除动力学实验,对比改性前后反应体系还原脱氯量/吸附量、pH、Eh、Fe^(2+)质量浓度的动态变化过程。实验结果表明,黄原胶的稳定化改性虽抑制了微米铁对CAHs的吸附,但其缓冲了反应体系的pH的变化,抑制了微米铁的表面钝化,从而促进了对CAHs的还原过程,整体上提高了微米铁对CAHs的去除效能。

微米零价铁对剩余活性污泥和餐厨垃圾厌氧联合消化的加强效果及机制

针对剩余活性污泥和餐厨垃圾厌氧联合消化产气效率不高的问题,通过投加微米零价铁,研究其对厌氧联合消化的强化效果及作用机制.结果说明,零价铁的添加强化了厌氧联合消化的产甲烷阶段,但对溶解、水解及酸化阶段没有明显影响.当零价铁的投加量为10 g·L^(-1)时,经过15 d的厌氧消化,累积甲烷产量(以VS计)达到238.68 mL·g^(-1),相比于空白组提高了20.05%.机制分析表明:零价铁提高了系统的电子传递体系(ETS)活性,当零价铁投加量为10 g·L^(-1)时,最终的ETS活性(以INTF/TS计)达到21.50 mg·(g·h)^(-1),而空白组仅为13.43 mg·(g·h)^(-1).此外,零价铁还强化了细菌和产甲烷菌之间的直接性种间电子传递(DIET),微生物群落的变化显示DIET相关的微生物,例如Syntrophomonas、Methanosarcina和Methanobacterium,在有零价铁添加的条件下显示出更高的丰度.

多孔饱和含水介质三氯乙烯污染的微米零价铁修复实验

三氯乙烯是分布较普遍且难以降解的一类土壤与地下水污染物,零价铁作为一种氯代烃污染修复材料一直备受关注,而微米零价铁(mZVI)可否成为高效材料应用于污染修复工程,则需要进一步研究。实验构建了受三氯乙烯(TCE)污染的砂柱,考察研究mZVI目数、投加量及介质粒径对三氯乙烯去除效果的影响。结果表明:mZVI对三氯乙烯的短期去除效果明显,去除率达到99%。mZVI目数与TCE去除率呈正相关,在砂柱孔隙水TCE初始浓度为10^(5)μg/L时150 g的Fe^(0)投加量能够表现很强的去除效果,同时细砂(<0.075 cm)介质要比粗砂(0.075~0.15 cm)还原去除速率高。mZVI还原修复过程引起的水环境变化主要体现在氧化还原电位平均下降170 mV,从氧化态转化至还原态。研究结果显示,mZVI在土壤与地下水污染修复中具有广阔应用前景,对土壤与地下水有机氯代烃污染治理具有借鉴价值。

改性剂添加量对改性微米铁-微生物耦合体系去除三氯乙烯效能的影响

基于球磨法的硫化与碳改性是提高微米零价铁(Micron zero-valent iron,mZVI)对三氯乙烯(Trichloroethylene,TCE)还原选择性的有效手段,但其改性效果常受改性剂添加量的影响,且其对改性mZVI和微生物耦合体系修复效能的影响尚未明确。本文通过构建多个硫化mZVI-微生物体系(S-mZVI bm/AB)和碳改性mZVI-微生物体系(C-mZVI bm/AB),系统研究改性剂添加量对改性mZVI-微生物耦合体系去除TCE和代表性共存电子受体NO_(3)^(-)的影响。实验结果表明:不同改性剂添加量的S-mZVI bm/AB和C-mZVI bm/AB体系均可显著促进TCE的去除,且促进程度随改性剂添加量的增加呈现先上升后下降的趋势;S-mZVI bm/AB体系可抑制NO_(3)^(-)的去除,且抑制程度随S/Fe摩尔比的增加呈现上升趋势,而C/Fe质量比不会影响C-mZVI bm/AB体系中NO_(3)^(-)的去除;S-mZVI bm/AB和C-mZVI bm/AB体系均可调控TCE及NO-3的产物构成,并均促进了饱和碳烃化合物及N_(2)生成,且该促进作用与改性剂添加量成正比。通过分析微生物群落结构探究了耦合体系脱氯及其脱氮的影响机制,发现在S-mZVI bm/AB和C-mZVI bm/AB体系中均存在大量参与脱氯和反硝化的细菌,反硝化菌的丰度高于脱氯菌,是NO_(3)^(-)快速去除和较高浓度N 2产生的原因。

微米铁复合生物碳源对地下水中1,2-二氯乙烷的高效去除

1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)是一类地下水中常见的难降解饱和氯代烃,为探究厌氧条件下零价铁(ZVI)协同生物作用对其降解规律,采集北京市某氯代烃污染场地地下水及含水层土壤,利用微宇宙实验体系,通过添加由微米级零价铁(mZVI)、生物碳源及营养组成的复合药剂,考察不同条件下1,2-DCA的去除效果,并对地下水理化参数的变化进行长期监测.结果表明:复合药剂添加量为3%时,恒温、避光、匀速振荡的反应条件下,15 d内地下水中的1,2-DCA即可降至低于检出限.中性pH及SO_4^(2-)的存在更有利于1,2-DCA的脱氯降解. 30 d后仅检测到体系中明显的乙烯产生,推测双脱氯消除为1,2-DCA在该体系内的主要降解途径.此外,复合药剂加入后,地下水可长时间维持较低的氧化还原电位(-100～-300 m V)、溶解氧(<0. 5 mg·L^(-1))以及适宜的pH值(6. 5～7. 5),利于厌氧微生物活性的维持及脱氯反应的进行.

mFe^0-PS-O_3耦合工艺处理压裂返排液反应机理研究

mFe^0-PS-O_3(微米级零价铁-过硫酸盐-臭氧)耦合工艺作为一种新型的高级氧化技术,相对于传统高级氧化技术,对有毒难降解污染物具有较高的去除率。文章对mFe^0颗粒的表征进行了分析,探讨了mFe^0和PS之间、mFe^0和O_3之间、PS和O_3之间的反应机理,在反应过程中,mFe^0、PS和O_3之间的协同作用能够产生大量的活性极强的羟基自由基和硫酸根自由基,可以有效降解水中有毒难降解的污染物质,且反应中生成的Fe(OH)_2/Fe(OH)_3絮体对污染物还具有吸附和絮凝作用。阐释了该工艺预处理页岩气压裂返排液的可行性。

mZVIP/CRI协同处理低C/N值微污染水体的效能

针对低C/N值微污染水体带来的水质安全及富营养化问题,探索了微米零价铁粉(mZVIP)与人工快渗(CRI)协同体系深度处理微污染水体的效能,研究了mZVIP体积占比、湿干比和水力负荷周期对mZVIP/CRI协同体系去除COD、NH4+-N、TN和TP的影响,获得了协同体系的优化运行条件。结果表明,协同体系在湿干比为1∶3、水力负荷周期为24 h、mZVIP体积占比为10%的优化条件下,出水COD、NH4+-N、TN和TP平均浓度分别为(9.88±2.04)、(0.20±0.05)、(13.84±0.93)和(0.071±0.011) mg/L,与传统CRI系统相比,去除率分别提高了12.66%、13.30%、20.73%和4.24%,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级A标准,mZVIP/CRI协同体系具有处理低C/N值微污染水体的可行性。