超声波/零价铁体系降解苯胺废水的影响因素及机理研究

以苯胺为研究对象,通过试验对超声波/零价铁体系降解苯胺的过程与机理进行了研究,分别考察了零价铁投加量、废水初始pH值、废水初始浓度对苯胺污染物降解的影响规律,结果表明:超声波/零价铁体系适宜处理苯胺浓度较低的废水,零价铁的最佳投加量为2.8g/L,废水初始pH值的适宜范围为7～8;超声波/零价铁体系降解苯胺具有协同作用,对苯胺的降解以.OH自由基的氧化作用为主,其降解过程符合一级反应动力学规律;紫外可见光谱显示,苯胺在超声波/零价铁体系中发生了开环反应。

底泥就地稳定化中零价铁(Fe^0)对有机污染物的作用及其对上覆水体水质的影响

在实验室模拟静态湖泊体系条件下,通过向实际底泥中投加零价铁(Fe^0),考察反应前后底泥中有机物数量、种类、总有机质含量以及上覆水体溶解氧(DO)浓度、氧化还原电位(Eh)、pH和化学需氧量(CODCr)浓度等指标的变化,探讨Fe^0对底泥有机物的降解效果以及对上覆水体水质的影响.结果表明,投加Fe^0处理80 d后,(1)经GC-MS检测出底泥中易被降解的小分子有机物(分子量小于200)数量明显增多,底泥总有机去除率为44%.(2)上覆水体的DO浓度、Eh和pH都有不同程度的变化.DO浓度从6.6 mg/L迅速下降至0.2 mg/L,Eh从150 mV左右下降至74 mV,pH升高至8.4,此体系易形成厌氧环境;且上覆水体中CODCr低于纯底泥-水体系,上覆水中DO浓度、Eh及pH与CODCr浓度具有一定相关性.综上,底泥中投加Fe^0可有效降解有机物,且不会对上覆水体产生持久、较大的影响.

采用零价铁/过硫酸盐体系对页岩气返排液废水处理的研究

为了去除页岩气钻井返排液(SGDF)中的毒性和难处理污染物,并符合国家排放标准,开发了微米级零价铁/过硫酸盐工艺(mFe^0/PS)。最佳条件为:Fe0的剂量为1.5g/L,PS剂量为4mmol/L,初始pH值7.7,处理时间20min。在最佳工艺条件下,处理20min后COD去除率达到69.4%。相比于对照实验(mFe^0,PS,Fe^2+/PS),mFe^0/PS体系处理效果是最好的,主要归因于Fe^0和PS之间很强的协同作用。因此mFe^0/PS体系是处理SGDF的一种有效方法。

零价铁PRB修复硝酸盐和铬复合污染地下水

通过连续流动试验研究了Fe0(零价铁)-PRB(渗透反应格栅)修复受NO3--N、Cr(Ⅵ)以及NO3--N和Cr(Ⅵ)复合污染模拟地下水的反应特性,分析了Fe0对NO3--N和Cr(Ⅵ)的氧化还原产物,并且对NO3--N和Cr(Ⅵ)的相互影响进行了研究.采用粒径为0.15～0.42 mm的Fe0和粒径为0.15 mm的活性炭作为PRB反应介质,二者的质量比为1∶1.结果表明,Fe0单独与NO3--N反应情况下,当进水中ρ(NO3--N)为20 mg/L时,去除率达95%,NO2-为还原过渡状态,NH4+是主要产物,出水pH从原水的7.1升至9.0左右,出水中ρ(TFe)<0.60 mg/L.Fe0处理Cr(Ⅵ)情况下,对Cr(Ⅵ)有较高的去除效果,进水中ρ〔Cr(Ⅵ)〕为10 mg/L时,去除率达96%,反应产物Fe3+和Cr(Ⅲ)可以形成沉淀附着在反应介质上,不会迁移到"下游"水体中,出水pH从原水的7.0升至8.0左右,出水中ρ(TFe)<0.30 mg/L.Fe0去除NO3--N和Cr(Ⅵ)复合污染时,共存的NO3--N对Cr(Ⅵ)的去除效果没有影响,Cr(Ⅵ)的存在降低了NO3--N的去除效果.

基于正交试验法的零价铁降解水环境中的氯代烃

氯代烃的生产和应用给环境水体带来的污染日益严重,可利用零价铁零价铁对其进行还原脱氯以达到去除的目的。本文采用正交试验法,将零价铁对氯代烃的去除率作为考察指标,研究pH值、零价铁粒径和振荡速率3个因素对氯代烃去除率的影响,结果表明:3个影响因素的重要性表现为pH值>零价铁粒径>振荡速率,且pH值具有极显著影响;最优水平下的零价铁对氯代烃具有较好的降解效果,且零价铁对TCE和PCE的降解符合准一级反应。

零价铁对土壤中六氯乙烷还原脱氯研究

本文研究了常温常压下Fe0及其负载贵金属的多组分体系及其他反应条件对土壤中六氯乙烷还原脱氯效率的影响。实验证明:Fe0及其负载Pd、Pt、Rh多组分金属体系对六氯乙烷都有还原脱氯作用,Pd、Pt、Rh之间不存在协同催化还原脱氯效应;反应初始pH呈酸性时有利于脱氯反应进行;加入甲醇能够提高六氯乙烷在土壤溶液中的溶解度,但不能有效提高其在土壤中的还原脱氯率;甲酸铵是Fe0体系对六氯乙烷还原脱氯的良好助剂,当甲酸铵加入量为400mg时,用Fe0还原六氯乙烷脱氯率可以提高59%左右;相同实验条件下,用Pd/Fe还原六氯乙烷的脱氯率可以提高77%左右。文中对零价铁还原脱氯反应机理和助剂甲酸铵的作用机理作了初步探讨。

纳米零价铁对溶液中PCB77的降解及其影响因素

设计了以溶液初始pH值、3,3',4,4'-四氯联苯(PCB77)初始浓度、纳米零价铁(Fe0)投加量、纳米零价硅(Si0)投加量、腐殖酸和环糊精浓度为影响因素的正交试验,研究纳米Fe0降解PCB77时各因素对反应体系中PCB77残留率、氢离子浓度及氧化还原电位变化的影响及其相互关系。结果表明,在溶液初始pH值为4.5,初始ρ(PCB77)为1 mg.L-1,纳米Fe0投加量为10 g.L-1,纳米Si0投加量为0,ρ(腐殖酸)为0.25 g.L-1,ρ(环糊精)为1 g.L-1时,反应2 h后,PCB77残留率最低,为35.2%。溶液初始pH值对反应体系中PCB77的残留率影响最大,纳米Fe0投加量次之;溶液初始pH值对反应体系中氢离子浓度变化影响最大,环糊精投加量次之;PCB77初始浓度对反应体系中氧化还原电位变化影响最大,纳米Fe0投加量次之。

零价铁降解水中的阿特拉津

本文应用零价铁(Fe0)技术,以阿特拉津为目标污染物,考察了零价铁的效应,研究了不同零价铁投加量、不同溶液初始pH值等因素对阿特拉津降解效果的影响。结果表明,零价金属铁脱氯降解阿特拉津,随着金属铁质量的增加,阿特拉津的降解率也会增加;溶液初始pH值2～11时,阿特拉津降解率随其低pH值的增加而减小,可以促进零价金属铁的腐蚀,有利于阿特拉津降解。

超声波强化零价铁/过硫酸钾体系处理柠檬酸镍络合废水

以柠檬酸镍络合废水为目标废水,考察了超声波(US)强化零价铁(Fe^0)/过硫酸钾(PS)体系的初始pH、过硫酸钾用量(C_(PS))、超声波功率、零价铁与过硫酸钾质量比(m)、零价铁粒径(d_(Fe^0))对镍去除的影响.结果表明,在超声波功率为600 W,pH为3,过硫酸钾用量为0.45g·L^(-1),Fe^0∶PS(质量比)为0.8,零价铁粒径为75μm的条件下反应60 min时,镍的去除率可以达到100%.不同体系的对照实验和反应前后零价铁SEM、EDS分析结果表明,US/Fe^0/PS体系效果明显优于US/Fe^0、US/PS和Fe^0/PS体系,超声波对Fe^0/PS体系具有强化作用,能促进零价铁持续释放具有催化作用的Fe^(2+).最后,通过红外光谱和紫外光谱分析了柠檬酸镍破络机理.TOC变化规律表明,体系矿化速率低于体系中柠檬酸的降解速率,说明柠檬酸镍降解首先是一个快速破络过程,随后是破络后的中间产物进一步降解矿化.

Fe^0/FeS去除水体中Cr(Ⅵ)的研究

利用表面腐蚀的方法,在纳米零价铁表面生成FeS,制备Fe^0/FeS磁性杂化材料,研究了硫铁比、超声时间、溶解氧、投加量对Cr(Ⅵ)去除效果的影响。研究表明:Fe^0/FeS对Cr(Ⅵ)的去除效率随着硫铁比的增大先增加后降低;超声有助于纳米零价铁的分散及表面FeS的生成,但超声时间过长会导致去除效率下降;氧气对还原反应的影响是不利的。Fe^0/FeS杂化材料投加量为0.8 g/L时,对Cr(Ⅵ)的去除效率达到100%,此时去除能力约为25 mg/g。

FeS-Fe^(0)纳米复合材料活化过硫酸盐降解双酚S的研究

双酚S(BPS)是一种新兴的内分泌干扰物,在环境中广泛存在,并对自然环境和人体健康有严重危害。制备了FeS-Fe^(0)纳米复合材料作为催化剂,明确了FeS-Fe^(0)纳米复合材料活化PS体系(FeS-Fe^(0)/PS体系)的反应条件对去除BPS的影响,包括材料中FeS与Fe^(0)摩尔比、材料投加量、PS浓度、溶液初始pH值等,并应用X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析等技术表征该复合材料,通过反应体系对比实验、Fe离子溶出实验、PS的消耗实验、猝灭实验、电子顺磁共振波谱检测,探究了FeS-Fe^(0)纳米复合材料的活化机理。实验结果表明:FeS-Fe^(0)/PS体系降解BPS的最优条件为溶液初始pH=3、FeS与Fe^(0)摩尔比1∶25、材料投加量0.10 g/L、PS浓度1.0 mM;FeS-Fe^(0)/PS体系中产生的硫酸根自由基(SO_(4)^(·-))和羟基自由基(HO·)可降解BPS,且HO·占主导作用;FeS-Fe^(0)纳米复合材料表面的FeS促进了铁离子的溶出和循环,因此其活化能力优于纳米零价铁。

PRB去除模拟地下水中六价铬的反应特性

采用粒径为0.15～0.42mm的零价铁(Fe0)和粒径为0.15mm的活性炭(AC)作为PRB反应介质,通过连续流动试验研究Fe0/AC-PRB修复模拟污染地下水时反应介质与六价铬〔Cr(Ⅵ)〕的反应特性,分析了AC对Cr(Ⅵ)的去除作用、Fe0对Cr(Ⅵ)的还原作用及其氧化还原产物、Fe0AC对Cr(Ⅵ)的协同去除效果,研究了土壤中残留铬的形态。结果表明,在进水pH为6.9～7.1条件下,AC对Cr(Ⅵ)有一定的去除作用,主要通过吸附对Cr(Ⅵ)加以去除。Fe0对Cr(Ⅵ)有较高的去除率,进水Cr(Ⅵ)浓度为10mg/L时,去除率达96%,氧化还原产物Fe3+和Cr3+与OH-形成沉淀附着在反应介质中,不会迁移到"下游"水体。Fe0/AC电池腐蚀反应可以提高Fe0的还原能力和还原效率,相对于Fe0单独作用时,铬铁比提高了1倍以上,出水pH从原水的7.0上升到8.0左右,铁浓度小于0.20mg/L。经过去离子水冲洗,容易迁移且易于被生物利用的弱酸可提取态铬解吸到水相中,有机物与硫化物结合态和残渣态是含水层土壤中铬的主要存在形态,从生物可利用角度来说,铬的环境风险大大降低。

超声/Fe^0/EDTA体系对印染污泥中多环芳烃的降解

Fe^0/EDTA类芬顿体系能产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH),已被广泛应用于有机污染物的去除.提高·OH的生成速率和浓度是高效降解有机污染物的关键.因此,本文利用超声/Fe^0/EDTA体系处理印染污泥,探讨了不同反应参数对体系中产生·OH的影响,考察了该体系对印染污泥中多环芳烃(PAHs)的去除效果.结果表明,在pH为3.0,超声功率为540 W,Fe^0投加量为15 g·L^(-1),EDTA浓度为2.0 mmol·L^(-1)的最佳条件下,·OH浓度高达862μmol·L^(-1).印染污泥中的铁絮凝剂可作为超声/Fe^0/EDTA体系中Fe^(2+)和Fe^(3+)的来源,促使该体系循环产生H_2O_2和·OH.超声/Fe^0/EDTA体系产生的·OH能快速有效地降解印染污泥中的PAHs,∑_(16)PAHs的平均去除率达到77%,同时有机质含量下降了10.1%.

零价铁联合微生物去除水中高氯酸盐的研究

本研究通过监测一系列续批实验中高氯酸根(ClO4-)质量浓度随时间的变化情况,研究了Fe0投加量、微生物加入量、ClO4-负荷、初始pH等因素对微生物利用零价铁(Fe0)做电子供体去除水中ClO4-的影响。结果表明与以前的研究不同,Fe0投加量并非越多越好,当初始ClO4-质量浓度为10 000μg/L时,Fe0投加量(质量浓度)选择40 g/L较为合适,既可以保证充足的电子供应又不会因为大量铁腐蚀引起体系pH过快升高;自行驯化的高氯酸盐降解微生物(perchlorate reducing microbes,PRMs)对ClO4-的去除负荷为603μg/(L.hr.gPRMs),完全可以取代纯种微生物应用于环境水体中ClO4-的去除;所用PRMs的最适pH条件为7.0,其对初始pH更为敏感而对反应进行中pH的变化有较大承受范围;另外通过建立微生物种群的系统发育树发现PRMs的种群结构在实验过程中发生了部分变化。本研究在一定程度上为Fe0联合微生物去除ClO4-技术的推广应用提供了理论支撑。

共存金属离子对Fe^0-奥奈达希瓦氏菌协同还原U(Ⅵ)的影响

研究Fe0-奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis,S.oneidensis)(MR-1)协同还原去除水相中的U(Ⅵ)时,共存金属离子Cu^(2+)、Ca2+、Mn2+和Zn2+存在时分别对U(Ⅵ)还原效果的影响。结果表明:在10.0~50.0 mg·L-1范围内,共存Ca2+和Zn2+对U(Ⅵ)的还原有一定的抑制,且影响大小与其浓度呈正相关,共存Cu^(2+)几乎完全抑制了U(VI)的还原;在Cu^(2+)浓度低于5.0 mg·L-1时,其对U(VI)的还原存在一定程度的抑制。在Fe0-S.oneidensis还原U(Ⅵ)的初期,10.0~50.0 mg·L-1的Mn2+对U(Ⅵ)的还原有抑制作用,18 h后,Mn2+对U(Ⅵ)的还原基本没有影响,且高浓度的Mn2+对U(Ⅵ)的还原有微弱的促进作用。共存金属离子对六价铀还原酶还原U(Ⅵ)的影响研究表明,Cu^(2+)、Ca2+和Zn2+对U(Ⅵ)还原酶的活性有一定的抑制作用,其中Cu^(2+)的最明显,而Mn2+对还原酶的活性有微弱的催化作用。

ANAMMOX菌铁自养反硝化工艺的稳定性

在非严格厌氧的连续流反应器中,通过调节进水pH、外加一定浓度的Fe2+以及定期更换新鲜铁粉这3种运行方式探讨维持厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌利用零价铁去除硝酸盐反应体系长期稳定运行的适宜条件.结果表明,随着反应进行、受零价铁表面钝化的影响,该体系硝酸盐去除率逐渐下降,反应器难以持续运行.在一定范围内降低进水pH(5~7),或者额外投加一定量的Fe2+对改善该反应体系的稳定性效果不显著.通过定期更换新鲜铁粉的方式,可以有效提高硝酸盐去除率、增强反应器稳定性.相比对照组可稳定运行7 d,实验组可至少稳定运行60 d,硝酸盐平均去除率提高22.23%.因此,采取适宜措施保证体系内有足够具有活性的零价铁、消除零价铁钝化的不利影响,是ANAMMOX菌利用零价铁去除硝酸盐反应体系高效、稳定运行的关键.