17α-乙炔雌二醇胁迫下零价铁对硝化污泥中抗性基因的影响

采用硝化污泥序批式反应器去除17α-乙炔雌二醇(EE2),基于宏基因组测序技术考察了零价铁(ZVI)对硝化污泥去除17α-乙炔雌二醇(EE2)过程中抗生素抗性基因(ARGs)的影响,结合菌群结构分析了其潜在影响机制.结果表明,硝化污泥处理EE2过程中ARGs丰度提高了724.42TPM(每百万转录本中来自于某基因的转录本数目),但ZVI削减了此过程中的ARGs丰度增长趋势,EE2及ZVI改变了ARGs亚型的分布,但对ARGs类型及亚型种类无明显影响.EE2使得硝化污泥中属于高风险等级(Q1及Q2)的ARGs丰度增加了555.75TPM及151.08TPM,ZVI降低了硝化污泥中的抗性风险.多重耐药是硝化污泥中丰度占比最大的高风险(Q1和Q2等级)ARGs类型,占比高达49.23%.微生物群落是硝化污泥中ARGs的重要驱动因子,鞘脂单胞菌属(Sphingopyxis)等菌属与多种ARGs显著正相关,可能是多种ARGs的共同潜在宿主.

零价铁(ZVI)工艺处理水中铬、砷污染的研究进展综述

工业和城市活动导致水体中的铬、砷污染物浓度升高,严重威胁人类的健康。近年来,使用零价铁(ZVI)处理地下水和废水中的毒性污染物备受关注,该法被证明有较高的处理效果。该文综述了ZVI处理水中铬、砷污染的研究进展,并对未来的研究方向提出了展望。

基于沼渣的生物炭负载零价铁强化牛粪厌氧产甲烷研究

针对养殖场废物厌氧消化处理中存在的沼气产量较低和沼渣资源化利用较低等不足,文章以沼渣为原材料,通过铁盐改性制备获得生物炭(biochar,BC)负载零价铁(zero-valent iron,ZVI)复合材料(ZVI-BC),并将其用于强化牛粪的厌氧产甲烷过程。研究结果表明:ZVI-BC具有更丰富的官能团种类、更大的比表面积和孔隙率;添加ZVI-BC对牛粪厌氧消化过程有一定促进作用,产气量较对照组提高3.35%~26.87%,甲烷体积分数提高7.01%~16.22%;低添加量的ZVI-BC对甲烷的促进作用更加显著;添加ZVI-BC有助于缓解有机酸积累、吸附中间有毒有害产物及增加消化体系缓冲能力。研究结果可为养殖场废物厌氧处理的研究和应用提供参考。

工业铁屑(零价铁)还原硝基苯影响因素研究

通过静态试验,研究了初始硝基苯浓度、零价铁含量和pH值对零价铁还原硝基苯的影响.结果表明,在pH值为7,硝基苯初始浓度为311.25mg/L条件下,零价铁含量分别是100、50和25g/L时,硝基苯的降解速率常数分别是-0.02991、-0.0165和-0.00783min-1,零价铁含量越大硝基苯的降解速率越大;在pH值为7,零价铁含量为50g/L条件下,硝基苯的初始浓度分别是127.5,311.25,467.01mg/L时,硝基苯的降解速率常数分别是-0.01532、-0.01235和-0.00891min-1;在硝基苯初始浓度为311.5mg/L,零价铁含量为50g/L条件下,pH值为2.94时,硝基苯的降解速率最大,pH值为7其次,pH值为11.89时的降解速率最小,酸性环境利于零价铁还原硝基苯的进行.由此可见,硝基苯浓初始浓度、零价铁含量和pH值对硝基苯的还原具有重大影响.

响应曲面法分析零价铁对普施安蓝H-5R脱色的影响因素

该文分别从零价铁(ZVI)投加量、粒径、pH值、盐浓度、摇床摇速对偶氮染料普施安蓝H-5R进行脱色速率研究,并通过响应曲面进行试验优化。结果表明在初始染料溶液浓度为200 mg/L时,最适投加量为1.5 g/L,脱色速率随着粒径和摇床摇速增大而升高,中性和偏酸条件下pH影响不大,高浓度盐可以增加染料的脱色。响应曲面法(RSM)结果还表明不同影响因素之间存在相互作用,从而影响染料脱色。

零价铁-过硫酸钠组合PRB介质对硝基苯和苯胺的去除特性

以海藻酸钠(SA)为胶结剂分别制备了基于零价铁(ZVI)和过硫酸钠(PS)缓释材料的可渗透反应栅(PRB),研究了ZVI可渗透反应栅(ZVI-PRB)介质与ZVI-PS组合可渗透反应栅(ZVI-PS-PRB)介质对地下水中硝基苯(NB)及其主要还原产物苯胺(AN)的去除特性,考察了ZVI-PRB的填充量、进水流速、ZVI-PRB与PS-PRB的组合方式、PS-PRB的填充量等对出水中NB和AN浓度的影响,并采用当量因子法对不同处理方式的降解效果进行了对比分析。结果表明:NB去除率与地下水流速呈反相关关系,与ZVI-PRB填充量呈正相关关系,当ZVI-PRB填充量为10 g、地下水流速为0.4 mL/min时,10 d内出水中NB的去除率保持在96.7%以上;ZVI-PRB和PS-PRB串联组合可在高效降解NB的同时降低出水中AN的浓度;ZVI-PRB和PS-PRB等比串联组合且填充量均为10 g时NB当量的累计去除率最高,出水负面环境影响较小。该研究结果可为ZVI-PS-PRB修复NB污染地下水提供参考。

零价铁-克雷伯氏菌联合体系对亚甲基蓝溶液的脱色性能

以零价铁(ZVI)和一株高效脱色菌克雷伯氏菌yl-1作为联合体系,研究其对亚甲基蓝溶液的脱色性能,并采用单因素实验及中心组合设计-响应面分析法(CCD-RSM法)对该过程的脱色条件进行优化。实验结果表明:相比于单独ZVI体系和单独yl-1脱色菌体系,ZVI-脱色菌联合体系的脱色率分别提高了40%和10%;在初始pH为8、初始亚甲基蓝质量浓度为250 mg/L、ZVI投加量为4.0 g/L、反应温度为33℃的最优条件下,ZVI-脱色菌联合体系对亚甲基蓝脱色反应液的脱色率为91.33%。

亲水铁碳缓释材料制备及其强化地下水生物还原脱氯效果

通过二步球磨法制备了以木质素磺酸钠(SL)为表面修饰剂的纳米零价铁(nZVI)-聚乳酸(PLA)-生物炭(BC)复合材料,表征了其亲水和缓释碳的特性,明确了其强化地下水中氯代烃(CHCs)生物还原脱氯的效果和最佳组分配比.结果表明:所制备的铁碳材料具有良好的亲水性和缓释碳性,72h后材料释碳量趋于稳定.材料能够有效协同异化铁还原菌脱氯降解1,1,1-三氯乙烷(1,1,1-TCA)168h内体系中污染物去除率最高达到85.00%,最大降解速率为6.74mg·L^(-1)·h^(-1),且降解效果随nZVI和PLA含量的增加而提高.综合考虑释碳性能、降解效果和制备成本,得到BC,PLA和nZVI的最佳质量配比为3:1:1.该铁碳复合材料去除1,1,1-TCA的主要途径为零价铁(ZVI)介导的快速化学还原脱氯和异化铁还原菌介导的长期生物还原脱氯.本研究成果有望为CHCs污染地下水修复提供创新技术支持.

基于文献计量的微生物协同ZVI/nZVI的研究进展

ZVI/nZVI凭借其优异的污染物去除性能以及在环境修复中的其他优点,引起了国内外研究人员的极大关注。基于中国知网和Web of Science核心合集数据库中英文文献数据,对国内外微生物协同零价铁(ZVI)/纳米零价铁(nZVI)的相关文献进行年代分布、期刊分布、关键词共现、时间演进及突现等方面的文献计量分析。结果显示,年度论文总数的增长趋势可分为3个阶段。中国是这一领域最活跃的国家,Journal of Hazardous Materials是出版物数量最多的期刊。有关ZVI与微生物的研究重点是甲烷生产、厌氧消化、脱氯作用;微生物协同nZVI的研究集中于微生物群落、修复、生物毒性、生物炭。关键词的时间演进图谱将其分为9种聚类,关键词的突现分析表明细胞分子水平的机理研究和零价铁生物毒性的创新可能是未来的研究方向。

ZVI与TCE反应参数优化及动力学方程的建立

以批量研究的方法,考察了ZVI纯度、ZVI粒径、ZVI投量、p H值、温度和初始TCE浓度对TCE去除的影响,建立了ZVI去除TCE的动力学方程。最佳参数为:ZVI纯度92%,ZVI粒径30目,ZVI投量30 g,p H值为6.0,温度25℃,初始TCE质量浓度50 mg/L。最佳条件下TCE去除率可达73.6%,反应符合一级动力学方程。

零价铁对脱色希瓦氏菌S12偶氮还原的促进作用

以脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)S12为实验菌株,研究了零价铁(ZVI)存在条件下微生物的厌氧偶氮还原特性及其最佳反应条件.结果表明,ZVI可显著促进菌株S12的厌氧偶氮还原速率.培养30 h后含有20 mmol.L-1微米级ZVI和S12菌的培养体系中,菌株S12对1 mmol.L-1苋菜红的脱色率达100%,比不含ZVI的S12菌培养体系和只含ZVI的体系的偶氮还原率分别提高了23.16%和94.66%;在额外含20 mmol.L-1甲酸钠的培养体系中,ZVI的存在也使S12菌对苋菜红的脱色率提高了20.54%.此外,ZVI的存在可显著提高培养体系对偶氮染料的耐受能力.在投加ZVI和菌株S12培养体系中,连续批量投加浓度为1 mmol.L-1的苋菜红可在276 h内实现11次有效脱色,而不含ZVI的S12菌培养体系中只能实现3次有效脱色.进一步的研究发现,ZVI与菌株S12协同培养体系的最适反应pH为9.0,最适ZVI投加量为60 mmol.L-1.与毫米级和纳米级ZVI颗粒相比,微米级ZVI颗粒具有更强的促进作用.本研究结果将为利用ZVI协同促进偶氮染料的生物治理效果提供科学参数.

不同粒径零价铁活化过硫酸钠氧化降解酸性橙7的影响及动力学研究

以偶氮染料酸性橙7(AO7)为目标污染物,研究了不同粒径零价铁(包括1 mm-ZVI、150μm-ZVI、50 nm-ZVI)对活化过硫酸钠(PS)氧化降解AO7的影响,并探讨了这3种不同粒径的零价铁活化体系中AO7的降解动力学及中间产物.结果表明,3种粒径零价铁均可以高效活化PS氧化降解AO7,反应90 min后,1 mm-ZVI、150μm-ZVI和50 nm-ZVI活化体系对AO7的去除率分别为43%、97%和100%.AO7动力学方程拟合结果表明,1 mm-ZVI和150μm-ZVI活化PS降解AO7是一级反应,50 nm-ZVI活化体系中AO7的降解是二级反应,这3种粒径零价铁活化PS降解AO7的速率常数大小顺序为50 nm-ZVI>150μm-ZVI>1 mm-ZVI.反应过程中1 mm-ZVI反应后主要生成α-Fe2O3和少量Fe3O4,150μm-ZVI表面的腐蚀产物主要是Fe3O4,而50 nm-ZVI的主要氧化物为α-Fe2O3和α-FeOOH.GC/MS检测出AO7降解中间产物有2-萘酚、邻甲酚、3-甲基-4-乙基苯酚、邻苯二甲酰亚胺、邻苯二甲酸等,AO7溶液吸收光谱的变化特征及GC/MS检测结果表明3种粒径零价铁活化PS氧化降解AO7的途径可能存在差异.

零价铁活化过硫酸钠去除废水中的砷(Ⅴ)

砷是目前人类发现毒性最强的物质之一,水体砷污染已成为一个亟待解决的全球性环境问题.利用零价铁(zero valent iron,ZVI)活化过硫酸钠(sodium persulfate,PS)产生的硫酸根自由基(SO-4·)对As(Ⅴ)溶液的去除能力远远大于PS或ZVI本身.通过控制PS和ZVI投加量、反应温度、初始pH值、As(Ⅴ)溶液初始浓度,研究各变量对As(Ⅴ)溶液的去除效果和动力学影响.通过X射线光电子能谱分析仪(XPS)和环境扫描电镜(SEM)对反应前后的物质结构进行表征分析.结果表明,当As(Ⅴ)溶液浓度为20~100 mg·L^(-1),As(Ⅴ)溶液的去除率都大于98%,并且反应符合准二级动力学.PS能加速ZVI的腐蚀,进而促进As(Ⅴ)溶液的吸附以及与铁的氧化物/氢氧化物的沉淀和共沉淀,从而达到去除As(Ⅴ)溶液的目的.

缺氧酸化联合零价铁-过氧化氢改善污泥脱水性能的研究

为探讨缺氧酸化联合零价铁(ZVI)-过氧化氢(H_2O_2)调理对污泥脱水性能的影响,本文通过单因素试验,以污泥比阻(SRF)作为参考指标,系统考察了调理条件对污泥脱水性能的影响.同时,在试验的最佳调理条件下,分析了污泥各层胞外聚合物(EPS)有机物质量浓度及荧光光谱强度以阐明该联合作用机理.结果表明,当初始pH为2,ZVI投加量为280 mg·g^(-1)(以干污泥量(DS)计,下同),缺氧时间为4 h,H_2O_2投加量为30 mg·g^(-1)(以DS计,下同),类芬顿反应时间为10 min时,SRF降低了90.39%,处理效果较单独类芬顿处理提升了1倍.机理探究试验表明,在缺氧条件下,酸化处理可加速污泥的水解,溶解得到更多的二价铁离子,促使EPS结构发生改变;ZVI-H_2O_2调理可有效地氧化部分EPS,使得紧密结合胞外聚合物(TB-EPS)破解转化至松散结合胞外聚合物(LB-EPS)和上清液胞外聚合物(SB-EPS).EPS分析结果表明,蛋白质的减少能有效提高污泥脱水性能,腐殖酸和富里酸类有机物的产生能提高污泥疏水性能.此外,ZVI的再次利用效率高,重复利用仍能使SRF降低率达到82.04%.因此,缺氧酸化联合ZVI-H_2O_2处理能实现污泥的水解、氧化和絮凝过程,达到改善污泥脱水性能的目的.

CaO_(2)预处理耦合ZVI强化含油餐厨垃圾厌氧消化

餐厨垃圾中油脂降解困难,易导致厌氧消化失败。为促进含油餐厨垃圾的厌氧消化过程,采用过氧化钙(CaO_(2))预处理和添加零价铁(ZVI)耦合策略,并优化投加量。结果表明,CaO_(2)预处理最优投加量为0.05 g/gVS,最佳预处理时间为24 h。预处理后油脂降解率提高了300.06%,溶解性蛋白质和多糖的浓度分别提高了2.87和1.95倍。添加3 g/L的ZVI使累积产气量达368.92 mL/gVS,较空白组提高了95.92%,辅酶F420和电子传递体系(ETS)活性分别提高了46.93%和105.13%。CaO_(2)预处理促进了有机质的降解,ZVI提高了系统稳定性和相关酶活性。CaO_(2)预处理和添加ZVI耦合策略可有效提高含油餐厨垃圾的厌氧消化产气性能。

污染地下水可渗透反应墙(PRB)技术研究进展

地下水污染已成为我国严峻的环境问题,治理污染地下水工作迫在眉睫。可渗透反应墙(permeable reactive barrier,PRB)技术是污染地下水修复的新兴技术,具有治理效果好、造价低廉、对生态环境影响小等特点,能够有效去除地下水中的有机氯化物、重金属和无机离子等。PRB技术在美国已广泛应用到工程领域并实现商业化,在我国目前处于实验室研究和现场示范应用阶段。综述了PRB技术的原理、结构类型、活性填料、修复机理和工程应用,指出PRB系统长期有效运行存在的技术问题,以及PRB技术的应用前景和重点研究方向,以期为PRB技术在我国的研发和推广应用及地下水污染治理提供参考。