三维电芬顿法处理含氰废水实验研究

构建以钌铱锡为阳极、不锈钢为阴极、铁碳微电解填料为粒子电极的三维电芬顿—Fe/C-MEF(铁碳微电解)系统。分析该系统在不同曝气量、电流密度、初始pH和极板距离条件下对废水中COD、TN和氨氮处理效果的影响,并且在优化的工艺操作条件下探究该系统对废水中总氰化物(TCN)的处理效果。结果表明,适宜该系统对废水处理的单因素条件为:曝气量1.2 L/min、电流密度35 mA/cm^(2)、不调节废水初始pH、极板距离4 cm;在该优化的单因素条件下,电解系统对废水中的TCN具有很好的去除效果,电解3 h时对TCN的去除率可达98.3%。

地下水系统中的抗生素对反硝化的影响研究进展

微生物反硝化过程是地下水中硝酸盐最重要的脱氮形式。再生水利用和养殖业引起的抗生素污染常与硝酸盐共存。因此,需深入研究抗生素及其存在形式对地下水中硝酸盐反硝化过程及抗生素抗性基因(ARGs)产生、富集和传播的影响,以综合解析地下水硝酸盐浓度升高的原因。近年来的研究识别了地下水系统中抗生素的解离/络合形态、吸附形式(层间吸附/表面吸附)、水解与微生物降解产物等存在形式,并从反硝化微生物群落、功能酶的种类与活性、功能基因丰度以及ARGs产生与传播途径阐释了抗生素对反硝化过程的抑制机制。主要结论为:(1)地下水系统中,抗生素以多种形式存在,而不同形式的抗生素对微生物的毒性有显著差异;(2)在每升纳克至微克水平的抗生素存在下,地下水反硝化过程受到抑制,抗生素改变了微生物群落结构,抑制了功能酶活性,增加了ARGs的丰度,在这些作用的协同影响下,硝酸盐降解动力学由零级向一级转变;(3)在抗生素抑制反硝化过程中,还增加了温室气体N2O的释放量,抗生素影响了功能基因nosZ表达,N2O浓度与nosZ丰度呈负指数关系。在综述相关文献的基础上,对未来研究提出了展望:(1)定量识别典型抗生素进入地下水系统后的存在形式;(2)厘清不同存在形式的抗生素对反硝化微生物群落、功能酶种类与活性、功能基因丰度和多样性的影响;(3)探索反硝化功能基因在抗生素不同存在形式和不同输入方式下的变化过程,并建立ARGs产生、富集与传播模式;(4)结合野外观测和室内实验从分子生物学、环境化学和水文地质学多尺度研究复合污染下地下水系统的反硝化过程,可为日益复杂的地下水污染防治和饮用水安全保障提供理论依据。

典型西南岩溶地下水抗生素污染指示因子识别

我国南方岩溶地区是全球三大岩溶集中分布区之一,由于岩溶地区独特的含水层结构,其地下水极易受到地表污染。为了探明岩溶地下水中抗生素污染空间分布的主控因素,厘清抗生素浓度与水化学参数的相关关系,进而识别岩溶地区水环境中抗生素污染的指示因子,以西南典型岩溶地下河系统为研究对象,利用超高效液相色谱串联质谱联用仪(UPLC-MS/MS)分析了35种抗生素浓度。结果表明:研究区共检出了30种抗生素,包括3种四环素类(<检出限(MDL)~421 ng/L)、5种大环内酯类(28.3~884 ng/L)、9种磺胺类(2.50~30 ng/L)和13种喹诺酮类(19.5~1807 ng/L)。其中,大环内酯类和喹诺酮类抗生素是研究区检出的主要抗生素,其空间分布特征主要受污染源和稀释作用控制。研究区水化学类型包括HCO_(3)-Ca·Mg型和HCO_(3)-Ca·Na·Mg型,抗生素浓度在不同的水化学类型中存在显著差异,HCO_(3)-Ca·Na·Mg型水样中抗生素浓度显著高于HCO_(3)-Ca·Mg型(2~10倍)(Mann-Whitney检验,p<0.05)。同时,Pearson相关性分析结果表明,三氮(硝氮、亚硝氮与氨氮浓度之和)、总有机碳(TOC)、Na^(+)、Cl^(-)浓度与单一抗生素浓度、不同种类抗生素浓度、抗生素总浓度均呈显著正相关(r=0.81~0.99,p<0.05,N=7~8)。相比三氮、TOC和Na^(+),Cl^(-)在环境中性质更稳定,是岩溶地区地下水系统中更可靠的抗生素污染指示因子。本研究为受县级污水处理厂和农村生活废水排放影响的岩溶地区抗生素污染识别与污染预测提供了理论依据。

不同负荷条件对好氧污泥颗粒化的影响

采用R1、R2两组SBR反应器,以好氧絮状污泥为接种污泥,通过添加PFS(聚合硫酸铁)作为颗粒污泥造粒晶核及改变各反应器进水有机负荷,力求快速培养出AGS(好氧颗粒污泥)。研究表明,控制R1有机负荷为1.5~4.5 kgCOD_(Cr)/(m^(3)·d),在第17天时AGS培养成功,其中值粒径为412μm;培养过程中PN(蛋白质)分泌量最高达112.69 mg/g,PN的大量分泌更利于AGS的培养;培养成功的AGS(17~28 d)对COD_(Cr)、TN、TP的去除率分别为93%~94%、70%~72%、91%~93%。而控制R2有机负荷为4~6.5 kgCOD_(Cr)/(m^(3)·d),培养期间进水有机负荷过高,AGS培养失败;在培养过程中PS(多糖)分泌量最高达90.93 mg/g,PS的大量分泌易引发污泥膨胀。

钇/羟基磷灰石的制备及对含磷废水的净化

以氢氧化钙和磷酸二氢钠为原料制备羟基磷灰石,通过化学沉淀法制备钇/羟基磷灰石复合材料,利用SEM-EDS(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)、FTIR(傅里叶变换红外光谱)等表征其晶体结构与形貌,并采用静态吸附实验考察吸附剂的负载比例、pH、吸附时间和初始浓度对磷酸盐的吸附性能的影响。结果显示:羟基磷灰石为分散均匀的稻米状颗粒,XRD图谱显示为典型的羟基磷灰石,钇/羟基磷灰石颗粒发生团聚且粒径变大,特征峰峰强减弱,但未出现新的强特征峰。吸附研究表明:钙与钇的摩尔比为2∶1时吸附效率最高,复合材料的吸附容量随初始浓度的增加而增大,最大吸附量为116.38mg/g,吸附过程符合准二级动力学模型、双室一级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,吸附过程由化学吸附主导,随pH在3~9的范围增加,复合材料的吸附效率先增后减,在pH为5~6时达到最大值。

改性硅藻土-沉淀法对废水中磷的去除效能

采用改性硅藻土处理含氮磷的模拟废水,考察了未投加镁源和投加镁源两种条件,相同pH值下碱改性硅藻土投加量对磷去除效果的影响。结果表明:废水初始pH值为9,未投加镁源条件下,改性硅藻土体系对废水中PO43--P的去除效果与投加量呈正相关,但对废水中PO43--P的去除率均在22%以下;投加镁源条件下,改性硅藻土体系对废水中PO43--P的去除率与改性硅藻土投加量呈正相关,其对废水中PO43--P去除率在83.72%~96.48%。投加镁源条件下,改性硅藻土体系对废水中PO43--P的去除作用有沉淀作用和吸附作用,以沉淀作用为主;硅藻土诱导废水中PO43--P沉淀去除中,废水中的PO43--P主要以Mg3(PO4)2沉淀形式去除,XRD图谱未见鸟粪石特征峰出现。

铁碳微电解系统对废水中TP去除的效果及影响因素

采用自配模拟含磷废水,通过批实验和正交实验探讨影响铁碳微电解系统对废水中TP去除效果的因素及其适宜因素值组合。研究结果表明:当废水初始TP浓度为5 mg/L,活性炭加入量为0. 03 g/m L时,在其pH值为3. 0,搅拌强度为110 r/min的条件下,吸附至25 min时,活性炭对模拟废水中TP的吸附基本达到饱和,其对TP的吸附去除率在19. 8%左右。不考虑活性炭对模拟废水中TP的吸附作用,单因素影响的研究表明,铁碳微电解系统对废水中TP去除效果较好的适宜pH值为3. 0,铁碳比为1∶1. 5,搅拌强度为110 r/min;正交实验显示,各因素对铁碳微电解系统去除TP影响程度由大到小的顺序依次为:初始pH值>铁碳质量比>反应时间>搅拌强度。采用最佳参数组合的铁碳微电解系统对废水中TP的去除率为20. 91%。

电气石的环境功能属性及其复合功能材料应用研究

电气石是非金属矿物领域中较为重要的一类硅酸盐类矿物,属非可再生类天然矿物。电气石晶体具有化学成分复杂、晶形及颜色多样等特征。电气石晶体内部的物质及结构特征,使其具有压电性、热释电性、自发极化效应和释放负离子等特性。近年来,关于利用电气石的环境功能属性制备各类复合功能材料的研究已成为备受关注的热点。基于电气石的来源、分类、晶体内部物质成分与结构组成等,概述了电气石的理化结构特征及各环境功能属性,进而论述电气石及其复合功能材料在各个实际领域中的应用,归纳并总结电气石在现今环境污染治理应用当中存在的相关问题,最后对电气石及其复合功能材料的发展前景进行了展望。

海洋粘土矿物与颗石藻Emiliania huxleyi共培养的实验研究

颗石藻是海洋中广泛分布的超微型浮游藻,经生物矿化作用形成的碳酸钙质颗石,在古海洋学研究中具有重要意义。海洋粘土矿物与有机质的有机-无机相互作用在全球碳循环中扮演着重要角色。本文选取广泛分布于海洋的赫氏颗石藻Emiliania huxleyi与海洋粘土矿物中具有代表性的伊利石和蒙脱石共培养。通过对颗石藻生长曲线和Sr/Ca、Mg/Ca元素比值、颗石藻与粘土矿物样品的紫外可见光吸收光谱、红外吸收光谱和矿物物相等分析,研究海洋粘土矿物与颗石藻的相互作用规律。通过研究表明伊利石对颗石藻的影响较小,蒙脱石因对营养元素的吸附和颗石藻的絮凝作用对颗石藻的生长和Sr/Ca、Mg/Ca元素比值影响较大。颗石藻代谢分泌的生物分子未能通过层间插层作用进入伊利石层间,颗石藻分泌的生物分子可通过插层作用进入并储存于蒙脱石层间,海洋粘土矿物中的蒙脱石与海洋微生物的相互作用值得地球微生物家关注,可能有助于对古海洋环境的认识。

川西北沙化土壤对镉和丁草胺的吸附特征

研究了川西北4种受试土壤对镉和丁草胺的吸附行为,探讨沙化后对镉和丁草胺吸附行为的影响。结果表明:受试土壤对镉和丁草胺的吸附分别在30 min和24 h内达到吸附平衡。与未沙化土壤相比,轻度和中度沙化土壤对镉的吸附速率分别下降1. 5%和18%,饱和吸附量分别降低83. 5%和91. 8%;丁草胺的吸附速率分别下降23%和43%,丁草胺的吸附系数分别下降79. 7%和88. 4%。镉的饱和吸附量和丁草胺的吸附系数都与土壤有机质含量(SOM)呈显著线性正相关,表明SOM是土壤吸附镉和丁草胺的主要介质。沙化后,初始浓度增加,镉的有机质标化吸附量逐渐增大,丁草胺的有机质标化吸附系数基本未发生变化。

石墨烯及其纳米复合材料的制备与应用研究

石墨烯作为一种新兴二维碳纳米材料,具有完美的晶体结构和诸多优异的物理化学性能。石墨烯独特的电学、热学、光学和力学性能,使其在电子器件、导热材料、气体传感器、感光元件以及环境科学等领域具有广阔的应用前景。其潜在的实际应用价值,使石墨烯材料的开发成为当前最受关注的研究热点之一。本文从石墨烯的来源、结构、分类和基本性质出发,概述了石墨烯及其衍生物的制备方法及属性特征,进而介绍了石墨烯及其衍生物纳米复合材料在电子、材料、储能和环境等领域中的最新研究进展,并对石墨烯及其纳米复合材料的发展前景进行了展望。

尿素深施后模拟水田系统中氮素的迁移转化途径

为探究尿素深施入土壤后氮素在土-水系统中的迁移转化途径,采用自制装置模拟水田并测定土壤及表层水中氮素浓度及相关指标的变化,以此对氮素的迁移途径进行研究。结果表明:尿素深施方式下,氮素在表层水中发生的反应以氨挥发和硝化反应为主,在土壤中主要进行反硝化反应;尿素深施入土壤15天后系统中氮素损失量占总施肥量的14.86%,其损失来源于氨挥发和生物反硝化作用,分别约占总损失量的68.95%和31.05%。尿素深施方式下水田中氮素迁移转化过程十分复杂,通过分析土-水系统中存在的反应和氮素迁移转化途径可为合理施肥及控制农田面源污染提供技术参考。

蒙脱石微囊的制备及其吸附性能研究

以有机改性蒙脱石为囊膜壁壳,采用皮克林乳液法制备蒙脱石微囊。利用光学显微镜、扫描电镜和红外光谱对所制蒙脱石微囊的形貌和结构进行了表征。通过蒙脱石微囊对亚甲基蓝和罗丹明B的吸附行为,探讨了其吸附性能。采用单因素法考察了微囊浓度、溶液p H值对染料分子吸附性能的影响。探讨了微囊对亚甲基蓝和罗丹明B混合染料的选择性吸附。结果表明:所制蒙脱石微囊经正硅酸乙酯交联后形貌保持较完整。微囊的红外特征吸收峰与蒙脱石特征吸收峰一致。不同微囊浓度和p H值条件下,蒙脱石微囊吸附亚甲基蓝和罗丹明B的过程符合一级动力学方程。微囊对亚甲基蓝和罗丹明B混合染料的吸附具有选择性,对亚甲基蓝的吸附速率高于罗丹明B。

川西平原水稻土对磺胺甲噁唑的吸附动力学研究

磺胺甲噁唑（SMX）在水稻土上的吸附动力学研究鲜有报道。采用批量吸附试验,系统分析了川西平原6种代表性水稻土对SMX的吸附动力学特征,并考察了水稻土粒径对吸附过程的影响。结果表明：1）6种水稻土对SMX的吸附量均随吸附时间延长而增大,并在120 h内达到吸附平衡;2）SMX在黏性水稻土上的吸附量（≥66.15μg/g）高于沙质水稻土（≤59.62μg/g）;3）双室一级动力学模型（R2adj为0.97～1.00,均值为0.99）对SMX在水稻土上吸附过程的拟合度优于拟二阶动力学模型（R2adj为0.80～0.98,均值为0.91）和拟一阶动力学模型（R2adj为0.72～0.97,均值为0.84）;4）双室一级动力学模型包括快室和慢室吸附两个过程,而水稻土上SMX的快室吸附过程在吸附前12 h内完成,且吸附贡献较慢室吸附大（f1〉f2）;5）粒径小于830μm的水稻土对SMX的吸附作用随颗粒粒径减小而增大;6）大多数情况下,同种水稻土的快室吸附速率随土壤粒径增大而减小。研究表明,川西平原水稻土的粒径分布在SMX迁移过程中起到了重要作用。

添加零价铁的反硝化系统中发生的主要反应

分别采用零价铁、反硝化污泥及零价铁+反硝化污泥的系统处理含NO3--N的废水,探讨零价铁的添加对反硝化系统脱氮效果的影响及系统中发生的主要反应。结果表明,零价铁系统对废水中的NO_(3)^(-)-N无去除效果;当零价铁+反硝化污泥系统对废水中NO_(3)^(-)-N的去除率达到100%时,反硝化污泥系统对废水中的NO_(3)^(-)-N去除率仅为60.1%。零价铁+反硝化污泥系统中主要发生零价铁参与的氧化还原反应及微生物参与的生物反硝化反应。

人工湿地植物炭基材料特性及铁碳微电解填料制备

以人工湿地中典型植物为原料制备了不同条件下的炭基材料,并对其产率和结构特性进行了分析;同时考察了铁碳质量比、膨润土配比和焙烧温度对铁碳微电解填料除磷和化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)性能的影响,优化了植物基铁碳微电解填料的最佳配比和制备条件。结果表明:炭基材料主要由C、H、O和N四种元素构成,其芳香度和晶体化程度随着热解温度的升高而显著增加,同时孔隙结构进一步发育,而产率、亲水性和极性明显降低。通过单因素实验,确定了植物基铁碳微电解填料的最佳质量配比为112∶24∶40.8∶8.84,最佳焙烧温度为700℃,且焙烧过程中对Fe0的保护效果较好,保证了足够的微电池数量,但也有部分Fe2+和Fe3+的形成。

蒙脱石基生物纳米复合功能材料及应用研究

生物纳米复合功能材料的理论与应用研究已成为关注焦点,是生命科学与材料科学前沿交叉方向。粘土矿物是一类天然纳米结构的硅酸盐矿物,其特殊的层状纳米结构,使其具有吸附能力强,稳定性好,应用广泛等特点。本文主要介绍了蒙脱石基生物纳米复合功能材料在酶催化、抗菌、医药和环保等领域中的研究、开发及应用情况,并探讨了粘土矿物基纳米复合材料的发展前景。

水培水稻系统对生活污水中氮磷的深度净化效能

采用水平式水培植物净化床,在自然光照条件下,探讨水培水稻系统对生活污水二级生化处理出水中氮磷的去除效果。研究结果表明:在104 d的水培期间,水培水稻系统对污水中的氮磷有较好的去除效果,其对TN去除率最高达85. 7%,在整个水培周期内,因水稻吸收作用、沉淀作用、微生物及其他作用对TN去除的贡献率分别为17. 7%,4. 1%和78. 2%;该水培系统对TP去除率最高达73. 9%,在整个水培周期内,因水稻吸收作用、沉淀作用、微生物及其他作用对TP去除的贡献率分别为32. 9%,7. 2%和59. 9%。在水培水稻净化系统中,微生物及其它作用对氮磷去除的贡献最大,植物吸收作用对氮磷去除的贡献次之,而沉淀作用对氮磷去除的贡献相对较小。

小型农村社区尾水排放通道底泥内源释放特征

随着农村社区不断聚落化,农村生活污水逐步从分散排放转为中小规模集中排放,研究中小规模农村社区的污水排放特征及环境影响是我国农村水污染控制的重要课题之一.本文选取四川绵阳某小型农村社区为研究对象,监测经简易化粪池集中处理后生活污水的NH3-N和COD排放特征,并采用元素分析和内源静态模拟释放实验研究了该社区排水通道中底泥累积与释放污染物的特性.结果表明,该社区集中排放的生活污水水质较差,致使排水河道严重污染,底泥二次污染风险高.该社区集中排放的生活污水中NH3-N浓度范围为2.9—40.3 mg·L-1;COD浓度范围为33—59 mg·L-1.10年的排放使得社区尾水排放通道底泥污染累积明显,TN含量高达1150—4050 mg·kg-1.底泥内源释放风险不可忽略,主要释放污染物为NH3-N,在UP水中最大释放浓度为3.1 mg·L-1,在上覆水中最大释放浓度为5.9 mg·L-1,均高于GB3838—2002(Ⅴ)类地表水标准.因此,NH3-N应作为农村社区生活污水排放标准中的关键控制指标、也应是分散式生活污水处理设施升级的关键控制指标.低成本NH3-N简易去除装置的研究及推广对降低分散式生活污水排放风险具有重要的意义.

稻田排水晒田及降雨径流的氮素流失特征

为研究稻田排水晒田以及雨季径流的氮素流失特征,以期对稻田农业面源污染防治提供依据。采用单独灌排的试验田,设计施肥量依次为0、90、150、270 kg/hm^(2),通过监测水稻生长期间的田面水位、日降雨量以及排水前、降雨后各试验小区田面水中的三氮浓度,探明排水晒田及施肥后不同降雨时段的氮素流失规律,并估算氮素流失量。结果表明,稻田径流液中氮素浓度主要与施肥量和降雨距离施肥的时间有关,3次降雨径流中NH_(4)^(+)-N最高浓度为12.000 mg/L、TN最高浓度为13.520 mg/L,其中TN以NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N为主要流失形态;4个试验小区排水晒田和降雨径流所产生的TN流失量之和为24.380 kg/hm^(2),其中降雨径流为主要流失途径。施肥量、降雨径流量以及降雨径流距离施肥日期的时间间隔是影响氮素径流损失的主要因素。