酸性矿山废水中生物成因次生高铁矿物的形成及环境工程意义

酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是一类pH低并含有大量有毒金属元素的废水。AMD及受其影响的环境中次生高铁矿物类型主要包括羟基硫酸高铁矿物(如黄铁矾和施威特曼石等)和一些含水氧化铁矿物(如针铁矿和水铁矿等),而且这些矿物在不同条件下会发生相转变,如施氏矿物向针铁矿或黄铁矾矿物相转化。基于酸性环境中生物成因次生矿物的形成会"自然钝化"或"清除"废水中铁和有毒金属这一现象所获得的启示,提出利用这些矿物作为环境吸附材料去除地下水中砷,不但吸附量大(如施氏矿物对As的吸附可高达120mg/g),而且可直接吸附As(III),还几乎不受地下水中其他元素影响。利用AMD环境中羟基硫酸高铁矿物形成的原理,可将其应用于AMD石灰中和主动处理系统中,构成"强化微生物氧化诱导成矿-石灰中和"的联合主动处理系统,以提高AMD处理效果和降低石灰用量。利用微生物强化氧化与次生矿物晶体不断生长的原理构筑生物渗透性反应墙(PRB)并和石灰石渗透沟渠耦联,形成新型的AMD联合被动处理系统,这将有助于大幅度增加处理系统的寿命和处理效率。此外,文中还探讨了上述生物成因矿物形成在AMD和地下水处理方面应用的优点以及今后需要继续研究的问题。

天然有机质与矿物间的吸附及其环境效应的研究进展

本文综述了天然有机质与矿物间吸附行为的研究进展。具体介绍了天然有机质与矿物间的吸附机理,包括配位交换、范德华力、静电引力、疏水作用、离子交换及阳离子桥;阐述了不同分子大小及亲疏水性组分的天然有机质在矿物上的吸附行为;讨论了影响吸附行为的环境条件(pH,离子强度)及天然有机矿物体系对全球碳循环、重金属和有机污染物产生的环境效应,并提出了研究展望。

极端酸性环境下形成的施威特曼石(schwertmannite)及其环境学意义

施威特曼石(schwertmannite)是近年来发现存在于含SO42-丰富的极端酸性环境下的一种次生羟基硫酸高铁矿物,其结晶度较差,形态特殊,表面基团活性强,对其存在环境中有毒重(类)金属元素的迁移与钝化有重要影响。本文详细地介绍了施威特曼石的形成、组成结构、稳定性能、溶解度及其与重(类)金属元素的相互作用等方面的研究进展,并对其在地下水除砷中的应用前景进行了讨论。

污泥生物脱毒后土地利用对农作物及土壤环境的影响研究:田间试验

以水稻为实验材料,通过田间小区实验研究了制革污泥在生物脱毒前后以及脱毒污泥和化肥混施对旱作水稻生长和土壤环境的影响.结果表明,原始制革污泥对水稻的生长有明显的抑制作用,产量与对照比较下降了27%;而经脱毒后的污泥对水稻的生长与对照比较有明显的促进作用,分蘖明显,水稻苗期叶绿素含量、生物量(鲜重)和产量分别增加了17.3%、17.96%、16.95%;污泥和化肥混合施用的水稻的产量增加了20%.同时,脱毒后污泥的施用提高了土壤中有机质的含量,增加到29.79%,全N的含量提高了20.00%.但是,施用生物脱毒污泥一个季度后土壤pH有所下降;土壤中的重金属铬有所增加,但仍未超过土壤环境质量一级标准.重金属铬主要富集在水稻根部,籽粒中铬的含量没有超过食品安全的标准.长期施用脱毒污泥要考虑环境安全性问题,即使对于生物沥浸处理后的污泥也最好不施用到进入食物链的农地上,可用在园林绿化等用途上.

酸性环境下生物成因施氏矿物稳定性研究

施氏矿物是酸性矿山废水中广泛存在的次生矿物,其形成和转化受环境pH值、温度和共存离子等条件影响。文中研究了酸性环境中生物成因施氏矿物和吸附了三价砷的生物成因施氏矿物,在不同温度和钾离子浓度条件下的稳定性。结果表明,老化温度的增加促进施氏矿物相的转变:4℃条件下,在15周的老化时间里,无砷及含砷施氏矿物均未发生相转变;而在40℃条件下,经过15周的老化,则无砷和含砷施氏矿物均发生了部分相转变。此外,钾离子浓度变化可以导致施氏矿物老化产物不同:生物成因施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后的转化产物主要为针铁矿,在100mM钾离子条件下老化产物为黄钾铁矾和针铁矿。含As(Ⅲ)施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后没有发生相转变,在100mM钾离子条件下发生了部分相转变,产物为黄钾铁矾。生物成因施氏矿物中的As(Ⅲ)使得矿物在环境中更加稳定。

复合硫杆菌生物浸出污泥中重金属的效果及与pH和ORP的关系

利用复合嗜酸性硫杆菌(氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌)在不同接种量下(5%,10%,20%)对城市污泥进行生物沥浸,探讨了沥浸过程中不同重金属的浸出效果及其与pH值和氧化还原电位(ORP)的相关关系.结果表明,该方法能有效地浸出污泥中的重金属,生物沥浸处理10d后,污泥中Cu、Zn和Ni的浸出率可分别达到98%、99%和90%,硫杆菌接种量越大,沥浸反应速率越快,20%接种处理>10%接种处理>5%接种处理>未接种处理.污泥生物沥浸过程中pH的下降和ORP的上升,是促进污泥重金属溶出的主要驱动力,但其中Cu的浸出同时受pH下降和ORP上升的双重影响,而Zn和Ni的浸出则主要受pH影响.污泥中Cu、Zn和Ni开始大幅度浸出的pH阈值大约为4、5和5左右.研究还发现,生物沥浸处理虽可使污泥中有机质、全氮、全磷和全钾含量有所下降,但并不影响其农业利用价值.

水溶性有机物对菲的表观溶解度和正辛醇/水分配系数的影响

以农业上常用有机物料绿肥、猪粪和污泥作为水溶性有机物(DOM)的提取材料,以菲(Phe)作为多环芳烃(PAHs)的代表,通过摇瓶法研究了不同来源的DOM对菲在水中的表观溶解度和正辛醇/水分配系数的影响.结果表明,菲在超纯水中的溶解近似一级反应动力学过程.超纯水体系中添加了DOM后,菲溶解的平衡时间相对滞后,但却明显增加了菲的表观溶解度.当DOM浓度为150mg·L-1(以DOC计)时,在含Tween80、猪粪DOM、污泥DOM和绿肥DOM的体系中菲的表观溶解度分别是纯水体系的20.39、2.082、1.838和1.549倍.菲的表观溶解度随着外加DOM浓度的增加而增大,它们之间存在着明显的线性关系.回归直线的斜率可以用来表征DOM对菲的增溶效果,本试验4种体系中DOM的增溶效果大小依次为表面活性剂Tween80>猪粪DOM>污泥DOM>绿肥DOM.同时,DOM可降低菲的正辛醇/水溶液分配系数各体系中logKow值的高低顺序与增溶效果的顺序恰好相反.研究结果显示,DOM的存在可明显地改变PAHs在水相中的溶解度和正辛醇/水溶液分配系数.

污泥生物沥浸处理技术及其工程应用

污泥高水分含量和存在重金属已成为影响我国污泥处置与资源化的重要"瓶颈"。生物沥浸技术被证实是一种即可以有效去除污泥重金属,同时显著提高污泥脱水性能的生物方法。本文较系统介绍了目前我国污泥深度脱水的几种方法及生物沥浸处理技术在污泥处理上的优势,生物沥浸法促进污泥深度脱水和重金属去除的基本原理、工艺流程及影响因素。以无锡芦村污水处理厂日处理200 t污泥的生物沥浸处理———高温发酵堆肥的实际工程为例,阐述该工艺的技术参数、污泥处理及其后续堆肥和土地利用的效果。连续2年多的生产性试验和工程实践表明,经生物沥浸处理的污泥可不加任何絮凝剂能一步机械脱水到含水率60%以下,呈土黄色无臭的半干化饼状。且污泥干基有机质、热值和氮磷养分含量几乎不变,利于后续资源化(如土地利用、焚烧等),处理成本低廉,同时压滤水水质较好,可就近排入污水处理厂处理。因此,污泥生物沥浸技术是一项有广泛应用前景和市场需求的新技术。

污泥生物沥浸法深度脱水工程及其运行效果分析

无锡太湖新城污水处理厂一期污泥深度脱水工程处理规模约35 t/d(含水率80%),采用污泥生物沥浸法。介绍了生物沥浸法的工艺流程、反应系统组成、主要构筑物及设备参数,并列出2012年工程的实际运行效果。结果表明,生物沥浸法用于污泥深度脱水效果较好,处理后的泥饼可有效地进行资源化利用。

生物沥浸污泥饼高温堆肥系统工艺设计及运行效果

以无锡芦村污水处理厂高干度生物沥浸污泥饼（含水率≤60％）为对象构建了高温好氧堆肥系统,介绍了工艺流程、主要设备、运行参数和处理效果.该堆肥系统设计能力为80 t/d,采用条垛式高温堆肥法进行堆肥,所需辅料、占地面积、恶臭等均比常规污泥堆肥大幅减少,经3～4周堆肥后污泥达到腐熟,有机质含量高,外观呈褐色松散颗粒状,符合园林绿化要求,具有良好的环境效益和社会经济效益.

天目湖水体与沉积物中营养盐时空分布及成因

采用现场监测及实验室分析方法,2006年对天目湖水体和沉积物营养盐等进行了调查。结果发现,天目湖水体中营养盐浓度影响最大的是上游流域输入,冬季天目湖上游输入的颗粒物是导致水体营养盐尤其是TN水平升高的主要因素;而在夏季,水体中营养盐以溶解态为主,天目湖的营养类型是磷限制。表层沉积物营养盐含量最高的点位是下游靠近大坝取水口附近,表层沉积物N、P含量明显高于其下各层,尤其对于营养盐含量较高的点位。研究表明,作为一个兼顾饮用水源地和旅游功能的水库,上游区流域综合保护、水库渔业调控及旅游活动的进一步规范是控制天目湖富营养化的关键。

温度与pH对生物合成施氏矿物在酸性环境中溶解行为及对Cu^(2+)吸附效果的影响

探析施氏矿物在不同温度、pH下的溶解行为,对其在酸性煤矿废水(ACMD)重金属去除领域的应用具有重要的工程指导意义.本研究通过摇瓶实验,在0.16mol·L-1FeSO4·7H2O,初始pH为2.5的酸性体系中,采用氧化亚铁硫杆菌A.ferrooxidans催化合成施氏矿物.考察了15℃与30℃,pH为2.0$6.0环境条件下矿物的溶解行为,及生物合成施氏矿物对酸性体系Cu2+的吸附去除效果.研究结果表明,经过24h反应,施氏矿物合成体系pH从原始2.50降低至2.18,体系Fe2+氧化完全,27.3%的铁离子参与矿物的合成,矿物分子式可表示为Fe8O8(OH)4.22(SO4)1.89.生物合成施氏矿物在温度为15℃,pH分别为3.2、3.0、2.8、2.6、2.4、2.2与2.0液态体系中振荡72h,矿物溶解率分别为1.92%、3.34%、5.90%、13.09%、28.74%、44.53%与61.46%.在温度为30℃的上述酸度体系中,矿物溶解率在相应时间却达到2.04%、3.98%、8.34%、20.53%、43.50%、96.74%与99.92%.在pH≥3.5的不同温度液态体系中该矿物无溶解迹象.在15℃,pH为6.0、5.0、4.5、4.0与3.5,Cu2+浓度为40mg·g-1的液态体系中,生物合成施氏矿物对Cu2+的吸附量为(50.9±2.2)、(47.3±13.3)、(40.5±4.7)、(31.1±5.0)及(16.9±6.5)mg·g-1.体系酸度一定,施氏矿物在15℃与30℃条件下对Cu2+的吸附效果无显著差异.本研究结果对生物合成施氏矿物在ACMD重金属去除工程应用提供必要的参数支撑.

水溶性有机物与多环芳烃结合特征的红外光谱学研究

水溶性有机物（DOM）与多环芳烃（PAHs）之间的相互作用一直是尚未弄清的理论问题。对其正确阐释有利于更好地理解DOM对PAHs环境行为与生态效应的影响及科学地评估PAHs的环境风险，并对PAHs污染土壤的修复具有极其重要的意义。本研究以有机物料猪粪、污水污泥和带根茬水稻土作为DOM的提取材料，以菲（Phenanthrene，Phe）和芘（Pyrene，Pyr）为PAHs代表，采用红外光谱学技术研究DOM与PAHs的相互作用。红外图谱显示，供试DOM在4000—3000cm^-1、2969—2900cm^-1、1700-1375cm^-1、1300—1000cm^1和900-600cm^-1存在明显的吸收峰，这说明DOM中含有-OH或酚-OH、-NH、苯环、-C-O及-CH2等功能团。对比DOM与DOM—Phe／Pyr的图谱发现，DOM—Phe／Pyr在4000—3000cm^-1、1700—1375cm^-1和900—600cm^-1的吸收峰发生不同程度的朝长波方向飘移，表明NH-π和π-π作用参与了DOM与Phe及Pyr结合物的形成。

酸性矿山废水天然中和形成的富铁沉淀及其环境属性

采集了云南王家滩铁矿的酸性矿山排水及其与溪流中和后的溪水与沉积物,运用谱学及电子显微分析等方法,对采集样品的化学及矿物学等方面的特征进行了分析.结果表明,王家滩铁矿的酸性矿山排水在与未污染溪水中和时,酸度和电导率均显著降低,但元素的浓度变化不很一致,沿水流方向,除Fe3+、SO42-、Ca2+等少数元素,大多数元素的浓度都未发生明显的降低.中和成因沉淀物具有富铁的特征,矿物组成以水铁矿为主,此外在下游沉积物中还见有少量针铁矿及纤铁矾.其中上游中和区水铁矿以2线水铁矿为主,下游以6线水铁矿为主.而各处沉积均具有明显的分层特征,且均为外层以2线水铁矿为主,内层以6线水铁矿及针铁矿为主.以水铁矿为主要矿物的中和沉积物对各种有毒有害元素具有较强的吸持作用.对这些结果的进一步分析表明,在成因上,pH值和SO42-的浓度共同控制了水铁矿的形成;在重(类)金属吸持方面,水铁矿的迁移及相应的对AMD中重(类)金属的自净化作用受中和区域的水动力条件影响较大.

镁离子对氧化亚铁硫杆菌生物合成次生铁矿物的影响

通过摇瓶实验,在Mg^2＋分别为48,4.8mg/L,其他元素组成与9K液体培养基一致的体系中,采用氧化亚铁硫杆菌A. ferrooxidans催化合成次生铁矿物.考察了Mg^2＋含量对生物合成次生铁矿物体系pH值、氧化还原电位（ORP）、Fe2＋氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相及矿物晶体尺寸的影响.结果表明,经过48h培养,Mg^2＋浓度为48,4.8mg/L生物成矿体系pH值分别从原来的2.50降低至2.30,2.19,ORP分别从初始259mV增加至269mV,276mV.两体系Fe2＋氧化率培养至第48h均达到100%,然而两体系总Fe沉淀率及矿物形态及却不尽相同.Mg^2＋浓度为48mg/L生物成矿体系,总Fe沉淀率为23.7%,次生矿物紧密粘附于三角瓶底部.而Mg^2＋浓度为4.8mg/L生物成矿体系,总Fe沉淀率达到32.2%,次生矿物却均匀分散于溶液中.两体系合成次生铁矿物均为黄铁矾与施氏矿物共存的混合物,Mg^2＋含量4.8mg/L 体系合成黄铁矾单个晶体长度（-1.60μm）约为Mg^2＋含量48mg/L体系的1.2倍.

芦苇根际微环境对潜流人工湿地氮与COD去除性能的影响

构建了3个小型潜流人工湿地,一个不种植物作为对照;另2个栽种芦苇,其中一个湿地在芦苇根部埋设300目尼纶网制成的根袋,以区分根际与非根际环境.采用人工配水,研究了稳定运行期的人工湿地对COD、N的去除性能.结果表明,3个湿地对COD、N的去除场所主要位于湿地前端,且COD与N的去除具有沿程同步性.在进水C/N=5时,对照湿地、芦苇湿地和根袋湿地对NH4^＋-N和TN的去除效率分别为66.2%、94.2%、82.2%和67.2%、90.7%、76.1%,具有同步硝化反硝化现象;对COD的去除效率分别为56.2%、80.9%7、2.7%.试验中,3个湿地沿程水样的C/N值均大于5,表明碳源供应较充足.通过在湿地中预埋铂电极和土壤溶液采样器的方法,测定了根际土壤与非根际土体土壤ORP以及土壤溶液中的有机物含量（以TOC表征）.结果表明,湿地前端根际土壤ORP明显高于空白湿地和湿地土体土壤,差值分别为11--311 mV、62--261 mV.根系分泌物显著增加了植物湿地中有机碳的供应,根际土壤与非根际土体土壤中TOC含量分别为21.3--54.6 mg.L^-1和6.65--12.0mg.L^-1.正是湿地植物根际环境中较高的氧化还原电位以及充足的碳源供应,使得植物湿地的脱氮效果好于对照湿地.

潜流人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化

以野外水平潜流芦苇砾石床人工湿地研究了湿地对微污染河道水的长期动态净化特性.2年多的运行结果表明,潜流湿地对污染物的去除性能存在波动、稳定过程.潜流湿地降解有机物和脱氮性能与植物生长和季节变化相关,其中植物生长和季节变化对湿地脱氮效能的影响大于对湿地去除有机物的影响.潜流湿地降解有机物的主要场所随运行时间沿程推移,启动期主要在湿地前部完成,稳定运行期主要在湿地的前、中部完成.湿地对有机物的去除率,在6.10%-37.83%之间变化.湿地运行期间,沿程水样C/N值基本〉5,碳源供应较充足.潜流湿地启动期TN平均去除率为15.51%,稳定运行期TN平均去除率为8.61%,低于启动期,整个运行期间湿地TN去除率不足40%.潜流湿地中硝化与反硝化反应在中部达到动态平衡,TN去除效率最高.稳定运行期间潜流湿地的前、中部耗氧强度最大,后部下层有明显硝化反应发生.潜流湿地对有机物降解、硝化与反硝化反应、TN去除具有沿程同步性.试验还初步发现,在植物生长旺盛的春夏季根系分泌的低分子有机酸对化能自养型硝化细菌可能有较大抑制作用,可能是影响脱氮效率提高的一个因素.

好氧反硝化菌的分离及其在土壤氮素转化过程中的作用

在土壤厌氧条件下发生的生物反硝化作用是影响作物对土壤氮素利用率和影响环境质量的重要氮素转化过程。本研究从土壤中分离到在好氧条件下也能进行反硝化的3株细菌。其中1株为严格好氧的异养菌,编号为AD26。另外2株为兼性菌,分别为AD7和AD60。根据其形态和生理生化特征初步鉴定为假单胞菌属(Pseudomonassp.)。在好氧培养的液体培养基中AD26和AD7在24 h内能通过反硝化作用使硝态氮表观损失率分别达到21%和18%。而在好氧的土壤培养中,二个菌株在3 d内能使土壤中硝态氮表观损失率达到56%,同时少有反硝化中间产物的积累。因此,在农业生产中不应忽视在好氧条件下的生物反硝化作用。

农村经济相对发达地区生活垃圾的产生特征与管理模式初探——以太湖地区农村为例

以经济相对发达的太湖地区宜兴市大浦镇渭渎村为代表,详细分析了生活垃圾产生量、组成成份及其动态变化,并对村民环保意识进行入户调查。结果发现,太湖地区相对发达地区典型农村人均垃圾产量为0.15kg·d-1,组分以可堆腐物占主要部分,达67.70%,且逐月变化不大。调查期间广大村民积极支持和参与垃圾的收集分拣工作,并表示愿意支付垃圾收集处理费用。通过对各种垃圾管理模式的比较探讨,提出了适合经济相对发达的农村地区以村为单位的垃圾分类收集方式和高温发酵堆肥、废品回收循环利用为主,兼以少量废物填埋为辅的管理模式。

胡敏酸在高岭土上的吸附行为

研究了胡敏酸在高岭土上的吸附行为 ,并运用X衍射、红外光谱和热重等分析方法 ,对复合前后的高岭土进行分析。结果表明 ,连续洗涤 6次后 ,可获得稳定的胡敏酸高岭土复合体 ;胡敏酸在高岭土上的吸附符合Fruendlich吸附模式 ,Kf 为 0 .85 7;高岭土胡敏酸复合体的红外光谱出现了明显的C—H振动吸收峰 ;吸附行为主要表现为化学吸附 。