纳米铁炭复合材料的制备及对水中镉(Cd)污染的修复

为提高纳米零价铁对水体中镉污染的修复效果,通过液相化学还原法制备纳米零价铁颗粒,并用活性炭包覆,制备纳米铁炭复合材料。设计单因素和正交实验,探讨材料制备中的3个主要因素对材料降解水体中镉(Cd(II))的影响。结果表明:在炭铁比为0.2,硼氢化钠加料速率为32 m L/min,搅拌强度为1 000 r/min的条件下,材料对水体中Cd(II)的降解效果最好;实验表明纳米铁炭复合材料对Cd(II)的去除以纳米零价铁的化学还原过程为主,活性炭的物理吸附为辅。     

原料和制炭方式对生物炭吸附抗生素的影响

为研究原料和制炭方法对生物炭吸附抗生素性能的影响,选取芦苇、棉杆和竹柳,经限氧和曝氧法制备得到生物炭,研究其对土霉素（OTC）和磺胺甲恶唑（SMX）的吸附性能及其吸附机理.研究发现：物源特征和制炭方法共同决定了生物炭对抗生素的吸附功效.芦苇和棉秆宜采用限氧法制备成炭,竹柳宜采用曝氧法制备成炭;整体上以曝氧竹柳炭对抗生素的吸附性能最优,单一浓度（50mg/L）下,其对OTC和SMX的吸附量分别为11.98和10.12mg/g.批吸附实验和傅里叶变换红外光谱分析表明,π-π EDA相互作用是竹柳炭吸附抗生素的主要机理.静电吸引有助于高pH值下曝氧竹柳炭对OTC的吸附,而孔隙填充可能对曝氧竹柳炭吸附SMX起到促进作用.曝氧竹柳炭对抗生素的吸附性能优于其他炭品,是去除水体抗生素的优选材料.     

磺胺类抗生素在华南地区不同污水处理工艺中的去除及风险评估

采用固相萃取、高效液相色谱-质谱(SPE-HPLC-MS)法研究了磺胺类抗生素在华南地区(以珠三角地区为例)AB、UNITANK、AAO 3种不同典型污水处理工艺中的去除规律。采用风险商值法评估磺胺类抗生素的环境风险。结果表明:3种工艺的进出水中均检测出较高浓度的磺胺类抗生素,较2007年和2010年调查取样结果增长较大,进水中以磺胺甲恶唑和磺胺嘧啶浓度最高,出水中磺胺甲恶唑浓度较高;AAO工艺较AB及UNITANK工艺的去除效果更好,总去除率达到97%;磺胺类抗生素人均日质量负荷呈现逐年上升趋势,2016年广州污水处理厂人均日质量负荷高达102.81~129.31 mg/d;磺胺类抗生素在3种工艺的剩余污泥中含量极少,主要随出水排放至外界环境中。风险评估表明:除磺胺甲基嘧啶及磺胺对甲基嘧啶未检出不存在环境风险外,其他检出的5种磺胺类抗生素的环境风险为中低等级环境风险。     

氯化钙活化稻草秸秆生物质炭的制备工艺及其吸磷性能研究

在大多数生态系统中,磷(P)元素是植物生长的限制性元素,也是造成水体富营养化的主要原因.而水体中P的去除方法中尤以吸附法的研究和应用最为广泛.本文以稻草秸秆为原料,Ca Cl2(质量分数10%)为活化剂制备活性生物质炭,作为控制农业面源污染的吸P材料.通过控制稻草秸秆炭制备的炭化温度、浸渍比等工艺条件及溶液初始P浓度、吸附时间、秸秆炭用量、干扰离子、pH等试验条件,研究改性稻草秸秆炭吸P性能及其吸附机理.试验结果表明:在考虑经济性的前提下,稻草秸秆炭吸P性能最优的制备工艺条件为:炭化温度为700℃,浸渍比(m稻草∶m氯化钙)为1∶0.5;改性稻草秸秆炭处理含10 mg·L-1PO3-4-P(以P计)水样,P去除率可达到97%,溶液pH从6.87升至9.52;对稻草秸秆炭对P的吸附情况采用Langmuir和Freundlich吸附模型进行拟合,R2可分别达到0.947和0.892,说明其主要为单分子层化学吸附;此外,根据溶液的pH和P浓度的变化情况,推测P的吸附主要由离子交换实现,即PO3-4-P(主要为H2PO-4)取代结合在Ca离子上的氢氧根而被吸附,秸秆炭上的氢氧根释放,水样pH值上升.     

水稻秸秆生物炭对磺胺类抗生素的吸附研究

研究了3种热解温度分别为300℃(S300)、450℃(S450)、600℃(S600)的水稻秸秆生物炭对两种磺胺类抗生素的吸附性能及机制,同时考察了溶液p H值及离子强度对吸附的影响。结果表明,生物炭对磺胺二甲基嘧啶(SM_2)和磺胺甲恶唑(SMX)的吸附均符合准二级动力学方程;等温吸附曲线用Langmuir方程拟合优于Freundlich方程,3种生物炭的最大吸附量随热解温度的升高而升高,且对SM_2的吸附能力优于SMX,600℃热解的秸秆炭对SM_2和SMX的最大吸附量分别可达到2 857.1 mg/kg和1 724.1 mg/kg。溶液p H显著影响吸附,SM2和SMX的吸附以中性形态为主,p H在3~11的范围内,SM_2和SMX的最佳p H分别为5和3。生物炭对2种抗生素的吸附能力随离子强度的升高而轻微下降。红外光谱分析表明,氢键结合、π-π共轭是秸秆生物炭吸附2种磺胺抗生素的主要机理。     

米糠和麦麸生物炭对水中四环素吸附特性研究

为探索高效利用生物质资源制备生物炭去除水体中的抗生素,以常见的米糠和麦麸为原料,在600℃限氧裂解制备成生物炭。通过各种影响因素的单因素实验和常用的表征方法,探讨其吸附四环素的效果和机理。结果显示2种生物炭均有分层分布的微孔结构和较大的比表面积,并含有羟基、酯、醚和芳香官能团。2种生物炭的吸附最优条件为:生物炭剂量均为4 g/L,四环素初始质量浓度为5 mg/L,溶液pH在5～9之间,环境温度25℃,吸附时间32 h,此时2种生物炭对四环素的去除率分别达到95.07%和90.4%。2种生物炭的等温吸附更符合Langmuir等温吸附方程,它们的吸附动力学更符合伪二阶动力学模型。吸附过程主要受控于化学吸附,是吸热反应。     

两种生物炭的制备及其对水溶液中四环素去除的影响因素

以中药材三桠苦药渣和玉米秸秆为原料,分别在400、600和800℃下热解制备生物炭,并研究其对水溶液中四环素的去除及其影响因素。利用元素分析、傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面积分析(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对制备的生物炭进行表征;并探究热解温度、生物炭添加量、初始溶液浓度、吸附时间、溶液pH、离子强度、环境温度等因素对生物炭去除水溶液中四环素的影响;通过吸附动力学和等温吸附平衡探究两种原料制备的生物炭对溶液中四环素的吸附行为。结果表明,生物炭对四环素的吸附性能随制备温度的升高而增加,800℃制备的三桠苦药渣生物炭(EIBC800)具有最佳吸附性能。生物炭添加量、溶液pH、离子强度、吸附时间对800℃制备的三桠苦药渣生物炭(EIBC800)和玉米秸秆生物炭(CSBC800)吸附水溶液中四环素影响较大,吸附时环境温度对吸附的影响大小依赖于抗生素质量浓度。EIBC800和CSBC800对四环素的吸附行为均符合准二级动力学方程(R2分别为0.9540和0.8355),等温吸附符合Freundlich方程(R2分别在0.8991~0.9580和0.9736~0.9980之间),主要吸附过程为化学吸附,且吸附过程均是自发吸热的过程。通过以两种原料所制备的生物炭吸附性能对比,EIBC800吸附抗生素的能力比CSBC800更强,说明中药渣在制备生物炭去除水环境中的抗生素具有较好的应用前景。     

4种磺胺类药物及乙酰化代谢物在污水处理厂的去除及机制

乙酰化代谢物是磺胺类药物的重要代谢产物.为研究4种常见磺胺类药物及其乙酰化代谢物在污水厂中的去除机制,根据污水停留时间采集厦门某A2/O型工艺污水厂不同处理单元的污水和污泥样品,采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法检测目标化合物.结果显示,8种目标物中有6种在水体中被检测出,污泥中有5种目标物被检测出.计算总去除率及各个处理单元间的去除率,结果表明,磺胺二甲基嘧啶在污水厂中总去除率几乎为0,而其他5种化合物都有不同程度的去除,但不同目标物在各处理单元的去除率不同.利用质量平衡,分析各物质可能的去除机制,磺胺二甲基嘧啶可能去除机制为污泥吸附,磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶和磺胺甲唑可能的去除机制均为生物降解.     

医院典型废水处理工艺单元的抗生素去除效果与评价

采用固相萃取-高效液相色谱法同时检测了医院废水中2种喹诺酮类(氧氟沙星、环丙沙星)和4种磺胺类(磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲叶恶唑)抗生素,并对医院废水处理工艺的抗生素去除能力进行了评价。结果表明,现行医院废水处理工艺对抗生素的去除能力介于36.3%~100%,废水处理工艺对医院废水中抗生素的去除能力由大到小为:"厌氧池→好氧池→沉淀池→加氯""化粪池→加氯""好氧池→沉淀池→加氯";"厌氧池→好氧池→沉淀池→加氯"工艺对磺胺嘧啶和磺胺甲叶恶唑去除率达到100%,氧氟沙星和环丙沙星的去除率分别为92.5%和95.6%,磺胺甲基嘧啶的去除率为45.8%;"化粪池→加氯"工艺对磺胺甲基嘧啶和磺胺甲叶恶唑去除率达到100%,氧氟沙星的去除率达到97.4%,环丙沙星、磺胺嘧啶和磺胺二甲基嘧啶的去除率分别为75.0%、57.9%、36.3%;"好氧池→沉淀池→加氯"工艺对磺胺甲基嘧啶去除率达到100%,氧氟沙星、环丙沙星和磺胺甲叶恶唑的去除率分别为59.5%、10.9%和53.8%;厌氧单元对氧氟沙星去除效果较差,对磺胺嘧啶去除效果较好;纯氧曝气好氧单元对环丙沙星、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲叶恶唑和氧氟沙星的去除率分别为76.0%、62.5%、77.3%、68.4%和13.9%;加氯消毒单元对磺胺二甲基嘧啶的去除效果较差,对磺胺甲叶恶唑的去除效果较好,对其他4种抗生素的去除率也能达到50%以上。     

4种磺胺类药物及乙酰化代谢物在污水处理厂的去除及机制

乙酰化代谢物是磺胺类药物的重要代谢产物。为研究4种常见磺胺类药物及其乙酰化代谢物在污水厂中的去除机制,根据污水停留时间采集厦门某A2/O型工艺污水厂不同处理单元的污水和污泥样品,采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法检测目标化合物。结果显示,8种目标物中有6种在水体中被检测出,污泥中有5种目标物被检测出。计算总去除率及各个处理单元间的去除率,结果表明,磺胺二甲基嘧啶在污水厂中总去除率几乎为0,而其他5种化合物都有不同程度的去除,但不同目标物在各处理单元的去除率不同。利用质量平衡,分析各物质可能的去除机制,磺胺二甲基嘧啶可能去除机制为污泥吸附,磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶和磺胺甲噁唑可能的去除机制均为生物降解。