热活化和酸活化给水处理厂废弃铁铝泥的吸磷效果

探讨了酸活化和热活化方式对给水厂废弃铁铝泥(ferric and alum water treatment residuals,FARs)吸附磷能力的影响.结果表明,酸活化和热活化均能提高FARs的磷吸附能力,其中经2mol·L-1HCl酸活化的FARs(AH2.0-FARs)和300℃热活化的FARs(H300-FARs)取得最好的磷吸附效果.结合SEM和XRD表征技术对活化机制分析得知,两种活化方式均会使FARs变得疏松、多孔,从而提高FARs对磷的吸附能力.Langmuir和Freundlich两种模型均可很好地反映活化前后FARs的等温吸附过程,FARs对磷的理论饱和吸附量由活化前的20.48mg·g-1分别增加到22.86mg·g-1(AH2.0-FARs)和29.66mg·g-1(H300-FARs).低pH值有利于FARs对磷的吸附.此外,解吸附实验结果表明活化后的FARs能够更好地固定磷.因此,活化后的FARs是一种相对更好的磷的吸附材料.     

不同粒径铁铝泥对砷(Ⅲ)的吸附效果

以给水处理厂废弃铁铝泥(ferric and alum water treatment residuals,FARs)为载体,考察了不同粒径FARs对砷(Ⅲ)的吸附效果.不同粒径FARs的有效铁铝含量、比表面积和孔体积分别为523.72～1 861.72 mmol.kg-1、28.15～265.59 m2.g-1和0.03～0.09 cm3.g-1,总有机质、富里酸、胡敏酸和胡敏素分别为46.97～91.58、0.02～32.27、22.27～34.09和10.76～34.22 mg.kg-1.SEM和XRD检测表明,不同粒径FARs均以无定形结构存在.批量实验结果表明,准一级和准二级动力学方程均能较好地反映FARs吸附砷(Ⅲ)的动力学过程.不同粒径FARs对砷(Ⅲ)的吸附量随着浓度的增加而增高,用Langmuir等温线方程拟合获得理论饱和吸附量在6.72～21.79 mg.g-1之间.pH值对FARs吸附砷(Ⅲ)的作用影响不大.砷(Ⅲ)吸附量大小与不同粒径FARs的理化性质的变化趋势基本一致,由相关性分析可得,有效铁铝含量和孔体积大小是影响FARs对砷(Ⅲ)吸附的主要因素.     

给水厂废弃铁铝泥对镉的吸附特征及影响因素

通过批量实验探讨了给水厂废弃铁铝泥(Ferric and Alum Water Treatment Residuals,FARs)对Cd2+的吸附特征及影响因素.实验结果表明,在最初的6 h内,FARs对Cd2+的吸附量已经达到其平衡吸附量的90%,吸附较符合伪二级动力学模型(R2=0.99),并且Langmuir(R2=0.99)和Freundlich(R2=0.90)方程均能较好地描述FARs对Cd2+的等温吸附过程,其Cd2+的饱和吸附量达35.39 mg·g-1.初始溶液p H由3.0增加到8.0时,FARs对Cd2+的吸附量缓慢增加,当p H升为9.0时,其对Cd2+去除率可达97%.FARs对Cd2+的吸附量随溶液体系离子强度的增加而减小.随着柠檬酸浓度的升高,FARs对Cd2+的吸附量显著降低,而水杨酸和酒石酸则微弱促进了对Cd2+的吸附.解吸实验证明,在p H为3.0时Cd2+的解吸率最高,但仅为11%左右.分级提取结果进一步表明,被吸附的Cd2+主要以酸溶态和残渣态存在.综合实验结果表明,FARs可以作为一种高效的吸附剂用于水体除镉.     

给水厂废弃铁铝泥对湖泊沉积物好氧氨氧化作用的影响

给水厂废弃铁铝泥(Ferric and aluminum residuals,FARs)可用于控制湖泊沉积物磷释放.因此,在实际应用之前对FARs的风险进行评估非常重要.本研究通过室内富集实验,考察FARs对沉积物中氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)活性、丰度和多样性的影响.结果表明:投加FARs后,沉积物对氨氮的去除能力微弱提高.富集后沉积物中AOB丰度增加,投加FARs的沉积物中AOB丰度达到1.32×108copies·g-1,而未投加FARs的沉积物中AOB丰度为1.14×108copies·g-1.此外,amo A基因的系统发育分析表明富集前后沉积物中的AOB均附属于Nitrosospira和Nitrosomonas两个种属,并且投加FARs沉积物中AOB的多样性略高于未投加的.综上结果表明,FARs回用于湖泊富营养化控制的同时,将有益于沉积物中好氧氨氧化作用的进行.     

砷酸盐在针铁矿上的界面作用过程及磷酸盐竞争吸附影响的试验和模拟研究

利用铁矿物吸附修复高砷地下水是环境领域的研究热点。通过试验和模拟对砷酸盐在针铁矿上的界面作用过程及磷酸盐的竞争吸附影响进行了研究。结果表明:砷酸盐和磷酸盐的吸附效果随pH值的增加而下降,在pH值大于针铁矿零点电位时,砷酸盐和磷酸盐的吸附效果随离子强度的增加而增加;砷酸盐在铁氧化物上的结合能力要强于磷酸盐,砷酸盐在针铁矿上的吸附形态主要以去质子化单核单齿的内层络合物FeAsO2-4为主。最后,利用红外数据对砷酸盐的吸附机理进行了验证。     

钙预处理对磁性锆铁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响

本研究制备了2种不同Ca2+含量的磁性锆铁改性膨润土(ZrFeBTs),即磁性锆铁改性原始膨润土(ZrFeRBT)和磁性锆铁改性钙预处理膨润土(ZrFeCaBT),并通过吸附实验考察了ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的吸附特征,以确定Ca2+预处理对ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的影响。结果发现,本研究所制备的ZrFeBTs包含Fe3O4和Zr,并且ZrFeCaBT中可交换Ca2+的含量明显高于ZrFeRBT。ZrFeBTs对水中磷酸盐吸附平衡实验数据可以很好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述,动力学实验数据可以很好地采用准二级动力学模型和颗粒内扩散模型进行描述。根据Langmuir模型确定的ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的最大单位吸附量(以磷计)分别为8.70mg·g-1和11.5mg·g-1。ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的过程属于化学吸附。随着pH值的增加,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附效果逐渐降低。当溶液共存Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、Na+、K+、Mg2+和Ca2+等阴阳离子时,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附具有很好的选择性,并且溶液共存的Ca2+会极大地促进了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附。采用Ca2+对膨润土进行预处理,极大地提高了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附能力。     

钙预处理对磁性锆铁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响

本研究制备了2种不同Ca2+含量的磁性锆铁改性膨润土(ZrFeBTs),即磁性锆铁改性原始膨润土(ZrFeRBT)和磁性锆铁改性钙预处理膨润土(ZrFeCaBT),并通过吸附实验考察了ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的吸附特征,以确定Ca2+预处理对ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的影响。结果发现,本研究所制备的ZrFeBTs包含Fe3O4和Zr,并且ZrFeCaBT中可交换Ca2+的含量明显高于ZrFeRBT。ZrFeBTs对水中磷酸盐吸附平衡实验数据可以很好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述,动力学实验数据可以很好地采用准二级动力学模型和颗粒内扩散模型进行描述。根据Langmuir模型确定的ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的最大单位吸附量(以磷计)分别为8.70mg·g-1和11.5mg·g-1。ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的过程属于化学吸附。随着pH值的增加,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附效果逐渐降低。当溶液共存Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、Na+、K+、Mg2+和Ca2+等阴阳离子时,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附具有很好的选择性,并且溶液共存的Ca2+会极大地促进了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附。采用Ca2+对膨润土进行预处理,极大地提高了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附能力。     

磷酸盐对土壤吸附一硫代砷的影响

通过设计批实验和表征分析,探究不同浓度的磷酸盐影响下,一硫代砷酸盐（MTA）在土壤上的吸附特征和机理.结果发现,Elovich动力学模型和Langmuir等温吸附模型可较好地拟合MTA在土壤中的吸附过程,相关系数R²分别为0.983和0.994,表明土壤吸附MTA发生在局部位置,吸附过程主要以非均相扩散为主,拟合所得最大单层吸附量为254.214mg/kg.MTA与磷酸盐共存时,随着溶液中磷酸盐初始浓度的增大,土壤对MTA的平衡吸附量逐渐下降,对磷酸盐的吸附量逐渐增大;SEM-EDS结果表明无论是否添加磷酸盐,反应后的土壤表面都能检测到少量As,但添加磷酸盐条件下土壤表面的As含量则相对较低,证实磷酸盐的存在降低了土壤对MTA的吸附;XRD结果表明MTA能与土壤中的铁铝矿物发生络合反应生成内球络合物－[2Al （H₂AsO₄）₃]、≡Al₂O₂AsO （SH）和－[2Fe （H₂AsO₄）₃],而磷酸盐会与土壤表面的羟基形成内球络合物,导致土壤对MTA的吸附能力减弱.     

镁铁层状双金属氢氧化物对磷酸盐的吸附作用及对内源磷释放的控制效果及机制

为确定镁铁层状双金属氢氧化物(Mg/Fe-LDH)添加对水体内源磷释放的控制效果及机制,本文首先研究了Mg/FeLDH对水中磷酸盐的吸附特征和机制,再研究了其添加对底泥磷吸附能力的影响以及对上覆水和间隙水中磷的影响进而评估了吸附磷酸盐后Mg/Fe-LDH中磷的稳定性.结果发现,与准一级和准二级动力学模型相比,Mg/Fe-LDH对水中磷酸盐的吸附动力学过程更好地满足Elovich模型;与Langmuir模型相比,Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型更加适合用于描述Mg/Fe-LDH对水中磷酸盐的等温吸附行为;当溶液pH值为4～10时,吸附容量相对较高,而当pH值由10增加到11时,吸附容量则显著下降;共存Ca~(2+)和Mg~(2+)对吸附起促进作用,Na~+和Cl~-的影响可以忽略不计,而SO_4~(2-)和HCO_3~-则对吸附起负面影响.阴离子交换、静电吸引、配位体交换和内层配合物形成是Mg/Fe-LDH吸附水中磷酸盐的主要机制.Mg/Fe-LDH添加不仅会降低上覆水中溶解性活性磷(SRP)浓度而且会降低间隙水中SRP浓度.Mg/Fe-LDH添加也会显著增强底泥对水中磷酸盐的吸附能力,且投加量越大,促进效果越明显.被Mg/Fe-LDH所吸附的磷酸盐主要以NH_4 Cl提取态磷(NH_4Cl-P)、氧化还原敏感态磷(BD-P)和金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)形态存在,分别占总磷的13.7%、34.0%和52.3%.被Mg/Fe-LDH所吸附的磷酸盐中大约有一半的磷会以较为稳定的形式存在不容易被重新释放.考虑到被Mg/Fe-LDH所吸附磷酸盐中大约有一半的磷会以不稳定的形式存在,存在重新释放的风险,因此将吸附饱和后的Mg/Fe-LDH进行回收是非常必要的.     

Fe/La定向修饰凹凸棒土稻壳基颗粒成型生物炭：磷酸盐吸附行为与机制

本研究合成一种新型除磷载Fe/La定向修饰凹凸棒土稻壳基颗粒成型生物炭吸附材料（Fe-La/AC）,考察了材料表面特性、Fe/La投加量、热解温度、保温时间以及凹凸棒土投加量等对磷素吸附影响规律. Fe/La最佳投加量为2：2 mmol,AT添加量为30%,热解温度为350 ℃,热解时间2 h,制备的Fe-La/AC对磷酸根的最大吸附量可以达到47.62 mg·g^-1（以磷计）. 傅里叶红外光谱分析表明Fe、La主要以铁镧氧化物及铁镧水合氯化物的形式存在于炭材料表面,Fe和La提供了磷酸盐吸附的活性中心. 该材料吸附动力学过程符合准二级动力学模型,吸附等温线拟合分析Langmiur模型更适于描述Fe-La/AC对磷酸盐的吸附过程,表明吸附动力学主要受化学作用控制. 磷酸盐吸附机制主要涉及静电吸引、配体交换和内层络合作用. 本研究制备的Fe-La/AC颗粒成型生物炭,可作为低磷浓度废水处理及水体富营养化调控的一种高效除磷吸附剂,具有较大的实际应用前景.     

Comparison of different phosphate species adsorption by ferric and alum water treatment residuals

As safe byproducts of drinking water treatment processes,ferric and alum water treatment residuals(FARs) have the potential to be new phosphate(P) immobilization materials.In this study,batch experiments were conducted to investigate and compare the adsorption characteristics of three P species by FARs.The results showed that the kinetic processes of different P species’ adsorption by FARs could be described by a pseudo second-order model.The ranking list of the initial adsorption rates with respect to different phosphates was pyrophosphate,phytate,orthophosphate,hexametaphosphate and glycerophosphate.Of the six models considered,the two-site Langmuir model most effectively described the adsorption characteristics of the various P species.Upon fitting the results,the maximum adsorption capacities were determined to be 40.24 mg/g for phytate,18.04 mg/g for pyrophosphate,17.14 mg/g for orthophosphate,15.86 mg/g for hexametaphosphate and 10.81 mg/g for glycerophosphate.In addition,the adsorption processes of the different P species were spontaneous endothermic processes and were favored at lower pH values.The pH dependency was found to be especially true for orthophosphate,where the adsorption capacity decreased by 1.22 mg/g with an increase in pH from 5 to 9.Fractionation of the adsorbed P species from the FARs demonstrated that Al-P and Fe-P were the dominating forms,constituting approximately 80%-90% of the total P fractions,which indicated that the adsorbed P species had a low leaching risk and could stably exist in the FARs.Therefore,the FARs could be effective in controlling pollution in water caused by different P species.     

活性污泥对四环素的吸附性能研究

通过批量平衡法研究了四环素在活性污泥上的吸附行为.结果表明,污泥混合液浓度和四环素初始浓度对吸附平衡时间、污泥吸附量和污泥吸附率均有较大影响.伪二级反应动力学模型较伪一级反应动力学模型更符合本吸附实验.在10、25℃条件下,四环素在活性污泥上的吸附行为较符合Langmuir模型,最大吸附量分别是31.14、70.95 mg.g-1;在40℃下,符合Henry模型.应用D-R模型判定吸附类型,10℃(平均吸附能为9.13 kJ.mol-1)下,化学吸附占主导;40℃(平均吸附能为7.07 kJ.mol-1)下,物理吸附占主导.温度升高,污泥对四环素的吸附能力增大.离子交换是四环素在活性污泥上吸附的一种机制.四环素的初始浓度为5、10、20 mg.L-1,钠离子浓度由0 mol.L-1增加到0.1 mol.L-1时,吸附量分别下降15.32%、15.00%、20.12%.当pH在5～10之间时,pH为6的条件下污泥对四环素的吸附量最大.     

高比表面植物基活性炭吸附水中对硝基苯胺的性能及影响因素

以互花米草与棉秆为原料,以KOH为活化剂,制备了2种低成本高比表面微孔植物基活性炭SA-AC和CS-AC,通过静态实验研究了其对水溶液中对硝基苯胺的吸附特性,测定了溶液pH值、吸附剂剂量、溶液温度对吸附的影响,并探讨了等温吸附行为及其热力学性质.结果表明,在KOH与炭化料的质量比(剂料质量比)为3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1.5 h条件下,活化制备的互花米草活性炭SA-AC和棉秆活性炭CS-AC的比表面积分别为2 825 m2.g-1和2 135 m2.g-1,微孔容积分别为1.192 cm3.g-1和1.011 cm3.g-1,对水溶液中对硝基苯胺的Langmuir最大吸附量分别为719和716 mg.g-1,远高于商业活性炭ST1300.溶液pH值和温度对吸附有较大影响,在低温及中性条件下有利于制备活性炭对水溶液中对硝基苯胺的吸附.Freundlich与Redlich-Peterson模型能很好地描述对硝基苯胺在2种活性炭上的吸附行为;热力学研究表明,吸附标准吉布斯自由能变ΔG0与标准焓变ΔH0均为负值,表明对硝基苯胺在这2种活性炭上的吸附属于自发的放热吸附过程;吸附标准熵变ΔS00,说明对硝基苯胺在活性炭表面上的迁移比在溶液中受到了更大的限制.     

黄河中下游沉积物对磷酸盐的吸附特征

研究了黄河中下游12个沉积物的临界磷平衡浓度(EPCo),以此判断沉积物是磷"源"还是磷"汇".用修改后的Langmuir 等温吸附模型对吸附实验数据进行了拟合.结果得到最大吸附容量(PAC).Langrnuir吸附平衡常数(k).利用所得拟合参数通过公式计算方法得到EPC0、原有交换态磷(NAP)以及固·液分配系数Kp值并考察了环境因子(pH、离子强度)对吸附作用的影响·沉积物的EPCo均大于上覆水体中的磷浓度,沉积物有向上覆水体释放磷的能力.吸附容量与总有机碳(TOC)含量有较好的正相关关系.pH<6.0,沉积物释放磷并且随着pH增大吸附量增加很快;69.7.吸附量略有增高.随着Ca2 离子强度的增加,沉积物对磷的吸附量减小.     

锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附特性

采用锆对天然沸石进行改性,并研究了锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附特性.结果表明,锆改性沸石对水中磷酸盐和铵均具有很好的吸附能力.锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学过程满足准二级动力学模型.Langmuir、Freundlich和Dubinin–Radushkevich(D–R)等温吸附模型可以很好地描述锆改性沸石对水中磷酸盐的等温吸附行为.Langmuir等温吸附模型可以很好地描述锆改性沸石对水中铵的等温吸附行为.由Langmuir等温吸附模型计算得到锆改性沸石对磷酸盐和铵的最大吸附容量分别达到26.2,7.82 mg/g.热力学参数表明锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附是自发的吸热反应过程.锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力随着pH值的增加而降低.当pH4~8时,锆改性沸石对水中铵的吸附能力较高;当pH低于4或高于8时,对铵的吸附能力下降.水中共存的Cl-、SO42-、HCO3-和NO3-等阴离子对锆改性沸石吸附磷酸盐的影响很小,而共存的SiO32-对磷酸盐的吸附则具有较强的负面影响.水中共存的Ca2+和Mg2+对锆改性沸石吸附铵的影响较小,而共存的K+和Na+对铵的吸附则具有较强的负面影响.锆改性沸石吸附水中磷酸盐的主要机制是阴离子配位体的交换,吸附水中铵的主要机制是与沸石中可交换阳离子的离子交换.     

黄河入河沙漠颗粒物对磷酸盐的吸附特征

研究了黄河入河沙漠颗粒物在天然水(河水和海水)中对磷酸盐的吸附行为,用改进的Langmuir和Freundlich等温吸附模型对实验数据进行了拟合.结果表明,①改进的Langmuir等温吸附模型更适用于描述黄河入河沙漠颗粒物对磷酸盐的吸附特征,其物理意义更明确,得到的拟合参数更合理;②颗粒物对磷的最大吸附容量Qmax变化范围为41.322～357.143mg.kg-1,其中居延海颗粒物Y2的Qmax最大.Qmax与颗粒物(Y1～Y5)的有机质有着极显著的正相关关系;③除巴丹吉林沙漠颗粒物Y1外,颗粒物的临界磷平衡浓度EPC0值均大于其相应水体的磷浓度.Y1在黄河水中吸附磷的EPC0小于相应水体的磷浓度0.0100.053 mg.L-1,而在渤海海水中却大于相应水体的磷浓度0.1090.074 mg.L-1,表明Y1吸附了黄河水中的磷,进入渤海后Y1原有吸附可交换态磷NAP转移到海水中.其它颗粒物与相应水体进行磷交换的过程中存在着解吸磷的现象,具有向相应水体释放磷的能力;④黄河入河沙漠颗粒物对磷酸盐的吸附等温线是过溶液浓度轴0.00的交叉型等温线,这种新型交叉型吸附-解吸模型较好地解释了其吸附特征和天然粒子的双重性作用.     

木棉纤维对水中柴油的吸附性能

用木棉纤维作为吸附材料对含油废水进行吸附研究,考察了吸附平衡时间、等温吸附、以及溶液pH、溶液盐浓度等因素对油吸附的影响。溶液pH对吸附影响很小,在不同的盐浓度下吸附略有下降,木棉纤维吸附剂对0#柴油的吸附所需平衡时间为4h,在室温和pH=7左右的条件下,吸附材料对0#柴油的最大吸附量(qm)为(31±0.81)g/g,等温吸附线符合Langmuir和Freundlich模式,研究结果表明:木棉纤维对含油废水的吸附能在较短的时间达到吸附饱和,吸附量较大,对溶液环境的适应能力强,具有很好的应用前景。     

Adsorption of Co(Ⅱ) from aqueous solutions by water treatment residuals

A study on the removal of Co(Ⅱ) from aqueous solutions by water treatment residuals(WTR)was conducted in batch conditions. The sorption process of Co(Ⅱ) followed pseudosecondorder kinetics, with 30 hr required to reach equilibrium. Using the Langmuir adsorption isotherm model, a relatively high maximum sorption capacity of 17.31 mg/g Co(Ⅱ) was determined. The adsorption of Co(Ⅱ) was dependent on pH values and was affected by the ionic strength. Results show that Co(Ⅱ) adsorption was a spontaneous endothermic process and was favorable at high temperature. Most of the adsorbed Co(Ⅱ) stayed on the WTR permanently, whereas only small amounts of adsorbed Co(Ⅱ) were desorbed. The shifting of peaks in FT-IR spectra indicated that Co(Ⅱ) interacted with the WTR surface through strong covalent bond formation with Fe(Al)–O functional groups. It was concluded that WTR can be a suitable material from which to develop an efficient adsorbent for the removal of Co(Ⅱ) from wastewater.