β-FeOOH Modified Sludge Biochar as Efficient Adsorbent for Phosphate Removal

β-FeOOH改性污泥生物炭吸附除磷研究

张彦平^1*, 裴佳华¹, 李芬², 李凌冲¹, 田家宇^1*

（1.河北工业大学 土木与交通学院,天津 300401;

2.哈尔滨理工大学 土木与环境工程系,哈尔滨 150040）

摘要：

采用β-FeOOH改性污泥生物炭（FSBC）,研究了其吸附除磷的效果。结果表明：FSBC对磷具有较好的吸附效果,25°C时最大吸附量为27.17 mg/g。在初始pH 5,初始磷浓度为10mg/L时,FSBC的吸附能力比商用活性炭高57.8%。溶液中共存阴离子能抑制磷的吸附,但是阳离子（Cr(VI)和Cd²⁺）能促进吸附除磷效果。吸附动力学、吸附等温线及表征分析综合表明化学吸附,如静电引力、金属磷酸盐沉淀和氢键,在吸附过程中起主要作用。磷在FSBC表面的吸附为单分子层吸附,吸附过程为吸热反应。FSBC经过四次循环后吸附能力仅降低36.4%,而污泥炭降低了57.5%。

关键词：污泥生物炭,β-FeOOH,磷,吸附

     

改性钢渣的制备及其吸附除磷性能

研究了改性钢渣吸附除磷影响因素、等温吸附线特征和吸附动力学,并对生物处理后的出水进行吸附除磷研究。结果表明：在初始磷浓度10 mg/L,投加量10 g/L、pH为7时,改性钢渣吸附后总磷浓度为0.687 mg/L,去除率达93%;改性钢渣对磷的吸附符合Langmuir模型,理论饱和吸附量是1.977 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学模型（R²>0.99）;实际生活污水的吸附除磷中,投加量为50 g/L,反应2 h后出水总磷浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B标的排放要求。     

烟末对铀(Ⅵ)的吸附性能

以卷烟生产过程中产生的烟末为原料,进行静态实验,观察烟末用量、溶液的pH、吸附时间、初始浓度及温度等因素对烟末吸附U （Ⅵ）的影响,采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）对烟末进行表征,并探讨其吸附U （Ⅵ）的机理。结果表明：当温度30℃、烟末用量为4 g/L、溶液pH=5、U （Ⅵ）浓度为25 mg/L、吸附时间为100 min时,烟末吸附U （Ⅵ）成效最佳。吸附过程较好的拟合了准二级动力学模型（R²≈1）和Langmuir等温模型（R²≈1）。扫描电镜、X-射线衍射、红外光谱等结果表明,烟末对U （Ⅵ）有很好的吸附性能,其吸附U （Ⅵ）前后使表面形态发生变化,而与U （Ⅵ）互相作用的基团主要是羟基、羧基。     

17β-雌二醇降解微生物筛选及环境因素的影响

为提高污水中17β-雌二醇（E2）的去除效率，筛选洱海沉积物中E2的优势降解微生物，并在不同环境条件下进行生物吸附和生物降解E2过程的研究。结果表明：大肠杆菌是E2降解的优势菌种，其对E2的生物去除是快速吸附及持续降解的共同作用过程。经大肠杆菌降解3 d后，1.00 mg/L E2去除率约为70.42%。生物吸附主要受pH值、生物量的限制，在弱碱性（pH=8）环境下吸附效果最佳。在适宜的浓度下，电子供体、H₂O₂、腐殖质和重金属可以有效促进E2的生物降解。当葡萄糖、甲酸钠、H₂O₂、腐殖质、Zn²⁺和Cu²⁺浓度分别为40.0 mg/L、10.0 mg/L、3.0 mmol/L、2.0~15.0 mg/L、0.5 mg/L及0.5 mg/L时，E2的生物降解率提高近12.41%~57.47%。由此可见，洱海沉积物中筛选的大肠杆菌具有较好的E2去除能力，但其受众多环境因素的影响，通过调节合适的环境条件可极大程度地促进E2的生物去除效率。     

Improvement Effect of Bioaugmentation with Phenol Degrading Bacteria on Lurgi Coal Gasification Wastewater Treatment

降酚细菌强化鲁奇气化废水处理的研究

方 芳¹,吴 刚²,韩洪军¹,马明敏¹

（1. 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院,哈尔滨 150090;

2. 双良集团有限公司,江苏 江阴 214400）

创新点说明：

1）首次将降酚菌剂应用于鲁奇废水实际工程应用;

2）发现降酚菌剂对鲁奇废水处理工艺污染物去处具备强化作用;

3）提出降酚菌剂可显著降低鲁奇废水处理工艺的药剂用量。

研究目的：

为强化鲁奇气化废水厂污染物去除和药剂节省提供一种经济可行的方法。

研究方法：

降酚菌剂在夏季于鲁奇气化废水处理工程单元接触氧化池内实施强化。通过测定实际工程中接触氧化以及后续缺氧-好氧（A/O）、混凝沉淀（CS）、曝气生物滤池（BAF）污染物去处率变化,考察生物强化技术对污染物去处的强化作用。通过测定废水处理过程中甲醇、混凝剂、助凝剂、脱色剂用量变化,考察生物强化技术在废水处理过程中药剂节省作用。

结果：

强化后,接触氧化池对COD和总酚去除率分别由78.5%、80%提高至82.3%、86.6%。在后续缺氧-好氧（A/O）、混凝沉淀（CS）、曝气生物滤池（BAF）也可以观察到这种强化作用。另外,强化后用于反硝化和混凝沉淀的药剂量显著降低,甲醇、混凝剂、助凝剂、脱色剂用量分别由100mg/L、864mg/L、619mg/L、518.8mg/L降低至85mg/L、810mg/L、500mg/L、395.5mg/L。

结论：

对于鲁奇气化废水厂污染物强化去除和药剂节省,降酚菌剂生物强化技术是一个可行的选择。

关键词：生物强化;降酚细菌;鲁奇气化废水

     

响应面法优化空气氛围下制备S-nZVI对水中Cr(VI)的去除

在空气氛围下制备硫化纳米零价铁（SnZVI）,通过SEM、XRD等进行表征,并对其去除水中Cr（VI）进行研究。以Cr（VI）去除率为响应值建立了4因素5水平的响应面模型。SEM和XRD结果显示S-nZVI具有片状结构,主要成分为Fe⁰并含有少量的FeS和铁氧化物。响应面法分析结果表明模型可信度高,适用于模拟4种因素对S-nZVI去除Cr（VI）的影响。以伪一级、伪二级动力学模型拟合S-nZVI去除Cr（VI）,结果显示伪二级动力学模型R²为0.999拟合度更好,说明S-nZVI对Cr（VI）的去除主要以化学吸附为主,平衡吸附量达到156.3mg/g.     

水热辅助溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌及其光催化性能

采用水热辅助的溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌（ZnTiO₃）光催化剂,以罗丹明B为目标降解物,运用动力学模型分析罗丹明B（RhB）初始浓度对降解效果的影响。通过SEM、XRD、XPS、UV-Vis DRS对ZnTiO₃进行表征,并使用自由基捕获试验分析其降解机理。结果表明,ZnTiO₃为纯六方相,形貌为类球形,粒径50 nm左右。在催化剂用量为1 g/L、RhB初始浓度为5 mg/L、pH值为3的条件下,光催化反应150 min后,RhB降解率为93.2%。其动力学方程为k=0.132C₀^-1.253。ZnTiO₃光催化剂降解过程中,·OH、h⁺、·O₂^-均起到催化作用,产生·OH、h⁺的量相近且多于·O₂^-,说明·OH、h⁺在催化反应中起主要作用。     

潜在的细菌纤维素/明胶支架材料的制备

实验在pH 1.0,温度40℃,避光条件下,通过高碘酸钠对细菌纤维素（BC）进行氧化,制得双醛细菌纤维素（DHBC）。然后在温度50℃,pH 6.0,DHBC与不同用量的明胶溶液进行作用制得双醛细菌纤维素/明胶（DB-G）3种复合材料（DB-G5,DB-G10,DB-G15）。通过FTIR谱图分析,DB-G中的CO的伸缩振动吸收峰（1 740 cm^-1）消失了,相应地在1 600~1 680 cm^-1和1 500~1 550 cm^-1出现了典型的酰胺Ⅰ的v（CO）和酰胺Ⅱ v（N-H）的红外吸收峰,随着明胶比例增加,吸收峰变宽并发生部分紫移。根据模拟体液（SBF）降解测试结果,DHBC及DB-G表现出了良好的可降解性,降解周期为60~90 d。利用比表面积与孔径分布及SEM的测试分析,DB-G5、DB-G10、DB-G15的孔径变化呈现出了不断减小的趋势。通过TG/DTG的热解温度测试结果,与BC相比,DHBC热解温度迅速降低,最大失重温度（T_max）下降80.1℃。然而与明胶发生交联后,热分解稳定性得到明显提高,DB-G的T_max均大于340℃,但DB-G10和DB-G15的T_max却不足2℃。抗张强度测试表现出类似的情形,与DB-G10相比,DB-G15没有随着明胶用量的进一步提高。综合分析认为,m（DHBC）：m（明胶）以1：10最为合适,即DB-G10可作为一种潜在的组织工程支架材料。     

3株高效除磷细菌的分离鉴定及磷去除途径分析

从稳定运行的厌氧/好氧/缺氧序批式反应器（A/O/A-SBR）中筛选分离得到3株高效除磷细菌,通过形态观察、生理生化试验及16S rRNA基因序列分析进行物种分析,确定3株细菌分别为不动杆菌属（Acinetobacter）、克雷伯菌属（Klebsiella）和肠杆菌属（Enterobacter）,NCBI保存登录号分别为OL519151、OL519152、OL519153。以pH值、温度及碳源种类作为影响因子,分析细菌生长特性和除磷率,同时分析无机磷和有机磷在细菌胞内、溶解性微生物产物（SMP）及胞外聚合物（EPS）中的分布转化规律。结果表明：在最佳环境条件下,Acinetobacter sp. PK01、Klebsiella sp. PK02和Enterobacter sp. PK03菌株的最高除磷率分别达到89.4%、85.43%和76.95%。其中,Acinetobacter对环境中磷的去除主要依靠吸收胞外无机磷,并以多聚磷酸盐的形式储存于体内,该途径去除了基质中54.93%的磷;Klebsiella对环境中磷的去除主要依靠EPS合成和吸附作用,该途径去除了基质中47.18%的磷;Enterobacter主要依靠多聚磷酸盐和EPS的合成作用,去除了基质中48.32%的磷。     

改性烟末生物质吸附剂的制备与表征

对烟末进行吡啶催化改性制备改性烟末生物质吸附剂（modified tobacco powder biomass adsorbent,MTPBA）,为废弃生物质资源化综合利用及NO₃^-污染治理提供技术基础。通过条件实验,以MTPBA的直收率和2 mg/L的NO₃^-吸附率为指标,研究MTPBA制备过程中的主要参数条件的影响,确定制备MTPBA的适宜条件,并用扫描电子显微镜、能谱分析仪、傅里叶变换红外光谱仪等对烟末改性前后的物理化学特征进行表征分析。结果表明：制备MTPBA的适宜条件为强碱预处理的NaOH浓度为1.5 mol/L;交联反应时的温度为80℃;交联剂环氧氯丙烷的投加量为5 mL/g;叔胺化反应的温度为80℃;改性后生成的MTPBA形貌均一、结晶度增高,表面形成大量细小孔洞,并成功引入叔胺基团和氯烷基。研究表明：MTPBA比原始烟末具有更好的孔隙结构,引入的叔胺基团和氯烷基以及表面Zeta电位的变化均有利于吸附NO₃^-。     

Banach代数中的行列式理论

探讨了 Banach 代数中的行列式理论.给出了具有单位元的迹 Banach 代数具有行列式的充要条件.     

非织造布滤料性能及过滤过程的研究进展

对近年来非织造布滤料的研究进展做了简要综述,介绍了内部结构的研究及表征、过滤性能及其影响因素、过滤过程的计算机模拟,指出进一步发展所需要解决的问题。     

Towards Excellence in Science Chinese Academy of Sciences

<正>May 26,2014,BeijingScience is a human enterprise in the pursuit of knowledge.The scientific revolution that occurred in the 17th Century initiated the advances of modern science.The scientific knowledge system created by human beings,the tremendous productivity brought about by science,and the spirit,methodologies and norms formulated in scientific practice since the 17~(th)Century have long become essential elements of     

SCIENCE CHINA Technological Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

<正>~~     

高师物理专业人才培养与基础教育衔接问题的研究

分析了当前高师物理专业人才培养与基础教育人才需求存在的问题,结合调查情况,提出了高师物理专业在培养目标、课程设置、教学内容、教学方法及实践教学环节方面的改革措施。     

JOURNAL OF BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY TOTAL CONTENTS(Vol.23)

正~~     

单面约束系统的微分变分原理与运动方程

研究单面约束力学系统的微分变分原理和运动方程。方法利用Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ原理建立Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理．Ｊｏｕｒｄａｉｎ原理和Ｇａｕｓｓ原理,结果与结论得到系统的微分变分原理和带乘子的Ｅｕｌｅｒ－Ｌａｇｒａｎｇｅ形式,Ｎｉｅｌｓｅｎ形式和Ａｐｐｅｌｌ形式的运动方程。     

q-树的重构性

q 是一个正整数,所谓 q-树的图是递归定义的:最小的 q-树是完全图 K_q,一个 n+1阶的 q-树是通过在 n 阶 q-树上加上一个新点并连接这点与 n 阶 q-树中任意 q 个互相邻接的点而获得,其中 n≥q.1-树我们通常称为树.在本文中,证明了对任意正整数 q,q-树是可重构的.     

β-环糊精-毛细管区带电泳分离扑尔敏对映体

采用毛细管区带电泳模式,以β-环糊精为手性选择剂分离了药物扑尔敏的光学对映体.考察了在不同背景电解质 pH 值尤其是较低 pH 值下环糊精浓度对对映体表观淌度差的影响,并研究了有机改性剂尿素在分离中的作用.     

层状球形夹杂复合材料的弹性模量

利用层状球形夹杂在无限大基体中的局部化关系及平均应力场理论,给出了一种方法来分析含 n 种层状球形夹杂所构成复合材料的弹性模量.对于文献给出的空心玻璃球和高分子基构成的复合材料,该理论的预测与实验吻合很好.当表层稍失时,该理论退化为传统的 Mori-Tanaka平均应力场理论.