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饮用水氟污染控制原理与技术

应用生态学报 2019年第1期30卷 30-36页

作者：刘锐平中国科学院生态环境研究中心中国科学院饮用水科学与技术重点实验室北京100085

天然地球化学过程导致全球范围内广泛存在地下水氟污染,饮用水氟超标人口达5亿.控制以高氟地下水为饮用水源的氟污染及其健康风险,成为饮用水质安全保障的核心问题之一.全世界在饮用水除氟方面做了大量努力,但成效十分有限.在此背景下,... 详细信息

天然地球化学过程导致全球范围内广泛存在地下水氟污染,饮用水氟超标人口达5亿.控制以高氟地下水为饮用水源的氟污染及其健康风险,成为饮用水质安全保障的核心问题之一.全世界在饮用水除氟方面做了大量努力,但成效十分有限.在此背景下,深刻认识氟污染形成机制与地球化学特征,结合地理信息、遥感等手段预测区域风险水平,优先考虑"更换水源",仍是饮用水氟污染控制的重要策略.此外,在研究层面上,应以净水药剂、环境功能材料创新为基础,以混凝沉淀、吸附、膜分离为重要技术方向,开发适用于发展中国家或欠发达地区的高效、经济、方便、稳定的除氟关键技术和成套设备;在工程应用层面上,应加强饮用水除氟设施设计、建设、运行与监管,确保设施长期稳定运行,实现工程效益.

关键词：饮用水氟风险控制混凝吸附膜分离

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氯氧铁非均相催化过氧化氢降解罗丹明B

环境科学 2019年第11期40卷 5009-5014页

作者：张少朋陈瑀白淑琴刘锐平内蒙古大学生态与环境学院呼和浩特010021 中国科学院生态环境研究中心中国科学院饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

传统芬顿(Fenton)法因反应pH值低、产生大量铁泥等限制其规模化应用.采用化学气相转变法制备氯氧铁(FeOCl)纳米片,选择罗丹明B为模型污染物,研究FeOCl作为类芬顿催化剂催化过氧化氢(H2O2)降解罗丹明B性能.通过扫描电镜(FE-SEM)和X射线... 详细信息

传统芬顿(Fenton)法因反应pH值低、产生大量铁泥等限制其规模化应用.采用化学气相转变法制备氯氧铁(FeOCl)纳米片,选择罗丹明B为模型污染物,研究FeOCl作为类芬顿催化剂催化过氧化氢(H2O2)降解罗丹明B性能.通过扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射光谱(XRD)等表征结果显示,FeOCl晶型结构完整、呈现纳米片状,可充分暴露催化活性位点.罗丹明B降解实验结果表明,H2O2投量为1.67 mmol·L^-1时,投加200 mg·L^-1FeOCl,可使得罗丹明B去除率由15.5%提高至100%(15 min).FeOCl的催化性能随pH升高而降低,初始pH为3、5和7时,反应15 min后罗丹明B去除率分别为100%、100%和84.0%,初始pH提升至9,去除率则显著降低至57.6%.与传统Fenton法比较,FeOCl催化H2O2的pH值范围明显拓展,在弱酸性和中性条件下表现出优良的催化性能.自由基淬灭实验表明,FeOCl/H2O2体系催化降解罗丹明B起主要作用的是羟基自由基(·OH).电子自旋共振波谱仪测定(EPR)结果表明,单独H2O2体系未检测出明显的自由基信号,而投加FeOCl使得·OH信号显著增强,·OH是降解罗丹明B的主要氧化活性物种.

关键词：氯氧铁(FeOCl) 芬顿(Fenton) 羟基自由基(·OH) 非均相催化罗丹明B

硅气凝胶常压制备、表征及对狄氏剂吸附性能研究

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环境科学 2008年第12期29卷 3415-3420页

作者：沙炜刘锐平刘会娟曲久辉中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 中国科学院研究生院北京100049

以工业水玻璃为硅源,采用三甲基氯硅烷[（CH3）3SiCl,TMCS]/乙醇[CH3CH2OH,EtOH]/正己烷[C6H14]混合液对硅水凝胶进行溶剂交换和表面改性,在常压干燥条件下获得疏水硅气凝胶材料,并对其吸附狄氏剂性能进行了系统评价.BET、FTIR、热重等... 详细信息

以工业水玻璃为硅源,采用三甲基氯硅烷[（CH3）3SiCl,TMCS]/乙醇[CH3CH2OH,EtOH]/正己烷[C6H14]混合液对硅水凝胶进行溶剂交换和表面改性,在常压干燥条件下获得疏水硅气凝胶材料,并对其吸附狄氏剂性能进行了系统评价.BET、FTIR、热重等表征结果显示,制得的硅气凝胶材料接触角在135°--142°之间,比表面积在444--560 m^2.g^-1之间,孔径范围为17.5--23.4nm,孔隙率为94.8%--95.6%,材料在空气中的耐热温度约为380℃.改性剂用量与组成比例对材料性能有较大影响,在TMCS∶EtOH∶C6H14摩尔比为1∶1∶1时,材料疏水性、比表面积和孔容孔径等物理化学性质达到最大值.本方法制备的疏水硅气凝胶对狄氏剂表现出良好的吸附性能,4 h内狄氏剂去除率达到84%;吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附速率常数随疏水性增强而增大;Freundlich系数Kf为30.22μg.g^-1,是活性炭的11倍.

关键词：硅气凝胶常压干燥吸附狄氏剂吸附动力学模型

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水中污染物非均相分离与控制原理

环境工程学报 2021年第3期15卷 765-766页

作者：刘锐平清华大学环境学院清华大学水质与水生态研究中心北京100084 中国科学院生态环境研究中心中国科学院饮用水科学与技术重点实验室北京100085 《环境工程学报》青年学术委员会北京100085

非均相微界面过程广泛存在于天然水化学、水污染形成及水质净化中。环境微界面是影响污染物转移转化的最基本要素之一,污染物的非均相微界面作用过程也是认识和解决环境问题的重要基础[1]。深刻认识上述过程对于水体污染防治、水中污染... 详细信息

非均相微界面过程广泛存在于天然水化学、水污染形成及水质净化中。环境微界面是影响污染物转移转化的最基本要素之一,污染物的非均相微界面作用过程也是认识和解决环境问题的重要基础[1]。深刻认识上述过程对于水体污染防治、水中污染物净化、水生态系统健康具有重要意义。环境微界面过程往往涉及水中颗粒粒径极小的细微颗粒物,所发生的反应一般为非均相过程,污染物的转移和转化也通常发生在界面间[1]。在现代环境水质科学范畴内,水体颗粒物包括了所有粒度大于1 nm的微粒实体[2],且广泛存在于天然水体、城市景观水体、城市污水、工业废水、油气田采出液等各种体系。上述颗粒物大小不同、组成多样、成分复杂,属于典型的非均相介质。此外,颗粒物本身是污染物,同时由于其比表面大、活性位点丰富、界面异质性、热力学非稳态等特性而成为重金属、微量有毒化学品、氮磷生源要素、微生物、藻细胞等大量污染物的赋存载体[2],这进一步放大了颗粒物的非均相特征和污染特性。多种污染物在颗粒物表面共存,可能通过联合毒作用而表现出复合污染效应[3],且相对于水溶液中的污染物,其去除难度往往更大。

关键词：水体污染防治环境水质工业废水城市污水微界面天然水体有毒化学品水中污染物

高锰酸钾与氯联用消毒控制饮用水中三卤甲烷生成量

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高技术通讯 2004年第8期14卷 90-93页

作者：刘锐平李星杨艳玲梁恒李圭白哈尔滨工业大学市政环境工程学院哈尔滨150090 北京工业大学建筑工程学院北京100022

主要考察了高锰酸钾与氯联用消毒工艺的化学安全性。研究了氯投量、高锰酸钾投量、Br^-浓度和pH值等因素对高锰酸钾与氯联用消毒工艺三卤甲烷(THMs)生成量及生成形态的影响。结果表明：氯投量对THMs生成量及生成形态有显著影响。随着氯... 详细信息

主要考察了高锰酸钾与氯联用消毒工艺的化学安全性。研究了氯投量、高锰酸钾投量、Br^-浓度和pH值等因素对高锰酸钾与氯联用消毒工艺三卤甲烷(THMs)生成量及生成形态的影响。结果表明：氯投量对THMs生成量及生成形态有显著影响。随着氯投量的增大，THMs生成量显著升高，且溴代三卤甲烷(Br-THMs)占主要部分。高锰酸钾投量对THMs生成影响较小。THMs与Br-THMs的生成量随着Br^-浓度及pH值的升高而增加。与单独氯消毒工艺比较，高锰酸钾与氯联用消毒减少了氯投量，降低了THMs的生成量。高锰酸钾与氯联用消毒工艺在保障饮用水的化学安全性上优于单独氯消毒工艺。

关键词：高锰酸钾氯消毒饮用水三卤甲烷化学安全性 Br-THMs/TTHMs

铁铜双金属有机骨架MIL^-101(Fe,Cu)活化双氧水降解染料性能

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环境科学 2020年第10期41卷 4607-4614页

作者：梁贺刘锐平安晓强刘会娟东北师范大学环境学院长春130117 中国科学院生态环境研究中心中国科学院饮用水科学与技术重点实验室北京100085 清华大学环境学院水质与水生态研究中心北京100084

针对非均相芬顿传质效率低和Fe(Ⅲ)→Fe(Ⅱ)转化慢导致活性低等问题,采用溶剂热法制备铁铜双金属有机骨架材料[MIL^-101(Fe,Cu)],并研究了材料界面性质、催化降解染料(亚甲基蓝)性能以及活化催化机制.结果表明,MIL^-101(Fe,Cu)晶体结构... 详细信息

针对非均相芬顿传质效率低和Fe(Ⅲ)→Fe(Ⅱ)转化慢导致活性低等问题,采用溶剂热法制备铁铜双金属有机骨架材料[MIL^-101(Fe,Cu)],并研究了材料界面性质、催化降解染料(亚甲基蓝)性能以及活化催化机制.结果表明,MIL^-101(Fe,Cu)晶体结构完整且呈三维八面体形状;比表面积和平均孔径分别为667.2 m2·g^-1和1.9 nm,可充分暴露反应活性位点.MIL^-101(Fe,Cu)在广谱p H范围可活化H2O2高效降解亚甲基蓝.当p H=5、反应20 min,MIL^-101(Fe,Cu)/H2O2对20mg·L^-1亚甲基蓝的去除率为100%,较MIL^-101(Fe)/H2O2和单独H2O2分别提高43.1%和88.9%.自由基猝灭实验与反应前后铁和铜价态变化结果表明,羟基自由基(·OH)是MIL^-101(Fe,Cu)/H2O2催化降解亚甲基蓝的主要活性物种;Cu(Ⅱ)掺杂引入新的活性位点,且Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)循环和Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环可协同产生·OH,进而提高催化效率.MIL^-101(Fe,Cu)作为新型非均相类芬顿催化剂,无需复杂p H调节即可获得良好催化效果,在工业废水处理上具有较好地应用前景.

关键词： MIL^-101(Fe Cu) 类芬顿双金属羟基自由基(·OH) 染料废水

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铁锰复合氧化物同时吸附锑镉性能研究

环境科学学报 2013年第12期33卷 3189-3196页

作者：刘峰刘锐平刘会娟曲久辉中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

以五价锑(Sb(V))和镉(Cd2+)为对象,考察了二者单独存在和共存体系下铁锰复合氧化物(FMBO)对其吸附性能,探讨了Sb(V)(或Cd2+)的吸附对Cd2+(或Sb(V))吸附的影响.研究发现,单独存在体系下Sb(V)和Cd2+的吸附常数K F分别为0.48和1.13 L·mg-1... 详细信息

以五价锑(Sb(V))和镉(Cd2+)为对象,考察了二者单独存在和共存体系下铁锰复合氧化物(FMBO)对其吸附性能,探讨了Sb(V)(或Cd2+)的吸附对Cd2+(或Sb(V))吸附的影响.研究发现,单独存在体系下Sb(V)和Cd2+的吸附常数K F分别为0.48和1.13 L·mg-1,而共存体系下则分别提高至1.88和1.51 L·mg-1;Elovich动力学模型可较好地描述共存条件下Cd2+与Sb(V)在FMBO表面的吸附,表明该体系的吸附为多层吸附且为非均相扩散过程;吸附48 h后Sb(V)和Cd2+的最大吸附量分别达到0.32和1.43 mmol·g-1;Sb(V)在偏酸性而Cd2+在偏碱性pH范围具有较好的吸附效果.Sb(V)(或Cd2+)通过改变FMBO表面ζ电位和反应平衡pH等机制影响Cd2+(或Sb(V))的吸附.此外,XPS和吸附后水相铁锰浓度结果显示,Cd2+可能与FMBO体相中Mn2+进行晶格置换并促进Mn2+的溶出,进而促进了Sb(V)的吸附.

关键词：铁锰复合氧化物五价锑二价镉吸附相互影响

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饮用水质健康风险的末端控制

科学通报 2009年第3期54卷 273-277页

作者：刘锐平曲久辉中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与工程中心北京100085

饮用水质安全风险控制是饮用水质净化科学与技术研究的热点和发展趋势.饮用水的化学污染、生物污染及纳米物质污染表现出低剂量、复合性和难以控制等最基本特征,并在处理、输配与存储过程中产生水质健康风险,为构建饮用水末端风险控制... 详细信息

饮用水质安全风险控制是饮用水质净化科学与技术研究的热点和发展趋势.饮用水的化学污染、生物污染及纳米物质污染表现出低剂量、复合性和难以控制等最基本特征,并在处理、输配与存储过程中产生水质健康风险,为构建饮用水末端风险控制技术系统提出直接的技术需求.本文以饮用水健康风险控制为基本理念,提出了面向用户末端的饮用水健康风险控制技术系统,并介绍了若干关键单元技术.开发了针对2008年北京奥运会需求的饮用水健康风险末端控制技术系统,并在北京奥运村及其中心区得到了成功应用.

关键词：饮用水质安全复合污染健康风险末端控制系统

吹脱-电化学催化氧化组合工艺去除地下水中氨氮

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环境工程学报 2023年第6期17卷 1860-1867页

作者：张沈怡佳陈峰高卫国邢绍文李海翔李艳红刘锐平吉庆华桂林理工大学环境科学与工程学院桂林541004 上海宝发环科技术有限公司上海201900 清华大学环境学院水质与水生态研究中心北京100085

以上海某钢铁工业区固废堆场氨氮污染的地下水为研究对象,研究了单独电化学氧化法、光/电协同氧化法、吹脱-电化学催化氧化组合法对氨氮的去除效果,提出能高效除氨氮且适合工程实际应用的吹脱-电催化氧化组合工艺。结果表明,相较单独电... 详细信息

以上海某钢铁工业区固废堆场氨氮污染的地下水为研究对象,研究了单独电化学氧化法、光/电协同氧化法、吹脱-电化学催化氧化组合法对氨氮的去除效果,提出能高效除氨氮且适合工程实际应用的吹脱-电催化氧化组合工艺。结果表明,相较单独电化学氧化,光/电协同氧化体系中的强氧化活性物质(HO·、HOCl、ClO^(-)等)通过自由基链式反应和光解反应生成氧化性更弱的ClO·,反而削弱氨氮去除效果。而吹脱-电催化氧化组合工艺下氨氮、总氮的去除率分别为97.62%、90.23%,出水满足《地下水质量标准》(GB/T 14818-2017)IV类标准。电子顺磁共振(EPR)和活性氯生成实验证实HO·和活性氯(HOCl、ClO^(-)、Cl_(2))在氨氮转化过程中的重要作用。本实验为进一步研究和设计基于电化学法处理废水中的氨氮技术和组合工艺提供了理论依据。

关键词：氨氮吹脱电催化氧化光/电协同氧化自由基