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场地重金属污染土壤固化及MICP技术研究进展

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环境科学 2024年第5期45卷 2939-2951页

作者：陈玥如高文艳陈虹任薛生国吴川中南大学冶金与环境学院长沙410083 国家重金属污染防治工程技术研究中心长沙410083

冶炼场地土壤重金属污染是亟待解决的重要环境问题.固化修复技术因其修复时间少、成本低、处理效率高已成为污染场地重金属修复的主流技术之一.总结了近10年来有关固化修复场地重金属污染的最新研究进展,从重金属固化修复机制入手,对比... 详细信息

冶炼场地土壤重金属污染是亟待解决的重要环境问题.固化修复技术因其修复时间少、成本低、处理效率高已成为污染场地重金属修复的主流技术之一.总结了近10年来有关固化修复场地重金属污染的最新研究进展,从重金属固化修复机制入手,对比分析了不同固化方式[无机材料固化、有机材料固化、机械球磨和微生物诱导碳酸盐成矿(MICP)]的优缺点及其适用范围.随后,根据文献计量学分析所呈现的研究重点及发展趋势,从MICP在重金属修复中的应用、MICP复合材料在污染场地中的应用和MICP技术应用的影响因素这3个方面对微生物诱导碳酸盐沉淀技术固化场地重金属污染的应用前景及限制因素进行了总结和阐述.最后提出了土壤固化研究的前景和挑战,以期为场地土壤固化技术的未来发展提供借鉴参考.

关键词：重金属土壤修复固化技术污染场地微生物诱导碳酸盐成矿(MICP)

长期饥饿下厌氧氨氧化反应器的启动与恢复性能

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环境科学 2024年第7期45卷 4074-4081页

作者：冯帆唐溪唐崇俭柴立元中南大学冶金与环境学院长沙410083 国家重金属污染防治工程技术研究中心长沙410083

厌氧氨氧化菌生长缓慢,其富集过程困难,是限制厌氧氨氧化技术应用的瓶颈.因基质供应不足导致的功能菌长期饥饿使厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器稳定运行面临更大挑战.从长期饥饿的视角出发,重新审视厌氧氨氧化反应器的启动和恢复性能、揭示... 详细信息

厌氧氨氧化菌生长缓慢,其富集过程困难,是限制厌氧氨氧化技术应用的瓶颈.因基质供应不足导致的功能菌长期饥饿使厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器稳定运行面临更大挑战.从长期饥饿的视角出发,重新审视厌氧氨氧化反应器的启动和恢复性能、揭示其抗性机制具有现实意义.分别采用硝化和反硝化污泥在不同运行条件下成功启动了厌氧氨氧化反应器,分析了长期饥饿后不同启动策略下反应器的恢复性能,及污泥对长期饥饿的耐受机制.结果表明,接种反硝化污泥的反应器采用高基质浓度低流速运行更稳定,运行85 d后NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(−)-N和总氮去除率分别高达98.7%、99.3%和89.3%;但长期饥饿(144 d)后采用低基质浓度高流速运行的氮去除性能更优,NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(−)-N和总氮去除率可在30 d后分别恢复至99.8%、99.8%和93.6%.研究发现,饥饿期胞外多聚物将厌氧氨氧化菌包裹,有助于保持细胞完整以抵抗长期饥饿胁迫;nir S、hzs A和hdh基因的表达,保证了亚硝酸盐/一氧化氮氧化还原酶、联氨合成酶和联氨脱氢酶的合成,有助于维持厌氧氨氧化活性.饥饿恢复前后厌氧氨氧化菌属的相对丰度无显著差异,其中Candidatus Kuenenia经30 d恢复后相对丰度提升86%以上,表明其对长期饥饿更具耐受性.

关键词：厌氧氨氧化(ANAMMOX) 启动性能恢复性能饥饿菌群变化抗性

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赤泥激发胶凝材料及路用研究进展

中国有色金属学报 2023年第10期33卷 3421-3439页

作者：薛生国朱铭星杨兴旺郭旭耀蒋逸凡黄诗蔚朱锋中南大学冶金与环境学院长沙410083 国家重金属污染防治工程技术研究中心长沙410083

赤泥是有色金属工业产排放量最大的固体废弃物,因其碱性强、综合利用难、堆存处置风险高,严重制约铝工业的可持续发展,赤泥资源化利用与规模化消纳已成为铝工业亟待解决的世界性难题。赤泥激发胶凝材料及其工程路用具备用量大、成本低... 详细信息

赤泥是有色金属工业产排放量最大的固体废弃物,因其碱性强、综合利用难、堆存处置风险高,严重制约铝工业的可持续发展,赤泥资源化利用与规模化消纳已成为铝工业亟待解决的世界性难题。赤泥激发胶凝材料及其工程路用具备用量大、成本低、绿色低碳等优势,是实现赤泥规模化利用行之有效的途径。本文在综述赤泥物理化学特性和工程特性的基础上,阐明了赤泥激发胶凝材料的理论基础,分析了路用工程存在的主要问题和环境风险,提出了赤泥激发胶凝材料及路用研究的方向,为大宗工业固体废弃物规模化消纳提供科学参考。

关键词：赤泥激发胶凝材料路用环境风险规模化消纳

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4种典型抗生素在反硝化体系中的去除特性

环境科学 2022年第6期43卷 3204-3210页

作者：唐佳陈茜覃牧川唐溪唐崇俭中南大学冶金与环境学院长沙410083 国家重金属污染防治工程技术研究中心长沙410083

污水处理厂是抗生素的重要汇集场所,反硝化是污水处理厂生物脱氮的关键环节.为了探究抗生素在反硝化污泥体系的去除特性,选取诺氟沙星(NOR)、土霉素(OTC)、磺胺甲■唑(SMX)和甲氧苄啶(TMP),对比研究了其在不同碳源条件下的变化规律,评... 详细信息

污水处理厂是抗生素的重要汇集场所,反硝化是污水处理厂生物脱氮的关键环节.为了探究抗生素在反硝化污泥体系的去除特性,选取诺氟沙星(NOR)、土霉素(OTC)、磺胺甲■唑(SMX)和甲氧苄啶(TMP),对比研究了其在不同碳源条件下的变化规律,评估了吸附和生物降解等途径对抗生素去除的贡献.结果表明,反硝化脱氮体系对NOR、 OTC和TMP具有一定的去除作用,且NOR和OTC可被用作碳源进行反硝化.反硝化污泥对NOR和OTC的去除是快速吸附和缓慢生物降解的过程,其中,吸附对NOR和OTC总去除量的贡献率分别达到83.5%和58.9%,生物降解的贡献率分别为16.5%和41.1%.在吸附过程中,胞外聚合物(EPS)吸附的贡献率达到40%以上,而在OTC的生物降解过程中,P450酶发挥重要作用,其贡献率达到20%.

关键词：反硝化抗生素吸附生物降解胞外聚合物

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酸浸米糠协同脱硫石膏驱动赤泥成土

中国有色金属学报 2024年第5期34卷 1712-1726页

作者：黄诗蔚张子颖钟小琳江钧朱锋蒋逸凡张雨菲薛生国中南大学冶金与环境学院长沙410083 国家重金属污染防治工程技术研究中心长沙410083

赤泥土壤化是降低赤泥环境风险、实现规模化消纳的可行方法。本研究通过植酸酸浸溶出的方法,探究米糠酸浸出液和浸出渣协同脱硫石膏对赤泥成土过程的影响。结果表明:联合施用酸浸米糠(2%)和脱硫石膏(2%)30 d后,赤泥的pH和电导率(γ)分别... 详细信息

赤泥土壤化是降低赤泥环境风险、实现规模化消纳的可行方法。本研究通过植酸酸浸溶出的方法,探究米糠酸浸出液和浸出渣协同脱硫石膏对赤泥成土过程的影响。结果表明:联合施用酸浸米糠(2%)和脱硫石膏(2%)30 d后,赤泥的pH和电导率(γ)分别从10.56和169.67μS/cm降低至8.42和75.53μS/cm,Na_(2)O含量降低,大团聚体比例、非毛管孔隙度均升高,总有机碳(TOC)、有效磷(AP)含量增加,黑麦草生长状况良好;Al^(3+)、Fe^(3+)、Ca^(2+)和Mg^(2+)与植酸形成不溶性螯合物,植物受到的阳离子胁迫明显缓解;添加脱硫石膏可降低米糠施用量,Ca^(2+)能加快脱碱效率、促进植酸盐分解,提高TOC和AP含量。

关键词：赤泥酸浸米糠脱硫石膏植酸绿化种植土

草酸青霉协同脱硫石膏对赤泥中团聚体分布及其稳定性的影响

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中国有色金属学报 2023年第11期33卷 3900-3913页

作者：薛生国秦信凤刘星杨兴旺邓丹丹朱锋中南大学冶金与环境学院长沙410083 中南大学国家重金属污染防治工程技术研究中心长沙410083

本文以河南某氧化铝企业赤泥为研究对象,选择脱硫石膏和草酸青霉(菌液/菌粉)作为改良剂对赤泥开展土培实验。结果表明:联合施用脱硫石膏−草酸青霉显著提高赤泥中粒径>0.25 mm水稳性团聚体的含量,以相同剂量的菌液或菌粉方式添加草酸青霉... 详细信息

本文以河南某氧化铝企业赤泥为研究对象,选择脱硫石膏和草酸青霉(菌液/菌粉)作为改良剂对赤泥开展土培实验。结果表明:联合施用脱硫石膏−草酸青霉显著提高赤泥中粒径>0.25 mm水稳性团聚体的含量,以相同剂量的菌液或菌粉方式添加草酸青霉后,粒径>0.25 mm水稳性团聚体含量分别提高48.26%和55.52%,平均质量直径(D_(mm))提高了230.4%和265.2%;采用脱硫石膏可促进粒径20~50μm微团聚体絮凝,采用草酸青霉有利于粒径>50μm团聚体的形成。180 min水力循环作用下,菌液处理后团聚体抗侵蚀能力较菌粉处理更好;草酸青霉的联合施用可将脱硫石膏用量从4%(质量分数)降至2%。相关性分析可知,pH、电导率(σ)、可交换钠离子比(γ)对赤泥团聚体稳定性影响比较显著。

关键词：赤泥草酸青霉团聚体稳定性赤泥成土过程生态修复

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铁酸锌选择性还原的反应机理

中国有色金属学报 2014年第10期24卷 2634-2641页

作者：侯栋科彭兵柴立元彭宁闫缓中南大学冶金与环境学院长沙410083 中南大学国家重金属污染防治工程技术研究中心长沙410083

通过TG、物相分析、XPS、XRD、SEM-EDS等手段研究铁酸锌选择性还原反应机理,考察铁酸锌质量损失和分解特征、物相转变过程和产物层形貌变化以及Zn2+与Fe2+的离子迁移行为。结果表明:反应表现为失氧过程,还原产生的Fe2+使铁酸锌分解产生Z... 详细信息

通过TG、物相分析、XPS、XRD、SEM-EDS等手段研究铁酸锌选择性还原反应机理,考察铁酸锌质量损失和分解特征、物相转变过程和产物层形貌变化以及Zn2+与Fe2+的离子迁移行为。结果表明:反应表现为失氧过程,还原产生的Fe2+使铁酸锌分解产生ZnO,ZnO含量与Fe2+含量线性相关。Fe2+向铁酸锌内部迁移替代Zn2+,Zn2+则向外部迁移并富集于表面,促使ZnO在表面形成。铁酸锌逐步向磁铁矿转变,Fe2+的嵌入和锌的迁出使铁酸锌晶胞参数先增大后减小,还原产物为ZnO和含锌的磁铁矿。颗粒产物层中的还原产物相互夹杂,并包裹着未反应的铁酸锌。

关键词：铁酸锌选择性还原相变过程离子迁移

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锌浸渣硫酸铵焙烧-选择性浸出回收锌

中国有色金属学报 2015年第9期25卷 2596-2603页

作者：彭兵李燕春柴立元刘恢闵小波胡明袁莹珍雷杰彭宁中南大学冶金与环境学院长沙410083 中南大学国家重金属污染防治工程技术研究中心长沙410083

针对锌浸渣中锌难于选择性浸出回收的难题,提出硫酸铵焙烧-选择性浸出回收锌的新工艺。该工艺通过硫酸铵焙烧改变锌浸渣中锌铁物相,在浸出过程对锌进行选择性浸出回收。研究硫酸铵加入量、焙烧温度、焙烧时间等工艺参数对铁酸锌分解和... 详细信息

针对锌浸渣中锌难于选择性浸出回收的难题,提出硫酸铵焙烧-选择性浸出回收锌的新工艺。该工艺通过硫酸铵焙烧改变锌浸渣中锌铁物相,在浸出过程对锌进行选择性浸出回收。研究硫酸铵加入量、焙烧温度、焙烧时间等工艺参数对铁酸锌分解和锌铁浸出的影响,并获得最佳的工艺参数,即硫酸铵和铁酸锌质量比为4、一段焙烧温度和时间分别为450℃和90 min,二段焙烧温度和时间分别为650℃和60 min。在该条件下,锌浸出率可以达到92.63%,而铁的浸出率仅为2.04%,实现了锌浸渣中锌的选择性浸出。

关键词：锌浸渣铁酸锌硫酸铵焙烧锌回收

铁酸锌选择性还原方法及其在锌焙砂处理中的应用

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中国有色金属学报 2015年第8期25卷 2284-2292页

作者：陈栋彭兵柴立元彭宁胡明李燕春中南大学冶金与环境学院长沙410083 中南大学国家重金属污染防治工程技术研究中心长沙410083

针对高铁锌焙砂现有冶炼方法的不足提出选择性还原-浸出处理锌焙砂工艺。锌焙砂中锌铁主要物相为铁酸锌,首先采用热力学软件Factsage对铁酸锌还原过程进行分析,得出铁酸锌选择性还原控制条件,并结合热重分析和化学分析对热力学分析结果... 详细信息

针对高铁锌焙砂现有冶炼方法的不足提出选择性还原-浸出处理锌焙砂工艺。锌焙砂中锌铁主要物相为铁酸锌,首先采用热力学软件Factsage对铁酸锌还原过程进行分析,得出铁酸锌选择性还原控制条件,并结合热重分析和化学分析对热力学分析结果进行验证。结果表明:以可溶性锌和亚铁含量为评价指标的最佳磁化焙烧条件为焙烧时间60 min,焙烧温度750℃,CO分压8%(体积分数),VCO/(VCO+VCO2)气氛比30%,此时的占总锌比率(可溶锌率)为91.89%,亚铁占总铁的比例(亚铁率)为51.19%。将上述理论计算和分析结果应用于锌焙砂处理,焙烧产物中的锌通过酸浸回收,铁以磁性氧化铁形式赋存于焙砂中;以铁锌浸出率为考察指标得出最佳浸出条件为温度30℃、初始酸度90 g/L、液固比10:1、反应时间10 min,此时选择性浸出效果较为理想。

关键词：铁酸锌锌焙砂磁化焙烧浸出