随着生物电化学技术研究的发展,多种应用于废水处理的新型微生物燃料电池(MFC)耦合反应器不断出现,在污染物降解和能量回收中展现了多种优势。重点综述了近年来报道的典型的MFC耦合型废水处理反应器,并对其耦合机理、运行效果及存在的问题进行了比较分析,以期为生物电化学耦合型废水处理反应器的进一步优化和发展提供参考。
零价铁(Fe0)处理水体中的污染物是一种经济高效的新技术,针对高浓度含重金属离子和难降解有机污染物废水,Fe0及其组合工艺具有广阔的应用前景。综述了Fe0技术处理废水的最新研究进展,分析了其去除水体中污染物的反应机理,详细介绍了基于Fe0技术改进的研究及应用的情况,指出了其在废水处理中面临的问题并展望了今后的研究方向。
淀粉作为天然高分子化合物具有来源广泛、价格低廉和可生物降解等优点,改性淀粉被广泛应用于废水中重金属的处理。为了改善其吸附性能,设计并合成了一些新型结构的改性淀粉,其中双醛改性淀粉在结构和特点上与传统的改性淀粉不同。在介绍其合成方法基础上,总结了双醛改性淀粉的种类、结构以及处理废水中重金属的特点,为今后设计更多的新型改性淀粉提供参考。
对煤化工废水处理技术的研究和应用现状进行了综合评述。首先,分类介绍了煤化工废水的工艺来源及污染特征。继而对废水处理技术进行了系统的分析和讨论,重点包括:针对难降解有机物的预处理技术、新型生物反应器和生物强化技术、用于深度处理的化学处理技术和膜处理技术。之后,对某煤制油高浓废水处理工程案例进行了介绍分析。最后,对技术研究应用热点和发展趋势进行了总结和展望。
分别以粉末活性炭(PAC)和活性焦(AC)作为超滤(UF)前处理材料,考察了PAC-UF和AC-UF两种组合工艺对水中不同分子质量大小有机物的去除能力,并对两种吸附材料对膜污染的影响进行了评价。实验结果表明:PAC和AC均可有效吸附水中分子质量为1~10 kDa的有机物,并能有效缓解膜污染;AC表现出了良好的吸附性能,可在再生水的深度处理中作为替代PAC的吸附材料。
采用悬浮粒子法在Al2O3基体表面经800℃烧结制备凹凸棒土膜(ACM)。压汞仪、扫描电镜、X-射线衍射等对ACM的表征结果显示,膜孔径分布于9.05~19.57 nm,且烧结后的晶体结构无显著变化。基于工业锅炉(≤2.45 MPa)连排废水(BW)的水质特征,利用ACM在实验室条件下以死端截留模式处理BW,结果显示,ACM可有效去除CO32-和SO42-,历经24 h过滤后,对两种离子的去除率依然可保持在90%以上。
用流化床反应器和沸腾床反应器处理焦化废水,对两种反应器运行效能及微生物群落变化进行对比研究。结果表明,提高污泥负荷后流化床COD去除率优于沸腾床反应器。提高进水污泥负荷对沸腾床内微生物的冲击更大,致使其种群丰富程度下降明显。研究结果证明,流化床在宏观去除率、维持菌种丰富度方面具有较大优势。
以亚铁氰化铜(CuFC)为吸附剂并与微滤耦合处理模拟含铯废水。结果表明:对104.50μg/L的含铯废水,投加0.08 g/L的CuFC,周期吸附时间为20 min时,平均去污因数为1319,浓缩倍数为638。受H+竞争吸附的影响,出水的pH高于进水;微滤膜可完全截留反应器内的CuFC,出水浊度始终小于0.08 NTU;反应器内悬浮固体的实测值低于计算值,且随时间的延长二者的差值变大;通过物理清洗,膜比通量能恢复至初始值的85%以上。
针对超临界水氧化(SCWO)系统中过量氧加入带来的运行费用增高问题,提出了一套利用SCWO系统中液氧冷能实现氧回用并回收工业级CO2的氧回用工艺。结果表明,对于处理100 t/d废水的SCWO系统,氧回用工艺投资约140万元,年收益约207万元,系统运行8个月即可收回投资。该工艺可有效回用SCWO系统中过量氧,并回收工业级液态CO2,进一步提高了SCWO系统经济性,具有显著的经济优势。
采用ABR-CSTR组合工艺对黄酒生产废水处理进行了研究。结果表明,采用低负荷启动并逐步提高容积负荷是ABR-CSTR组合工艺成功启动的关键,在温度为(30±2)℃时,COD容积负荷从0.3 kg/(m3·d)增至4.0 kg/(m3·d),历时100 d启动成功。系统总去除率保持在95%~98%,出水平均氨氮、总氮分别为0.57、20.4 mg/L,表明ABR-CSTR组合工艺能有效处理黄酒生产废水。
为提高絮凝剂产生菌MS-2的絮凝效果,采用紫外线诱变和化学诱变相结合的方法对该出发菌株进行人工选育,获得性能优良、遗传稳定的变异菌株HZU-1,其絮凝率达到97.6%,比原菌株提高了43.1%。还研究了pH、投加量对其絮凝活性的影响,并进行了生物絮凝剂与聚合氯化铝处理城市生活污水的对比试验。
以CoFe2O4改性粉末活性炭(CoFe2O4/PAC)作催化剂,过硫酸钾为氧化剂,对模拟罗丹明B(RhB)废水进行降解,考察各重要因素对降解率的影响。由结果可知,废水原始pH下,催化剂投加质量浓度为0.2 g/L,n(K2S2O8):n(RhB)为20:1,温度为35~65℃,时间为150 min,20 mg/L的50 mL RhB溶液可完全降解。改性粉末活性炭使用4次后,仍具有较高催化活性。
利用微波辐照技术,以稻草秸秆为碳源,FeCl3为赋磁剂,在无需还原剂的条件下制备了磁性生物炭(MBC)吸附剂。对吸附剂进行了表征,并且分析了初始pH、温度、吸附时间等条件对MBC吸附孔雀石绿特性的影响。结果表明,MBC对孔雀石绿的吸附符合Langmuir等温模型和准二级动力学吸附方程;用微波再生法对MBC再生,重复5次后,MBC对孔雀石绿的吸附量为原始吸附量的70%,表现了良好的再生能力。
以稻壳为反硝化碳源,研究了稻壳的营养组成、微观形貌、孔隙结构、在海水中的释碳速率以及作为反硝化碳源在海水中的脱氮效果。结果表明,稻壳中含有能被微生物利用的粗纤维、淀粉和粗蛋白等,总有机碳达到58%以上;稻壳含有大量亲水官能团,表面粗糙且拥有大量孔隙结构,非常利于微生物附着生长。以稻壳为反硝化碳源,海水中硝酸盐去除率可达59%,且具备较好的持续供碳能力,可满足其作为碳源被微生物持续利用的需求。
以稻壳为原料,采用微波处理制备出改性的吸附材料,用于吸附Pb2+、Cd2+的实验,探讨了溶液pH、搅拌时间及金属离子初始浓度等对吸附平衡的影响,利用扫描电镜和红外光谱(FTIR)分析,探讨微波处理后的稻壳吸附Pb2+、Cd2+等金属离子的吸附机理。结果表明:微波处理后的稻壳对Pb2+的最佳吸附pH=5,在60 min内建立吸附平衡,对Pb2+的最大吸附量为0.2324 mmol/g;在相同条件下对Cd2+的最大吸附量为0.1852 mmol/g。
探讨了多种影响因素对热激活过硫酸钾技术降解噻虫胺的影响,并检测反应体系中的活性自由基种类。结果表明,噻虫胺的降解符合准一级反应动力学规律。提高反应温度和S2O82-浓度,噻虫胺的降解速率都迅速增大;酸性和中性条件下的降解速率高于碱性条件;水溶液中Cl-和HCO3-的存在影响噻虫胺的降解效果;自由基探针实验验证了反应体系中同时存在SO4-·和·OH两种自由基,酸性和中性条件下,以SO4-·为主,碱性时·OH含量较多。
采用三维电极法处理高浓度氨氮废水,无需调节废水pH,控制电压14 V,加入200 g粒子颗粒电极,电解反应2 h,出水调节pH至9,过滤,出水NH3-N<15 mg/L,满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中的一级标准,为高浓度氨氮废水的处理探索了新途径,具有广阔的工业应用前景。
研究不同浓度的Ca2+、Mg2+、Fe3+对厌氧氨氧化颗粒污泥形成的影响。以血清瓶进行批次试验,分别投加0.300、0.045、0.060、0.075、0.090 mmol/L的金属离子并进行空白试验,考察颗粒污泥的形态、可颗粒化程度(SGR)、生物量、比厌氧氨氧化活性。结果表明:添加适量金属离子可以促进厌氧氨氧化污泥颗粒化。Ca2+、Mg2+、Fe3+的最佳投加浓度分别为0.030、0.060、0.060 mmol/L,最佳投加浓度情况下,以Mg2+的效果最优。
实验采用水解酸化-Fenton氧化方法处理难降解炼油废水,探索了水解酸化反应系统可行的启动方法,确定了水解酸化-Fenton氧化处理难降解炼油废水的反应条件和处理效果。结果表明,水解酸化可明显改善难降解炼油废水的可氧化性,水解酸化-Fenton氧化处理难降解炼油废水工艺简单,效果可靠,具有可行性,废水COD去除率达到98.5%。
针对某企业明胶生产废水的水质特征,采用物化法+水解酸化+两级A/O工艺对明胶废水进行了处理试验。结果表明,整个组合工艺对明胶废水的处理效果良好,在高盐度条件下,两级A/O对废水中COD的相对去除率分别为63%、85%,出水COD、SS、BOD、氨氮、总氮的去除率均达到90%以上,达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级标准。
连续式砂滤器是一种改良的生物滤池,具有投资及运行费用低、管理简单等多重优点。在50 cm低砂层条件下,研究了空气量、滤速、砂循环速率对过滤性能的影响,得出装置过滤的最优工作参数为:滤速4.0~5.6 m/h,气量0.5~0.7 m3/h,砂循环速率5.8~8.5 mm/min,为连续式砂滤器的研发与优化提供参考。在最佳状态下运行,装置对SS去除效果明显。
作为污水处理系统的第二级处理设备,加气浮选器设备内外部结构存在不合理现象,处理能力远没有达到设计能力,无法适应上游流量和含油的大幅波动,也影响了下游设备的正常运行和注水水质的达标。南堡油田通过摸清设备问题所在,实施了一系列有效的改造,大幅提高了加气浮选器的除油能力,增强了流程抗波动能力,达到了预期的改造目的。
使用原子荧光光度计测汞时,发现汞的测定值逐渐升高,而且低浓度样品受到的影响更大。通过实验分析查找原因,认为主要是记忆效应和基线漂移的影响,因此在实验过程中需要扣除这些影响,进行样品空白校正;但是当基线漂移到一定程度,偏离度达到RSD>10%时,或者每测定20个样品后,就需要重新绘制校准曲线再测定,以达到质量控制的要求。
通过对啤酒生产制作废水特点的综合分析,结合原有污水处理站工艺及多家同类污水站的实践经验,提出采用UASB+CASS组合工艺处理啤酒废水。运行结果表明:出水COD、BOD5、SS、NH3-N均满足《啤酒工业污染物排放标准》(GB 19821-2005)一级标准,出水动植物油、阴离子表面活性剂满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级标准,采用该组合工艺处理啤酒生产废水,在技术和经济上可行。
采用生物流化床-高级催化氧化工艺处理制药废水,介绍了制药废水处理工程的工艺流程、工艺设计、调试方法、处理效果和工程效益。运行结果表明,该系统处理效果好且运行稳定,出水水质满足《混装制剂类制药工业水污染物排放标准》(GB 21908-2008)表2标准。
利用多生境功能菌(MEMA)强化泥水同步降解,开展污泥原位减量工程示范研究。结果表明:实施减量工程后吨COD产泥量由5.13 t降至3.30 t,比实施前降低35.7%。工程示范期间进水COD、NH3-N分别提高57.2%、55.1%,但出水均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B排放标准,削减量分别提高70.0%、65.8%。吨水耗电量与实施前持平,COD耗电量下降30%,相对耗药量未见增加。
反渗透保安过滤器滤芯出现频繁污堵现象,通过系统调查、电镜扫描及能普仪检测,确认滤芯被微生物污堵,在预处理系统其他设备也存在微生物污染。预处理阶段杀生剂使用不足、系统经常长时间停运以及工艺流程不合理是导致微生物污染的主要原因。提出对预处理系统全面消毒,清洗被污染过滤器滤料,提高杀菌剂用量并加强水质监测,活性炭过滤后增加二次杀菌点等治理和防控微生物污染的措施。
目前国内电厂水处理设备中,石灰加药系统普遍存在石灰乳配制计量不准、投加时pH控制不精确等问题,运行中还易出现堵塞、板结、飞灰等状况。某电厂通过更换下料设备和改变加药控制方式,解决了原石灰系统存在的诸多问题。分析了原系统存在的问题并对整个改造实践进行了效果评定和总结。