在阐述微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)工作原理的基础上,介绍了利用微生物电解池处理废水中各类污染物的研究进展,以及反应器结构改进、工业规模反应器和新型处理工艺的开发等,并展望了微生物电解池在污染物降解领域的发展方向。
提高城镇污水处理厂低温下污水氨氮去除率是目前亟待解决的问题之一。从运行参数的调控、工艺的升级改造和生物强化3方面系统评述了低温硝化强化方法,介绍了每种方法的研究进展及存在的问题,并对城镇污水处理厂低温硝化强化的发展方向进行了展望,指出生物强化技术因对原有运行参数及构筑物改动较小而将成为强化低温硝化效能的重要途径。
固定生物膜-活性污泥系统(integrated fixed-film activated sludge systems,IFAS)是活性污泥与生物膜工艺的结合,兼具二者的优点,可有效提高污染物的去除效果,在实现污水的达标排放方面具有较大优势。对国内外有关IFAS的研究与应用进展进行了系统的总结,主要包括IFAS系统的发展历程、工艺特点、微生物分布特征、系统动力学模型及应用现状等,并对IFAS系统未来的发展方向与研究重点进行了初步探讨。
由于人类活动和工农业生产的快速发展,水源水质的污染日趋加剧。新的环境污染使传统的饮用水消毒技术难以满足人们对饮用水水质的要求,对此国内外不断研究开发出安全高效的饮用水消毒技术。从消毒灭菌机理、灭菌效果及其影响因素、消毒副产物安全性等方面对目前的饮用水消毒技术进行了综述和剖析,并对其发展趋势进行了展望,旨在了解国内外饮用水消毒技术的现状和不足,促进开发更安全有效的饮用水消毒技术。
通过分析电磁感应水处理器的工作原理和影响水处理效果的关键因素,建立了决定除垢效率的溶液感生电流和磁感应强度的解析模型。针对感生电流对溶液做功的平均功率与激磁信号的函数关系,提出了一种将双极性脉冲馈入LC电路产生谐振的优化方法,采用自动频率跟踪技术对其脉冲的输出频率进行实时调整,从而保证谐振电路输出最优频率的激磁信号,以提高电磁感应水处理器的处理效果。实验结果表明:该水处理器可以更有效地提高除垢效率,且对环境的适应能力更强。
针对微污染水氨氮浓度高、有机物难降解等问题,进行了麦饭石及其改性处理微污染水的动态实验研究,探讨了不同改性方法处理的麦饭石对微污染水浊度、氨氮和COD的去除效果。结果表明,经Na2SO4改性的麦饭石对微污染水的处理效果较好,浊度、氨氮和COD的平均去除率分别为96.57%、67.25%、74.79%,出水浊度、氨氮和pH均可达到饮用水标准,出水COD可达到集中式生活饮用水的Ⅱ类标准。
通过动态吸附实验,研究了聚丙烯腈基亚铁氰化钾镍(PAN-KNiCF)对模拟放射性废水及实际放射性废水中Cs+的吸附效果,并采用SEM、FT-IR、XRD等对吸附剂进行了表征。结果表明,PAN-KNiCF能够有效地去除水中的Cs+,当溶液中含有共存离子时,PAN-KNiCF吸附Cs+的穿透曲线都从右向左移动;减容比为2 122时,PAN-KNiCF对实际放射性废水中137Cs的去污因子仍高达512;被PAN-KNiCF吸附的137Cs衰变成137Bam后会从PAN-KNiCF上解析下来。
比较了3种蛋白质引起的膜通量变化及膜污染情况,利用xDLVO理论分析了蛋白质超滤过程中的界面作用能对膜污染机制的影响。结果表明,卵清蛋白(Ovalbumin,OVA)造成的膜污染最严重,其次是牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)和溶菌酶(Lysozyme,LYS);在黏附阶段和黏聚阶段,极性力自由能起主导作用,范德华力和双电层力对其贡献很小;蛋白质分子从远距离逐渐接近UF膜或滤饼层时,极性力作用能对膜污染起主导作用,总界面作用能和作用范围是影响膜污染趋势的主要因素。
采用实验室模拟手段,研究了静态条件下硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria,SRB)对硫酸盐废水的处理效果,考察了菌液接种量、初始pH、碳源种类、m(COD)/m(SO42-)等生态因子对处理效果的影响。结果表明,增加菌液量、提升pH、提高m(COD)/m(SO42-)均可提升SO42-去除率;以乳酸钠、葡萄糖、甘油、甲酸作为碳源时,SRB利用这4种碳源对SO42-的还原率由大到小依次为甲酸>乳酸钠>甘油>葡萄糖。该研究对SRB处理硫酸盐废水的工程应用具有一定的指导意义。
采用Fe3O4/Na2S2O8体系催化氧化处理垃圾渗滤液生化尾水,研究了Na2S2O8与Fe3O4投加量、pH、反应时间等因素对处理效果的影响。结果表明,在pH=3,m(S2O82-):12m(COD)=1.2,Fe3O4投加量为1.5 g/L,反应时间为24 h的条件下,COD与色度去除率分别为63%和100%。FTIR分析结果表明,Fe3O4/Na2S2O8体系的小分子有机物含量比未处理水样小分子有机物含量有所降低。
采用反应沉淀/水解酸化/MBR组合工艺处理以合成制药废水为主的污水处理厂污水,处理出水不能达到《化学合成类制药工业水污染物排放标准》(GB 21904—2008)的要求。对此采用铁炭微电解工艺作为前置处理工艺对该废水进行了预处理实验研究,结果表明,当铁炭投加量为400 g/L,铁炭质量比为4:5,HRT=3 h,pH=4,曝气量为3 L/min时,预处理效果较好,铁炭微电解对COD的去除率达47.50%,废水可生化性由0.23提升到0.38,使后续工艺运行效果大幅提升,最终使处理出水达标排放。
在构建太阳能雾化脱盐系统的基础上对该系统处理浓盐水的热能利用率进行了研究,考察了辐照值、空气流量、气水比等因素对系统热能利用率的影响。结果表明,系统的热能利用率随着辐照值的升高呈现减小趋势,随着气水比、空气流量的增大呈现先增大后减小的趋势。系统的热能利用率与空气流量存在二次抛物线关系。
采用硫酸铝与壳聚糖复合絮凝剂处理某厂含硫化黑印染废水,通过正交试验对处理效果进行了优化,并进行了吸附动力学研究。结果表明,硫酸铝与壳聚糖可发生化学键合作用,当硫酸铝与壳聚糖复合质量比为10:1,投加量为30 mg/L,pH为6~10时,对TOC为63.6 mg/L的印染硫化黑废水的TOC去除率达75.22%,脱色率达82.45%。吸附过程符合拟一级动力学方程,吸附活化能为9 kJ/mol。
采用高铁酸盐溶液氧化破解污泥,研究了高铁酸盐投加量、氧化时间、pH、初始污泥浓度对污泥破解效果的影响。结果表明,高铁酸盐溶液对污泥破解效果较好,当Fe(Ⅵ)投加量为1.0 mg/gSS时,比污泥SCOD释放量达到1.14 gSCOD/gMLVSS;碱性条件(pH为8~12)与高初始污泥浓度均有利于污泥的破解,但当污泥质量浓度大于最佳值6 192 mg/L时,污泥溶胞比达到最大,为39.7%,比污泥SCOD释放量降低;高铁酸盐溶液破解污泥的最佳反应时间为45 min。
针对柠檬酸生产废水二级生化出水色度高、难生化降解的特点,采用催化臭氧化-曝气生物滤池组合工艺对其进行深度处理。结果表明,该组合工艺可实现废水脱色和降解有机物的目的。当催化臭氧化接触氧化时间为30 min,臭氧投加量为22.5 mg/L;BAF气水比为3:1,水力停留时间为3 h时,出水COD降至60 mg/L以下,色度维持在10~15倍,处理出水达到《城市污水再生利用 工业用水水质》(GB/T 19923—2005)的标准。
采用两级氢氧化钠中和-硫酸亚铁沉淀法处理高浓度含砷废水,考察了废水pH、n(Fe):n(As)、曝气流量、曝气时间、搅拌速度等因素对As(Ⅲ)氧化率和总砷(AsT)去除率的影响。结果表明,在适宜的条件下,经一级处理后,废水中As(Ⅲ)的氧化率和AsT去除率分别为93.98%和78.60%;经二级处理后,废水中AsT去除率为99.99%,AsT残留质量浓度为0.10 mg/L,低于《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的要求。
以耐火黏土和铝酸钙粉为原料制备聚合氯化铝(PAC),考察了黏土的活化温度、酸浸时盐酸浓度和温度对Al2O3浸出率的影响及黏土与铝酸钙粉的用量比和熟化时间对PAC絮凝性能的影响,得到最佳制备条件。采用最佳条件下制备的PAC处理焦化厂废水,结果表明,当PAC投加量为140 mg/L,并与少量PAM混合使用时,废水的色度、浊度、COD去除率分别可达到95.7%、94.6%、90.0%。
针对难降解石化废水,以序批式运行方式考察了高效COD降解菌对常规污泥系统的强化效果。结果显示,向常规污泥系统中投加高效COD降解菌可加速生化系统启动,稳定运行后,其对石化废水的COD去除率较常规污泥系统高12%~14%。同时研究表明,当缩短停留时间或提高进水负荷时,经高效COD降解菌强化的污泥系统会表现出更强的稳定性和抗冲击性。
为提高活性炭对Pb2+的吸附效果,用硝酸铁对活性炭进行了改性处理。采用BET、SEM、Boehm等方法对改性前后活性炭的理化特性进行了表征,考察了吸附时间、pH、吸附剂投加量对改性前后活性炭吸附Pb2+效果的影响。结果表明,相比于未改性活性炭(GAC),硝酸铁改性活性炭(Fe-GAC)比表面积减少,酸性含氧官能团增加,极性增强。对于质量浓度为10 mg/L的Pb2+溶液,Fe-GAC的最佳投加量为2.0 g/L,此条件下Pb2+去除率可达到98.73%,比采用GAC提高了30.15%。吸附剂吸附Pb2+过程与Langmuir吸附等温线方程拟合较好,相关系数R2在0.99以上。
以介孔二氧化硅SBA-15为载体,TMPS为接枝剂,氯磺酸为磺化剂制得表面苯磺酸改性的固体酸催化剂SBA-15-ph-SO3H。利用小角XRD、TEM、红外光谱、酸量测定的手段对合成的催化剂进行了表征。将该催化剂应用于催化乙二胺四亚甲基膦酸的合成反应,结果表明,在低温80 ℃、催化剂用量0.5 g/mol的条件下反应3 h,乙二胺四亚甲基膦酸的转化率为74%,重复使用5次,催化性能无明显下降。
采用添加多层多孔板的升流式厌氧污泥床接种混合污泥,于78 d内成功启动厌氧氨氧化反应器。第75天,反应器对NH4+-N和NO2--N的去除率达95%以上,容积氮去除负荷达0.525 kg/(m3·d)。启动后,快速提高进水基质浓度,反应器出现抑制现象,且抑制前后三氮之比具有显著变化。运行后期,底部出现红棕色污泥。与普通的升流式厌氧污泥床相比,其具有喷动床效应及水利筛分作用,有利于颗粒污泥的形成。
通过对南海东部某海上油田换热器处水样、垢样进行分析,并结合水质的结垢趋势预测,研究了该油田换热器的结垢问题。结果表明,该油田换热器有明显的硫酸钙结垢倾向。针对该油田设备内流体水含量较低(含水率在10%~20%)的特点,开发了一种适合该环境的复合型阻垢剂。现场应用研究表明,当注药质量浓度为100 mg/L时,成垢离子Ca2+、SO42-的保有率均有明显提高,换热器的硫酸钙结垢倾向得到了有效控制。
提出快速检测水样化学需氧量(COD)的新方法,即在常温常压下利用超声消解(UASD)水样,并结合分光光度法(SP)或氧化还原电位法(ORP)检测水样COD。实验表明,UASD法消解水样的最佳时间在4 min左右;用标准邻苯二甲酸氢钾溶液绘制工作曲线,采用UASD-SP法对污水样品的COD(经稀释COD < 500 mg/L)进行检测,测得的COD值与国标法测定值对比,准确度在-5.4%~-2.1%,实验精密度在0.42%~2.8%。实验证明了应用超声消解快速检测COD方法的可行性。
食用变性淀粉生产过程中产生的污水属于高浓度有机污水,适宜采用厌氧-好氧的处理工艺。2007年,笔者为杭州某新建淀粉公司设计了1套采用改良型EGSB厌氧反应器——AnaEG反应器和将接触氧化与曝气生物滤池功能融为一体的BioAX反应器相结合的厌氧-好氧处理系统。6年多的运行结果表明,这种处理系统具有占地面积小、处理效果稳定、剩余污泥量少的优点,污水经处理后水质可达到国家一级排放标准的要求。
某石化公司洗罐废水具有油含量高、COD高、乳化严重的特点,采用溶气气浮+电极气浮+微电解氧化工艺处理后,油和COD去除率均达到90%以上。该工艺装置采用一体化撬装方式,施工方便。该组合工艺运行稳定,处理效果好,吨水运行处理成本仅3.83元,装置出水保证了下游生化处理单元不受冲击。
福建某新材料公司脱盐水系统在运行一段时间后,其反渗透系统保安过滤器滤芯出现污堵,影响了脱盐水系统的正常运行。对污堵原因进行了分析,并提出了相应的改进措施。改进措施实施后,彻底解决了反渗透保安过滤器滤芯的污堵问题,脱盐水产水率得以恢复。
钛白废酸循环利用工艺是采用反渗透法将质量分数为20%的钛白废酸浓缩到45%,一部分作为酸解用酸的稀释水,一部分用作硫酸锰的酸解用酸,剩余的45%的浓废酸与质量分数为98%的浓硫酸调配增浓、冷冻、除杂,作为补充水送到硫酸生产装置的吸收系统再制酸。以德天化工为例,实施该工艺每年可减排废酸14.29万t,节约中和废水的石灰2.86万t,减排废水11.43万t,原材料硫酸消耗节省2.86万t,表明该工艺具有技术先进性和推广性。
介绍了采用高效清洗剂对单台结垢换热器进行在线清洗的技术,实践表明,该高效清洗剂在线清洗技术可实现装置不停车清洗,具有耗时少、费用低、操作简便的特点,并且在线清洗后的换热器恢复了正常运行,达到了预期的效果。