随着水体氮素污染日趋严重,脱氮技术的改进及强化方法成为研究热点。固定化微生物技术因具有微生物密度大、处理效率高、反应速度快、适应能力强等优点而备受关注。综述了不同固定化载体及方法对生物脱氮的强化效果,分析了固定化作用对微生物的影响,总结了固定化技术脱氮应用的最新研究进展,并对该领域今后的发展进行探讨。
活性污泥法以其净化效果好、管理方便等优势在污水处理中得以广泛应用。为了能及时发现异常状况、维持正常的处理效率、调控污水处理工艺的高效运行,需要探索快速、简单、可靠、经济的表征活性污泥活性的指标。对其常用检测指标的研究情况进行综述,重点阐述了4个可有效表征污泥活性的指标(比耗氧速率、脱氢酶活性、比电子传递体系活性、比三磷酸腺苷)的原理、特点、应用、检测方法及其优缺点,并进行比较,以期为活性污泥污水处理厂的有效管理提供参考。
三维电极相较于二维电极具有传质效果好、电流效率高、体面比大等优点,其处理有机废水的研究和应用也越来越广泛。介绍了三维电极法的机理、粒子电极的分类及制备方法,同时对三维电极法与Fenton法、光催化氧化法、超声法、铁碳微电解法、生物法技术的联用进行了总结,并指出三维电极法目前存在的问题以及未来研究趋势。
介绍了离子交换膜污染的原因和分类,根据对离子交换膜的不同要求,从3个方面详细阐述了提高离子交换膜抗污染性能的改性方向,指出探寻新的改性方法、开发新型亲水性膜材料是将来提高膜抗污染性能的主要途径。
采用海藻酸钠-氯化钙固定法固化硝化细菌和硝化细菌与小球藻的混合物,来处理养殖废水中的氨氮污染,考察了处理时间、温度、pH和氨氮/固化小球用量比对氨氮去除效果的影响。实验结果显示,固化硝化细菌小球和固化菌藻小球均能有效去除废水中的氨氮,但固化菌藻小球的去除效果更佳。在28℃、pH=8、氨氮起始质量浓度为50 mg/L、氨氮/固化菌藻小球用量比为1:40的实验条件下,24 h内能去除废水中96.51%的氨氮。实验结果证实,硝化细菌和小球藻具有一定的共生关系,在去除氨氮时有协同效应,固化菌藻小球在养殖废水脱氮中具有一定的应用前景。
介绍了超重力技术的基本原理,采用解氨剂协同超重力法处理高浓度氨氮废水并进行中试研究,重点考察了超重力因子、多级处理次数、进水氨氮初始浓度、解氨剂投加量等因素对脱氮效率的影响,得出在pH为11、温度40℃、气液比1200、超重力因子460、解氨剂投加量为70 mg/L的实验条件下,单级处理脱氮率达到90.6%。相较于传统吹脱法,解氨剂-超重力法具有脱氮效率高、运行成本低、操作简单的特点,具有广阔的工业化应用前景。
海上平台生活污水分为灰水与黑水,利用MBR装置处理黑水,其最佳条件:MLSS为7000 mg/L,DO为2~4 mg/L,温度为20~25℃,HRT为12 h,淡水加入比例为60%,混合液平均电导率为16000μS/cm,生物处理出水、系统最终出水COD分别为336、208 mg/L,生物去除率和系统去除率分别为79%、87%;利用ECO装置处理灰水,其最佳条件:极板间距2 cm,电流为52 A,海水添加比例为50%,电解时间为2 h,吨水电耗为3.6 kW·h。出水混合后添加1.57~15.69 mg/L NaHSO3,COD为110 mg/L,SS为0.5 mg/L,余氯未检出,大肠杆菌为4个/100 g,pH为7.3,BOD5为6 mg/L,整套工艺运行费用为67.96元/d,出水能够达到IMO.MEPC227(64)规定排放标准要求。
废水中较高浓度的2,4-二氯酚(2,4-DCP)以溶解态和胶体2种形态存在。研究了间歇式电辅助微生物体系(IEMS)和连续式电辅助微生物体系(CEMS)对较高浓度2,4-DCP的还原降解效果。结果表明CEMS对溶解性2,4-DCP的降解符合零级反应动力学特征,动力学常数为0.245 h-1,对2,4-DCP降解中间产物邻氯酚(2-CP)和对氯酚(4-CP)的降解也为零级反应,动力学常数分别为0.048、0.0815 h-1。IEMS在停止电辅助期间对胶体态2,4-DCP的水解效率远高于CEMS,2个体系均为零级反应,动力学常数分别为0.0834、0.0271 h-1。较高浓度的2,4-DCP宜采用IEMS处理。
为研究膜生物反应器(MBR)中PVDF中空纤维膜的亲水性变化特征,提出以接触角变化速率的绝对值(λ)表征亲水性的方法,按轴向长度将膜纤维划分为4个位置,考察过滤和清洗对膜亲水性的影响。结果表明:在MBR运行过程中,膜污染的加剧与膜的亲水性变化有关,膜纤维通量越高的位置,膜的亲水性越差。采用物理反洗和短时间的化学浸泡清洗,膜的亲水性能得到一定恢复,但效果有限。延长化学浸泡清洗时间发现,浸泡3 h膜纤维的亲水性最好。
利用分子印迹强化胺化技术制备Cd2+模板改性壳聚糖P(Cdb2+)-C-CTS(Cda2+),研究了吸附剂中Cd2+模板含量对其吸附水中Cd2+的性能及含水率的影响。吸附容量随着a值和b值的增加而升高,当a为0.45、b为0.40时,吸附容量达到最大值。以P(Cd0.402+)-C-CTS(Cd0.452+)为研究对象,考察了pH对Cd2+吸附容量的影响,并对吸附选择性能进行研究。结果表明,分子印迹强化胺化技术可制备得到吸附效率更高、选择性更好的改性壳聚糖吸附剂。
采用不同浓度的高锰酸钾溶液对甘蔗渣进行改性,并用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射(XRD)对改性前后甘蔗渣的物化性能进行表征。研究了改性甘蔗渣对Pb2+的吸附动力学和吸附等温线,并对吸附机理进行初步探讨。结果表明:改性甘蔗渣吸附Pb2+的过程符标准二级动力学模型,改性甘蔗渣对Pb2+的吸附等温线符合Langmuir方程;KMnO4(0.5 mmol/L)改性甘蔗渣的吸附机理为化学配位反应;KMnO4(30 mmol/L)改性甘蔗渣吸附Pb2+的过程形成了内层表面络合物。
采用高铁酸钾处理多晶硅废水,考察了初始pH、高铁酸钾投加量和反应时间对污染物去除效果的影响。结果表明,高铁酸钾通过氧化和絮凝作用去除污染物。初始pH为4时,高铁酸盐对COD和浊度的去除率最高,初始pH在5以下时高铁酸盐除F-效果好;初始pH为4、最佳投加量为500 mg/L情况下,高铁酸盐对COD的去除率达到43.4%。纳滤分析表明高铁酸盐氧化能使聚乙二醇断链降聚,改善了多晶硅废水的可生化性。
利用有机化工废水培养基从新疆高海拔盐湖样品中分离筛选到COD降解菌18株,对COD降解率高的8株菌株混合后处理废水,与其他普通活性污泥相比,COD去除率更高(86.3%)。经16S rDNA初步鉴定,该8株菌分别属于拟杆菌门Bacteroidetes、厚壁菌门Firmicutes和变形菌门Proteobacteria。将该混合菌群用于生物曝气池试验,添加尿素0.75 g/L作为氮源,其COD降解率可达82.5%;添加金枪鱼蛋白胨0.5 g/L可使COD降解率提高到92.2%。
利用CeO2的储氧和释氧能力,以高活性的活性炭作为催化剂载体,采用等体积浸渍法制备CeO2-活性炭催化剂。分别用氮气低温吸附/脱附、XRD、XPS对CeO2-活性炭催化剂进行表征。以CeO2-活性炭作为催化剂,草酸作为模型化合物,催化臭氧化降解草酸的去除率达到77%。Ce组分的加入能显著提高草酸的去除率。Ce不仅能够提高反应体系中羟基自由基的浓度,还有利于O3分子直接氧化草酸。CeO2-活性炭催化剂经过3次重复使用后,草酸去除率保持在70%以上,具有较好的稳定性。
为研究Fenton试剂氧化降解焦化废水的影响特性及动力学机理,采用小试烧杯实验考察初始COD、H2O2投加量、Fe2+投加量和反应温度等因素对处理效果的影响。结果表明,原水COD为260 mg/L、H2O2投加量为666 mg/L、Fe2+投加量为200 mg/L、温度为298 K时,COD去除率达到89.53%;反应初始阶段COD氧化降解的表观反应动力学模型与实验数据得到较好的拟合,因此该动力学模型能较好地预测Fenton试剂对焦化废水的氧化降解情况;反应总级数为2.0017,其中H2O2的反应分级数(0.5685)高于Fe2+的反应分级数(0.4940),说明Fenton氧化降解COD过程中H2O2浓度的影响比Fe2+的大;较低的反应活化能说明反应较易进行。
采用聚合氯化铁(PFC)作为混凝剂对腐殖酸-高岭土模拟水样进行混凝-超滤-氯消毒处理,分析混凝絮体特性和超滤处理过程对消毒副产物前驱物的生成趋势的影响。结果表明,PFC混凝效果随着投加量的增大而增强;投加量为12 mg/L时,酸性条件有利于增强混凝效果;超滤过程可以去除混凝出水中的大分子有机物,但对快速反应物的去除效果却不明显;在絮体粒径>500μm的范围内,絮体粒径的增大有利于快速反应物的去除,从而降低了消毒副产物的生成潜能。
通过实验考察了聚丙烯疏水膜对低浓度氨氮废水的单级氨氮脱除率,研究了废水中的盐、钙离子和有机物等对疏水膜脱氨能力的影响。结果表明,聚丙烯疏水膜对低浓度氨氮废水的单级氨氮脱除率为50%~60%,废水中的盐分会对疏水膜的脱氨效率产生不利影响,钙离子和有机物短期内对疏水膜的脱氨效率影响不大。
针对难处理的含油污水,以丙烯酰胺(AM)和丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(DBC)为单体,通过反相微乳液聚合方法合成了疏水缔合型阳离子聚合物P(AM-DBC),并进行红外光谱表征。考察了单体质量比、引发剂用量、反应温度、反应时间对P(AM-DBC)分子质量和转化率的影响,并将P(AM-DBC)应用于辽河油田含油污水的絮凝实验,结果表明P(AM-DBC)阳离子度约为9%、相对分子质量为400万左右时絮凝效果最佳,投加量为20 mg/L时除油率达到97%,浊度去除率为95%。
以钛酸丁酯、尿素、硝酸镧为原料,采用超声辅助溶胶-凝胶法制备了N、La共掺杂纳米TiO2光催化材料。用XRD、DSC-TG、UV-Vis DRS、FT-IR、SEM、EDS对材料结构和性能进行了表征。以苯酚为目标污染物,考察材料的光催化性能。结果表明:N、La共掺杂协同作用使晶粒细化,材料的光催化活性显著提高;当N掺杂摩尔分数为5%、La掺杂摩尔分数为1%、催化剂用量为1.5 g/L、焙烧温度为500℃时,光催化降解5 mg/L苯酚的效果最佳。
使用单室空气阴极微生物电池处理焦化废水,以电压、电流密度、功率密度、COD去除率、pH为考察指标,分别用铂、四氧化三铁、二氧化锰作阴极,对比其去除效率和产电能力。实验结果表明,铂阴极的产电能力和废水处理效果最好,开路电压最大值达到521.469 mV。当电流密度为2.4 A/m2时功率密度达到最大值0.195 W/m2,COD去除率为82.9%;二氧化锰阴极MFC效果次之,四氧化三铁阴极MFC的效果最差。
以硝酸铁为原料,NaOH溶液为沉淀剂,通过恒pH沉淀法在pH为3~9范围内制得4种水合氧化铁(Fh),通过XRD、表面零电荷时pH(pHpzc)测定、N2吸附-脱附法对其进行表征,以甲基橙(MO)为模拟污染物比较其吸附性能。结果表明,pH为5时制备的Fh(Fh5)对MO的去除率为92.8%,明显优于Fh3(34.1%)、Fh7(67.4%)和Fh9(53.7%)。4种Fh对MO的吸附规律符合Langmuir方程,为单分子层吸附。另外考察了沉淀剂类型(NaOH、NH3·H2O)和Fe(Ⅲ)浓度对Fh5吸附MO的影响。结果表明,以NaOH溶液为沉淀剂、Fe(Ⅲ)浓度为0.2 mol/L时制备的Fh5具有最佳的吸附性能。
海上平台现有含聚污水处理工艺存在处理成本高、难度大、处理效能逐步降低等问题。研究开发了一套动态膜过滤工艺技术,通过水质、过滤周期的变化研究筑膜剂种类、筑膜剂浓度、来水水质对含聚污水处理效果的影响。研究结果表明,动态膜过滤技术的处理效果明显优于常规的核桃壳和纤维束过滤技术,过滤效果稳定,油、悬浮物、浊度的去除率均在90%以上。处理后的水质符合油田注水控制标准,来水水质越好,过滤周期越长。处理前后聚合物的浓度基本不变,未改变来水性质,能够适应海上聚驱油田含聚污水的处理。
结合渤海绥中某注聚油田采出液处理出现的问题,深入剖析了该油田产出液处理能力下降的原因,确定物流温度达不到设计要求、含聚污油泥水二次污染、设备适就性差、清水剂与聚合物不配伍等因素是导致该油田产出液处理能力下降的主要因素。从处理设备结构优化改造和药剂优化等方面开展治理措施研究,为全面解决海上注聚油田采出液处理问题进行探索,并提出今后技术发展的方向。
将Kohonen神经网络与RBF网络相结合,对废水中吸收光谱严重重叠的钴、镍、钒三组分体系进行解析。利用Kohonen神经网络选择全谱特征波长,优化确定了RBF网络的结构和参数,使光度分析计算的校正模型的优化问题得到有效解决。分析结果表明,经Kohonen神经网络方法进行波长选择后,优化了RBF网络的输入并提高了其预测能力。
印染废水是当前难以处理的工业废水之一,其悬浮物、COD及色度等均较高。介绍了采用混凝沉淀-两级生化工艺处理印染废水的工程设计及运行效果。在进水COD、BOD5、色度、SS分别为2136、542 mg/L、480倍、400 mg/L的情况下,出水COD、BOD5、色度、SS分别为78、18 mg/L、40倍、46 mg/L,满足GB 4287-2012排放要求。
化妆品企业排放的生产废水成分复杂、表面活性剂浓度较高且有一定毒性,针对该类高浓度有机废水,采用气浮-水解酸化-好氧组合工艺进行处理,工程实践表明:当进水COD为9000 mg/L左右、系统维持相对稳定的情况下,出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的一级标准要求。
介绍了某轴承厂以铁碳耦合Fenton试剂高级氧化为主体工艺的轴承生产污水处理工程。采用隔油调节、溶气气浮、水解酸化、铁碳耦合Fenton试剂氧化、絮凝沉淀、活性炭罐吸附等工艺,处理后COD、SS、石油类、TP、阴离子表面活性剂、总铬、总镍去除率分别为95.7%、98.6%、95.8%、97.2%、90.3%、92.7%、93.3%,达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准的要求。该工程具有投资省、占地面积少、运行稳定、抗冲击负荷等优点。
介绍了膜浓缩(MBC)零排放技术在长兴电厂脱硫废水深度处理项目中的应用情况。系统可将22 m3/h含盐水浓缩至1.5~2 m3/h,盐分浓缩至200 g/L左右后进入蒸发结晶系统,最终生成结晶盐,经过浓缩处理后的清洁产水作为电厂锅炉补给水回用。运行结果表明,MBC零排放系统运行良好,有效地保证了电厂的稳定运行,带来良好的社会和经济效益。
背压损坏是反渗透膜元件使用中常见的故障之一,一旦发生则会对反渗透膜造成永久性损坏,无法修复。对反渗透膜元件背压损伤的位置以及背压对膜片造成的损伤进行深入分析,同时归纳了导致反渗透系统背压产生的设计和运行因素,提出现场判别背压损伤的方法。依托工业示范装置对带背压运行的反渗透系统开关机过程进行了模拟,并通过实时数据采集对全过程进行监控分析,对其安全性进行论证。