工业废水中难降解污染物的强化去除是水处理的研究热点。介绍了生物电化学系统(BES)对废水中难降解污染物的降解原理,分析了电极、外加电压、盐度和电化学活性细菌(EAB)等因素对其处理效能的影响,讨论了其在偶氮染料废水、硝基芳烃废水、氯酚废水等典型难降解工业废水强化处理中的应用效果,并阐述了BES与生物法的耦合工艺及优势。分析认为BES中电极材料的经济性选择和改性修饰、EAB的筛选富集、实际应用电耗成本等是BES大规模应用亟待解决的问题。
高有机氮废水具有有机物浓度高、总氮含量高等特性,经污水厂AO工艺处理后出水仍难以达标排放。对此,改良的AO工艺得到发展。综述了近年来改良AO工艺在优化原水碳源、合理分配碳源及强化反硝化脱氮方面的研究进展,并提出了协调各改良方式,获得高效总氮去除率的方法,以期为AO工艺高效处理高有机氮废水提供参考。
燃煤电厂脱硫废水水量波动大、污染物成分复杂、处理难度大、处理成本高,开发经济高效的脱硫废水处理技术备受关注。综述了传统三联箱、厂内回用和零液体排放3类脱硫废水处理技术的特点,分析了实际工程案例中不同技术的处理效果、工艺参数边界特征、潜在影响及运行成本。实践表明,随着国家环保政策的节节加码,零液体排放技术是脱硫废水处理的主要发展趋势,降低投资与运行成本是未来的研发重点。
重金属是矿山废水中的主要污染物。重金属污染治理方法中吸附法被广泛研究和应用。磁性氧化石墨烯(mGO)纳米复合材料具有合成工艺简单、成本低、吸附效率高、稳定性好、易于和重金属分离并可重复利用等优点,是一种较为理想的吸附材料。结合近年来的研究成果,综述了mGO的制备、表征,以及其吸附重金属的影响因素、吸附机理等,并对未来研究方向提出了展望。
冷却塔风吹损失的液滴携带较高浓度氯离子,排放至大气后会生成氯盐细颗粒物。通过对某燃煤电厂循环水系统的补水率、排污损失率、总溶解固形物浓缩倍率进行分析计算,得到风吹损失率是经验取值的2.6倍,冷却塔氯离子排放质量浓度折合烟气排放质量浓度为39.5 mg/m3,氯离子排放因子为138.5 mg/(kW·h),折合472.7 g/t标煤,推算出2018年全国火电厂冷却塔排放的氯离子量为46万t。火电厂普遍通过湿式通风冷却塔排放水溶性离子是大气污染物监管的一个漏洞。
采用水热合成法制备了二氧化钛改性的石墨烯基材料(RGO/TiO2),将其组装成CDI电极,探究了电吸附去除低浓度Cd2+的效果,并与RGO电极进行了比较。结果表明,2种电极对Cd2+的电吸附量随工作电压的升高、Cd2+初始浓度的增大而增大,随温度的升高而减小;循环流速对Cd2+的吸附效果影响不明显。RGO/TiO2电极CDI除Cd2+性能优于RGO电极,电吸附过程满足准一级动力学方程和Freundlich等温吸附模型。
以共沉淀法合成了Fe3O4磁性纳米颗粒,并以亚甲基蓝(MB)为处理对象,进行了非均相催化NaClO降解有机废水的研究,同时首次研究了以水热法合成的另一种高效NaClO催化剂——NiFe2O4磁性纳米颗粒。研究表明,当pH=8时,催化反应30 min,Fe3O4体系和NiFe2O4体系的MB降解率分别为96.6%和99.7%。自由基清除实验表明,催化剂能催化NaClO产生·OH和·OOH自由基来去除MB。5次重复使用后,催化剂能保持稳定不失活,而且可以便捷地回收再利用。
采用财务分析方法研究了不同污水厂规模(Q)、沼液磷质量浓度(c)、鸟粪石单价(m)条件下,磷酸铵镁结晶技术(MAP技术)回收污水厂沼液中磷的吨水投资(TOWI)、财务净现值(FNPV)、吨水利润(TOWP)及盈亏平衡点(BEP),并对各影响因素进行了敏感性分析。研究表明,从经济可行性而言,当前以MAP技术回收沼液中的磷较适用于Q ≥ 30×104 m3/d的污水处理厂。
研究了单独加铁、单独加碳和铁碳联合投加对剩余污泥厌氧消化的影响。结果表明,在水解酸化过程中,铁碳联合投加组SCOD降解率最高,乙酸含量也最大,占VFAs的50.4%;在厌氧消化过程中,铁碳联合投加组产甲烷量最高,比对照组提高了35.0%。从微生物角度分析,铁碳联合投加促进了微生物中甲烷鬃毛菌的生长,丰度达到52.2%。铁碳联合投加可以强化剩余污泥厌氧消化。
以改性丝竹作为生物载体和缓释碳源构建了好氧挡板式生物膜反应器(ABBR),研究了其对城市污水处理厂尾水中氮素化合物的去除效果和特性。结果表明:当HRT为8 h时,TN和NO3--N去除率分别可达66.58%~75.23%和50.96%~66.43%。以丝竹为单一碳源,NO3--N去除速率达2.13 mg/(L·h)。相比于弹性立体填料,以改性丝竹作为生物载体可以获得较高的NO3--N去除率和较低的NO2--N积累率。
针对污水厂精准自动控制的需求,建立了金属盐投加量与除磷效果之间的化学强化除磷投药量半经验CEPRM模型,并结合4种金属盐(硫酸铁、聚合硫酸铁、硫酸铝和氯化铝)化学强化除磷时的污水厂实际生产数据,进行了模型的非线性拟合。结果表明:4种金属盐的拟合相关度均大于0.9,残差平方和均小于0.01,硫酸铝的拟合效果最佳。同时,基于CEPRM模型特点说明了加药自控系统的设置要求与应用模式。
构建电解-微生物燃料电池耦合系统处理偶氮染料废水,考察了该系统的运行性能。运行结果表明:电解池的最优运行电压为2.0 V,在此条件下,其对废水中重氮基团的破解和色度的去除效果最佳。该耦合系统对废水色度和COD的去除率分别可达到91.0%和86%,且能够输出电压(0.66±0.03)mV,产电性能良好。
通过水通量、反渗盐通量、污染物去除率考察了2种正渗透膜对OMBR运行特性的影响,并对膜污染特性进行了研究。结果表明,水通道蛋白(AQP)膜和醋酸纤维素(CTA)膜平均水通量分别为8.90、4.96 L/(m2·h),平均反渗盐通量分别为13.06、6.36 g/(m2·h)。CTA膜组氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为98.8%、94.1%和98.9%。AQP膜和CTA膜膜面污染中,C、O原子数占比分别为47.19%、35.13%和66.71%、24.38%。AQP膜污染蛋白质和多糖含量均高于CTA膜,平均荧光强度分别为72.98和79.49。
以泥炭土为原料,利用3-巯丙基三甲氧基硅烷对其进行改性,研究了不同巯基量改性泥炭土对水中Hg2+的吸附动力学特征及等温吸附解吸过程,并探讨了吸附机理。结果表明:提高泥炭土中的巯基含量,可增大泥炭土对Hg2+的吸附量,且吸附平衡时间明显缩短。巯基改性泥炭土对Hg2+的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir吸附等温方程,吸附后的解吸率均较低。其吸附机理主要是通过羟基、羰基等官能团对汞的络合吸附作用。
制备了聚合硫酸铁-阳离子改性淀粉(PFS-CS)复合混凝剂,并以普拉红B模拟染色废水为研究对象,考察了m(PFS):m(CS)、熟化时间及混凝pH对复合混凝剂混凝性能的影响。结果表明,最佳制备条件:熟化时间4 h,m(PFS):m(CS)=50:1。在最佳制备条件下,当PFS-CS投加量为5 mL,混凝时间为20 min,pH为10时,色度与COD去除率分别为96.84%、75.85%。与聚丙烯酰胺相比,在相同的混凝条件下,PFS-CS复合混凝剂的处理效果更好。
以光核桃核壳为原料,采用氯化锌化学活化法制备了活性炭(ZCAC)。利用SEM、FT-IR、氮气吸附-脱附、Zeta电位等对制备的ZCAC进行了表征,并考察了其对水中Cr(Ⅵ)的吸附效果及吸附机理。结果表明,制备的ZCAC的比表面积为1 460.0 m2/g,总孔容为0.733 cm3/g,平均孔径为2.59 nm,等电点为4.4。ZCAC对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为128.65 mg/g,其对Cr(Ⅵ)的吸附为单层、化学、吸热、自发的反应。
在不同改性剂作用下,采用共沉淀法制备了不同板层阳离子的CO32-型类水滑石(LDHs),并经焙烧制备了层状双金属氧化物(LDO)。经筛选确定丙三醇改性Mg-Al-LDO为较适宜的Cl-脱除剂。以模拟废水中Cl-脱除量为评价指标,以丙三醇改性Mg-Al-LDO为脱氯剂,考察并确定了较适宜的Cl-脱除工艺条件,此条件下Cl-平均脱除量为40.218 mg/g,Cl-平均脱除率为75.41%。丙三醇改性Mg-Al-LDO 4次循环后的再生率为41.48%。丙三醇改性Mg-Al-LDO脱除Cl-过程符合准二级动力学方程、Langmuir等温模型。结合XRD、FT-IR表征结果推测,LDO可脱除Cl-是由于其具有"记忆效应"。
针对四川某农药生产废水含盐量高、有机物浓度高、生物毒性大及可生化性差等特点,采用多元微电解-类Fenton氧化-混凝沉淀工艺进行了强化预处理研究。通过正交试验对多元微电解的填料填充比、反应时间、pH、曝气量等参数进行了优化,并确定了类Fenton段H2O2的适宜投加量。结果表明,对于COD ≤ 18 000 mg/L、电导率≤ 78 000 μS/cm的进水,在优化的工艺条件下经预处理后,COD和SS去除率分别达到62.6%、65%,为后续生化处理提供了良好的进水水质。
采用溶胶-凝胶法制备了CuFe2O4-GO活化剂,并研究了其活化过一硫酸盐(PMS)降解酸性红B(ARB)的效果。结果表明,当CuFe2O4-GO投加量为0.1 g/L,n(PMS):n(ARB)=10:1,pH=7.0时,反应10 min后ARB降解率可达96%;Cl-对ARB降解无显著影响。自由基猝灭实验表明,反应体系中非自由基(1O2)发挥了主要作用;紫外可见光谱分析结果表明,降解后ARB分子中的萘环和偶氮键结构均被破坏;TOC分析表明,反应体系对ARB染料具有一定的矿化率。CuFe2O4-GO在循环使用5次后仍有较好的活化效果。
以二维层状阳离子插层电极Ti3C2为阴极,二维层状阴离子插层电极NiAl-LMO为阳极,进行了电吸附去除水中Pb2+的研究。结果表明,对初始质量浓度为200 mg/L的Pb(NO3)2溶液,在210 min后可达到吸附平衡,Pb2+去除率达98.48%,平衡吸附量为96.36 mg/g。Pb2+与Ca2+共存时,Ti3C2电极对Pb2+表现出较强选择性,Pb2+吸附量为Ca2+的近10倍。吸附过程符合准一级动力学模型,倾向于物理吸附。Ti3C2的层状结构具有较大的比表面积,表面所携带的羟基基团为Pb2+的去除提供了较多的结合位点。
以废旧钴酸锂电池负极石墨为原料制备石墨烯气凝胶,研究了其对亚甲基蓝的吸附效果和吸附机理。结果表明,制备的石墨烯气凝胶具有大量的孔隙和柔软片层结构。当吸附剂投加量为2.5 g/L,亚甲基蓝初始质量浓度为50 mg/L,pH为8,温度为30℃时,20 min即达到吸附平衡,吸附率为98.6%。该吸附剂对亚甲基蓝的吸附符合Langmiur模型,最大吸附量为41.39 mg/g;吸附反应动力学符合准二级动力学方程。吸附过程包含化学吸附和物理吸附。
采用电化学氧化法预处理船舶含油废水,考察了极板间距、电流密度、初始氯离子浓度对废水中氨氮、COD去除率的影响,并在优化条件下对比了反应前后关键指标的变化以及对有机污染物的去除情况。结果表明,优化反应条件:极板间距2 cm,电流密度20 mA/cm2,初始氯离子质量浓度4 000 mg/L,反应时间3 h。在此条件下,处理出水中的氨氮、总氮、石油类、悬浮物均达到船舶生活污水污染物排放限值;难生化降解苯系物氧化分解为易生化降解小分子烷烃类、醇酮类物质,水质可生化性明显改善。
钻采废液主要包括废弃钻井液和措施废液。针对长庆油田井场分布分散,废液就地现场处理难度大的特点,提出分散式井场的集中处理模式,并建成国内最大的钻采废液集中处理厂。该厂处理规模达钻井岩屑50万m3/a,压裂返排液5 000 m3/d。处理后的水可用于配制钻井液、压裂液等;处理后的固体废弃物可用于制作免烧砖、路基材料及沙漠修复。
建立了快速检测水中痕量涕灭威和克百威的高效液相色谱-质谱方法。水样经C18柱分离,在电喷雾离子源正离子模式下,利用动态多反应监测模式采集数据,采用内标法进行定量分析。结果表明,涕灭威和克百威分别在0.020~0.640、0.005~0.160 μg/L范围内线性关系良好(r ≥ 0.998),方法检出限分别为0.02、0.005 μg/L。低、中、高3个加标浓度水平下,加标回收率为90.4%~102%,相对标准偏差为2.2%~18.4%。
以福建某电镀企业废水为处理对象,开发了以离子交换和铁基催化氧化为核心的含镍电镀废水处理集成技术,通过在线循环处理的工艺模式,处理出水水质不仅能达到《电镀污染物排放标准》(GB 21900-2008)表3的标准,而且可回用于电镀生产线,回收的硫酸镍还可作为电镀原料。运行结果表明,该工艺系统运行稳定,抗负荷冲击能力强,污染物处理效率高,实现了水资源的在线循环利用与硫酸镍的回收,具有良好的环境效益与经济效益。
荆门市某镍生产企业针对生产过程中产生的氨皂萃余液的水质特点,采用"硫化沉淀+钙法沉淀+汽提"的组合工艺对其进行处理。运行结果表明,该工艺处理效果良好,处理出水满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的三级标准,且该工艺可回收金属镍、石膏和氨水,减少了钠盐排放。相比传统处理工艺,该工艺更加满足环保要求,具有极大的成本优势。
酸性工业废水的冲击会破坏城镇污水处理厂生化系统平衡,引起活性污泥絮体解絮上浮,造成污水厂出水水质超标甚至系统崩溃的严重后果。对桓台污水处理厂生化系统活性污泥絮体解絮上浮的现象进行了分析,并提出了科学合理的工艺调控措施。实践表明,通过降低生化系统运行负荷,合理控制溶解氧范围,适量添加聚合硫酸铁强化污泥絮凝等调整措施,10 d内实现了生化系统的恢复,有效保证了污水厂对废水的处理效果。
介绍了某煤制天然气项目废水处理工艺现状、存在问题及优化改造建议。该项目废水中难降解有机污染物浓度高,处置困难,当前采用的处理工艺包括主生化、深度处理和回用工艺。深度处理系统出水水质差和膜装置处理能力不足是制约当前系统运行效果的重要因素。建议通过新增臭氧催化氧化工艺改善深度处理段出水水质,同时对膜装置扩容提升废水处理能力,通过以上措施可有效地从水质和水量角度改善当前废水处理系统的处理效果。