活性污泥因具有快速吸附特性,可作为一种廉价的高效吸附剂,用于吸附污水中的污染物,在相关研究和应用中受到广泛关注。通过对现有文献的归纳,总结了目前国内外在该领域的研究成果和进展,详细阐述了活性污泥对不同污染物(有机物、重金属、氨氮等)的吸附效果及机理,归纳了影响活性污泥吸附特性的各种因素,对活性污泥吸附-再生和实际应用情况进行总结,并提出今后的研究和发展方向。
异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)菌能够利用有机碳源,同时在单一有氧条件下实现同步硝化反硝化,使HN-AD技术备受关注。但由于实际废水所在环境具有复杂性,极大地影响了生物脱氮效率。综述了在极端pH、温度、重金属、难降解有机物和盐度等恶劣环境下HN-AD菌的研究进展与应用情况,并对HN-AD技术的未来发展提出建议并做出展望。
对当前含铅废水的处理技术进行综述,将其归纳为化学沉淀(氢氧化物、硫化物、磷酸盐、铁氧体和螯合沉淀)、吸附(活性炭、碳纳米管和生物质吸附)、膜分离(超滤和电渗析)、离子交换、生物修复(植物修复和微生物修复)和电解除铅,分别介绍了不同处理技术的概念、反应条件、去除效果、优缺点,并对含铅废水处理技术未来的发展趋势进行展望。
对部分亚硝化(PN)启动过程的基本认识和最新趋势进行总结,介绍了近年来关于PN启动调控的影响因素的研究结果,指出实际工程应用条件下的主要挑战和机遇,对PN研究进行展望并提供可用的优化策略,以期促进主流PN/AMX的工艺设计和操作。
在《安全饮用水法》、《资源保护和恢复法》、《环境综合治理、赔偿和责任法》等地下水相关法律法规基础上,美国制定了完善的地下水放射性污染控制及修复相关法律规范,并发布了一系列地下水污染治理的指导性文件,为美国地下水放射性污染防治与工程治理提供了充分的法律依据和技术支持。我国需借鉴美国经验,制定专门的地下水放射性污染防治法律法规和技术指导性文件。
针对电化学除垢技术效率低的问题,系统研究了高效复合网状阴极电化学除垢的机理。研究结果表明:屏蔽效应使得外层网上的析氢反应强于内层网上的析氢反应,沉积反应优先发生在外层网。快速析出的氢气泡作为软模板,不仅可使水垢以枝晶形态生长,还使得外层网具有自清洁作用,大大延长了阴极的失活时间。同时,内层网增加了阴极的反应面积,在提高除垢速率的同时降低了阴极面积需求。
某制药厂回收工段产生大量化学原料残液,COD达到70 000~75 000 mg/L,可生化性极差。采用铁碳微电解法分别联合Fenton法和过硫酸盐高级氧化法对其进行预处理。结果表明,当微电解初始pH为5.60、填料用量为750 g/L、停留时间为120 min、过硫酸盐高级氧化初始pH为3.78、Fe2+投加量为1.30 g/L、过硫酸氢钾复合盐投加量为5.02 g/L、反应时间为110 min时,该工艺的COD去除率可达到74.51%,且废水的B/C由0.14提升到0.43,可生化性显著改善。
采用Fenton法处理避蚊胺(DEET)废水,以Fe2+浓度、H2O2投加量、pH和反应时间为影响因素,通过响应曲面法对处理过程进行优化设计,得到二次数学模型、各因素之间的交互作用以及最佳反应条件。预测的最佳条件:pH为3.0、Fe2+浓度为0.25 mmol/L、H2O2投加量为1.15 mmol/L、反应时间38 min,在此条件下DEET降解率为91.45%,与拟合二次回归模型预测值(92.31%)基本吻合。由GC-MS分析得到Fenton法降解DEET的5种中间产物,并推测DEET可能的降解途径。
采用正交实验方法,探讨了过二硫酸盐用量、硫酸亚铁用量、初始pH及反应时间4个工艺参数对亚铁-过二硫酸盐法深度氧化处理造纸废水(二级生化出水)效果的影响。结果表明:过二硫酸盐用量为436 mg/L,亚铁用量为654 mg/L,原水基础上微调或不调初始pH,反应30 h,为处理效果最优工艺条件。经亚铁-过二硫酸盐法处理后上清液CODCr去除率可达90%,色度去除率可达97%。与Fenton法相比,亚铁-过二硫酸盐法在处理效果及经济成本上具有明显优势,应用前景良好。
将阴离子交换树脂与电渗析进行耦合,构建了树脂耦合电渗析装置。结果表明:树脂耦合电渗析装置可有效去除N-甲基二乙醇胺(MDEA)吸附液中的热稳定盐(HSS)。该装置最佳操作条件:NaOH溶液质量分数3%,电压为30 V,淡化室厚度为2.5 mm。树脂耦合电渗析对MDEA吸附液中热稳定盐的去除率可达93.84%,远优于电渗析的65.27%;MDEA损耗率降低到3.78%,低于电渗析的MDEA损耗率(21.07%)。
合成了磁性二氧化钛/氧化石墨烯(磁性TiO2/GO)复合材料,用其处理U(Ⅵ)-Cd(Ⅱ)共存二元体系废水。考察了初始pH、磁性TiO2/GO投加量和反应时间对U(Ⅵ)去除效果的影响,并用红外光谱仪和X射线光电子能谱仪探究去除机理。结果表明,磁性TiO2/GO为介孔层状聚集物,在可见光范围内光催化能力较好。在pH为6、投加量为15 mg、反应时间为120 min条件下对U(Ⅵ)的去除效果最佳(去除率为93.72%)。磁性TiO2/GO选择性去除U(Ⅵ)的主要机制为氨基官能团络合作用和光催化还原作用。
采用不锈钢微孔膜元件进行错流实验,分别对含煤废水、机加工行业的危废溶液进行过滤。结果表明:过滤精度为1 μm的金属微孔膜元件对含煤废水中固体颗粒的拦截效率可达98%。对于含有胶体状固体颗粒物的含油含盐废水体系,经1 μm不锈钢微孔膜元件过滤后,悬浮物可降低73.9%,NH3-N降低54%。
以活性炭为载体,铁、锰为活性物质,采用浸渍-焙烧法制备复合催化剂,处理模拟废水和实际废水。结果表明,催化剂能显著促进臭氧分解产生羟基自由基。当pH为8.5、催化剂为1 g/L、臭氧为50 mg/L时,催化剂对亚甲基蓝的处理效果最佳,能氧化印染工业园尾水中的难降解有机物,使出水COD < 60 mg/L。
以颗粒活性炭为载体,采用循环热解法制备了铁锰双金属催化剂Fe/Mn-GAC,用响应面法优化Fe/Mn-GAC的制备条件参数,并对Fe/Mn-GAC进行表征,考察以其为催化剂构成的非均相Fenton体系降解苯胺黑药的性能及动力学。结果表明:响应面二次回归模型的拟合相关性高,各因素对Fe/Mn-GAC的催化性能和苯胺黑药的降解效能有显著影响,优化后的制备条件参数为铁锰离子浓度比9.50、制备温度362.07℃、铁锰总离子浓度1.09 mol/L,该非均相Fenton体系降解苯胺黑药的去除率为97.164%,降解符合准一级动力学。
采用共沉淀法制备Fe3O4@SBc复合材料,通过扫描电镜(SEM)、X-射线晶体衍射(XRD)、红外光谱(IR)和磁滞回线(VSM)表征复合材料Fe3O4@SBc的物化性质,考察溶液pH、吸附剂添加量等因素对复合材料Fe3O4@SBc吸附效果的影响,并进行等温吸附模型和吸附动力学拟合。结果表明,污泥生物炭(SBc)表面成功负载Fe3O4纳米粒子,Fe3O4@SBc复合材料具有超顺磁性,可利用外加磁场快速分离。Fe3O4@SBc复合材料比表面积为394.48 m2/g,平均孔径33.24 nm,当模拟甲基橙废水质量浓度为100 mg/L,复合材料添加量为20 mg,处理时间240 min时,模拟废水中甲基橙的去除率为94.24%。吸附等温线数据符合Langmuir模型,吸附动力学数据符合拟二级动力学模型,说明吸附以化学单分子层为主。
采用热处理法制备了海泡石矿粉吸附剂,研究其对含镍模拟废水的吸附及再生性能,用FTIR和XRD对其结构进行表征。实验结果表明,海泡石矿粉的结晶度较好,表面含有羟基、硅羟基、羰基等多种官能团,可提高对废水中镍的吸附性能;当模拟废水初始质量浓度为10 mg/L、pH为6、吸附剂用量为2 g、吸附时间为320 min时,对镍的去除率为97.33%;海泡石矿粉对镍的吸附过程更符合Freundlich等温模型和准二级动力学方程。草酸的再生效果最好,经过3次吸附-再生循环后,对镍的去除率仍维持在94.44%。
制备了膨润土负载纳米铁铜双金属复合材料(FeCu/BT),用SEM、EDS、FTIR、XRD、XPS进行表征并分析铀去除机理,考察了pH、投加量、初始浓度、离子干扰等因素对水溶液中铀去除效果的影响。结果表明,在pH为7、投加量为4 g/L、反应时间为60 min、初始铀质量浓度为10 mg/L时,铀去除率达到95.5%。共存离子PO43-对去除效率的影响最大,SO42-、NO3-几乎无影响。FeCu/BT除铀过程的吸附动力学符合准二级动力学模型,以化学吸附为主;等温吸附模型符合Freundlich等温吸附模型,为非均一多分子层吸附。FeCu/BT除铀过程主要为吸附、还原、络合作用,Cu起到催化、固定和吸附的作用。
采用一步晶化法制备了Fe2O3@Cu-MOF非均相光-Fenton催化剂,在不同反应条件下考察其对罗丹明B的催化降解性能,通过BET、XRD、SEM、EDS、FTIR对该催化剂的微观结构和表面性质进行表征。结果表明,在可见光照射下,pH为初始溶液值,罗丹明B初始质量浓度为20 mg/L、Fe2O3@Cu-MOF投加量为0.3 g/L、H2O2投加量为3.5 mmol/L条件下搅拌120 min,新型催化剂对罗丹明B的脱色率可达95.23%,且循环使用4次后对罗丹明B仍有很好的脱色效果。对催化剂降解罗丹明B的反应过程进行分析,并对降解机理进行讨论。
呼吸图谱法已广泛应用于活性污泥系统生物特性的评估。采用批次静态试验方法,研究了污泥絮体类型、MLSS和厌氧适应期对反硝化作用的影响及反硝化过程中污泥特性的变化,考察反硝化作用后污泥呼吸图谱特征的变化。结果表明:反硝化前进行30 min的厌氧适应期可有效提高反硝化效果,当厌氧时间过长(120、300 min)时,污泥的反硝化性能恶化。在反硝化过程中污泥絮体粒径增大,导致活性污泥的内源呼吸速率(SOURe)和准内源呼吸速率(SOURq)明显增大,且NO3-还原速率随ΔSOURe的增大而增大;当反硝化性能恶化时,上述呼吸速率均下降,因此可用内源和准内源呼吸速率监测系统的反硝化性能。
以碳纳米纤维(CNFs)作为载体对TiO2进行负载,通过静电纺丝和碳化处理成功制备了TiO2/CNFs膜,并通过SEM、XRD、TGA和甲基橙(MO)降解等对纤维膜的形貌、晶体结构、热性能和光催化性能进行分析。结果表明:TiO2能够提高TiO2/CNFs膜的热稳定性,且随着TiO2含量的增加纤维直径先减小后增大;碳化过程中钛酸四丁酯完全转化为锐钛矿TiO2。TiO2/CNFs膜首次对MO的降解率可达95.14%,且连续5次循环后降解率仍保持在90%以上,表明TiO2/CNFs膜具有优异的光催化活性和稳定性。
采用柠檬酸、壳聚糖和Fe3O4对玉米秸秆进行改性,制备了复合材料SMC,用XRD、Zeta、BET、XPS表征秸秆改性前后结构和官能团的变化,研究pH对SMC吸附Cr(Ⅵ)效果的影响,用动力学与热力学模型拟合玉米秸秆的吸附动力学与等温吸附特征。结果表明:SMC结构疏松、孔隙增大,且具有较强的顺磁性;表面接枝羧基、氨基等基团,对铬的吸附能力提高。SMC对Cr(Ⅵ)的吸附可用准二级动力学方程描述,吸附热力学过程可用Freundlich模型描述,表明吸附过程为多分子层、吸热反应,且吸附过程中部分铬被还原。
海上油田因时空承载等受限,水质达标处理难度远大于陆地油田。基于渤海主力注水油田的水质普查结果,明确了海上油田注水水质存在的主要问题,采用药剂换型、水处理设备设施改进等手段进行改善。渤海油田"十三五"期间水质达标率连续3年保持在95%以上,水质改善效果明显。
新疆风城超稠油油田采用反渗透工艺对采出水进行降盐处理,在生产低盐水过程中同时产生浓盐水,即RO浓水。针对RO浓水回注乌36稀油井区展开了实验研究。结果表明:RO浓水满足乌36井区注水指标,对储层的损害弱,是良好的注水水源。RO浓水几乎无硬度,稳定性好,与乌36地层水配伍性好,在注水生产过程中不会发生结垢问题。RO浓水水温较高,可降低原油黏度,有助于提高原油采收率。使用RO浓水代替清水回注,可减少废水排放量,节约清水资源。
针对焦化厂粗酚精制废水含有高浓度硫酸盐、挥发酚、有机物、氨氮的特点,开发了以振动膜、萃取、蒸发-结晶为核心的零排放处理系统。所用新型蒸发器主要基于空气增湿/除湿原理,在低温、常压下运行,对萃取脱酚后呈酸性的废水直接蒸发、浓缩,冷凝产水经进一步净化,优于循环冷却水用再生水水质标准的要求,成功实现苯酚回收及水的资源化利用。
重庆市某污水处理厂主要包括污水处理单元、污泥处理单元和臭气处理单元。污水处理采用改良型A2/O+砂滤池工艺,采取预缺氧池与缺氧池多点进水方式强化反硝化脱氮,采取旋流沉砂池与好氧池尾端多点除磷方式强化化学除磷。污泥处理采用重力浓缩+机械脱水+水泥窑处理工艺。臭气处理采用吸风+收集+处理+净化排出的生物过滤法工艺,处理后的废气优于《恶臭污染物排放标准》(GB 14554-1993)要求。对工程设计、调试运行、设计特点及存在的问题与建议进行了介绍,该工程经调试运行后,出水水质显著优于一级A排放标准,部分指标达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准。
四川石化第五循环水场为炼油循环水系统,根据补充水水质及系统特点,选用无磷水处理方案。在系统回用水利用率达到30%~40%,日常运行浓缩倍数控制在4~5倍的条件下,无磷水处理方案可达到良好的防腐、阻垢、微生物控制效果,对油类泄漏等应急处理高效、及时,保障了各生产装置长周期稳定运行,社会、经济和环境效益良好。
介绍了采用PX能量回收装置的膜法海水反渗透系统的典型工艺流程,重点讨论了此系统低压提升泵的设计应用及注意事项,并探讨无低压提升泵的海水反渗透系统的运行要求,为系统设计提供参考。