难降解废水是水处理的难题之一。采用传统的物化法、生化法对其进行处理难以达到国家排放标准的要求,而经电催化处理后废水可达标排放。近年来在国内外,关于难降解废水的电催化处理研究取得显著成果,其以独有的优势开创了低碳节能、资源循环利用的环境友好局面。为使电催化技术在难降解废水处理方面得到更好发展,对电催化处理技术的关键因素及其在实际废水处理中的应用进行了综述,并对未来研究方向进行了展望。
简述了活性污泥法分段进水多级A/O工艺(SAOASP)的基本原理与特点,详细探讨了9种参数对SAOASP脱氮性能的影响,系统总结了SAOASP的研究现状、应用情况以及SAOASP改良工艺,包括SAOASP-UCT、SAOASP-SBR、SAOASP-CAST和SAOASP-MBR。基于活性污泥法存在的问题,综述了基于不同类型生物膜法的分段进水多级A/O工艺(SAOBP),包括MBBR、BCO、RBC、BAF和FB。最后对该工艺存在的问题和发展方向进行了展望。
针对油田和炼厂高含水油泥产生量大、脱水难的问题,总结了高含水油泥的性质、特点和脱水处理难点,分析了调质脱稳预处理的必要性。在此基础上,介绍了高含水油泥调质脱稳物理法的研究进展和技术应用,比较了物理法各技术的处理效果、处理成本、适用油泥类型和优缺点,并对未来技术发展方向提出了建议。
仲钨酸铵(APT)是一种重要的工业原料,在其生产过程中会产生大量的废水。分析了APT生产废水的水质,在此基础上,较为系统地总结了APT生产废水的处理技术及其相关研究成果,并分析了各处理技术的适用性,以期为APT生产实践中废水处理工艺的改进提供技术支撑。
强化生物除磷(EBPR)系统具有优良的除磷性能且在水处理领域应用较广。Zn2+是水体中广泛存在的金属离子,其对EBPR系统除磷性能的影响及其机制尚不清楚。为此,构建EBPR系统研究了Zn2+对该系统除磷性能的影响。研究发现,3~100 mg/L的Zn2+对EBPR系统除磷抑制率为2.06%~98.05%。进一步研究Zn2+对代谢中间产物及关键酶活性的影响,发现较高浓度Zn2+(≥10 mg/L)可抑制聚磷微生物体内聚羟基烷酸酯与糖原的正常代谢(p < 0.05),除磷关键酶活性也受到抑制(p < 0.05)。
以HF为晶面控制剂,通过超声辅助-溶胶凝胶法制备暴露高活性(001)晶面的TiO2。XRD、TEM、N2-BET表征结果表明,制备得到的产物主要为锐钛矿TiO2,HF的添加可以有效提高(001)晶面占比,超声辅助可以明显减小TiO2粒径,增大比表面积。当HF添加量为1.0 mL,超声功率为180 W,煅烧温度为600℃时,制备的TiO2对RhB的光催化降解性能最佳。超声辅助和HF的添加可使光催化剂的催化速率显著提高。当TiO2投加量为250 mg/L,RhB初始浓度为0.5×10-5 mol/L时,降解效果最佳。
采用自组装电化学氯化装置处理养猪废水生化出水,考察了废水氨氮的降解历程。因素影响分析表明,随着氯离子投加量的增加(0~2 000 mg/L),氨氮平均去除速率逐渐上升(0.044~2.502 mg/min);当氯离子质量浓度为1 000 mg/L,初始pH=9时,氨氮最大去除率达98%以上仅需90 min。电化学氯化脱氮过程表明,氨氮降解主要依靠间接氧化,即活性氯与氨氮作用生成氯胺、氯胺转化为氮气2个阶段;体系脱氮过程符合零级反应动力学。
以经过水蒸气蒸馏法提取后的芹菜籽残渣为前驱体,采用H3PO4两步活化和热解法制备生物炭,并研究了其对水中苯酚的吸附性能。SEM、FTIR的表征结果表明,制备的生物炭表面含有大量含氧官能团。吸附试验结果表明,对初始质量浓度为50 mg/L的苯酚溶液,当吸附剂投加量为3 g/L时,苯酚去除率可以达到71.4%。生物炭上的苯酚吸附过程符合Freundlich等温方程和伪二级动力学模型,最大吸附容量可达50.56 mg/g。
采用微电解工艺处理印染废水生化出水膜浓缩液,考察了微电解填料、pH、固液体积比、曝气量和反应时间对COD去除率的影响。结果表明,采用自制的T-20多元微电解填料,当进水pH为4.0,固液体积比为1:6,曝气量为1.2 L/min,反应时间为60 min时,COD去除率可达80.38%。T-20微电解填料具有多元微电解体系结构,内部孔隙发达,相比于二元微电解填料,能加速微电解反应电子传递速度,促进膜浓缩液中有机物的降解。
采用中试装置研究了O3/Mn2+工艺处理石化废水二级出水的可行性。试验结果表明,Mn2+的加入提高了臭氧化的效率。当废水pH为5.80,臭氧投加量为84 mg/L,Mn2+投加量为1.5 mg/L,反应时间为20 min时,COD、TOC和色度的去除率分别为42%、36%和99%,比单独臭氧处理分别提高了10%、8%和3%,臭氧消耗量也从单独臭氧化的75 mg/L降低至66 mg/L,经催化臭氧化处理后的废水满足《上海市污水综合排放标准》(DB 31/199—2018)的一级标准。
为了提高水平流人工湿地在乡村污水处理中的适用性,通过小试实验系统研究了污染物负荷与人工湿地污水净化效率间的关系。结果表明:人工湿地对污水中TP、COD和NH4+-N的单位去除量能够随着进水负荷的增加而呈线性增加,对TN的去除则未呈线性增加。通过冗余分析,得出人工湿地对TN的去除率与进水NH4+-N负荷、NO3--N负荷、TN负荷呈负相关,与C/N呈正相关;对TN的单位去除量与进水NH4+-N负荷、NO3--N负荷和TN负荷呈正相关,而与TP负荷和C/N呈负相关。
采用自制的超声波处理装置对江苏油田污水进行处理,室内动态试验表明,最佳操作条件为超声功率100 W、超声频率25 kHz、投加PAC与PAM混合混凝剂(PAC与PAM质量比为30:1)、反应时间50 min,在此条件下,除油率可达到91.31%。在上述研究基础上,采用超声波-超滤膜组合工艺进行了室内动态试验以及现场中试试验,结果表明,在不投加混凝剂的条件下,处理后污水可以达到油田回注要求,油和悬浮物去除率均达到95%以上。
江苏南通某化学品有限公司的苯醚甲环唑生产废水呈高COD、高氨氮、高有机氮的特点。将电催化Fenton氧化与管式电化学反应器耦合,形成“电催化Fenton氧化+电化学氧化”的工艺路线脱除废水中的COD、总氮、有机氮。实验结果表明:该组合工艺可以有效地将废水中难以去除的有机氮转化为氨氮和硝态氮。优化条件下,有机氮去除率达83.4%,COD去除率达54.0%,总氮去除率达54.5%,B/C从0.1提高至0.33,处理后废水的可生化性得到大幅度提高。
以铁粉、活性炭、氧化铜为原料,膨润土为黏结剂,并加入少量添加剂,通过焙烧制得新型铁碳微电解材料,并用其处理水中Cr(Ⅵ)。结果表明,当铁碳质量比为2:1,铁与氧化铜质量比为6:1,膨润土质量分数为20%,碳酸铵质量分数为0.5%,焙烧温度为400℃,焙烧时间为1.0 h时,制备的铁碳微电解材料性能最佳,其对水中Cr(Ⅵ)的去除率可达到81.64%。在铁碳微电解材料中加入氧化铜能明显提高Cr(Ⅵ)的去除率。
针对湿法冶金高盐废水有机物去除难的问题,通过浸渍法对活性炭进行改性,研究了改性活性炭对湿法冶金高盐废水中有机物的去除效果,并探讨了改性活性炭的吸附机理。结果表明,在温度为25℃,改性活性炭投加量为50 g/L,不调节pH,吸附时间为36 h的条件下,COD去除率为65%,较改性前提高了25%。吸附过程符合准二级动力学方程,吸附等温线服从Langmuir方程,饱和吸附量为40.49 mg/g。
采用氧化共沉淀法制备膨润土/Fe3O4/Fe0新型复合催化剂,并将其作为非均相类Fenton催化剂应用于高效氟氯氰菊酯农药模拟废水的降解。SEM、TEM、XRD和VSM等的表征结果显示,制备的催化剂Fe3O4与Fe0结构稳定,有较好的磁性,便于回收利用。降解实验结果表明,对于100 mL模拟废水,在m(Fe0):m(Fe3O4)=0.8,初始溶液pH=3.0,30% H2O2投加量为0.25 mL,催化剂投加量为0.40 g,反应时间为40 min的条件下,COD去除率为73.41%。膨润土/Fe3O4/Fe0是一种稳定的新型催化剂,重复利用性能优良。
燃煤电厂脱硫废水成分复杂,具有含盐量高、腐蚀性强、易结垢等特点,是电厂实现废水零排放的重点和难点。针对该废水的特点,采用“两级软化+过滤+高级氧化”预处理、“纳滤+碟管式反渗透”膜处理、“机械式蒸汽再压缩”蒸发结晶组合工艺进行了现场中试研究。结果表明,工艺运行稳定,膜系统产水及蒸发冷凝液均满足回用要求,回收的氯化钠达到工业盐标准,完全实现了脱硫废水零排放和资源化利用的目标。
选用工业废弃的铁刨花作为ZVI供体,采用ZVI-H2O2法与ZVI-Na2S2O8法对含有二甲基亚砜(DMSO)的实际碳纤维生产废水进行处理。结果表明:在ZVI-H2O2体系中,对DMSO起主要降解作用的为·OH;当H2O2浓度为0.15 mol/L,铁刨花投量为100 g/L,初始pH=3时,DMSO去除率达79.0%。在ZVI-Na2S2O8体系中,SO4·-与·OH均对DMSO的去除起作用;当Na2S2O8浓度为0.15 mol/L,铁刨花投量为50 g/L,初始pH=5时,DMSO去除率为49.3%。SEM表征结果显示,反应过程中铁刨花表面受到腐蚀,促进了反应进行,反应后铁泥为纳米级颗粒。
采用混凝-UV/Fenton氧化联合工艺对废切削液进行处理。通过对各影响因素进行考察,确定了混凝最佳条件:pH为7,PAC投加量2 000 mg/L,助凝剂CPAM投加量10 mg/L;UV/Fenton氧化最佳条件:H2O2投加量0.9 Qth,n(H2O2):n(Fe2+)=50:1,反应时间为120 min。在最佳工艺条件下,废切削液经混凝-UV/Fenton处理后,COD由21 400 mg/L降为432 mg/L,油质量浓度由4 940 mg/L降为2 mg/L,BOD5/COD由原水的0.069增至0.784,出水可直接进行生物处理。实验证明,混凝-UV/Fenton处理废切削液可行。
针对安岳气田龙王庙组气藏气田水H2S、COD、氨氮及Cl-含量高等特点,优选了“氧化脱硫+微电解氧化+MVR”的气田水处理工艺,并在现场开展了中试试验。运行结果表明,该工艺能有效降低气田水中的COD、氨氮,可去除硫化物、全部钡离子以及大部分钙镁离子,处理后的气田水水质满足《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)和《四川省水污染物排放标准》(DB 51/190—93)的一级标准。该工艺处理成本相对较低。
使用双十二烷基甲基烯丙基氯化铵(DC12MAAC)与N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺(DPM)进行共聚,合成了P[DPM/DC12MAAC]共聚物絮凝剂。以含聚污水为处理对象,对其絮凝性能进行了评价。评价结果表明:浊度降低率最高达99.53%,单位表面积铁片增重量最低为43.02 g/m2,可减少74.90%的絮体。现场试验结果表明,在保证水质指标的前提下,该絮凝剂可使黏性絮体产生量下降约70.5%。该絮凝剂通过静电吸附破坏油滴的扩散双电子层,从而中和其表面负电荷。
采用FIA-TPTZ分光光度法分析系统测定电厂水汽中痕量铁,考察了测试液pH对测定结果准确性的影响。结果表明,配制标准溶液所用铁贮备液的盐酸浓度和水样经消解处理后的pH对测定结果均有较大影响。配制100 μg/L以下的Fe3+铁标液,铁贮备液HCl浓度宜控制在4.0~5.0 mol/L;配制100 μg/L以上的Fe3+标液,铁贮备液HCl浓度宜控制在1.0~2.0 mol/L。水汽样品经消解处理后先将Fe3+还原成Fe2+,再行调整测试液pH,可提高实际应用中的可操作性和方法的测定准确性。
介绍了某7 000 m3/d电镀产业园电镀废水集中处理工程的处理技术、工艺、构筑物参数及运行效果。该电镀产业园是国家级标准的环保产业园。其废水处理工程通过应用物化破络、生化专项A/SCBR等技术的集成,实现了进水污染物浓度巨大波动下的出水稳定达标,其中重金属及氰化物指标达到《电镀污染物排放标准》(GB 21900—2008)的表 3标准。该工程工艺运行稳定,处理效果好,自动化程度高,具有良好的环境效益、社会效益及经济效益。
针对煤制乙二醇废水污染物种类多且含盐量高的特点,河南省某煤化工企业采用活性炭过滤器+自清洗过滤器+超滤+反渗透的组合工艺对其深度处理出水作脱盐处理,出水回用于循环冷却水系统补水。运行结果表明:经处理后,出水COD < 3 mg/L,浊度 < 0.5 NTU,电导率约为40 μS/cm,脱盐率为98.0%,水的回收率约60%,出水水质优于GB 50050—2007中再生水水质要求。该工艺运行成本约2.95元/m3。
介绍了采用Fe/C+H2O2+联合生化工艺处理甲氧苄啶生产过程中产生的高COD、高氨氮废水的工程案例。该工程利用微电解、Fenton氧化以及一系列厌氧和好氧生化反应降解污染物,具有系统运行稳定、耐冲击负荷能力强等优点,可使外排水中的主要污染物指标如COD、BOD、氨氮及总氮达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准。处理运行成本约为25元/m3,具有较好的经济效益和环境效益。
为解决高盐废水处理因水质和水量波动导致外排不稳定的问题,国内某炼化企业采用不改变原有生化系统工艺流程和设施的生物增效技术对其进行处理。结果表明,增效后BAF出水COD降低21.9%,氨氮降低77.2%,总氮去除率提高了44.6%;生化单元出水COD稳定在50~60 mg/L,氨氮为1 mg/L左右,生物增效效果显著。该技术的实施有利于降低深度处理单元处理压力,实现降本增效,为含盐废水处理的稳定运行提供了有力保障。