新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情给人类社会造成了巨大威胁,新型冠状病毒(SARS-CoV-2)在不同环境介质中稳定性的差异,使如何高效杀灭SARS-CoV-2成为关注的重要问题。在综述臭氧及其协同技术在病原体灭活中应用的基础上,探讨了臭氧氧化技术在SARS-CoV-2灭活中的应用可行性,重点阐述了该类技术对于病毒的灭活行为及机理。该综述可为臭氧氧化技术应用于水中新冠病毒灭活及其在不同媒介中的次生传播阻断提供参考。
四环素作为被广泛使用的抗生素,其废水处置问题也备受关注。并且在可再生能源的利用日益被提倡的趋势下,依靠太阳能的光催化技术因其绿色环保、能彻底分解多种有机物的特点成为被研究较多的污染物处理方法之一,而钨酸铋材料因其窄禁带、具有可见光响应能力等优势从众多光催化剂中脱颖而出。简介了钨酸铋光催化剂,同时综述了在钨酸铋降解四环素的过程中能影响其最终效果的各种因素,包括焙烧操作、光照强度、四环素初始浓度、溶液pH、催化剂投加量及钨酸铋性质等,除此之外,还综述了当钨酸铋降解四环素时,通过添加不同抑制剂发现的在该过程中发挥重要作用的活性物种,并且考虑到对于降解过程的了解有助于评估治理四环素废水时可能产生的二次污染问题。
重金属大多有毒且不能生物降解,重金属污染给人类健康和生态系统造成威胁,因此一直是水体污染治理关注的重点。近年来,聚合物因其较大的比表面积、可调节的表面性质、完善的机械性能、可控的孔径分布以及温和条件下可循环再生等特点,被广泛应用于水中重金属污染的处理。而其与金属、氧化物、石墨烯等材料复合而成的聚合物基复合材料,往往比单一聚合物具有更好的物理、化学、机械性能和相容性,在废水处理方面具有广阔的应用前景。综述了近年来聚合物/金属复合材料、聚合物/聚合物复合材料、聚合物/氧化物复合材料和聚合物/石墨烯复合材料等聚合物基复合材料的制备和应用研究进展,尤其是处理水中重金属污染方面的应用,为未来聚合物基复合材料在水污染治理方面的应用提供思路。
作为一种新型高级氧化技术,碳纳米材料活化过硫酸盐(CNMs/PS)被广泛用于去除水中各类有机污染物。通过对CNMs/PS降解有机污染物的反应机理进行分类,系统介绍了自由基反应和表面催化氧化的活性氧组分(ROS)、反应特点与表征方法,总结了CNMs类型、溶液pH、无机盐离子、背景有机物和反应操作方式等因素对体系处理效能的影响。提出通过开展CNMs功能化设计、强化表面催化氧化,以提高CNMs/PS在复杂环境下选择性进行反应的可行方法。认为基于CNMs复合膜的原位催化氧化体系能够在快速降解目标物的同时,完成催化剂的截留再生,更适用于实际处理的连续操作。在未来,与传统工艺的组合使用以及催化剂稳定性提升等将是该领域重要的研究方向。
电容去离子(CDI)技术因其操作简便、高效和绿色等优点备受脱盐领域研究者们关注,电极材料一直是CDI领域研究焦点。围绕电容去离子效能提升,以功能化电极材料为核心,针对活性炭、石墨烯、二硫化钼、碳纳米管及金属有机框架等近3年最为热门的材料,综述了它们及其功能化材料在构建策略、电吸附性能增强方面的重要研究进展,并着重对比了它们应用条件差异和电化学性能优劣。通过深度理解构效关系,总结出介、微孔合理立体架构、杂元素掺杂、表面修饰改性的主体修饰策略,以期进一步构建出制备方法绿色、性能优异的电容去离子用电极材料,实现其高效脱盐应用,最后对电容去离子的发展和应用进行了合理展望。
农药污染日益严重,固定化微生物比游离微生物具有更高的降解毒性物质的效率,可作为农药降解的战略手段。综述了固定化微生物技术在农药降解过程中载体的选择以及它们的优点和局限性、功能微生物的选择和修复效果与机理,总结了固定化微生物技术在不同种类农药废水(有机氯、有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯、三嗪类和新烟碱类)中的最新应用研究进展。认为在农药降解过程中应注重选择合适的载体材料和具有针对性的功能微生物制备固定化微生物材料,并需要深入探究其修复机理。探讨固定化微生物技术在处理农药污染废水问题方面的发展前景,以期为固定化微生物技术修复不同类型农药废水的实际应用提供参考。
在电力、冶金、化工等工业领域,循环冷却水系统是不可或缺的重要系统,开放式凉水塔是目前应用最多的冷却器形式,但其蒸发损失较大,使得循环冷却水系统成为工业领域重点耗水单元之一。随着国家水资源形势愈加严峻,节水要求愈加严格,密闭式空气冷却器以其节水、高效等优点,逐渐受到广泛的关注和开发。将目前应用的密闭式空冷器分为了干式、湿式和干湿联合三大类,并重点分析了后两类空冷器的结构、原理和性能特点,提出蒸发型空冷器通过充分利用水的相变潜热,大幅提高了换热效率,最具有开发潜力,通过适合水膜成形的基管形状选择,增大水膜换热面积,采用亲水涂层等方式最大化强化水膜蒸发传热,并控制蒸发结垢,是未来进一步提高空冷器传热能力和换热稳定性的重要开发方向。
采用电氧化法处理印染行业膜后浓水,以Ti/PbO2为阳极、Ti为阴极,考察了流速、初始pH、电流密度和氯离子投加量等对COD去除的影响,并探讨了其氧化机理与反应动力学。结果表明,在流速100 mL/min,初始pH=6,电流密度10 mA/cm2,氯离子质量浓度500 mg/L时,电解120 min后,COD的去除率为81.3%,电流效率为43.5%,降解单位COD能耗为36.2 kW·h/kg,且COD主要被羟基自由基和活性氯氧化去除,其降解过程符合一级动力学模型,反应速率常数为0.013 3 min-1。膜后浓水经电氧化处理后,出水水质满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级标准。
通过交联改性法对PTFE平板进行膜亲水改性,测试了亲水改性后PTFE平板膜的耐化学腐蚀性。通过亲水改性平板膜裹缠中空纤维膜的方式制备了PTFE复合膜,研究以PTFE复合膜为膜组件的AO-MBR系统对实际化工废水的处理效果,观察处理过程中膜通量与膜压差的变化,并对膜污染与清洗进行了相应探究。结果表明:在处理高浓度难降解化工废水时,采用PTFE复合膜的MBR工艺表现出良好的处理效果,AO-MBR系统对COD和NH3-N的去除率能稳定达到92%和90%;PTFE复合膜抗膜污染性能优异,耐化学腐蚀性强;PTFE复合膜处理实际化工废水效果良好,膜出水稳定。
针对沿海工业园区初期雨水含盐量较高,不利于常规生化及难以快速启动的问题,开展改性MBBR填料制备、盐度梯级驯化的研究。研究表明,采用盐度梯级驯化的反应器MBBR稳定运行在第13天完成,比其他挂膜方式快8~10 d。16S rDNA的焦磷酸测序表明R3中球衣菌属高度丰富。因此,盐度梯级驯化是高盐雨水快速启动的有希望的替代方法,使整个系统具有耐冲击、耐盐、启动快等特点,有效降低临港工业园区人工湿地冲击负荷风险。
通过ZnCl2和FeCl3的同步活化磁化法,制备出了既有磁分离能力又有较强吸附能力的磁性多孔炭材料。结果表明:ZnCl2和FeCl3起到了较好的活化作用,随着活化剂用量的增加,孔隙率和比表面积迅速增大,孔填充效果增强。磁性多孔炭比表面积最高为2 302 m2/g,孔容最高为1.176 cm3/g,同时在表面络合和π-π键相互作用下,吸附性能也明显提高。磁性多孔炭对孔雀石绿有着较好的吸附效果,最大吸附量为1 004.3 mg/g。饱和磁化强度为7.99 emu/g,磁性质足以使其在外加磁场的作用下和溶液分离。
垃圾转运压缩过程中产生大量的压滤液,其中所含有的高浓度有机物、含氮污染物等会对水生态环境造成极大威胁。采用电凝聚臭氧气浮预处理-MBR-电凝聚臭氧气浮深度处理组合工艺,构建1.5 m3/d垃圾压滤液净化中试试验系统,对徐州某垃圾中转站压滤液净化效果进行分析,试验稳定运行90 d发现:该系统预处理COD、TN、NH3-N、TP去除率分别为37%、9%、18%、35%;A/O-MBR+电凝聚臭氧气浮深度处理工艺对应污染物去除率分别达到95%、94%、92%、91%以上,中试系统出水稳定达标。从人工维护费、药剂及耗材费、装置耗电费等方面核算该系统最高处理成本为139元/t,仅为当地市场价格的46%。结果表明,该工艺对垃圾压滤液净化具有广阔的推广和应用价值。
为了考察城市污水不同碳氮比(C/N)下微氧生物脱氮的效果,采用外曝气耦合回流供氧微氧污泥反应器处理城市污水,结果显示,NH4+-N质量浓度为60 mg/L,C/N ≥ 5时,出水NH4+-N、TN分别低于6、9 mg/L;随着C/N的升高,污泥胞外聚合物的蛋白和多糖含量、颗粒污泥粒径均出现先升高后降低的趋势,在C/N=5时达到最优的沉降性能和颗粒化程度,形状规格圆整,结构密实。菌群结构分析表明,在低C/N时自养反硝化菌和厌氧氨氧化菌作用显著,随着C/N的升高,厌氧氨氧化菌逐渐被淘汰,脱氮中起到主要作用的是异养反硝化菌。C/N < 5时自养反硝化菌和厌氧氨氧化菌丰度达到0.55%和1.19%,在C/N=5时菌群协同共生关系紧密,达到最优去除性能,C/N>5时,厌氧氨氧化菌丰度为0.03%。
以AlCl3、Al13为絮凝剂,研究了微絮凝对超滤膜处理城市污水过程的影响。主要考察了投加量对絮凝效率的影响,分析了Zeta电位、膜阻力分布、分形维数等特征,探讨了微絮凝对超滤膜通量的作用机制。结果表明:微絮凝能强化超滤对有机物的去除效果,Al13絮凝剂比AlCl3的电中和能力更强;滤饼层阻力在膜阻力中占主导地位,经Al13絮凝后滤饼层阻力和膜孔阻塞阻力均有所下降;在相同条件下,Al13絮凝剂生成的絮体更加紧实,有利于阻止污染物进入膜孔,从而延缓膜通量下降。
采用盐酸法制磷酸,每生产1 t磷酸约产生7~8 t氟质量浓度约4 000 mg/L的酸性氯化钙废水。采用Ca(OH)2与聚合氯化铝(PAC)+聚丙烯酰胺(PAM)对该废水进行了除氟处理。结果表明,加入5.68% Ca(OH)2、25℃下反应1 h,废水中氟质量浓度降低至37.1 mg/L。Ca(OH)2沉淀除氟后的废水加入1.5 g/L PAC+5 mL/L 1%阴离子型PAM,40℃下反应15 min后废水中氟质量浓度为9.06 mg/L。对于酸性高浓度氯化钙废水,该除氟方法具有氢氧化钙用量少、不引入新的杂质、成本低、可深度除氟的优势,是一种具有工业应用价值的废水处理方法。
以偏二甲肼(UDMH)推进剂废水为例探究臭氧微纳气泡对肼类废水的处理工艺,在混合效果方面,通过比较臭氧微纳气泡方式和传统曝气方式,表明前者的混合效果显著提升,其中气含率由0.18%提升到1.45%,臭氧传质系数提升2.1倍,说明微纳气泡明显提升臭氧传质效率。利用单纯臭氧微纳气泡和臭氧大气泡对偏二甲肼废水进行处理,结果表明臭氧微纳气泡技术处理后的偏二甲肼降解率、COD去除率和氨氮去除率分别比臭氧大气泡提升17.7%、14.6%和31.0%。但由于臭氧氧化的局限性,单纯依靠臭氧无法实现偏二甲肼废水的高效处理,通过探究紫外、H2O2和臭氧催化剂的强化工艺,发现臭氧微纳气泡与紫外和贵金属臭氧催化剂的耦合工艺效果最佳,COD去除率由20.2%提升到79.0%,并且在能耗对比中,该耦合技术优势明显。
利用高效纤维束滤池对市政污水厂尾水进行深度处理的中试研究,通过直接过滤、投加聚合氯化铝+过滤以及投加聚合氯化铝和乙酸钠+过滤试验,对三种模式污染物去除率、滤后出水水质进行对比分析。结果表明,在投加聚合氯化铝和乙酸钠时,高效纤维束滤池处理污水效果显著,总氮、总磷、悬浮固体平均去除率分别为18.2%、40.2%、55.5%,出水质量浓度分别为12.3、0.38、7 mg/L,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。
以内蒙古某煤化工企业反渗浓水为对象进行电渗析(ED)浓缩中试试验。试验结果表明,ED能对反渗透浓水溶解性总固体(TDS)实现高倍浓缩,浓缩倍数一般为7~8。而对有机物浓缩倍数不高,一般为TDS浓缩倍数的一半,同时也不浓缩硅,因此ED装置具有较强的抗污能力。研究发现,离子种类不同,对应的ED膜通量不同,Na+的离子通量最高,主要集中在6.0~7.2 mol/(m2·h),SO42-的离子通量最低,主要集中在1.0~1.3 mol/(m2·h);Cl-的离子通量为5.0 mol/(m2·h)左右,是SO42-离子通量的3~5倍。另外,对ED关键设计参数进行了测试,其脱盐电耗为0.26~0.34 kW·h/kg,膜对盐迁移量为430~590 g/(m2·h)。
通过富集培养从土壤中分离出1株耐盐环己胺降解菌TYUT105,其能以环己胺作为唯一碳源和能源生长,被命名为Bacillus cereus TYUT105。分析该菌对环己胺的降解性能和影响因素,结果表明:该菌在pH为6.0~9.0、温度为20~35℃范围内生长良好;48 h内对10~20 mmol/L的环己胺的去除率达100%;对该菌耐盐性能进行考察,发现该菌在NaCl质量分数为5%的基本盐培养基中生长良好,并可在72 h内完全去除培养基中所含环己胺(10 mmol/L);最后对不同脂环胺内化合物进行了降解研究,发现该菌对其他脂环胺的去除率也可达95%以上。
采用分段进水多级AO工艺处理模拟酿造废水,通过水质检测和高通量测序技术分析0、30%、70%、100%四种原水比例进水模式下的水质处理效果和多级AO工艺中的微生物群落特征。结果表明,当进水COD、TP、NH4+-N分别为635、33.22、63.75 mg/L时,随着进水原水比例的增加,受原水水质冲击反应器各出水指标去除效果均有所降低。高通量测序结果表明,门水平下四种进水模式的微生物组成大致相同,其中Proteobacteria、Patescibacteria和Actinobacteriota是该工艺的优势菌门;而Acidobacteriota是原水进水比例为0时独有的优势菌门。优势菌属为Candidatus-competibacte、Propionicicella、Terrimonas和Hyphomicrobium,大多是与硝化和反硝化过程有关的菌属,四种进水模式下,不同微生物菌群种类类似,但丰度差异较大。
以某铅冶炼企业实际产生的工业废水作为研究对象,其中Zn2+、Cd2+、Al3+、Fe3+、Fe2+的质量浓度分别约为17.5、3.1、12、0.026、0.5 g/L,采用降温结晶-化学沉淀-溶液萃取法的联合工艺对该废水进行处理。结果表明,经上述工艺处理后,废水中锌、镉、铝、铁的去除率分别为99.81%、98.48%、99.52%、99.89%,同时以硫酸锌、氢氧化镉、铵明矾、聚合硫酸铝铁(PAFS)的形式回收了这些金属,实现了资源的再利用,处理后的废水主要成分为硫酸铵,金属离子浓度符合回用标准,可处理后进行回用。
银作为一种常见的重金属及贵金属,广泛应用于冶金、化工及生物医药等行业。实现对工业废水中银离子的高效分析,对银离子的定量回收及环境监测具有重要的指导意义。设计了一种氧化石墨烯-核酸传感器,基于氧化石墨烯吸附单链核酸分子探针以及猝灭荧光的性质而降低背景信号;在银离子的存在下,单链核酸探针因形成C-Ag+-C复合结构而解离氧化石墨烯表面并恢复荧光信号;进一步,在核酸酶(DNase Ⅰ)的作用下,完成银离子的循环反应,通过荧光信号的累积实现银离子的高灵敏度、高特异性检测。实验结果表明:荧光强度与银离子浓度呈线性关系(R2=0.998 7),线性范围为0.5~20 nmol/L,检测限为0.5 nmol/L。
某大型石化企业新建动力中心4台410 t/h燃气锅炉,配套1 600 m3/h锅炉补给水处理系统。采用全膜法工艺制备高纯水。全膜法是将不同的膜工艺有机结合,超滤、反渗透、电去离子(EDI)三种膜分离技术分别作为预处理、预脱盐和精脱盐,可将原水制备成满足锅炉水要求的高纯水。经超滤处理后的出水,其良好的水质可为反渗透提供保护,EDI则彻底避免了酸碱使用和废水排放。该项目以地表水为水源,设计采用原水预处理+超滤+两级反渗透进行预脱盐,最后以EDI进行精脱盐的全膜法工艺,制取满足锅炉给水水质要求的高纯水。同时采用的废水超滤、浓水反渗透等多重水回用技术,制水比耗低于1.1。清洁、环保、节水的全膜法工艺在大型石化企业得到成功应用。
研究了多段复合A-MABFT-A工艺在高氨印染废水脱氮处理工程中的应用。工程实践证明:对于进水NH3-N为120~300 mg/L、TN为150~380 mg/L、COD为400~800 mg/L的低碳氮比高氨印花废水,在水温25~30℃,控制缺氧A池内DO为0.2~0.5 mg/L、MABFT池DO为2~5 mg/L,内回流比为300%条件下,通过生物增浓,系统出水水质达标,出水NH3-N < 15 mg/L、TN < 30 mg/L、COD < 200 mg/L,总去除率分别为98.7%、90.2%、81.2%,满足并优于《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)表 2间接排放标准,系统运行稳定。
硅太阳能电池板生产废水的水质受产品及其生产工艺的影响很大。江苏省某经济开发区光伏产业园废水处理工程的处理对象主要为黑硅生产工艺废水。废水具有氟离子浓度高、有机物浓度偏低、不含二乙二醇丁醚、TN含量较高且以NO3-为主等特点。工程设计规模为2 545 m3/d,设计出水水质标准为优于《电池工业污染物排放标准》(GB 30484-2013)表 2间接排放标准限值20%。工程主体采用"两级化学除氟+化学除钙+两段生化脱氮+气浮+臭氧氧化"工艺。系统自2018年5月投运以来,系统处理效果良好,产水水质可稳定达到设计标准限值要求。
为了解决某石化厂循环水系统存在的各装置水量分配不均、能耗过高等问题,通过使用PIPENET软件对现场实际操作参数和运行数据的综合模拟分析,发现了引起上述问题的主要原因,即循环水泵扬程过高、管网设计不合理等问题,并提出了降低循环水泵扬程、改造管网等解决方案。同时就技术经济性方面进一步分析,最终确定了技术方案,达到了整个循环水系统节能优化的目的。项目改造完成后对实际运行情况进行评估,较改造前节约耗电26.80%,取得了良好的经济效益,可为石油化工企业其他类似问题的处理提供可供借鉴的参考。
苏州地区面临执行"苏州特别排放限值"的新要求,对污水处理厂进行历史数据分析、全流程功能测试分析、全流程模拟测试分析,明确工艺管理和工程提标的关键要点。项目实施后运行结果表明,该工程能有效提升污水厂出水水质,对COD、BOD5、SS、TN、NH3-N、TP的去除率分别为89.8%、95.2%、95.8%、79.4%、94.4%、93.3%,出水水质能够稳定达标排放。该工程投资约328.0万元,运行费用增加0.57元/t。该方法对同类型污水厂优化运行改造有良好的实践指导意义。