人类面临着能源短缺和环境污染两大难题,而光催化技术的发展对于这两大问题的解决具有重要意义。光催化技术的核心是光催化剂。在众多的光催化剂中,钼酸铋由于具有独特的钙钛片层状结构和优良的可见光催化性能,近年来引起了研究者的广泛关注。重点概述了钼酸铋基异质结光催化材料的构建方法和典型的钼酸铋基异质结体系,系统地归纳了各种钼酸铋基异质结型光催化材料的催化活性和应用领域,并对钼酸铋基异质结型光催化材料的发展方向进行了展望。
近年来,水体富营养化呈现加剧态势,不仅引起藻类爆发,还严重影响水质安全。其中,氮、磷和有机物是造成水体富营养化的主要污染物。人工湿地作为一种低成本、高效率的生态治理技术,适用于修复富营养化水体。影响人工湿地去污的主要因素包括:湿地类型及构建方式、水力运行条件和碳氧水平。探讨了人工湿地净化富营养化水体的主要机制,总结了影响人工湿地去污的主要因素,并提出相应的改进方法。最后,对今后的相关研究方向进行了展望。
综述了厌氧氨氧化工艺在污水处理中的应用研究现状,介绍了基质浓度、有机物、溶解氧、温度以及pH等对厌氧氨氧化过程的影响,并对运行较为成功的工程案例进行了分析说明。在此基础上,提出了厌氧氨氧化工艺的未来研究重点,具体包括:变温条件下厌氧氨氧化菌的快速适应及性能保持,多因素共同作用对厌氧氨氧化的综合影响,厌氧氨氧化菌的快速增殖与稳定保留,短程硝化过程的稳定实现。
Fenton反应广泛应用于有机废水处理,但传统的Fenton反应只能在pH较低的酸性环境下进行。为克服经典Fenton反应低pH的局限性,进行了多种方式改良。其中,在Fenton反应中采用金属催化剂能有效拓宽反应pH范围,减少铁渣生成,加快H2O2分解。综述了金属催化剂在宽泛pH范围进行Fenton反应降解有机污染物的基本原理和最新研究进展。
采用热致相分离(TIPS)法制备的PVDF微孔膜具有高孔隙率、大通量、高机械强度等特点,已广泛应用于饮用水净化、污/废水处理等领域。但由于PVDF本身的疏水性,极易造成膜污染。频繁的化学清洗不仅会增加运行成本,也会降低膜的使用寿命。因此,对PVDF膜进行亲水化改性有十分重要的意义。全面介绍了TIPS法PVDF微孔膜亲水化改性的方法,并对其未来的发展及应用进行了展望。
研究了不同种类颗粒活性炭(GAC)对湿法冶金MVR废水中特定有机物的去除效果和去除机理。结果表明:相比于Fenton法以及硅胶、硅藻土、膨润土吸附法,颗粒活性炭吸附法对废水中特定有机物的去除率最高,超过90%。GAC对废水中特定有机物的吸附符合Freundlich模型,属于优惠吸附。其中,优适煤制GAC的吸附能力最大,饱和吸附量达到35.98 mg/g(以TOC计),在最佳工况下其对有机物的去除率超过95%。
采用接触式蒸发处理垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液,考察了气体温度、气体流量、初始pH和蒸发率对冷凝液水质的影响。结果表明:随着气体温度的增加,稳定蒸发温度不断提高,冷凝液COD先降低后升高,而NH3-N先升高后降低;随着气体流量的增加,冷凝液COD先降低后升高,而NH3-N不断增加;随着初始pH的升高,冷凝液COD降低,而NH3-N则相反。蒸发初期,冷凝液COD及NH3-N较高,随蒸发率的提高,其含量不断降低,并在末期有所提高;蒸发初期和末期气体夹带较为显著。
针对脱硫废水蒸发结晶处理能耗大、成本高的问题,通过水质特征分析,水质稳定性控制研究,以及模拟蒸发制盐试验,开展了脱硫废水经再生处理后回用于海水循环冷却系统的试验研究。结果表明:通过再生处理的脱硫废水,能够用于海水循环冷却系统的补水;引入再生脱硫废水对海水循环冷却系统腐蚀、结垢的影响可以得到有效控制;且循环系统排水制得的结晶盐的化学组成满足GB/T 5462—2003中日晒工业盐一级品的标准。
针对含铬废水毒性大、处理难的问题,基于正交和单因素试验,研究了超声波辅助法制备的纳米FeS对废水中铬的去除效果,并探讨了纳米FeS去除铬的机理。结果表明,纳米FeS的最佳制备条件:以(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O作铁源,铁源溶液滴加流速为0.44 mL/s,n(Fe)/n(S)为3.0。以此条件下制备的纳米FeS处理含铬废水,Cr(Ⅵ)和总铬去除率分别可达81.65%、69.5%。SEM和XRD分析表明,处理含铬废水后,纳米FeS颗粒表面出现大块球形晶体结构的Cr(OH)3和Cr2S3。
为研究酪蛋白水解物为碳源的强化生物除磷系统的启动及其性能,采用序批式反应器对系统启动过程中污染物的去除效果、聚磷菌的富集以及不同温度和厌氧时间下系统内菌群结构变化进行了考察。结果表明:常温(20℃)下,增加厌氧时间,除磷率无明显变化,PO43-去除率均在40%以下;增加厌氧时间后降低温度至15℃,除磷率提高,PO43-去除率均在65%以上,且污泥增殖迅速,沉降性能较好。高通量测序结果表明,9种聚磷菌的相对丰度能随运行条件的改变而不断变化。
选用牛血清蛋白(BSA)代表废水中普遍存在的蛋白类污染物,通过曝气臭氧化预处理,并采用聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜进行了宏观膜污染实验。结合单纯曝气和纯臭氧氧化处理后的膜污染行为,解析了曝气臭氧化对BSA超滤膜污染行为的影响。结果表明,曝气臭氧预处理过程中,臭氧有效打开了BSA分子并使BSA分子之间团聚,与此同时曝气作用产生的微气泡与BSA聚集体相结合并将其“托运”至反应器壁端,减小了进入超滤系统的BSA污染物,最终导致BSA对膜的污染随着曝气臭氧化接触时间的增大而逐渐减缓。
采取NaOH活化制备核桃壳活性炭(WSAC),并考察了其对水中硝基苯的吸附性能。研究表明,WSAC的最佳制备条件:按核桃壳质量(g)与NaOH体积(mL)比2∶1投加10 mol/L的NaOH溶液,浸渍24 h,焙烧温度600℃,焙烧时间2.0 h。表征结果表明,制备的WSAC具有较丰富的官能团,并具有一定数量的孔隙。采用最佳条件下制备的WSAC处理10 mg/L的硝基苯溶液,处理出水能够达到《生活饮用水标准》(GB 5749—2006)和《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的要求。
针对四硼酸钠缓蚀性能优良,但溶解性能差,配制液体药剂不能满足使用要求的情况,开发了一种固体水处理缓蚀剂——缓溶球。采用旋转挂片法研究了缓溶球投加量和温度对缓蚀率的影响,并对产品的溶解性与缓蚀性能进行了测试。结果表明,当水温低于40℃时,缓溶球的溶解量变化不大,比较稳定;在水温为35、45、55℃的条件下,当缓溶球投加量为28.5 mg/L时,碳钢的腐蚀率明显低于国家标准的0.075 mm/a。
研究了一种次氯酸钠辅助的循环冷却水无磷钝化方案。结果表明,适量的余氯能改善钝化过程。随着余氯从0增加至0.5 mg/L,碳钢表面逐渐形成均匀致密的蓝色保护膜,红点出现时间从5 s增加至30 s,电化学测量的碳钢在冷却水中的实时腐蚀率从0.1 mm/a降低至0.005 mm/a;而过量的余氯会导致腐蚀。对比传统的含磷钝化,其显著优势是药剂投加量低,成膜时间短,钝化后可直接切换至正常运行阶段,现场操作更方便。
以模拟城市生活污水作为处理对象,在3组SBBR反应器中分别投加鲍尔环填料、海绵填料和体积比为1∶1的混合填料进行挂膜启动和高DO冲击试验。结果表明,3个试验组均能实现稳定的短程硝化,鲍尔环填料比海绵填料更节省能耗,且不易发生磨损和破裂,对高DO的冲击适应性更强。相比于海绵填料,鲍尔环填料上的生物膜更稳定,微生物群落结构更加趋于专性。
以土霉素制药废水为研究对象进行电子束辐照试验,研究了辐照剂量、初始COD、pH及无机离子浓度对COD去除效果的影响。结果表明:电子束辐照技术可有效降低废水中的COD,COD去除率随辐照剂量的增加而不断升高,相同辐照剂量下COD去除率随废水初始浓度的升高而降低,辐照降解规律符合准一级动力学方程。废水最佳pH=5,且不同初始pH的废水经辐照后,水样pH均随辐照剂量的增加而不断降低,主要由产生的小分子有机酸所致。较高的无机离子浓度会导致COD去除率降低。
研究了模拟采选矿废水COD氧化降解过程中ORP值的变化规律。单因素实验结果表明,Fe3+、Fe2+、S2-、COD、pH均会对ORP值造成影响;在采选矿废水常规离子及COD浓度范围内,ORP值变化不大。在复杂的氧化体系中,存在多种影响因素,添加氧化剂之后,变成以氧化剂为主要表现形式的氧化体系,氧化剂用量、ORP值、出水COD之间存在相关性。本研究中,在ORP峰值为333 mV的情况下,出水COD为47.3 mg/L,满足≤60 mg/L的排放要求。可以尝试将其用于指导工业生产,以获得污染物指标与经济效益两者之间的平衡。
采用颗粒活性炭(GAC)激活过硫酸盐(PS)氧化法处理焦化废水生化出水,在温度30℃、反应时间120 min的条件下研究了GAC投加量、K2S2O8浓度和pH对废水处理效果的影响。结果表明:GAC激活PS氧化法处理焦化废水生化出水的最佳条件:GAC投加量为30 g/L,K2S2O8质量浓度为6 g/L,不调节pH。在此最佳条件下,废水的色度和TOC去除率分别达到89.30%和80.84%。GAC在使用4次后,色度和TOC去除率分别为82.3%和53.8%,说明在GAC/K2S2O8系统中GAC具有较好的原位恢复性能。
针对某化工园区丙烯酸装置废水组分复杂、COD高、难生物降解的特点,采用多相催化氧化-EGSB反应器组合工艺对其进行处理。结果表明,在多相催化氧化单元,当进水pH为6,反应温度为70℃,H2O2与COD的物质的量比为1.2时,COD、色度去除率分别为76%和93%,B/C由0.15增至0.63。多相催化氧化单元出水采用EGSB反应器进行处理,当温度为30~35℃,进水pH为6.0~6.5,HRT为72 h时,该单元的COD、色度去除率分别为93%、67%。经组合工艺处理后,总COD、色度去除率分别为98.0%、97.5%。
对比了驯化处理前后枯草芽孢杆菌在正常培养基及含镉培养基中的生长活性、镉去除效率及镉吸附特性差异。结果表明,相比正常菌株,驯化菌株镉去除能力增强。正常菌株参与镉吸附过程的官能团有—OH、—NH2、—COOH、—CONH、—PO32-;驯化过程中则产生了炔烃。正常菌体外形清晰,细菌聚集较为松散;驯化菌株表面皱缩,聚集紧密且杂乱。正常菌株和驯化菌株在吸附镉时起作用的细胞表面物质并不相同。
采用纳米CuO活化过一硫酸盐(PMS)体系降解水溶液中的四环素(TTC)。实验表明,CuO/PMS体系对TTC的降解效果明显优于单独的PMS体系;CuO/PMS体系能够有效缓解水体中共存离子对TTC降解的抑制作用;中性pH条件下可取得最佳的降解效果。CuO与PMS是通过静电作用(外球相互作用)结合,然后进行电子传递,从而快速去除TTC。
以膜技术为核心的绿色、节能、环保、安全的海上低渗油田污水处理回用关键工艺技术的开发,对提升我国采油技术水平具有重要意义。设计开发的由沉降、水力旋流、气浮、介质滤器及无机超滤膜过滤等工序耦合的工艺技术,其产水水质满足SY/T 5329—2012中A2及以上要求。实际应用表明,工艺产水的油质量浓度可达5 mg/L,悬浮固体为1 mg/L,粒径中值为1 μm。
建立了连续光源石墨炉原子吸收光谱仪测定污泥消解样品中铍含量的方法。研究表明,以HNO3-H2O2-HF-HClO3为微波消解体系,Pd(NO3)2+Mg(NO3)2为基体改进剂,在灰化温度Ⅱ为1 200℃,原子化温度为2 400℃,积分像素点为5时,污泥中K、Ca、Na、Mg、Fe、Mn、Cu、Al、Ba、Pb、Cd、Cr、Zn、Ni和V等共存金属元素对铍的测定不产生干扰,方法检出限可达到0.02 mg/kg。采用该方法对3个污泥样品进行测定,相对标准偏差为2.7%~5.1%,加标回收率为86.0%~94.0%。
屠宰废水是一种量大面广的高浓度有机废水,结合类似废水处理的工程经验和实验研究结果,本工程采用“厌氧反应器+Bardenpho+Fenton氧化”的主体工艺对此类废水进行处理。实际运行结果表明,该工艺处理效果好,运行稳定,最终出水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级A规定的排放标准。
针对江西某聚氨酯公司生产废水甲醛含量高,COD和氨氮浓度高,以及可生化性差的特点,设计采用“预处理-生化反应-深度处理”的组合工艺对其进行处理。其中,预处理通过聚糖反应去除废水中的甲醛,并提高废水的可生化性;生化反应采用A2/O工艺,主要去除废水中的COD和氨氮;生化处理出水采用臭氧催化氧化进行深度处理。工程实际运行结果表明,最终处理出水甲醛≤5 mg/L,COD≤500 mg/L,氨氮≤45 mg/L,出水水质达到园区接管标准。
某火电厂220 MW超高压机组修后出现水汽品质异常情况,炉水pH降到7以下,并达到水汽质量劣化三级处理要求,使机组面临极大地安全运行隐患。通过对化学在线仪表故障、固体碱化剂加入量、补给水水质、凝汽器泄漏等可能原因进行分析排查,发现凝结水精处理系统高速混床出现跑漏树脂的情况。凝胶型苯乙烯系强酸阳离子交换树脂,其在炉水中分解产生硫酸是造成炉水pH突降的根本原因。结合该案例针对树脂跑漏状况进行了可能原因分析并提出了相关对策。
某火力发电厂在将城市中水回用的过程中,其补给水处理系统中的超滤膜、反渗透膜出现有机物、微生物和无机盐垢组合式污染。通过对预处理水质进行分析和对现场运行设备进行检查,发现预处理杀菌效果不佳、石灰投加量不合理、澄清池后加酸量不足是造成膜污染的主要原因,并据此提出了增设曝气生物滤池、调整软化混凝条件、维护超滤水箱和防止反渗透结垢的具体改进措施。