电催化氧化技术是一种绿色水处理技术,近年来以其独特的技术优点获得广泛的关注、研究与一定程度的工程实践应用。介绍了电催化氧化技术原理,指出其当前所面临的技术困境。在此基础上,重点介绍了该技术领域近年来在电催化阳极改性、电催化体系优化、新型供电模式以及与富集技术联用等方面所取得的研究进展,并对该技术未来发展方向进行阐述,以期为相关领域的发展提供参考。
在工业生产和海水利用中,会产生大量高盐废水。简要介绍了人工湿地处理高盐废水的机理以及影响人工湿地处理高盐废水的因素(湿地构造、进水条件、环境因素),总结了目前人工湿地技术在强化高盐废水处理领域的研究现状,并对该领域的研究进行了展望,为利用人工湿地处理高盐废水的相关研究提供参考。
吡啶及其衍生物是一类典型的含氮杂环污染物,水溶性极强,并在许多化工、医药、农药等工业领域中大量应用,因此很容易随着废水转移至地下水、土壤和湖泊等自然环境中,引起各种环境问题,并给人类健康带来威胁。综述了新型微生物法处理吡啶废水的研究进展,以期对今后含吡啶类化合物废水的处理提供参考。
非均相光-Fenton技术是基于传统Fenton试剂法,通过引入光照和新型催化剂实现光催化氧化和Fenton反应的协同作用,促进活性自由基(如·OH)的生成和有机物高效降解的新型高级氧化技术。综述了非均相光-Fenton体系的技术特征、关键影响因素和氧化原理,详细阐述了铁物种与二氧化钛、石墨相氮化碳、氧化石墨烯/还原氧化石墨烯、钒酸铋以及三氧化钨不同类型半导体结合的非均相光-Fenton材料的光催化氧化原理和有机物降解机制。
研究制备了由聚离子液体(PIL)改性的聚偏氟乙烯(PVDF)共混膜,探讨了凝固浴组成的变化对PVDF共混膜的影响。通过FTIR、XPS、SEM分析了膜表面的组成及膜孔结构;通过水接触角和机械强度测试分析了膜的性能,并研究了膜对橙黄Ⅳ的吸附容量。实验表明:随着凝固浴中DMF含量的增加,膜的水接触角从77.79°减小到51.94°,亲水性显著增强,膜对橙黄Ⅳ的吸附容量从7.7 mg/g增加到16.1 mg/g,实现对PVDF膜的优化改性。
对吡啶溶液进行超临界水氧化处理,研究各因素对降解效果的影响。结果表明,TOC去除率随吡啶初始浓度、反应温度、氧化系数(OC)及停留时间的增加而增加,而氨氮残留率随吡啶初始浓度升高而升高,随温度升高先降低后升高,随氧化系数及停留时间的提高先升高后降低。选择初始质量浓度为100 mmol/L的吡啶溶液进行研究,在反应温度460℃,OC=2,停留时间5 min的优选条件下TOC去除率达到91.99%,氨氮残留率为58.69%。
为探究Fe3+对活性污泥反应器性能的影响作用机制,通过活性污泥性能指标、高通量测序等方法对比分析了0.5 mg/L的Fe3+对反应器中活性污泥性能和微生物菌群的影响。结果表明,Fe3+能有效提高污泥浓度、改善沉降性能,提高A/O反应器的生物处理效果。实验条件下,污泥SV30、SVI有所降低,而MLSS却提高;Fe3+也对A/O反应器中菌群相对丰度存在一定的影响,但对其种类的影响不明显。
以某化工企业排放的高盐废水为目标,通过电渗析与反渗透耦合技术处理高盐废水,考察电渗析电压、补水流量及反渗透回收率对高盐废水处理结果的影响。结果表明,处理后的高盐废水可得到TDS为185.32 g/L的浓缩盐水和TDS为10 mg/L且不含TOC的淡水,分别回用于氯碱工业和中水系统。
采用化学还原法制备了非晶态Co-Ni-Fe三元催化剂,通过改变金属盐的比例制得不同Co含量的复合催化剂。分析了催化剂的特征,并在电辅助体系下考察了对五氯苯酚(PCP)的催化加氢脱氯性能。结果表明,Ni-Fe催化剂中,Co的引入有效地提高了水中PCP的加氢脱氯效率。当Co、Ni、Fe物质的量比为0.5:0.5:9,电位为-0.2 V,硫酸浓度为0.2 mol/L,催化剂投加量为4 g/L时,脱氯率达到90%。从产物分析可知,PCP最终完全脱氯为苯酚。
采用一步水热法制备还原氧化石墨烯-氧化锌(RGO-ZnO)复合材料,并将其用于光催化降解抗生素环丙沙星和还原Cr(Ⅵ)。研究发现,在光催化降解和还原体系中,光催化活性明显高于单独的氧化或还原体系,并有利于延长光生载流子寿命。此外,RGO-ZnO的光催化活性明显高于ZnO。通过电镜表征,发现RGO-ZnO为二维结构与二维结构复合(2D-2D),固体荧光光谱表明RGO-ZnO更有利于电子-空穴对的分离。
在机械电子加工企业密集的江苏某地区,开展了废乳化液来源、水量、水质的调研分析。研究发现,废乳化液来源多样,命名繁杂,尚未统一。水量上,该地区小型机械电子加工企业数量较多,污染源分散,大型企业产废量占主导,呈现两极分化特征。水质上,废乳化液污染物浓度高且差异大,乳化结构稳定。
基于电磁超声预催化Fenton技术在天津某综合工业园区污水处理厂的工程应用,开展了四种关键工艺参数(过氧化氢、硫酸亚铁、硫酸和氢氧化钠的投加量)的关联性特征研究。分别开展了参数年度特征分布,参数间的相关性分析,以及COD去除与参数之间的定量关系评估。研究结果表明:硫酸亚铁、过氧化氢及氢氧化钠三者投加量相关性较高;在一定范围内,有机物去除量随过氧化氢和硫酸亚铁增加而线性增加,其线性相关度在0.9以上。
对序批式生物膜反应器(SBBR)进行改造,以便达到更高同步硝化反硝化(SND)水平。在相同的环境和参数条件下进行SND启动对照实验,同时借助高通量测序来探究微生物群落的多样性,从而分析两组反应器处理效果不同的原因。两组反应器启动完成后,其同步硝化反硝化率(RSND)、COD去除率、氨氮去除率均能达到较理想水平,改进型SBBR中微生物构成也更加均衡。通过综合分析,发现改进型SBBR去除效果更为稳定、高效。
为强化生物脱氮同时降低剩余污泥产量,构建了A2O复合填料生物膜工艺,并考察了其污泥减量效果以及对人工配制污水的脱氮效果。研究结果表明:经A2O生物膜工艺处理后,出水平均COD、NH3-N、TN分别为24.5、3.40、7.65 mg/L,平均去除率分别达到94.91%、85.74%、79.44%,污泥表观产率仅为(0.127±0.008)g/g;填料流速分离作用会促进悬浮态污泥形成生物膜,微生物的种群结构以及细胞形态发生较大变化,微生物群落物种更加丰富。
分别采用零价铁、反硝化污泥及零价铁+反硝化污泥的系统处理含NO3--N的废水,探讨零价铁的添加对反硝化系统脱氮效果的影响及系统中发生的主要反应。结果表明,零价铁系统对废水中的NO3--N无去除效果;当零价铁+反硝化污泥系统对废水中NO3--N的去除率达到100%时,反硝化污泥系统对废水中的NO3--N去除率仅为60.1%。零价铁+反硝化污泥系统中主要发生零价铁参与的氧化还原反应及微生物参与的生物反硝化反应。
为了提高X分子筛(XM)的耐酸性和对Pb2+的吸附能力,采用有机改性剂对合成的XM进行了氨基功能化(NH2-XM)和巯基功能化(SH-XM)改性。确定了最佳接枝条件,并对三种材料进行了表征和吸附研究。结果表明,三种材料的吸附过程属于单层化学吸附。与XM(34 mg/g)相比,NH2-XM(154 mg/g)和SH-XM(111 mg/g)在低pH条件下具有更好的吸附效果和更强的耐酸能力。因此,NH2-XM可作为高效吸附剂去除水溶液中的Pb2+。
以马来酸酐(MA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料合成了一种绿色阻垢缓蚀剂聚环氧琥珀酸衍生物(PESA/AMPS),利用EDTA滴定法和分光光度法测定Ca2+浓度,考察了其对CaCO3和Ca3(PO4)2的阻垢性能,利用扫描电镜(SEM)研究其阻垢原理,极化曲线研究其缓蚀机理。
采用Fe3O4与PAC制备磁性-化学沉淀复合试剂MPACl,将其用于处理磷化工企业高含磷模拟生产废水。利用响应曲面法进行分析优化,得到对TP去除率影响大小顺序:MPACl投加量> PAC质量分数> pH。最佳运行条件为:MPACl中PAC占比74.75%,MPACl投加量16.07 g/L,pH=9,TP去除率为97.38%。MPACl除磷机理主要为:MPACl中聚合氯化铝水解并与磷酸根发生化学沉淀作用;磁性絮体对磷酸盐的化学吸附和沉淀网捕作用。
分别采用多级串联粒子电极和二维平板电催化、三维粒子电极电催化工艺处理初始COD为500 mg/L的苯酚溶液,对出水COD及电流效率进行测定分析。结果表明,保持相同吨水电耗和电流密度,二维平板电极、三维粒子电极、多级串联粒子电极出水COD分别为56、170、34 mg/L,去除率分别为88.8%、66.0%、93.2%。多级串联粒子电极吨水电耗、电流效率、反应速率优于二维平板电极和三维粒子电极,反应符合一级动力学。
考察了泡沫分离法去除洗车废水中LAS的效能。单极泡沫分离法对进水LAS小于55 mg/L废水的最高去除率可达94%。在一定气液比下,进水LAS浓度越高,去除率越高,但气液比超过12:1时,LAS浓度对去除率影响有限。通过对2~5级泡沫分离法处理洗车废水的试验结果进行比较,证明三级泡沫分离法去除效果最佳。当进水LAS为30 mg/L,停留时间25 min,气液比为12:1时,LAS去除率达到98.4%,出水达到洗车废水回用标准。
针对CASS污水处理工艺中提升泵组的调度控制问题,根据不同场合设计了三种协同控制方法。综合考虑被控对象和执行器的工况,第三种控制方法将调度问题分解为泵的投入优先级问题和投入数量问题。结合泵的电压误差、累计以及连续工作时间等状态信息,引入故障评价指标以确定泵的优先级;根据反应池液位划分等级,确定泵的投入数量并设计评价指标。经实验表明,控制方案能有效解决提升泵组调度问题,延长设备寿命,降低故障率。
采取分类预处理及水解酸化+好氧生化+混凝沉淀的组合工艺对某电动车厂涂装废水进行综合处理,出水可实现达标排放。分类物化预处理可有效去除废水中特定污染物,并解决不同工艺所产生废水水质差别较大的问题。将预处理后废水与生活污水混合并经过水解酸化过程,可有效提高废水可生化性,从而实现后续的生化处理。该组合工艺稳定可靠,成本低廉,直接处理费用为2.45元/t。
针对江苏某头孢类抗生素药物生产公司新增头孢唑肟钠项目产生废水的具体水质特点,结合现有污水站情况,将生产中产生的46股废水进行分类收集、分质处理。将高浓含磷废水蒸馏出水、二氯甲烷废水汽提出水混合高浓低盐废水进行微电解-Fenton氧化处理,出水混合高盐废水蒸馏出水、低浓废水和其他产品废水预处理出水,进行厌氧-好氧生化处理,生化出水通过臭氧催化氧化进行深度氧化,各项出水指标均达到园区接管标准。
针对垃圾填埋场渗滤液处理工程现状,分析了原渗滤液处理站存在的问题,采用“均衡池+IC厌氧反应罐+外置式MBR+膜处理系统”组合工艺对渗滤液处理站进行升级改造。新建膜浓缩液处理设施,采用“高级氧化+MBR+膜处理系统”组合工艺,实现渗滤液全量无害化处理。升级改造后垃圾填埋场垃圾渗滤液处理站运行稳定,各项出水指标达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)表2排放标准。
某城镇污水处理厂生物处理单元采用改良CASS工艺,工业废水占比约70%,进水碳源不足且有毒物质较多导致污泥活性严重受损,出水氮磷指标居高不下。针对进水水质水量波动大等问题,以改良CASS工艺为基础,对其生物处理单元进行临时改造。采取投加活性炭、补充碳源和优化工艺运行参数等方式来提高生物脱氮除磷能力使系统能够稳定运行,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。
分析了燃煤电厂湿法脱硫产生的废水水质特点及零排放处理现状,为脱硫废水零排放工程的实施提供参考。根据废水浓缩和固化方式的不同,分为热法蒸发结晶、膜法浓缩结晶、热法浓缩干燥、直接热法干燥4条典型的脱硫废水零排放工艺路线。对不同工艺路线进行了技术对比及经济性分析。相较于结晶分盐工艺,热法浓缩干燥及直接热法干燥路线更适用于燃煤电厂脱硫废水零排放工程,水质适应性强,吨水运营成本低。
通过对大型企业集团纺织印染废水处理提标工程的实际设计与建设,充分研究其水处理全过程工艺特点和自动化系统设计关键技术环节,综合运用智能检测仪表、自动控制、网络、信息等一体化技术,分析制定主要工艺处理段的自动化控制策略,完成自动化系统工程设计,助力特色废水处理厂的自动化、透明化、智慧化建设。