40年来我国工业冷却水处理技术得到快速发展,在工业节水、中水回用、安全生产和节能减排等方面发挥了重要的作用。从冷却水处理工艺、水处理化学品、水系统监控技术等方面综述了工业冷却水处理技术的发展历程,提出注重结合水科学的基础研究成果,促进水处理应用技术水平的提高。从新领域、新药剂、新技术和智慧水务等方面对冷却水处理技术进行了展望,着重对分子层次的药剂机理研究、物理除/防垢技术和电化学技术等进行了评述,同时提出了工业冷却水处理系统智慧化的途径,并在此基础上,指出冷却水处理的技术创新任重道远。
我国是世界上最大的纺织品生产和出口国之一。纺织工业是资源和能源密集型产业,也是废水及污染物排放量最大的工业行业之一,其中印染废水及其污染物排放量占全行业的80%左右,是纺织工业废水及污染物的主要来源。印染废水治理是水环境安全保障的重要内容。综述了天然纤维和合成纤维染整生产工艺中的废水来源、水质特征、以及相应特征污染物及其来源。结合印染废水排放标准制修订历程,阐述了印染废水排放标准的演变过程和趋势。在此基础上,介绍了印染企业清洁生产中源头减排和末端废水处理技术的发展现状及存在问题,并总结了印染废水回用水质要求及回用系统现状及发展趋势。
人工湿地技术由于其显著减少了能源需求、经济成本和环境污染,已被全球采用作为绿色生态水处理技术之一。人工湿地污水处理技术具有相当高的污染物去除效率和生态效益。然而,人工湿地污水处理技术仍然面临诸多问题和挑战。首先综述了人工湿地污水生态处理技术的研究现状,重点从基质选择、植物优化以及水力调控等角度概括了目前相关技术的研究进展和存在的不足;同时,探讨了人工湿地功能强化技术的研究和发展重点;最后,结合我国“十四五”生态环境保护规划和我国乡村振兴战略所提出的目标和要求,探讨并展望了人工湿地污水处理技术在未来我国城乡水环境、水生态和水资源统筹协调发展中将发挥的重要作用以及未来科技攻关的方向。
海水淡化是解决水资源短缺的重要途径,海水淡化技术、产业已经成熟,国外62%的淡化水用于市政供水,其余满足工业、农业、旅游业及军事等方面需求,越来越得到一些沿海国家的高度重视。分析了国内外海水淡化技术及产业现状,讨论了与国外相比,我国海水淡化技术存在的差距。结合产业发展和“碳达峰、碳中和”背景,对海水淡化技术产业今后的发展趋势进行了探讨和展望。
温度极化现象普遍存在于膜蒸馏过程中,该现象可导致驱动力下降、渗透通量降低且能耗增加。介绍了温度极化现象产生的原因及其评价指标,分析了进料液流速和膜的特性对其造成的影响,阐述了其在传热和传质过程中的负面作用。对传统膜蒸馏工艺及组件进行优化可在一定程度上减轻温度极化,但研发具有导热功能的复合膜以实现对冷进料的加热,则有望从根源上显著降低温度极化,提升膜蒸馏性能。
好氧颗粒污泥(AGS)因具有独特的空间结构,可延径向形成氧传质梯度,为不同功能菌的分区定殖提供了必要场所,因而可实现单级脱氮。AGS内主要脱氮途径有同步硝化反硝化(SND)、厌氧氨氧化(Anammox)、异养反硝化、菌藻耦合脱氮等。综述了AGS各种途径的脱氮效果,总结了各途径的优缺点及适用范围,分析了现有研究存在的问题,并提出了相应的建议。
膜曝气生物反应器(MABR)是一种将传统的生物膜工艺与膜曝气的供氧方式联合起来而诞生的新型污水处理工艺。阐述了MABR的原理和特点,通过膜材料、影响因素和应用现状的综述,指出当前MABR应用中需要进一步研究的问题,展望了其在未来的发展趋势。
生物法去除硝酸盐是一种经济高效的处置污染水体的手段。硝酸盐型厌氧亚铁氧化(NAFO)工艺因其具有低成本和低能耗的特点,已成为极具发展前景的新型污水生物脱氮技术。系统总结了NAFO的发现过程、反应原理、推测的代谢方式及微生物的研究进展。介绍了工艺运行参数及应用方面的进展,探讨了研究中存在的问题,并对未来的研究方向进行展望。
采用由实验室改性得到的单价选择性阴离子交换膜电渗析技术对模拟高盐废水中的Cl-和SO42-进行分离,考察了流量、电压、Cl-和SO42-浓度比、pH对Cl-和SO42-的选择性迁移比(STR)及能耗的影响。实验结果表明:设定浓室、极室流量分别为20、30 L/h,Cl-与SO42-的初始总浓度为0.5 mol/L,在淡室流量为20 L/h,电压为5 V,Cl-、SO42-浓度比为1:1,pH为7的最佳条件下,电渗析装置运行120 min时,Cl-和SO42-的STR达到6.6,能耗为0.67 kW·h/kg。
采用化学沉积-电沉积法的方法制备了陶瓷/α-PbO2、陶瓷/α-PbO2/β-PbO2、陶瓷/α-PbO2/β-PbO2-PTFE电极,采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、线性扫描伏安(LSV)和电极加速寿命等方法对电极进行表征及化学性能测试。分别以这3种电极作为阳极,电化学氧化Ni-EDTA,同时阴极电沉积回收镍。实验结果表明,陶瓷/α-PbO2/β-PbO2-PTFE比其他2种电极具有更高的电氧化破络能力,在Ni-EDTA初始质量浓度为100 mg/L、电流密度为30 mA/cm2,pH=3.1下电氧化180 min后,Ni-EDTA去除率可达96.2%,阴极镍元素回收率达17.9%。
以陶粒为对照,在分析废旧橡胶颗粒理化性质的基础上,对比研究分别以橡胶颗粒和陶粒为填料的反硝化生物滤池(DNBF)的启动挂膜情况以及不同C/N及HRT条件下的运行情况。结果表明,以橡胶颗粒为填料的DNBF更容易启动并达到稳定状态;陶粒和橡胶颗粒DNBF的最佳C/N分别为4和3,其中橡胶颗粒DNBF的脱氮率达90%以上;在C/N为4的条件下,陶粒和橡胶颗粒DNBF的最佳HRT分别为150 min和90 min,橡胶颗粒DNBF的脱氮率在93.5%以上。试验结果均表明废旧橡胶颗粒是一种良好的DNBF填料,具有广泛应用价值。
针对钻井废液中有机物难降解的难题,首先利用两相法制备了单斜晶相的超薄二维BiVO4纳米片,然后利用光还原法在BiVO4表面沉积Au纳米粒子,制得超薄二维Au@BiVO4纳米片,用于光催化降解聚丙烯酰胺(HPAM)。考察了催化剂的制备条件、催化剂投加量、HPAM初始浓度对光催化降解性能的影响,探究了其光催化降解HPAM的机理。结果表明,当n(Au):n(BiVO4)为1:100时,所得到的产品对HPAM的光催化降解效果最好,其降解效果主要依靠催化剂在光照条件下产生·OH来实现。
采用A2/O-BAF双污泥系统,考察池容比(V厌氧:V缺氧:V好氧)分别为3:5:2和1:3:1时对搁置2个月的活性污泥去除污染物性能的恢复情况。结果表明,2种池容比对COD和NH4+-N的去除性能恢复影响较小。V厌氧:V缺氧:V好氧=3:5:2更有利于TN和PO43--P的去除性能恢复,其出水TN和PO43--P在第7天和第4天分别达到14.20 mg/L和0.42 mg/L,TN、PO43--P去除率分别为80.47%、92.02%。拟合方程分析厌氧释磷和缺/好氧吸磷的小试结果表明:V厌氧:V缺氧:V好氧=3:5:2的厌氧释磷量和缺氧吸磷量更高,且吸磷速率更快。即V厌氧:V缺氧:V好氧=3:5:2更有利于A2/O-BAF系统的二次启动。
用硼元素和氮元素分别对碳纳米管进行掺杂,将制备的无金属催化剂活化过一硫酸盐(PMS)用于处理苯酚废水。结果表明,氮掺杂碳纳米管活化PMS对苯酚的降解效果略优于硼掺杂碳纳米管的催化效果。当pH为3~11时,氮掺杂碳纳米管的一级动力学常数大约是硼掺杂碳纳米管的2倍。造成两者催化活性差异的原因与缺陷程度、掺杂形式、催化反应过程以及活性物质的种类有关。
为了拓展对可见光的吸收范围、抑制光生载流子的复合,并增强催化剂的光催化性能,通过将CdS原位生长于In2O3表面的方法制备出In2O3/CdS催化剂。结果表明:在可见光照射60 min后,In2O3/CdS异质结对盐酸强力霉素的去除效率达84.0%,远高于In2O3和CdS单体的降解效率,降解过程符合一级动力学。In2O3/CdS对盐酸强力霉素的降解速率常数为0.028 min-1,分别为In2O3和CdS单体的13.7倍和1.5倍。自由基捕获实验表明:·O2-和·OH是主要的活性基团,光催化性能的提高主要得益于Z型异质结的形成,有效加速了光生电子和空穴的转移和分离效率。
为避免化学改性膨润土消耗大量化学试剂和二次污染,利用超声波对钙基膨润土进行改性得到超声钙基膨润土吸附材料,并将其用于吸附处理结晶紫模拟的染料废水。考察了超声制备工艺条件对吸附材料吸附性能的影响,并对其吸附机制及吸附热力学进行了研究。结果表明,在超声功率为100 W,超声时间为7 h的条件下制备得到的改性膨润土吸附效果最佳,对250 mg/L的结晶紫去除率达99.64%,吸附量达249.09 mg/g;准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程更适合描述该吸附机制,即对结晶紫的吸附主要是由化学吸附控制的单分子层吸附为主;热力学分析表明该吸附为自发吸热过程,高温对吸附更有利。
以水产业中产生的虾壳为原料进行改性,通过静态吸附实验探究H2O2改性后的虾壳粉对水中U(Ⅵ)的吸附影响因素。结果表明,当U(Ⅵ)溶液pH=3,改性虾壳粉投加量为0.2 g/L,U(Ⅵ)溶液质量浓度为10 mg/L,吸附时间为120 min时,改性虾壳粉对U(Ⅵ)的吸附量达到48.58 mg/g,pH对改性虾壳粉吸附U(Ⅵ)有较大影响。对吸附过程中的动力学分析以及吸附前后的改性虾壳粉的SEM、FTIR等表征结果表明:改性虾壳粉对U(Ⅵ)的吸附过程符合准一级动力学方程和Freundlich吸附等温模型,改性虾壳粉对U(Ⅵ)吸附的主要官能团为羟基、氨基、磷酸基等基团。响应面分析结果表明,吸附时间一定时,改性虾壳粉对水中U(Ⅵ)的去除影响因素,pH>改性虾壳粉投加量>U(Ⅵ)溶液浓度。
以商业化的柱状TiO2为载体,通过浸渍法制备了Ru/TiO2催化剂,并应用于湿式催化氧化处理垃圾渗滤液膜浓缩液。通过单一因素试验确定了最佳工艺条件:反应温度为220℃,反应时间为2 h,空气量为理论空气量的120%,催化剂投加量为3 g/L,进水pH为9。在此最优工艺条件下,固定床连续装置连续运行240 h,COD、TN的去除率可分别稳定在80%、60%以上,催化剂性能稳定,活性组分流失少。垃圾渗滤液膜浓缩液经过湿式催化氧化处理后,废水BOD5/COD由0.03提高到0.3~0.4,可生化性得到了明显地改善。
采用线性扫描伏安法、计时电流法、电化学阻抗谱等电化学手段研究羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷(PBTCA)和聚丙烯酸(PAA)的阻垢效果以及利用剩余电流密度计算阻垢率方法的可行性。结果表明,利用剩余电流密度计算得到的阻垢率与电化学阻抗法得到的阻垢率结果相近,阻垢效果均为PBTCA>HEDP>PAA。机理探究结果表明,CaCO3垢通过电沉积过程在钛合金电极表面形成文石晶体,阻垢剂的加入可通过晶体畸变作用抑制文石晶体的正常生长,使其转化为不稳定的球霰石晶体,并通过分散作用抑制垢的聚集沉积。
利用Fe3+的配位作用使单宁酸(TA)/壳聚糖(CS)胶体粒子在改性聚丙烯腈(PAN)超滤膜的表层快速共沉积,然后在其表面上与均苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合,制备了复合纳滤膜。在水相中添加2,4-二氨基苯磺酸(2,4-DABSA),考察引入磺酸基团后复合膜的过滤及抗污染性能。结果表明,磺化TA/CS复合膜对Na2SO4和MgSO4的截留率分别达到96.21%和90.35%,并且在0.1 g/L腐殖酸、牛血清白蛋白环境下过滤24 h后均具有优异的通量恢复率。
以改进型ABR系统对模拟硫酸铵废水进行处理研究,考察外加亚硝态氮源对污水中NH4+-N和TN去除效果的影响,并对其中效果最好的n(NO2-):n(NH4+)为1:1时的各隔室NH4+-N、TN变化进行分析。研究表明,外加亚硝态氮对改进型ABR中NH4+-N和TN的去除有促进作用,n(NO2-):n(NH4+)为1:1时NH4+-N和TN的平均去除率达到最高,分别为55.74%和69.16%。4个隔室的TN和NH4+-N去除率之比分别为55:5:16:7和3:2:11:19。对不同条件下各隔室中的亚硝酸还原酶、羟胺氧化酶活性进行测定。结果显示在进水n(NO2-):n(NH4+)升高的同时,各隔室的酶活性也有显著上升。对n(NO2-):n(NH4+)为1:1时的各隔室中的污泥进行高通量分析,结果在1#隔室中发现Enterobacter属的微生物,表明在1#隔室中发生了好氧反硝化。
研究了组合改性沸石的最佳制备方法,以及不同改性方式和pH对改性沸石除磷效果的影响。通过吸附动力学与吸附等温线探究其吸附机理并使用扫描电镜对改性前后的沸石进行表征。结果表明,最佳的改性方案为2.0 mol/L NaOH溶液和2.0 mol/L聚合氯化铝(PAC)溶液组合改性。当废水pH=7时该改性沸石除磷效果最佳,此时除磷率为98.74%,其吸附符合准二级动力学方程和Langmuir模型。扫描电镜表征结果表明,碱改性和铝改性均可改变沸石的孔隙结构,增加吸附点位。
为研究致密气采出水回注的可行性,以鄂尔多斯东缘盆地某致密气区块采出水及石盒子组盒8段储层为研究对象,通过水质配伍、黏土膨胀岩心伤害及储层敏感性实验,综合分析采出水水质对回注储层的影响。结果表明:初期采出水经处理后,混合结垢量最大为54 mg/L,配伍性良好;水样无论是单独回注还是混合回注,其黏土膨胀率最大为21.78%,均不会引起黏土膨胀。采出水中悬浮物和含油质量浓度分别限制在10 mg/L和6 mg/L以下,对储层的伤害率低于20%;致密砂岩储层敏感性对回注水主要表现为中等偏弱速敏、弱酸敏。
介绍了唐山某日资机械加工企业采用电絮凝破乳后再生物无害化处理废切削液的工程实例。工程采用电絮凝破乳+批处理对高浓度废切削液进行预处理,处理后的废水直接进入生化系统,出水COD<300 mg/L。而后上述废水混入生活污水处理系统中继续处理,最终出水COD可稳定在150 mg/L以下。项目2019年8月全部建成,调试交工后运行至今,电絮凝破乳预处理系统及总处理系统运行稳定,出水各项指标可达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)二级排放要求。
在常规三效蒸发器的基础上,通过增大换热器物料层流速、增加二次蒸汽的除沫器、增加第三效分离器的导流装置等改进措施,开发出改进型三效蒸发工艺,并成功用于煤化工MVR蒸发母液的处理。设计处理量为192 m3/d,实际处理量为220 m3/d,产水电导率小于300 μS/cm,COD小于40 mg/L,产水达到中水回用的标准;产盐含水率小于3%,吨水消耗蒸汽0.27 m3,吨水耗电为20.37 kW·h。
某钢铁厂利用一体化除硬+双膜技术对循环水排污水进行深度处理,并实现高效回用。工程运行结果表明:该工艺运行稳定,一体化除硬装置对硬度和Ca2+的去除率分别达到62.5%和76.2%,超滤(UF)除浊效果显著,反渗透(RO)对电导率和Cl-的去除率达到97.8%和95.1%,最终产水水质可达到钢厂脱盐水或循环水补水要求。该工程运行成本仅为3.09元/t,总回用率达到67%,实现了循环水排污水再利用的目的。