印染行业产生了大量富含染料的高盐废水,中空纤维纳滤膜的选择性分离特征有望实现染料和无机盐的高效分离,进而完成印染废水的污染治理和有价资源的同步回收,且与传统的卷式膜相比还具有填充密度大和自支撑的优势,因而在印染废水处理领域得到了日益广泛的关注。回顾了近年来中空纤维纳滤技术在染料分离过程中的研究进展,重点探讨了适用于染料分离的疏松型和荷正电中空纤维纳滤膜材料的制备,分析了中空纤维纳滤膜在染料分离过程中的膜污染特性以及相应的膜污染控制措施。最后对未来的研究方向进行了展望,以期进一步推动中空纤维纳滤膜技术在染料废水处理中的推广与应用。
西北地区农村生活污水整体治理率低于全国平均水平,为有效提升区域农村污水治理率,提高当地村落水环境管理水平,西北各省(自治区)政府陆续颁布农村生活污水处理污染物排放标准。通过剖析山西省、陕西省、甘肃省、青海省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区和内蒙古自治区七省(自治区)农村生活污水排放标准与《城镇污水处理厂污染物排放标准》和《农田灌溉水质标准》,发现西北七省(自治区)标准分级主要基于地表水环境质量标准和处理设施规模两方面进行划分,且各地标准在控制指标选取上与城镇污水处理厂污染物排放标准基本一致,但标准限值相对宽松。同时,西北七省(自治区)三级标准均可满足西北地区农田灌溉水质要求,其中内蒙古、甘肃和新疆更是作出了明确规定。此外,通过深入总结分析西北地区农村生活污水排放标准,可引导地方农村生活污水治理从执着于《城镇污水处理厂污染物排放标准》到优先考虑适宜区域的地方标准,更可为西北地区优选农村生活污水处理适用技术与治理模式提供思路,进而有助于提升地方政府的农村水环境治理相关政策决策水平。
光催化技术可以直接利用清洁的太阳能催化降解污染物,污染物矿化程度高,在环境修复和催化领域具有显著优势。金属氧化物作为光催化剂存在禁带宽度大、空穴-电子对复合率高等缺点限制了其应用。近年来,MXene由于具有良好的电子迁移能力、环境稳定性、层结构丰富和比表面积大等特点,在作为改性金属氧化物光催化剂上具有潜在优势。首先概述了MXene的制备方法,包括氢氟酸刻蚀法、氟化物刻蚀法、碱刻蚀法、盐酸水热刻蚀法、路易斯酸刻蚀法、电化学刻蚀法、化学气沉降法以及高温分解法等;其次介绍了MXene材料表面终端活性官能团、分散性和化学稳定性;然后综述了MXene/金属氧化物光催化剂的作用机理,包括金属氧化物光催化机理、MXene/金属氧化物光催化增强机理;然后介绍了MXene/金属氧化物光催化剂在光催化降解药物和染料领域的应用以及催化稳定性,最后对MXene/金属氧化物光催化剂存在的问题进行展望,以期能够为高效光催化剂的设计和水处理应用提供理论支撑。
淡水资源日益短缺,可用水资源与水需求之间存在巨大矛盾。油气开采和石油炼制过程中要消耗大量水资源,同时伴生大量高含盐有机废水,因此,废水处理及资源回用是解决石油石化行业水资源供需矛盾的重要手段。综述了含盐有机废水脱盐处理技术的研究进展,分析了热蒸发浓缩技术、离子交换技术和膜分离技术以及相关组合工艺处理石油石化含盐有机废水与资源再利用的潜力。
纳米零价铁(nZVI)是一种广受关注的环境修复材料,其兼具纳米材料的反应活性和零价铁的还原特性,扩展了铁基材料在场地修复和污染物去除中的应用范围,尽管纳米级的零价铁会带来更优异的使用效果,但更加复杂的制备过程也导致了更多的环境足迹和生产成本,制备方式正逐渐成为限制nZVI发展的关键。介绍了nZVI的发展历程,综述了制备方式的研究进展,从可持续发展的角度梳理了nZVI的主要制备方法,在总结优势特点的同时分析了制备过程可能造成的环境影响。以此为基础,研究了对nZVI典型制备方法的可持续性评估,定量分析了潜在的不可持续因素,着重说明了制备过程对电力能源的依赖。根据已有研究成果,对液相激光烧蚀等有潜力大规模制备nZVI的生产方式进行了展望,并进一步阐述了合理选择制备方式的重要性,强调了可持续性评估在nZVI未来发展中不可或缺的地位,希望能对研究者和决策者在选择和改良nZVI制备方法时提供参考。
硝酸盐作为地表和地下水中常见的污染物,对环境造成严重污染,电催化还原硝酸盐制氨可促进水体中的氮循环。综述了用于硝酸盐还原制氨的过渡金属、贵金属及非金属催化剂的研究进展,对该领域的大量实例进行了收集,分析了电极材料具有高效率的原因,综述了电催化还原硝酸盐制氨的反应机理、电极制备方式、操作条件、硝酸盐去除率及选择性;对电极电势、硝酸盐浓度、pH、电流密度、支持电解质等影响因素进行了分析,比较了电催化还原硝酸盐制氨的反应器形式及生产出产品氨的生产工艺,并对实例中的生产能耗进行了对比;最后,对该领域的挑战和前景进行了展望。
选用工业生产中废弃的铁刨花作为零价铁(ZVI)供体,通过催化活化过一硫酸盐(PMS),研究其对Cu-EDTA的降解破络特性。考察了PMS初始浓度、铁刨花投加量、pH、水质离子对Cu-EDTA破络的影响。在此基础上,进一步分析了体系中的活性物质及反应后生成铁泥的特性。结果表明:当铁刨花投加量为10 g/L,PMS初始浓度为4.5 mmol/L,pH=3时,Cu的去除率达到99.64%,pH对反应无显著影响;CO32-和Cl-对Cu的去除呈现出一定的抑制效果,且CO32-的抑制效果强于Cl-,腐殖酸(HA)无显著抑制效果;自由基抑制实验结合电子顺磁共振(EPR)表征结果表明体系中同时存在SO4‧-和‧OH;反应后所生成铁泥的EPR表征结果表明,铁刨花表面被腐蚀,生成了纳米级别的铁(氢)氧化物,提高了对Cu的去除率。
三维电极-电Fenton法是一种在电Fenton的基础上引入三维电极电催化技术的新型高级氧化法,在水处理中得到了广泛的应用。用过量浸渍煅烧法制备负载型三维电极,以采用该电极的三维电极-Fenton法处理活性艳橙X-GN废水。通过试验研究了pH、电压、Na2SO4投加量、Fe2+投加量对处理效果的影响,并采用响应曲面法最优化实验条件。结果表明,当试验pH=4.7,电压为20.39 V,Na2SO4投加量为2.13 g/L,Fe2+投加量为2.5 mmol/L时,COD和色度去除率可以达到85.41%和92.18%。负载型三维电极-电Fenton法对活性艳橙X-GN废水的色度和COD均具有较理想的处理效果。
混凝沉淀在垃圾渗滤液的深度处理工艺中是非常必要的预处理环节。传统的混凝工艺处理垃圾渗滤液普遍存在水资源回收率低、污染物去除率低、絮凝体松散等缺点。基于收缩脱水絮体致密化理论,提出了垃圾渗滤液的延时搅拌造粒工艺,通过长时间高强度的机械搅拌实现悬浮物的均一化。研究结果表明,在pH=12、搅拌强度为1 500 r/min、PAC和PAM投加量分别为3 000 mg/L和60 mg/L的最佳条件下,SS、浊度、COD的去除率分别可达92.33%、99.92%、35.84%。通过图像粒子测算系统测得最佳条件下絮凝体d50为3.76 mm,沉速为20.08 mm/s,与常规混凝相比,沉速提升约60%。基于絮体沉速、投影面积、有效粒径等数据,计算得到三维分形维数为2.890 9,有效密度为0.087 6 g/cm3。延时搅拌造粒生成的絮体沉速快、密度大,混凝后的上清液回收率可由常规混凝的45%提升至85%。
猪场沼液高色高浊、氮磷浓度高,采用藻菌共生体可同步高效去除碳氮磷、节能降耗、资源回收,符合新时代对污水处理的需求。从污染物去除、微生物生长等角度对光照强度、曝气量和藻菌接种比例这3个参数进行优选发现,曝气量对氮去除的影响最大,而3个参数对碳、磷去除的影响较小。经加权评价得出三因素排序:曝气量>光照强度>藻菌接种比例,最优参数组合:光照强度为550 μmol/(m2·s),曝气量为0.2 L/min,藻菌接种比例为1∶1。最优组的TP、COD、TN、NH4+-N分别为0.48、219.2、125.2、64 mg/L,TP、COD、TN、NH4+-N去除率分别为95.46%、88.58%、61.58%、80.21%。各组中藻菌絮体粒径均呈增大趋势,且随藻菌接种比例的增大而减小。
以废弃的蟹壳为原料制备蟹壳生物炭(BC),采用海藻酸钠固定制备复合凝胶球。结合成球形态和对Pb2+的去除率发现,在BC与海藻酸钠质量比为1∶2的条件下制备的蟹壳生物炭-海藻酸钠凝胶球(BC-SA)的性能最佳。探究了影响BC-SA吸附Pb2+的因素及其再生能力,通过扫描电镜和傅里叶红外光谱仪对未添加BC的凝胶球和吸附Pb2+前后的BC-SA进行表征。结果表明,Pb2+溶液初始pH、BC-SA投加量、Pb2+初始浓度和反应时间都会对BC-SA吸附Pb2+产生显著影响。吸附过程符合拟二级动力学模型,表明吸附以化学吸附为主,Langmuir等温线可以更好地拟合实验数据,Pb2+最大去除率为91.06%。再生结果表明,经5次解吸-吸附循环后,BC-SA对Pb2+的去除率为82%,展现出良好的可重复利用性。BC得以成功地固定且BC-SA表面的羟基和羧基与Pb2+之间发生了官能团的络合作用。
为研究获得菱形模块消雾节水冷却塔的消雾节水和节能特性,对某设计循环水量为5 000 m3/h的菱形消雾节水冷却塔的消雾性能、节水性能和节能性能进行了试验研究。建立了冷却塔消雾节水节能性能评价模型,通过现场试验获得冷却塔消雾节水和节能特性参数及其变化规律。结果表明:消雾节水冷却塔设计出塔空气相对湿度为85%,实测出塔相对湿度为82.28%,消雾指数为1.03,符合“零雾型”消雾冷却塔的要求。经菱形消雾冷凝模块换热后的冷凝水量为14.19 m3/h,冷却塔节水率为25.3%,冷凝节水效果好。单塔年总节能收益约40万元,整体年节能收益达240万元,菱形消雾节水冷却塔具有良好的经济效益及环保效益。
以贵州省仁怀市某白酒废水处理厂二沉池出水为研究对象,采用零价铁(Fe0)活化过硫酸盐(S2O82-,PS)的高级氧化法对其深度处理,并进行工艺条件的优化。通过单因素实验考察了溶液初始pH、PS投加量、n(Fe0)∶n(PS)对白酒废水处理效果的影响,并采用响应面法进行优化验证。结果表明,过硫酸盐法可以有效地降低白酒废水的有机物浓度,优化工艺条件:溶液初始pH为4.08,PS投加量为理论投加量(1 mg/L COD完全氧化理论上需要12 mg/L PS)的1.39倍,n(Fe0)∶n(PS)=1.27。在此条件下,白酒废水的COD去除率达70.33%。
电化学沉积碳酸钙是减轻工业水系统中结垢的方法之一。采用脉冲电流和直流电研究CaCO3的电化学沉积过程,以及不同离子对脉冲沉积CaCO3的影响,并通过扫描电子显微镜和X射线衍射对其晶型和晶貌进行表征。实验结果表明,脉冲电流下CaCO3在304SS电极的成核速率快于直流电流,其促进了碳酸钙的熟化过程。Fe3+、PO43-、SiO32-和Mg2+的加入加速了CaCO3的结晶,但降低了沉积的致密性和厚度。脉冲电沉积的熟化过程使得结晶倾向于形成粒径更大的层叠形貌方解石,且方解石粒径大于直流电沉积所得。
脱硫废水蒸发特性是低温三效蒸发工艺参数确定的重要指标,通过蒸发实验,研究了脱硫废水蒸发速率与废水悬浮固、含盐浓度、密度间的关系,确定了系统最佳运行状态下的出料浓度。实验结果表明:脱硫废水悬浮固低利于废水蒸发,废水中固体颗粒可为盐分结晶提供晶种,颗粒冲刷作用降低了列管结垢风险,综合考虑蒸发效率和降低列管结垢风险,进水悬浮固建议为4%;脱硫废水蒸发速率随着含盐浓度的增加而降低,且含盐浓度越大蒸发速率降低得越快,可能与溶液黏度、溶液表面张力以及离子水合数有关;脱硫废水蒸发速率与溶液密度负相关,当溶液密度超过1 400 kg/m3时,蒸发速率显著下降,能耗明显增加,综合考虑系统高效运行和压滤机压滤效果,建议出料密度为1 400 kg/m3。浓缩倍率是低温三效蒸发系统工艺设计的重要指标,浓缩倍率与原水悬浮固负相关,应根据原水悬浮固及出料密度确定浓缩倍率进而完成三效蒸发系统总体设计。
针对雄安新区芦苇资源浪费及用吸附法去除水中硝酸盐氮的过程中吸附剂难以分离的问题,以废弃芦苇秸秆为原材料制备出了磁性胺化芦苇基吸附剂。综合考虑制备过程中试剂种类、试剂投加量、反应时间、反应温度等条件的影响,对吸附剂的制备方法进行了优化,考察了吸附剂对模拟废水的吸附性能并通过SEM、VSM、FT-IR和XPS进行表征。结果表明:2 g芦苇秸秆粉末加入5 mL环氧氯丙烷、20 mL N,N-二甲基甲酰胺、5 mL三甲胺,在80 ℃下反应30 min制备的吸附剂对模拟污水中硝酸盐氮的去除率最高达到了93.2%。对硝酸盐氮的静态吸附符合Freundlich等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,动态吸附实验中吸附剂对硝酸盐氮最大的吸附量为12.74 mg/g,经过6次循环再生实验后吸附剂的吸附性能没有明显下降。表征结果显示磁性基团和季胺基团成功负载到材料表面,材料对硝酸盐氮的吸附机理主要为离子交换。综上,所制备的磁性胺化芦苇基吸附剂对水中硝酸盐氮具有良好的吸附性能,有望实现芦苇资源的高值化利用。
采用硬模板法制备氮掺杂介孔碳,分别采用比表面积分析仪、透射电镜、红外光谱仪和X射线光电子能谱分析表征材料结构及理化性质。将该材料应用于对2种隧洞施工废水中Pb(Ⅱ)的吸附,研究pH、反应时间对吸附效果的影响以及反应动力学、等温模型。研究发现,该体系的吸附动力学与二级动力学方程基本一致,其吸附特性与Langmuir和Temkin等温模型相适应。实验结果与表征结果表明,材料吸附Pb(Ⅱ)的过程涉及到静电作用、孔道扩散等物理吸附以及表面含氮官能团与Pb(Ⅱ)的化学吸附。2种废水中基于Langmuir模型的最大吸附量分别为493.5 mg/g和603.9 mg/g。吸附材料可通过HCl处理实现有效再生与重复利用。
采用聚合氯化铝(PAC)+聚丙烯酰胺(PAM)混凝处理焦化废水生化尾水,通过单因素实验考察了混凝剂PAC、PAM投加量对混凝处理效果的影响。基于单因素实验开展响应面混凝实验,构建PAC、PAM投加量为自变量,出水残留浊度和出水过余电导率组成的加药控制系数为响应量的数学模型并对其参数进行了响应面优化。结果表明,混凝处理最佳药剂投加量PAC为2 546.96 mg/L,PAM为10.90 mg/L,此条件下出水平均浊度残留率为4.24%、电导率过余率为2.77%、加药控制系数为7.01,与模型预测值相对误差<5%,进一步证明该响应面模型合理有效,对同时实现处理过程混凝充分反应和盐分有效控制具有指导作用,并可为相关自动化加药模型开发提供思路。
以单一硫酸铝作为破乳剂,对自配的不同含油量的拉丝油乳化液进行破乳,测定了破乳后水层的COD、浊度、pH,并计算了COD、浊度去除率。然后分别考察了单独使用硫酸铝以及使用硫酸铝-聚合氯化铝复合破乳剂对实际生产中得到的中、高含油量拉丝油乳化废液进行破乳的效果。结果表明:在几种破乳剂中,使用硫酸铝对自配的拉丝油乳化液进行破乳有较好的效果,在破乳后,COD、浊度去除率可以分别达到70%、60%。单独使用硫酸铝对中、高含油量的拉丝油乳化废液进行破乳的效果不佳,乳化废液的油水不分层,而硫酸铝-聚合氯化铝复合破乳剂在硫酸铝和聚合氯化铝同时加入时则具有较好的效果,在搅拌器转速为500 r/min,搅拌总时间为10 min,搅拌后静置时间为30 min的条件下,中含油量废液破乳后水层的COD、浊度去除率可分别达到98%、91%,高含油量废液的COD、浊度去除率可分别达到99%、97%以上。
为了研究电絮凝法对脱硫废水的处理效果及其作为反渗透预处理技术的作用,利用铁铝阳极电絮凝法对脱硫废水进行预处理,探讨工艺条件对电絮凝效果的影响,然后用反渗透法进一步处理出水,对比研究有无电絮凝时反渗透的膜性能,对絮凝体和阴极沉积物进行表征实验以分析电絮凝预处理脱硫废水的机理。结果表明:使用铁铝阳极可在短时间内实现较好的去除效果,最佳条件:反应时间为60 min、初始pH为8、电流密度为8 mA/cm2,污染物通过氧化、还原和絮凝反应被去除,在反渗透前进行电絮凝预处理,膜通量稳定在36.4 L/(m2·h),Zn2+、Pb2+ 、Mg2+、Ca2+、Cl-总去除率分别为99.5%、99.3%、95.3%、91.0%、80.2%。电絮凝对脱硫废水有较好的净化效果,作为反渗透的预处理步骤能有效减少膜污染,提高出水质量。
海上完井液具有成分复杂、矿化度高等特点,针对完井液对井下管道腐蚀严重的问题,以天然多糖壳聚糖(CS)为原料,合成了聚酰胺化壳聚糖(PACS),评估了其抑制碳钢腐蚀的效果。失重腐蚀实验结果表明,在80 ℃下向完井液中投加2 000 mg/L PACS后,碳钢腐蚀速率由3.852 mm/a降至0.072 mm/a,缓蚀率为98.13%。此外,电化学测试(动电位极化和奈奎斯特曲线)结果也表明,当PACS投加量达到2 000 mg/L,缓蚀率为90%以上,PACS具有良好的抑制碳钢腐蚀性能。
为解决XGBoost模型参数调整复杂和预测水质数据准确率低的问题,设计了一种基于灰狼算法(GWO)优化XGBoost的预测算法。首先利用灰狼优化算法全局寻参收敛能力强的优点,使用GWO优化XGBoost的超参数(最大生成树数目、学习率以及树的最大深度)进行优化,获取XGBoost的最佳预测表现。其次通过对水质关键数据的预处理提高数据的可靠性,使用多种算法进行对比分析实验。结果表明:与LSTM、未经GWO优化参数的XGBoost相比,采用灰狼算法优化后的XGBoost模型具有较好的非线性预测能力,模型的决定因数R2达到0.85以上。
随着环保要求的不断提高,零排放技术成为实现污水资源化利用的重要路径。为了了解零排放技术中的机械式蒸汽再压缩(MVR)蒸发结晶技术对含盐废水的实际处理情况,并为国内废水零排放工程的设计与运行提供参考,以江苏某光纤制品厂产生的高浓度含盐废水处理工程为对象,介绍了MVR蒸发结晶技术处理含盐废水的工艺流程和运行情况,同时对系统的经济性进行了分析。该工程基于MVR工艺原理,采用外置式板式换热器与闪蒸蒸发器形成的蒸发结晶系统。结果显示,蒸发结晶系统实际处理量为48 t/d,系统的脱盐率为99.23%,冷凝水指标达到厂内回用水指标,回收率为93.47%,结晶产生的废盐纯度为96%,达到了《工业盐》(GB/T 5462—2015)工业湿盐一级标准,吨水处理成本为65.03元。运用MVR蒸发结晶技术对含盐废水处理节能环保,无污染物外排,做到了工业废水的近零排放。
针对国内垃圾填埋场后期及封场渗滤液可生化性低、无法采用生化进行有效处理、膜浓缩液长期回灌、渗滤液累积盐分越来越高得不到解决等问题,提出一种全量化处理组合工艺,即“软化预处理+高压碟管式反渗透(DTRO)+特种分离膜+低温负压蒸发技术+三相固化技术”,适合盐分高、氨氮高、生化性低的终端渗滤液处理。运行结果表明,清水回收率可达到90%~95%,固化后填埋物仅为5%~10%。液相和固相处理系统优势互补,系统运行稳定,能耗较低,脱盐率达到99.5%以上;出水COD≤60 mg/L,BOD5≤20 mg/L,氨氮≤8 mg/L,总氮≤20 mg/L,SS≤6 mg/L,产水符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)表3规定的限值要求。
为了进一步探究钢铁行业循环水补充水加药方案,利用主成分分析法分析不同水质类型的时空分布特点,并采用结垢指数法分析5个地区补充水水质类型和不同浓缩倍数下的结垢倾向,从而确定加药方案。主成分分析结果表明:补水为地下水时主要受钙硬、电导率、总碱和氯离子影响,补水为河流水或市政水时主要受总铁与浊度影响;结垢指数法表明:地下水为补充水偏结垢,河流水或市政水为补充水偏腐蚀;建议地下水为补水时浓缩倍数为4~5,河流水或市政水为补水时浓缩倍数为3~4。依据各地区水质类型与浓缩倍数,优化各地区的建议加药方案。
针对某电厂的循环冷却系统排污水治理难题,提出了采用纳滤技术降低循环冷却系统排污水中含盐浓度和硫酸根浓度以满足地方环保标准实现达标排放的方案,并与采用反渗透技术的循环水旁路除盐处理方案进行了技术经济性比选。在方案比选中充分考量了2种方案对电厂脱硫废水零排放的影响,得出的结果表明经纳滤处理后达标排放的方案更具优势。