近年来,总氮作为水体环境质量的重要指标之一,受到越来越多的重视。总结了近年来水中总氮的测定方法,并介绍了各种方法的原理、检测特点及应用前景。总结分析表明,紫外分光光度法仍是目前国内常用的水中总氮测定方法;高温氧化-化学发光检测法适用于污染较重的高浓度总氮样品的测定;离子色谱法能同时测定水中多种阴离子,可满足多样化测定的要求;气相分子吸收光谱法、连续流动分析法在水中总氮测定方面发展迅速,受到广泛关注。
概述了氨氮废水处理的必要性及传统处理技术存在的缺陷,重点综述了贵金属催化剂在氨氮废水催化氧化处理中的应用研究进展,并针对贵金属催化剂在研究应用过程中存在的不足之处,对贵金属催化剂材料的开发及其在工艺应用上的改进等提出了展望。
提高水资源利用率、减少水资源使用、控制水环境污染、改善水环境已经成为工业企业生存发展的重要条件。工业智慧水务将成为工业企业转型升级的重要发展方向,助力工业企业的可持续发展。介绍了工业智慧水务的组成,并通过分析对比工业智慧水务与城市智慧水务,对工业智慧水务的发展模式以及产品开发进行了探讨。
氧化还原电位(ORP)是判断液相体系氧化还原能力的综合参数,反映了液相体系的氧化还原倾向。探讨了温度、时间、pH、溶解氧等因素对ORP的影响,总结了ORP指标在水环境污染防控中的应用,指出了ORP应用过程中应注意的事项。就目前应用而言,ORP在给水处理、循环水处理、脱硫废水处理、水处理设备防腐等方面具有很好的应用前景。此外,ORP在湿地保护方面的应用也是新的发展方向。
对某页岩气井压裂返排液结垢趋势进行了分析,并探讨了采用陶瓷膜处理压裂返排液过程中温度、pH、跨膜压差、料液循环量以及过滤时间对膜污染的影响。研究结果表明,压裂返排液的碳酸钙结垢趋势最显著,控制料液pH为5~6,温度在40℃以内可减缓结垢过程。当跨膜压差为0.12 MPa,料液循环量为30 L/min,清洗周期为4 h时,可有效降低膜结垢污染。
采用氯代十六烷基吡啶(CPC)对活性炭(PAC)进行改性,以提高活性炭电极的电化学性能和吸附性能。结果表明,以CPC-PAC-1 mm/5 h为电极材料,以m(CB):m(PVDF):m(CPC-PAC)=15:5:80制备的改性活性炭电极(CB/PVDF/CPC-PAC-15/5/80电极)的比电容为123.8 F/g,较未改性PAC电极的比电容(46 F/g)提升了169%。对100 μg/L砷溶液的吸附结果表明,相比未改性PAC电极,CB/PVDF/CPC-PAC-15/5/80电极对砷离子的吸附量提升了29%,出水砷仅为7 μg/L。
研究构建了2个人工湿地系统,系统A为传统人工湿地系统,系统B中添加有铁碳填料,即为铁碳微电解耦合人工湿地系统,对比了2个系统对不同浓度硫丹废水的处理效果。结果显示,系统B对废水中硫丹的总去除率可达86.9%~98.0%,对COD、磷酸盐和氨氮的去除率分别为78.7%~84.3%、86.7%~94.2%和75.9%~83.3%,处理效果优于系统A。硫丹对湿地系统中的基质酶活性有抑制作用,但系统B中的脲酶、脱氢酶以及3种磷酸酶的活性均高于系统A,表明铁碳微电解耦合人工湿地系统能够有效适应高浓度硫丹的冲击。
采用先浸渍后热解的方法制备了磁性生物炭材料,并使用XRD、XPS、VSM对制备的材料进行了表征。结果表明,制备的磁性生物炭主要的活性物质为γ-Fe2O3。采用磁性生物炭非均相类Fenton体系处理水中四环素(TC),当初始TC质量浓度为200 mg/L,pH=7,H2O2投加量为19.8 mmol/L,磁性生物炭投加量为3 g/L时,处理效果最佳。加入抗坏血酸可以加速铁循环过程,明显改善·OH的生成,进而增强了TC去除率。
采用电化学法将制浆造纸厂废水Fenton氧化产生的难处理富铁污泥中的Fe3+还原为Fe2+,以便于其再利用。研究表明,以不锈钢为阴极材料可较大幅度降低Fe3+还原的过电位;当Fe3+质量浓度为2 000 mg/L时无需辅助电解质,在极水比为0.48 cm2/mL,电流密度为0.65 mA/cm2的条件下反应2 h,Fe2+再生率可达60.1%,电流效率为92.1%。将酸处理后的富铁污泥溶液在上述条件下还原3 h,Fe2+再生率达68.8%,电流效率近100%。电化学法是富铁污泥中Fe3+再利用的可行方法。
研究了异养硝化-好氧反硝化菌Pseudomonas sp.BN5去除硝态氮同时降解苯酚的特性。研究表明,当pH=7,转速为180 r/min时,该菌株对420 mg/L苯酚的降解率达100%,对40 mg/L硝态氮的降解率达93.31%。随培养基内苯酚浓度的升高,最终细胞浓度上升,硝酸还原酶和亚硝酸还原酶酶活逐渐降低,且亚硝酸还原酶受抑制较大。氮平衡分析显示,消耗的硝态氮中有54.6%转化为胞内氮,39.4%以含氮气体的形式被去除,表明菌株主要通过好氧反硝化作用和细胞同化作用脱氮。
采用聚合氯化铝铁混凝处理兰州夏季超高浊度黄河水,通过单因素实验考察了混凝剂投加量、沉淀比表面负荷及沉淀时间对处理效果的影响,并以响应面法对这些因素进行了优化。结果表明,各因素对浊度去除率、CODMn去除率的影响次序:混凝剂投加量>沉淀比表面负荷>沉淀时间;最佳混凝条件:混凝剂投加量640 mg/L,沉淀比表面负荷0.08 m3/m2,沉淀时间32 min。在最佳条件下,浊度和CODMn的平均去除率分别为98.62%、98.14%,与模型预测值相对偏差分别为0.5%、0.86%。
对利用单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)降解水中红霉素(ERY)进行了研究。结果表明,ERY的加入使MFC阳极上的产电菌活性受到抑制,ERY浓度越大,对产电菌抑制性越强。当ERY质量浓度为30 mg/L时,MFC最大功率密度为400 mW/m2,ERY降解率为(83.21±1.4)%,COD去除率为(84.91±2.1)%。加入ERY后,阳极微生物群落发生改变,但主要物种相同且数量较大,厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)这3类产电菌门为微生物燃料电池的性能发挥了重要作用。
以K2S2O8为S源制备S/TiO2催化剂,并通过XRD、SEM和XPS对制备的催化剂进行了表征。结果表明:制备的催化剂呈现出高结晶度和均匀的形貌,S不仅掺入到TiO2的晶格中,而且还以SO42-的形式固定在其表面上。采用制备的S/TiO2光催化降解色素生产废水生物降解出水,结果表明,在最佳参数条件下,经过150 min的模拟太阳光照射后,COD和色度去除率分别可达85.6%和95.7%。
采用净水厂干化铝污泥吸附处理水中的Pb2+和Cu2+,研究了污泥投加量、pH、Pb2+和Cu2+初始浓度、吸附时间以及温度对吸附效果的影响。结果表明,Pb2+和Cu2+的去除率均随污泥投加量的增加和溶液pH的升高而增大;Langmuir模型能够准确描述干化铝污泥对Pb2+和Cu2+的吸附特性,20℃时其对Pb2+和Cu2+的饱和吸附量分别可达212.77、73.53 mg/g;干化铝污泥对Pb2+和Cu2+的吸附动力学符合准二级动力学模型;吸附过程为自发、吸热、熵增的反应。
研究了新型吸附材料Zn-MOF-74对水体中重金属Cd(Ⅱ)的吸附性能和吸附机理。结果表明,吸附过程较好地符合Langmuir模型、Temkin模型、D-R模型和准二级动力学模型,最大吸附量为16.77 mg/g;吸附过程为物理吸附和化学吸附共同作用,且为自发的放热反应。采用Zn-MOF-74处理0.5 mg/L的含镉废水,有效时长可达36.25 h,Cd(Ⅱ)去除率>90%;NaCl溶液的解吸率可达到85%。吸附位点主要集中在孔道中,有静电作用、化学作用和氢键作用。
针对工业循环冷却水系统中低除垢速率限制电化学水软化技术应用的问题,采用多层不同孔径金属丝网耦合的复合网状阴极增强电化学水软化系统性能。结果表明:采用复合阴极的水软化系统除垢速率高达29.16g/(m2·h),能量消耗低至6.0 kW·h/kgCaCO3。系统性能的提升归因于阴极特殊的结构,该结构可将化学反应(碱度产生和水垢沉积)分离和定位到复合网状阴极的不同区域,从而提高了除垢速率。
研究了NaOH、HNO3改性玉米秸秆对水中Cu2+的吸附性能及吸附特性。研究表明,改性后的秸秆表面光滑,结晶指数高,对Cu2+的吸附容量增大。相比未改性玉米秸秆和酸改性玉米秸秆,碱改性玉米秸秆对Cu2+的吸附效果最好。碱改性玉米秸秆对Cu2+的吸附能较好地符合Freundlich方程和伪二级动力学模型。初步推断吸附机理是秸秆表面官能团与Cu2+络合形成复合体的化学吸附过程。
工业废水中全氟辛烷磺酸(PFOS)浓度低,直接应用化学法降解能耗较高。采用膜分离与UV/SO32-光降解的组合工艺对其进行处理,研究了此组合技术的处理效果,并考察了影响降解率的因素。结果表明,反渗透膜可有效富集PFOS溶液,高强UV/SO32-体系可高效降解该富集溶液。提高溶液初始pH、SO32-浓度、紫外光强,均有利于PFOS降解率的提高,而PFOS初始浓度的提高会降低其降解率。
采用还原铁粉、碳粉、稀土铈及黏结剂等为原料混合制成的Ce-Fe/C复合材料深度处理糖蜜酒精废水,研究了铁碳质量比、稀土铈添加量以及废水处理时间等因素对处理效果的影响。结果表明:以铁碳质量比为5:1,稀土铈添加质量分数为7%制备的Ce-Fe/C复合材料处理糖蜜酒精废水,当反应时间为150 min时,色度去除率达98%以上,COD去除率达70%以上。对制备的复合材料的表征结果表明,稀土元素Ce有效地掺杂到Fe/C材料的晶格中,提高了Fe/C材料的性能。
采用零价铁与活性炭协同活化过硫酸盐处理碱性高浓度电镀槽有机废液。在原水COD ≥ 10 000 mg/L,pH为碱性的条件下,考察了过硫酸钠、零价铁与活性炭投加量以及反应时间、初始pH等因素对COD去除效果的影响,并通过正交实验确定了降解最优条件。结果表明:在过硫酸钠投加量为22 g/L,零价铁投加量为4.8 g/L,活性炭投加量为1.2 g/L,初始pH为11,反应时间为3 h的最优条件下,COD去除率达86.40%,TOC、TP去除率分别为66.95%、96.50%。对COD的降解过程符合一级反应动力学方程。
采用水热法制备了WO3/g-C3N4复合物,并探讨了草酸、柠檬酸、乙酸和水杨酸对复合物结构、形貌及催化活性的影响。结果表明,复合物中棒状WO3分布在片层状的g-C3N4上,二者结合紧密形成异质结构。以1 mol/L草酸为介导剂制备的WO3/g-C3N4的光催化活性最佳,当WO3和g-C3N4质量比为1:1时,可见光下反应210 min,对罗丹明B的降解率达97.46%。自由基捕获实验表明,光催化反应活性基团排序为·O2- > h+ > ·OH。经推测,光催化降解机制符合Z型机制。
为提高石墨相氮化碳(g-C3N4)的光催化性能,采用3D花状ZIF-Co与g-C3N4混合热处理的方法制备了3D花状Co3O4/g-C3N4复合光催化剂,并将其用于光催化降解罗丹明B模拟染料废水。结果表明:当ZIF-Co与g-C3N4的质量比为5%时,制备的Co3O4/g-C3N4的光催化性能最佳,在可见光下照射30 min,其对罗丹明B的降解率可达90%以上,且该催化剂的重复稳定性好。在降解罗丹明B的过程中活性基团的作用顺序为·O2- > h+ > ·OH。
对天津某焊条企业乳化液处理工艺进行改造,将现有的化学破乳改为生物强化破乳。将乳化废液和企业其他废水汇集形成综合废水,采用生物强化+水解酸化+接触氧化+MBR+炭滤+消毒组合工艺对其进行处理。运行结果表明,处理出水稳定达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921-2002)的标准,出水部分回用到生产工艺中,其余回用于厂区景观水体。改造后整个工艺运行费用降低,环境和经济效益显著提高。
某化工回用水处理工程废水主要由循环水排污水和经生化处理系统处理后的气化灰水、冲渣水等废水组成,针对该废水特点,本工程采用两级曝气生物滤池法(DN型BAF+DC/N型BAF)+保安过滤器+膜处理技术等工艺对其进行处理。结果表明,该工程工艺运行效果良好,处理出水水质达到设计要求,可实现回用。工程总运行费用为1.967元/m3。
针对水溶性胶黏剂生产废水有机物含量较高、水质波动大、难生物降解等特点,采用Fenton氧化+混凝沉淀+UASB+生物滤池的组合工艺对其进行处理。运行结果表明,系统运行稳定,出水COD ≤ 500 mg/L,氨氮≤ 25 mg/L,SS ≤ 400 mg/L,处理出水达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的三级标准,COD、氨氮、SS去除率分别为93.6%、56.9%、89.5%,工艺处理成本为6.8元/m3。
通过对国内煤制烯烃项目工艺流程常规设置及实际运行情况的调研,总结了污水生化处理系统常见的问题,并针对性提出了解决措施、建议。本研究对新建装置以及老装置的改造都有一定的借鉴意义。