水中难降解有机污染物对环境安全和人类健康造成严重的威胁,作为高级氧化技术的一种,非均相催化臭氧氧化技术,被证明是降解有机污染物有效的处理技术。在非均相催化臭氧氧化技术中,多金属氧化物因其制备方法较为简便且多金属的复合促进氧化还原循环和电子传递,常被开发用于高效催化臭氧氧化的催化剂。综述了多金属氧化物,包括钙钛矿氧化物、尖晶石氧化物、天然矿石、羟基氧化物等多金属氧化物的制备方法、性质及作为催化剂在催化臭氧降解药物分子、染料、酚类、个人护理用品等多种有机污染物中的应用,总结多金属氧化物催化臭氧氧化有机污染物过程中的作用机理,为今后多金属氧化物的制备、应用及反应机理探究提供理论借鉴。
近年来随着石油资源的枯竭,人们对于可再生资源越来越关注,对淀粉基吸附剂的研究逐渐增加。综述了以淀粉为基材制备吸附剂及其吸附重金属离子、染料及其他物质的研究现状,并介绍了纳米淀粉改性用作吸附剂的应用情况,最后对淀粉基化学品用作吸附剂的发展趋势进行了展望。
从反渗透法海水淡化过程中无机结垢现象着手,多方面介绍了常见的无机垢,阐述了浓差极化现象与膜无机结垢的关系,即浓差极化是膜结垢产生的直接因素。此外,反渗透过程中浓差极化、膜面结垢、膜孔内结垢共同构成了传质阻力;接下来以减小反渗透过程中浓差极化为出发点,主要讨论了可以除去海水中成垢离子的纳滤技术在预处理过程中的应用。最后结合传统无机垢监测技术,介绍了实时观察器、光学断层相干扫描、超声时域反射等多种直观的实时在线监测方法。
碳气凝胶是由碳纳米材料形成的三维多孔网络结构材料,具有比表面积大、孔隙率高、化学性质稳定和结构可调等优点,被广泛用于水污染处理中,用于去除油、有机溶剂、染料、重金属离子等。综述了碳气凝胶及其复合材料的研究进展,讨论了有机碳气凝胶、生物质基碳气凝胶、石墨烯基碳气凝胶三类碳气凝胶材料的组成、制备和吸附性能,总结了碳气凝胶在水处理中的应用并简要分析了碳气凝胶材料当前面临的挑战以及未来的发展前景。
高级氧化技术在处理难降解有机废水时存在高能耗、高成本问题。生物电Fenton技术作为一种新方法,能够实现微生物产电和污染物的同步去除。详细地介绍了生物电Fenton技术的机理、影响因素、装置构造以及应用范围,指出了该技术目前的局限性并对未来的研究方向作出了展望。
当氨氮废水中盐度过高时会抑制微生物活性,故常采用成本较高的物理化学方法进行处理。总结了近年来处理高盐废水中氨氮的有效生物方法,从处理效果和耐盐能力的角度,比较了各方法的优缺点,阐述出生物膜、污泥颗粒化、生物多样性和膜组件对提升生物法处理高盐废水氨氮的作用。同时,对废水高含盐量引起的(溶液中亚硝酸盐积累、污泥中难生物降解物质增加、出水浑浊、耐盐驯化时间长等)一系列问题进行了分析,并提出相应的解决方案。
对南方某工业区内171家企业进行调研,将其生产废水进行分类,统计产生量、污染物类型、企业处理能力、处理成本等,分析目前企业面临的处理难题及水务监管的困境,提出相应的解决对策。结果表明:产生量较大的是酸洗废水及清洗废水,分别为6 580 t/d(53%)和4 011 t/d(32.3%),其余均在300 t/d左右。多数企业废水处理能力过剩,远期来看企业产能提升,处理能力余量减小。因此可以通过将小企业废水集中,利用大企业过剩的处理能力治污,降低成本同时产生经济效益,搭建废水运维平台进行协调管控。
相比传统脱氮工艺,厌氧氨氧化(Anammox)以其低耗、高效和环境友好备受青睐,具有广阔的发展前景。基质NO2--N难获取,厌氧氨氧化菌(AAOB)生长缓慢且对环境敏感使反应器难启动和不完全脱氮限制因素阻碍了Anammox的工程应用。针对Anammox脱氮应用的限制因素,分析了短程硝化(PN)和短程反硝化(PD)途径获取NO2--N的调控,解析了反应器快速启动的环境因素、常用的反应器和高活性污泥,并介绍了PN+Anammox,PN+Anammox+反硝化(SNAD)和PD+Anammox三种一体化Anammox工艺的调控策略。
采用两级UASB反应器处理模拟精对苯二甲酸(PTA)废水,考察了反应器性能和微生物群落特征。结果表明,两级UASB反应器对高浓度PTA废水处理性能优异,COD去除率和单位COD的甲烷产率可分别达到92.34%和52.38 mL/g,对PTA废水中特征污染物苯甲酸、对苯二甲酸、对甲基苯甲酸的降解率分别高达100%、97.99%、93.73%;互营菌属(Syntrophus)和杆状脱硫菌属(Desulforhabdus)为两级UASB反应器共同的特征优势菌属;一级UASB反应器内酚降解菌(Diaphorobacter)和水解酸化菌(Raineyella)丰度更高,对污染物降解性能提升效果显著,为二级UASB反应器的稳定运行提供保障。
某重质油炼化企业采用“一级水解酸化+CAST+二级水解酸化+BAF”生化工艺对污水进行“提标”处理。利用所建立的水质综合剖析方法,探明了生化工艺全过程的污染物转化规律,并对各单元处理及数字化应用效果进行了综合评价。研究发现,一级水解酸化去除约30%的污染负荷,但并未发挥预期功能,大部分污染负荷(约60%)是在CAST被去除,二级水解酸化和BAF对污染负荷去除率不足5%。生化工艺主要去除小分子质量低缩合度类化合物,出水中残留低浓度的大分子质量高缩合度类化合物。研究成果可为重质油炼化污水处理场的工艺改进和运行优化提供理论支撑。
采用UASB处理高硫酸盐废水,对不同碳硫比〔m(COD)/m(SO42-)=1、2、3、4.6〕条件下反应体系的处理效能进行评估,并利用神经网络模型分析不同因素对COD去除率和SO42-去除率的影响。结果表明SO42-去除率与m(COD)/m(SO42-)成正比,而COD去除率则与m(COD)/m(SO42-)成反比。当m(COD)/m(SO42-)为4.6时,SO42-平均去除率达98.1%,此时,COD平均去除率仅为32.2%。神经网络模型的影响因素权重分析表明进水pH、COD和m(COD)/m(SO42-)为影响COD去除的主要因素,进水COD、SO42-浓度和m(COD)/m(SO42-)为影响SO42-去除的主要因素。
以改性给水污泥(MS)协同FeCl3调理污泥,考察其对脱水效果的影响。结果表明,MS/FeCl3调理污泥脱水效果较好,体系中引入的阳离子使上清液浊度和溶解性化学需氧量(SCOD)大大降低,有一定的应用前景。以污泥干重(DS)计,在30% MS和60 mg/g FeCl3条件下,污泥比阻(SRF)和毛细吸水时间(CST)分别减少70.8%和60.2%,污泥净产率(YN)增加62.1%;在50% MS和60 mg/g FeCl3条件下,泥饼含水率(Wc)降至64.9%,胞外聚合物(EPS)中多糖和蛋白质分别降低26.0%和37.1%,压缩系数(s)降低46.0%。
用H2O2、KMnO4(Mn)和Mn(CH3COO)2·4H2O(MnC)改性松木生物炭(PW),通过吸附实验和表征探究其对Pb的去除能力和去除机理,并定量分析各种吸附机制的贡献率。PW-H2O2、PW-Mn、PW-MnC对溶液中Pb的吸附量分别是原始生物炭的6、8.5、7.9倍。两种锰改性生物炭比表面积显著提高,其表面形成了MnO2。阳离子交换对吸附的贡献率占PW-Mn、PW-MnC吸附Pb的74.6%、87.5%。表明BC-MnC是一种去除工业废水中重金属Pb的综合性能优异的材料。
工业废水中的喹啉类化合物会严重抑制反硝化细菌的活性,阻碍废水生物脱氮过程。将餐厨发酵液作为碳源,应用于喹啉降解和反硝化脱氮过程。设置乙酸钠(A)和餐厨发酵液(B)两组反应器,在喹啉质量浓度为200 mg/L、COD/NO3--N为7的条件下,A、B两组的出水中未检测出喹啉,COD去除率分别为83.2%±0.4%和87.6%±1.1%,TN去除率分别为90.9%±3.5%和95.8%±1.5%。餐厨发酵液会促进污泥中Trichococcus菌丰度增加,加速喹啉降解,提升系统的脱氮效率。同时,餐厨发酵液会增大污泥粒径,提高污泥沉降性,增加污泥微生物多样性,提升系统运行的稳定性。
采用量子化学计算方法,研究聚天冬氨酸(PASP)分子结构和阻垢缓蚀性能之间的构效关系。结果表明,PASP分子在阻垢性能方面,由于分子中亚胺基上的氮原子和羧基上的氧原子均具有较强的负电性,使得羧基上的氧原子非常容易与晶面上的钙离子发生静电交互作用,且PASP分子中两个氮氧原子的相对间距与方解石晶面上钙离子间距非常相近,这样良好的匹配性显著增强PASP分子与特定晶面之间的吸附力,从而达到对碳酸钙晶体的阻垢效果,静态阻垢实验结论与计算结果完全一致;PASP分子在缓蚀性能方面,通过量化计算得到PASP分子最高占据轨道能量、最低空轨道能量以及最低空轨道能量与最高占据轨道能量的差值,计算结果与机理描述基本相符,实验验证结论与计算结果完全一致。
从某企业生化污泥中筛选并分离出一株耐盐菌株GXNYJ-12,经鉴定为盐单胞菌属(Halomonas sp.)。该菌株可在0~25%盐度下有效降解苯酚,且具有较强耐受S2-毒性的能力,单因素试验显示其最适pH为8,最适温度为30℃。深入研究表明,该菌株可有效降解COD 8 132 mg/L、硫酸盐质量浓度28 000 mg/L、含盐量42 000 mg/L的长链二元酸酸化废水,在氮源投加质量浓度200 mg/L条件下,经96 h好氧生化,其COD可降至500 mg/L以下,满足进入市政等二级污水处理场要求。GC-MS分析显示该菌株能降解二元酸废水中绝大部分有机物,具有良好应用价值。
采用亚硫酸氢钠(NaHSO3)强化Fe2+/过硫酸盐(PS)体系降解铬黑T(EBT)。基于单因素实验结果,以Fe2+浓度、NaHSO3投加量和PS浓度作为考察因素,EBT去除率为响应值,采用Box-Behnken响应曲面法建立二次数学模型,分析各因素及其交互作用对EBT降解的影响。在模型优化条件,即Fe2+浓度0.08 mmol/L、NaHSO3投加量0.90mmol/L、PS浓度1.00 mmol/L条件下,预测EBT去除率为93.7%。验证实验平均结果为92.76%,与预测值偏差为0.94%。
通过悬浮接枝和熔喷纺丝技术制备的PP-g-(AA-MAH)纤维用于吸附水中苯胺,考察pH、苯胺初始浓度、吸附时间等因素对苯胺吸附效果的影响,并探讨纤维吸附苯胺的机理和再生性能。结果表明,pH对PP-g-(AA-MAH)吸附性能影响较大,pH为7时苯胺吸附量最大,90 min时达到48.3 mg/g。纤维在前45 min对苯胺的吸附速率很快,之后增长减缓。随着苯胺初始浓度升高,苯胺吸附量先增大后趋于平缓。纤维对苯胺的吸附符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型。纤维中的羧基通过与苯胺发生氢键作用和静电作用吸附苯胺。此外PP-g-(AA-MAH)纤维有良好的再生性能。
采用间歇式电絮凝装置,以铁铝为复合电极,考察氯化物浓度、电流密度、极板间距以及pH对电絮凝去除地下水中砷、锰、氟三类污染物效果的影响。结果表明,氯化物浓度变化对锰和砷的去除几乎没影响,但浓度过高会阻碍电絮凝除氟过程的进行;反应初期随pH和电流密度增加,目标污染物去除率增大,随极板间距增大,目标污染物去除率减小,反应后期恰恰相反;在最佳运行条件下,即电流密度3 mA/cm2,电解时间25 min,极板间距2.0 cm,初始pH 6.0条件下,砷、锰、氟的去除率分别为99.75%、100.00%、69.84%。
采用“空气吹脱-硅藻土过滤-Fenton氧化”组合工艺对环氧树脂废水进行深度处理,重点考察预处理方式、不同氧化剂及其工艺条件对废水TOC去除效果的影响。结果表明:废水(TOC 3 000~4 000 mg/L)经预处理后,Fenton氧化工艺优选条件为:初始pH为4左右,双氧水1 200~1 300 mmol/L,Fe2+ 12 mmol/L,双氧水和亚铁试剂采用分次滴加法。在此条件下,废水TOC去除率在98%以上,TOC稳定在100 mg/L左右,可作为生产氯气和烧碱的原料,实现了废水资源化利用。
以电厂镁法脱硫废水为例,提出针对工业废水硼污染物的几种处理方法,进行实际排水的处理工艺试验。结果表明,电絮凝法、活性炭吸附法、多羟基化合物络合沉淀法对硼的去除率不够理想,仅有50%左右;选择性离子交换树脂法和钙矾石结晶共沉淀法可将硼的质量浓度降至1 mg/L以下,但选择性离子交换法树脂再生频繁,结晶共沉淀法污泥量大;铁碳微电解法可实现处理出水硼<1 mg/L目标,且污泥量相对较少,具有较好的处理效果和经济性,在实际工程应用中有一定的参考价值。
以隔油池为基础,融入生物接触氧化工艺,设计了一体式隔油-生物滤池装置,用于处理餐饮废水。结果表明,当O区DO为3~4 mg/L,水温为20~28℃,最佳HRT为8 h,此时餐饮废水中的油脂、COD和SS去除率分别达到98.14%、91.57%和93.71%,出水优于《污水排入城镇下水道水质标准》控制项目限值B级即纳管排放标准。除此以外,装置中粗滤室对油脂的去除贡献率占整个系统中油脂总去除率的55.55%,A区对COD的去除贡献率占整个系统中COD总去除率的62.02%,对SS的去除贡献率占整个系统中SS总去除率的50.81%;该装置内填料单位COD污泥产率(以MLSS计)为0.028 g/g,低于传统工艺的污泥产率系数,污泥减量效果显著;该装置还具有脱氮除磷功能,最佳条件下,其对NH3-N、TN和TP的平均去除率分别为80.03%、67.22%和60.87%。
为满足稠油热采蒸汽发生锅炉用水需求,渤海LD21油田建立了以无机超滤膜预处理技术为核心的海水淡化给水系统示范工程。该系统自应用以来,运行稳定,产水电导率0.097 μS/cm、含氧0.006 7 mg/L。通过LD21油田现场试验表明,无机超滤膜预处理技术可有效简化海水淡化预处理工艺,降低热采开发成本。该技术成功应用于四个稠油热采开发项目设计中,累计减少平台面积30%,降低设备质量12%,降低建造成本2.2亿元,与传统水处理工艺相比,降低能耗156 kW·h/m3,节约能耗成本4 160万元/a,节约换膜成本6 500万元/a。该系统的成功应用标志着我国海上首套拥有自主知识产权的海水淡化锅炉给水系统实现工程化应用,为渤海稠油热采规模化开发奠定了技术基础。
基于新疆油田采出水处理现状、水质特性及处理要求,开发出油田采出水一体化处理技术,并获得成功应用。系统运行负荷高、处理效果好、药剂消耗少、占地面积小,出水水质达标。基于此技术的成功应用,为新疆油田采出水处理提供了新思路。
福州某垃圾焚烧发电厂采用预处理/厌氧/外置式MBR/RO工艺处理渗滤液,设计规模为250 m3/d。运行结果表明,系统出水COD、BOD5与NH3-N分别为(47.7±18.5)、(14.6±6.1)、(0.70±0.22) mg/L,满足出水排放限值。分析污染物降解过程发现,COD与BOD5在生物处理系统(厌氧+MBR)中的去除率分别为98.7%与98.6%,MBR中的TN去除率为81.5%。这表明COD与BOD5主要在厌氧池与MBR中去除,大部分TN在MBR系统中脱除。
以苏州某企业不锈钢产品生产废水排放工程为例,介绍了不锈钢产品生产废水的特点,并从工艺特点、设计参数、处理效果及经济效益等方面介绍了以“预处理系统+反渗透系统+MVR蒸发系统”为核心的零排放系统,最终出水水质可达产线用水水质标准。工程建成后,系统运行稳定、出水水质良好,运行成本为12.31元/t,可节省1 609.6万元/a,经济、环境效益明显。
介绍了对混凝沉淀-两级好氧生化处理LAS废水工艺的改造思路,通过严格配制进水盐分和增加Fenton氧化,使得处理水的COD和LAS稳定达到一级排放标准,调试运行结果表明,COD由2 000~2 300 mg/L降至20 mg/L以下,LAS由110~190 mg/L降至0.2 mg/L以下。
通过介绍某小型电镀园区废水处理站运营案例的各类技术参数,为同类废水的处理运营提供相应的借鉴经验。从废水分类收集、间歇处理、污泥干化等方面分析了处理成本降低的可行性。对于废水中处理达标难度较大的污染因子总氮,通过前端控制来水浓度以及与生活污水混合处理的试验,为其稳定达到《电镀水污染物排放标准》(DB 44/1597—2015)提供可参考性探讨。