电絮凝技术作为一种环境友好型水处理工艺,近年来逐渐成为研究热点。在回顾了电絮凝技术的研究历史基础上,论述了强化电絮凝技术在传统电絮凝技术上的改进与发展,综述了国内外在该方向上的净水机理和新观点。重点介绍了强化电絮凝技术在电源技术、电极技术和集成技术上的研究进展,指出了强化电絮凝技术的未来发展方向,以促进该项技术的推广与应用。
氨(NH3)是引起水生生物毒害的主要因素,又是工业生产肥料的重要原料,因此,从废水中回收氨成为了研究重点。相较于传统氨回收工艺,生物电化学系统(BES)在处理废水的同时可回收有用资源,降低了处理成本与能耗,从而受到广泛关注。首先,介绍了BES回收氨的机理,并对其回收性能进行了评价;其次,阐述了BES回收氨过程中影响回收效率的主要因素;最后,讨论了今后可能面临的挑战,以便扩大规模并应用于实践。
随着全球工业化进程的不断加快,高盐工业废水的排放量越来越大,采用电渗析技术将高盐工业废水进行资源化利用已成为一种发展趋势。从工艺优化及耦合工艺开发两个方面对电渗析技术在高盐工业废水资源化利用领域的研究状况进行综述,并对未来电渗析技术研究重点进行展望。
催化超临界水氧化技术是在超临界水氧化技术基础上,借鉴催化湿式氧化技术发展起来的一种高效环保的有机废弃物处理技术,可以提高有机污染物的氧化速率,降低工艺条件,拥有十分广阔的应用前景。综述了近年来催化超临界水氧化技术在处理工业污水中催化剂、反应机理、反应动力学、反应器的研究进展。提出了催化超临界水氧化技术的研究方向,以期为催化超临界水氧化技术处理难降解有机污水的发展提供参考。
无泡式中空纤维膜生物反应器(Membrane⁃aerated biofilm reactor,MABR)有效地将生物膜法污水处理技术和膜分离技术结合在一起,其具有无泡曝气和硝化反硝化一体的优点。回顾了MABR的发展历程,分析了MABR的基本结构和原理,介绍了MABR常用的膜材料及氧传质系数模型,阐述了MABR的影响因素,综述了国内外MABR的研究与应用现状,指出了MABR 需要解决的问题并展望了该技术的未来发展。
电吸附除盐技术是一种正在发展的新型的除盐技术,其中电极材料是制约电吸附性能的关键,也是电吸附技术研究的热点。介绍了电吸附技术原理和4类碳基电极材料的研究进展,对比分析了4类电极材料的优缺点,指出单一电极材料的吸附容量小,不能满足其工业要求,在低成本的条件下对电极材料进行改性处理是今后电吸附电极材料的主要研究方向。
臭氧催化氧化因O3分子的强氧化性和催化协同产生羟基自由基的二次氧化性,使其广泛应用于难降解工业废水处理工艺中。回顾了臭氧催化氧化在工业废水预处理以及深度处理单元中的研究应用,指出了现阶段臭氧催化氧化中存在的臭氧利用率低、生产成本高、金属离子溶出等问题,对提高臭氧利用率、催化剂评价体系和结合反应机理探索不同类型工业废水高效催化剂等三方面提出了展望。
为了更有效地实现工业废水的“零排放”,并且得到满足回用要求的高度净化回用水,研发了电化学紫外光联用耦合膜过滤技术对“零排放”工艺中双膜法当中的超滤或微滤预处理技术进行改良。结果发现,经过该工艺处理后的中水,其COD和UV254相比于单独膜过滤或电化学膜过滤工艺具有更高的去除率,且使用UVC作为电化学紫外光联用耦合膜过滤技术的光源处理废水时,水中COD的去除率相较于使用UVA紫外光光源的去除率更高。通过对不同处理时间三维荧光激发发射光谱图(EEM)的分析发现,被该技术所去除有机物的主要组分为腐殖质类物质以及蛋白质类物质,特别是腐殖质类组分的浓度显著降低。有机物的去除主要是由于电化学和紫外光联用可产生多种强氧化性自由基,从而降解废水中的有机污染物。
采用好氧+厌氧组合人工快渗(OCRI+ACRI)工艺处理印染二级生化出水,考察了运行过程中氮素污染物的迁移转化规律及脱氮效果。结果表明,组合工艺运行28 d后可成功启动部分亚硝化和厌氧氨氧化,稳定运行期间COD、NH4 +-N、TN平均去除率分别为87.2%、99.0%、96.9%,出水浓度均达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287—2012)的直接排放标准。组合CRI工艺共运行180 d,OCRI反应器内主要发生部分亚硝化,其对COD、NH4 +-N、TN的去除率分别为87.3%、60.1%、5.2%。ACRI反应器内主要发生厌氧氨氧化,其对COD、NH4 +-N、TN的去除率分别为12.7%、39.9%、94.8%。
为了使污水处理厂出水中的氮、磷浓度进一步降低,制备出了一种石灰石改性硫磺材料,通过批次实验和生物滤池实验探究其脱氮除磷性能。结果表明,硫磺/石灰石体积比为3∶1的改性材料脱氮除磷效果最佳,发泡可以提高改性材料脱氮除磷性能,改性材料对HRT有较好的适应性。当HRT=1 h,进水NO3 --N、PO4 3--P分别为20、1 mg/L时,生物滤池NO3 --N、PO4 3--P去除率分别高于89%、65%。微生物群落分析显示,生物滤池中硫自养反硝化菌丰度大于79%。
采用两级A/O-海绵填料工艺处理DMF废水,探究一级A/O缺氧池(A1)和二级A/O缺氧池(A2)分段进水比(8∶2、7∶3、6∶4、5∶5)对系统脱氮除碳效能影响。结果表明,两级A/O-海绵填料工艺在不同分段进水比条件下均能实现对COD的高效去除,COD平均去除率均达到95%以上,而系统对TN、NO3 --N和NH4 +-N的去除受分段进水比影响较大。在较高(8∶2和7∶3)分段进水比条件下,系统TN去除率为81.39%~89.03%,此时TN主要以NH4 +-N和NO3 --N形式存在;当分段进水比减小为6∶4时,系统TN去除率达到最优值91.33%,出水NH4 +-N和NO3 --N均明显低于其余进水比工况,分别降至8.04 mg/L和7.06 mg/L。因此通过优化两级A/O-海绵填料工艺分段进水比,可提升高浓度有机氮废水中难降解碳源的利用率与控制氨化反应进程,实现DMF废水有机氮的高效去除。
自制了一种吸附-微滤一体化的装置,用于去除原水中的核素离子铯和锶。吸附剂采用亚铁氰酸盐负载改性的沸石,首先探究了最优改性方式,筛选出了效果最佳的吸附剂应用于吸附-微滤装置,并利用搭载能量色散X射线光谱仪的扫描电子显微镜(SEM-EDX)与X射线衍射仪(XRD)证实了亚铁氰化铜成功负载于人造沸石表面。吸附-微滤装置对铯、锶的去除效果良好,且同时起到了固液分离的作用。铯、锶质量浓度均为5 mg/L时,去除率达98%以上,出水浊度保持在0.15 NTU左右,且运行500 min后通量下降比率较小,具有长期运行潜力。
采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),通过X射线衍射、扫描电镜-能谱、傅里叶红外光谱及X射线光电子能谱对其进行表征。考察了nZVI活化过硫酸盐(PS)降解咖啡因(CAF)的性能。实验结果表明,当PS为5 mmol/L、nZVI投加量为0.2 g/L时,50 mg/L的CAF可在15 min内降解97.6%;溶液初始pH和腐殖酸(HA)对nZVI/PS体系降解CAF无影响;Cl-、SO4 2-、H2PO4 -和NO3 -对CAF的降解呈抑制效果;自由基抑制实验表明体系中存在·OH与SO4 •-,且SO4 •-占主导,nZVI/PS体系可有效降解多种污染物。
以Fe作为阳极,改性碳毡作为阴极,利用折流式反应器对不同类型高浓有机废水进行预处理研究。对电流密度、初始pH、电解质浓度、反应时间等工艺参数进行考察。过氧絮凝预处理的最佳工艺条件:初始pH为7.2,电解质浓度为0.05 mol/L,电流密度为8 mA/cm2,反应时间为90 min,对应的COD去除率为55%。在此条件下进行了264 h的长周期测试以考察反应器和电极的稳定性,结果表明长周期处理过程中COD去除率为(50±5)%。与常规电絮凝和聚合硫酸铁絮凝预处理相比,相同条件下过氧絮凝对高浓有机污水的处理效果最佳,综合处理成本最低。采用过氧絮凝法分别对煤气化废水、垃圾渗沥液反渗透浓水、精细化工废水、高温焦化废水进行预处理,过氧絮凝对不同种类的废水表现出不同的降解效果和能耗水平,COD去除率为23%~55%,每处理1 kg COD的能耗成本为2.2~9.4元。
为获得低成本、高效率的偶氮染料废水处理方法,采用改性活性炭催化过硫酸盐(PS)氧化降解甲基橙染料废水。通过单因素实验分别研究改性活性炭、PS及Fe2+浓度对甲基橙降解的影响,降解过程遵循拟一级动力学模型,反应速率常数为0.075 7~1.717 8 min-1。采用Box-Behnken Design响应面研究各因素及其交互作用对甲基橙降解的影响,各因素贡献排序为:催化剂投加量>PS浓度>Fe2+浓度,最佳反应条件:催化剂投加量为0.73 g/L、PS浓度为2.0 mmol/L、Fe2+浓度为1.08 mol/L。对改性活性炭催化PS氧化降解甲基橙染料废水的机理进行探究,电子顺磁共振波谱实验表明降解体系中存在羟基自由基和硫酸根自由基,自由基猝灭实验表明改性活性炭表面的羟基自由基在甲基橙降解过程中起重要作用。
利用马丁氏培养基从印染厂废水中筛选出具有脱色能力的霉菌,研究所筛选霉菌对26种不同类型活性染料的脱色效果,选取优势脱色菌株,研究其脱色特性;利用紫外-可见、气相质谱对优势脱色菌株脱色前后的培养液进行检测,分析其脱色前后波谱的变化,确定其基本的脱色机理;对优势脱色菌株进行基因测序,结合形态学特征,以确定其种属。结果显示,从印染厂废水中分离出3株霉菌,命名为YR01、YR02、YR03,分别对26种活性染料进行脱色试验,3株霉菌均对虎红、藏青M-GD、曙红B、胭脂红、绿KE-4BD、翠兰KN-G、艳兰X-BR具有明显的脱色效果,其中霉菌YR03对以上7种染料的脱色效果最优,菌株YR03对虎红脱色前后染液的光谱吸收峰变化明显,说明染料分子结构发生了破坏,存在着先吸附后降解的脱色机制,其他均为吸附脱色。对菌株YR03进行形态观察与基因测序,确定为1株黑曲霉菌。
铀尾矿库浸渍水是核工业发展过程中产生铀浓度较高的工业废水,以芦苇-人工湿地(CW)、香蒲-CW、菖蒲-CW为试验组,以无植物-CW为对照组,比较研究了不同植物-CW修复铀尾矿库浸渍水的效果。结果表明,水力停留时间为36 h,经过5次循环后,3个试验组中的植物生长均未受到明显的抑制作用,各级植物-CW出水铀质量浓度均低于50 µg/L,达到国家排放标准(GB 23727—2020),不同植物对铀的修复效果从高到低依次为香蒲>菖蒲>芦苇,3种植物对铀的富集系数(BCF)分别为47.16、44.60、36.68。其中铀尾矿库浸渍水经过香蒲-CW 3次循环处理后,各级CW出水铀质量浓度均低于50 µg/L;经过5次循环处理后,最后一级CW出水的铀质量浓度降低至18.10 µg/L,显著低于其他植物-CW的最后一级的出水铀浓度;其基质固定浸渍水中铀总量达到3.62 mg,显著高于其他处理模式。研究表明,香蒲-CW是一种具有潜在应用前景的修复铀尾矿库浸渍水的方法。
利用三维荧光和高分辨质谱等手段分析某炼油化工企业炼化废水处理厂不同来源污水(炼油废水、酸性废水、化工废水)可溶有机质(DOM)的分子组成。结果表明,炼油废水DOM浓度低且极性化合物以含氧类化合物为主;酸性废水、化工废水DOM浓度较高,检测到高丰度的表面活性剂及其衍生物为主的聚合物类等多氧含硫类化合物。对不同来源废水在水解酸化、生化和臭氧催化氧化单元工艺中的DOM变化规律进行研究,发现分子缩合度较低的化合物及多氧含硫类化合物在水解酸化工艺中能得到有效降解;生化处理后86%的DOM得到降解,其中分子缩合度低,在荧光光谱中显示类酪氨酸类特征的化合物在生化单元中得到有效去除;臭氧催化氧化工艺对类腐殖酸具有良好去除效果。此外研究发现,废水经生化单元处理,其DOM去除效率、荧光基团及极性化合物变化规律不受进水水质影响;类色氨酸类和多氧含硫类化合物等难降解有机物,是影响废水可生化性能及处理达标的关键因素。
炼化污水中难降解污染物的强化去除是水处理的研究热点。考察了高效生物催化技术对炼化污水深度处理的效果。结果表明:高效生物反应器启动一周后可成功挂膜,载体附着高效特种微生物,可有效去除污水中的难降解有机物,出水COD在30 mg/L以下,COD去除率为60%~71%。反应器抗冲击能力强,进水COD约为125 mg/L时,出水COD仍低于30 mg/L,满足《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(GB 18918—2002)A类标准。载体层不易堵塞,反洗频率约3月/次,操作简便,自动化程度高。反应器处理污水耗电量为0.32~0.48 kW·h/m3,电耗成本为0.20~0.29 元/m3,运行成本远低于物化方法,对于高盐、难降解COD污水有很好的适用性。
为了解决臭氧催化剂效率低、易流失等问题,采用焙烧法制备FeO x -CuO x -MnO x /活性炭-蒙脱土臭氧催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等方法对所制备臭氧催化剂进行表征,并将该催化剂应用于臭氧催化氧化深度处理垃圾渗滤液实验。分别考察了臭氧催化剂载体中粉末活性炭与蒙脱土质量比、活性组分Fe2+、Cu2+、Mn2+物质的量比、载体与活性组分的质量比、焙烧温度与时间等因素对催化剂性能的影响。结果表明,当载体组分中粉末活性炭与蒙脱土质量比为1∶1,活性组分Fe2+、Cu2+、Mn2+物质的量比为3∶1∶1,载体与活性组分质量比为4∶1,焙烧温度为600 ℃,焙烧时间为60 min时,所制备臭氧催化剂孔道结构清晰,活性组分Fe2+、Cu2+、Mn2+负载率高且分布均匀;在深度处理垃圾渗滤液时,臭氧催化剂投加量为5 g/L,臭氧投加量为100 mg/L,垃圾渗滤液COD去除率达到67.46%,有较高的催化效率,且臭氧催化剂经过多次重复使用后,催化性能仍保持稳定。
广东东莞某一家造纸企业污水处理系统的生化池出水具有色度高、难降解的特点。采用臭氧催化氧化工艺深度处理该废水,探究了空速、臭氧投加量以及O3、H2O2物质的量比对COD去除率的影响。通过试验优选出空速为7 h-1,臭氧投加量为70 g/t,O3、H2O2物质的量比为0.5时,出水COD满足GB 18918—2002一级A的要求,为臭氧催化氧化在造纸废水中的应用提供技术支撑。
采用发光细菌法对某煤化工企业污水处理厂的进出水进行急性毒性测定。研究结果表明,该化工企业污水处理厂进水15 min和30 min的急性毒性测试结果趋于一致,进水毒性较高,高毒性污水经污水处理厂的A/O+BAF工艺处理后,出水的细菌急性毒性有较大程度降低。分析结果表明,发光细菌抑制率与CODnb/COD存在一定关系:即废污水中不可降解化合物需氧量(CODnb)所占废污水总化学需氧量(COD)的比例高时,细菌毒性实验的发光抑制率也高,即毒性越强。
雄安新区某污水处理厂提标改造工程,要求出水水质由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准提升至《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅳ类水质标准,其中出水TN≤10 mg/L。该工程通过将污水厂原有的悬链式曝气+A2/O工艺改造为BioDopp工艺,最终实现污水厂出水COD、氨氮、TN、TP等各项水质指标达到当地规定的准Ⅳ类水质标准。该工程采用内部改造的方式,不仅节约用地、节省造价,且出水TN稳定<10 mg/L,可为同类型用地紧张污水厂提标改造工程提供方案借鉴。
合成革生产废水具有成分复杂、COD高、色度高、有毒性、难降解的特点。根据废水来源和水质特点,对废水进行分质预处理,碱减量废水、DMF废水首先单独进行预处理,再与染色废水和生活污水混合,统一进入后续处理系统。主工艺采用“絮凝沉淀+A2O+生物接触氧化+终沉淀”的处理工艺。系统出水水质达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287—2012)表2中的间接排放标准,并满足所在工业园区污水处理厂的排水纳管要求。本系统工艺设计合理,处理效果好,抗冲击负荷能力强,工程自投运以来,出水水质及系统运行长期稳定,对同类废水项目具有较好的借鉴意义。
介绍了山东某食品公司高氮磷有机食品废水处理工程实例以及工艺特色,根据废水特点采用“絮凝初沉池+UASB+缺氧池+射流曝气池+絮凝终沉池”作为主处理工艺,主要处理构筑物均采用较长的水力停留时间(HRT)和较低的容积负荷,UASB的HRT为108 h、COD容积负荷为2.05 kg/(m3·d),A/O系统总HRT为62.4 h,初沉池和二沉池均采用较低的表面负荷,分别为0.43 m3/(m2·h)和0.525 m3/(m2·h),引入200 m3/h的原废水作为缺氧池反硝化脱氮的外加补充碳源。工程运行实践表明系统处理效果较好,对COD、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP的总去除率分别为99.5%、99.5%、98.0%、99.4%、93.1%、99.2%,处理出水水质COD、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP分别为48、15、61、1.0、18、0.8 mg/L,满足《山东省南水北调沿线水污染排放标准》(DB 37/599—2006)一般保护区及修改单的要求,处理成本为2.88元/m3。
由于燃煤电厂脱硫废水成分复杂,具有含盐量高、腐蚀性强、易结垢等特点,自从“水污染防治行动计划”颁布以后,脱硫废水零排放已逐渐成为电厂污染物深度治理的必然趋势。燃煤电厂脱硫废水零排放处理采用旁路烟道蒸发处理工艺,其具有占地面积小、投资和运行成本低、运维方便、不产生新的固废等优点,已逐渐成为脱硫废水零排放的主流技术。某2×350 MW燃煤电厂采用旁路烟道喷雾干燥蒸发技术对脱硫废水进行零排放处理,每台机组配置2台2 m3/h双向流体雾化蒸发塔。对该工艺系统进行性能试验研究,结果表明蒸发塔喷水量满足设计要求,入口烟气温度为333~347 ℃,出口烟气温度为152~167 ℃,蒸发1 m3废水抽取高温烟气平均约10 275 Nm3/h。单台机组喷水量为3.1~3.9 m3/h时,蒸发塔入口烟气量占机组总烟气量的3.2%~3.7%,锅炉热效率下降约为0.29%~0.33%,处理吨水发电煤耗增加值为0.27~0.31 g/(kW·h),运行成本为67.56~71.36 元/(m3·h),各项性能指标满足设计要求,实现了脱硫废水高效低成本零排放,系统运行效果良好。
水系统节水优化是一种从系统层面分析水系统节水潜力的方法,借助数学模型可实现节水的量化研究。阐述了一种基于外排水再利用的水系统节水优化模型,并利用Vogel方法实现模型的求解。以火电企业为典型用水案例进行研究,将案例企业用水系统划分为6个子系统(循环冷却水系统、灰渣水系统、化学除盐水系统、脱硫用水系统、生活消防用水系统、其他杂用水系统),在污水排放改造的基础上构建了基于成本最优的节水优化模型并进行了求解。经案例研究发现,优化带来的经济效益最为明显,其次是节水、生态效益。案例企业优化后综合发电耗水、总用水成本、新鲜水取用量降幅分别为10.3%、13.6%、11.2%,对缓解当地水环境污染以及地下水开采压力具有积极意义。