催化臭氧氧化技术在深度处理含酚有机废水方面具有操作简单、氧化效率高、二次污染小等优点。然而,其规模化应用依赖于开发高活性和高稳定性的非均相催化剂。介绍了催化臭氧氧化技术中非均相催化臭氧氧化反应机理。从非负载型和负载型催化剂两方面综述了催化臭氧氧化酚类化合物非均相催化剂的研究现状,重点分析了非负载型催化剂、单活性组分负载型催化剂及多组分负载型催化剂的特点及局限性,指出多组分负载型催化剂由于具有显著提升臭氧利用率、降低臭氧投放量,以及性能可优化潜力大等优势,是当前主要研究对象。针对高效催化剂开发,提出了从几何结构和电子结构角度入手,实现催化剂组分、尺寸和缺陷位调控等性能优化策略。最后对用于酚类化合物去除的非均相催化剂的研究进展进行了总结和展望,以期对催化臭氧氧化技术中高效催化剂的开发提供参考。
富营养化导致的蓝藻水华暴发不仅破坏生态环境,而且影响人类正常生活,因而近年来受到了广泛关注。有效控制蓝藻水华的生长是当前亟待解决的重要问题之一,投加杀藻剂是及时控制蓝藻水华的有效方法,目前已有较多研究关注杀藻剂的发展,但鲜有研究从实际应用的角度出发全面总结常见杀藻剂的研究现状。针对铜绿微囊藻这一典型蓝藻,重点介绍了近年来备受关注的几种杀藻剂,主要从杀藻效果、作用机理、对微囊藻毒素的影响以及实际应用潜力等方面进行了综述,以期为实际水体中控制蓝藻水华的杀藻剂选择提供指导。此外,指出了应关注化感物质超过环境本底水平时的风险和非化感物质长期作用的风险,并综合考虑使用效果和安全性,提出了生态友好的杀藻剂应具备的特点以及采用缓释和联用等策略改善现有杀藻剂缺陷的思路。
壳聚糖由于来源广、吸附性能强和可自然降解等优点成为备受关注的天然吸附剂。壳聚糖复合水凝胶(CCH)材料是以壳聚糖为主要原料,通过化学、物理等方法改性后得到的新型复合材料。介绍了化学交联、物理交联以及互穿网络等合成壳聚糖复合水凝胶的主要方法。综述了近年来使用CCH对工业废水中常见染料、重金属离子和其他常见污染物的吸附机理和处理效果,讨论了当前利用CCH在处理工业废水中各种污染物时存在的问题及解决方法。最后对CCH在合成方法、选择性吸附、回收利用和智能改性等方面进行了展望,为深入研究提高CCH材料性能及拓宽其在工业废水处理中的应用范围提供了思路。
医院污水来源及成分复杂,含有病原微生物、药物及其代谢产物、重金属、造影剂及抗性基因等。在国内新冠肺炎疫情反复的特殊时期,医院病人数快速增加,污水中相应的各类治疗药物、消毒药剂、病原微生物等大幅增加,如果不对污水进行有效处理,切断病原微生物和有毒有害物质进入环境的途径,将产生二次污染风险。从医院污水主要成分和特征出发,结合国家和省级相关政策和技术规范要求,分析现阶段国内医院污水处理现状和存在的问题,梳理现有医院污水常规和前沿治理技术,并提出相关对策和建议,以期为我国医院污水治理提供一定技术参考。
厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)是高效低耗的可持续生物脱氮技术,但厌氧氨氧化菌(AnAOB)世代周期长、对环境因子敏感,有机物作为污水中最常见的物质,对ANAMMOX脱氮有较为复杂的影响。综述了有机物类型、有机物浓度对ANAMMOX脱氮性能及对功能微生物的影响并探讨了原因。有机物分子质量越小、结构越简单,对厌氧氨氧化细菌的影响越显著。在低有机物浓度条件下,AnAOB具有利用简单有机物的多样代谢途径。适当的C/N可促进反硝化菌与AnAOB协同共生,在一定程度上促进AnAOB生长。高浓度有机物易导致反硝化菌占优势,与AnAOB竞争基质,甚至会改变AnAOB正常的代谢途径。醇类对AnAOB有较强的不可逆抑制作用,抗生素和酚类的抑制效果往往是可逆的。Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia对有机物具有相对较好的适应性。理解有机物对AnAOB的影响,可为ANAMMOX的工艺设计和工程应用提供重要参考。
活性污泥法是污水生物处理最广泛使用的工艺之一。作为活性污泥法的主要副产物,剩余污泥的高含水率特性容易造成运输困难、资源化利用成本高、热值降低等问题,因此需要对其进行脱水。絮凝法因操作简便、反应速度快、适用范围广、脱水效果好等优点而被广泛应用于污泥脱水。详细阐述了不同絮凝剂的分类、优缺点及相关絮凝机理,系统归纳了各类絮凝剂的制备策略及在污泥脱水中的应用探索,探讨了污泥脱水絮凝剂未来的发展方向,以期为今后絮凝技术在污泥脱水中的应用提供参考。
光催化剂因其具有强氧化性、高化学稳定性、环保、无毒性等优点,广泛应用于污水处理、空气净化、疾病治疗、环境修复等领域。为改善纳米光催化剂的光响应范围,添加石墨烯基系列材料已成为国内外的研究热点。综述了石墨烯基材料与半导体金属氧化物复合光催化剂研究现状,总结了不同制备工艺对石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂形貌结构和光催化性能的影响,对各类制备工艺的优缺点进行了比较,并指出了相关工艺需要克服的关键技术问题,展望了石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂未来发展方向,以期为提高半导体金属氧化物的光催化性能和石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺的优化提供参考。
采用溶剂热法首次合成了新型钇锆双金属有机框架(YZr-MOF)吸附材料,并对其结构和表面性质进行了表征,研究了YZr-MOF对有机膦阻垢剂羟基亚乙基二膦酸(HEDP)的吸附行为和性质。实验结果表明,YZr-MOF呈现出大小均匀的球形颗粒结构,比表面积为912.862 m2/g;在298 K时,YZr-MOF理论最大吸附量为66.293 mg/g(以P计)。吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型,吸附过程为吸热过程,温度升高有利于YZr-MOF吸附HEDP。在吸附实验中,YZr-MOF的最佳质量浓度为0.2 g/L;YZr-MOF在较宽的pH范围内有着良好的稳定性,并且经过6次循环后,仍保持显著的吸附率。结合相关实验和FTIR、XPS的表征结果表明,静电作用和配体交换为主要吸附机理。
磺胺甲
从水稻田土壤中筛选出一株短程反硝化作用明显的菌株D5,结合细菌的形态结构以及16S rDNA序列分析,鉴定为肺炎克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae),并进一步采用单因素实验方法探究了环境因子(碳源种类、C/N和温度)对该菌株脱氮性能的影响。结果表明,多种环境因子均对菌株D5的短程反硝化效果具有较大影响,最佳碳源为柠檬酸钠,最佳C/N为3,最佳温度为25 ℃和30 ℃。结果显示,菌株D5具有优良的短程反硝化性能,通过调控环境条件可以取得最佳的短程反硝化效果。
以黄曲霉A5P1为原料,利用盐酸改性法制成生物吸附剂A5P1acid,用于吸附酸性蓝25(AB25)染料。对A5P1acid吸附的影响因素进行分析,结果表明:染料吸附的最佳吸附剂用量为0.5 g/L,最适pH为2,60 min达到吸附平衡。吸附剂经盐酸改性后,吸附量从137 mg/g提高到182 mg/g,染料去除率提高了32%。通过分析A5P1acid吸附去除AB25的机理,发现吸附过程符合准二级动力学模型,是由化学吸附控制吸附速率;符合Freundlich吸附等温线,吸附属于多层非均相吸附。热力学结果表明吸附过程是一个吸热自发的过程。Zeta电位和FTIR结果表明,吸附是由多种官能团的静电吸附和氢键作用的。吸附剂经过循环吸附-解吸7次仍保留初始吸附量的50.6%。实验研究证明,A5P1acid是一种绿色有效可用于去除阴离子染料的生物吸附质材料。
采用一锅法制备MnO2/MCM-41复合材料,探究其对放射性废水中Sr2+的去除。通过SEM、BET、FT-IR对复合材料进行了表征。探究MnO2和MCM-41的质量比、pH、吸附时间、竞争离子效应等参数对其吸附性能的影响。结果表明,复合材料能迅速吸附水中Sr2+,并在120 min达到吸附平衡,最大吸附容量为85.46 mg/g。MnO2和MCM-41的质量比为4∶1 时复合材料具有最高的吸附容量,在pH为4~9范围内复合材料具有较高的吸附性能,此外复合材料在Na+、K+、Mg2+、Ca2+存在的情况下依然保持良好的吸附容量,抑制吸附能力遵循Na+<K+<Mg2+<Ca2+的排序。吸附动力学分析伪二级模型比伪一级模型更能拟合吸附数据,说明化学吸附在吸附过程中占主导地位。所制备的MnO2/MCM-41新型复合材料用于去除放射性废水中的Sr2+具有吸附迅速、吸附容量大、选择性强、能够大规模制备等优点,这使得其有望在含Sr2+放射性废水处理领域发挥重要作用。
膜曝气生物膜反应器(MABR)有效地将生物膜法技术和膜分离技术结合在一起,在污水脱氮方面潜力巨大。以MABR处理模拟生活污水和豆制品加工废水,着重考察了MABR的稳定性及脱氮性能。结果表明,在HRT=12 h、曝气压力=10 kPa和C/N=5时,MABR对模拟生活污水处理效果最佳,COD、氨氮、TN的平均去除率分别为92.0%、86.5%、83.3%。而在HRT=8 h和曝气压力=10 kPa时,MABR对豆制品加工废水处理效果最佳,COD、氨氮、TN的容积负荷分别为1 320、125.5、184 g/(m3·d),平均去除率分别可达到84.2%、81.5%、79.7%,优于传统生物膜法脱氮。
以铜渣为原料,采用碳热还原法制备了一种Fe-Cu-C三元微电解材料,用于去除选矿废水中的苯甲羟肟酸(BHA)。制备条件试验结果表明,在焙烧温度为1 100 ℃、焙烧时间40 min、无烟煤用量为35%条件下制备的Fe-Cu-C对BHA的去除效果最好。采用XRD、SEM和EDS对Fe-Cu-C进行表征,结果表明该材料呈多孔结构,是一种以Fe-Cu-C合金、Cu-Fe-C合金、游离碳为主要有效成分和以石英为载体的负载型三元微电解材料。反应条件试验结果表明,在溶液温度为28 ℃条件下,2.50 g/L的Fe-Cu-C对pH为 4.0~9.0的50 mg/L的BHA的去除率达86%以上。Pb(NO3)2、Na2CO3对Fe-Cu-C去除BHA影响不大,而Na2SiO3对其有一定的抑制作用。
利用铁泥基催化剂构建类Fenton体系可实现污水厂废弃铁泥的资源化利用。热解温度可调控催化剂表面金属和非金属位点组成,影响其对过氧化氢(H2O2)的活化效果。对不同热解温度(400~700 ℃)下制备的催化剂进行形貌、组成、结构和活性等方面的测试。研究发现,700 ℃下制备的催化剂活化H2O2,在100 min内对亚甲基蓝(MB)降解率达92.0%。当热解温度在400~700 ℃范围内增大时,催化剂比表面积和C含量均增大。机理探究表明,催化剂表面的Fe0、C C/C—C和C O活性位点对活化H2O2发挥重要作用,有利于促进亚甲基蓝降解。此外,铁泥基催化剂/H2O2体系中羟基自由基(·OH)和单线态氧(1O2)是主要活性物种,超氧自由基(O2 ·-)发挥作用较小。
以玉米淀粉(St)为原料,环氧氯丙烷(EPI)为交联剂,甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为接枝单体,两步法合成了接枝交联双重改性淀粉基絮凝剂IStD。测试了投药量、pH、高岭土质量分数、絮凝温度和絮凝时间对IStD絮凝性能的影响。结果表明,当高岭土质量分数为2%,投药质量浓度为14 mg/L,pH=7,絮凝温度为25 ℃,絮凝时间为1 h时,上清液的透光率可达91.7%。通过观察投药前后水体中高岭土颗粒的分散状态,初步探讨了IStD的絮凝机理。结果表明在絮凝过程中,同时存在电中和与吸附架桥作用,以电中和作用为主。当IStD和CPAM复配用于处理生活废水时,透光率和COD去除率都能达到90%以上,具有一定的实用价值。
研究了聚偏氟乙烯(PVDF)膜膜蒸馏处理脱硫废水过程中污染物对膜通量的影响,并确定处理过程中不同时期造成通量变化的先驱污染物和主导污染物。流速对污染物的分布起主导作用。采用三维单相计算流体力学(CFD)方法来评估膜模块系统中的流动状态,并通过SEM、X射线能谱仪(SEM-EDS)、FTIR分析不同污染时期污染物在膜表面水平方向和垂直方向上的分布、组成和结构。研究发现,膜通量的变化主要分为2个阶段:缓慢下降阶段和快速下降阶段,两阶段截然不同的通量变化归因于主导污染物的差异。有机污染物是前期导致通量缓慢下降时的先驱性污染物,矿物结垢是后期通量急速下降的主导因素。有机污染物主要包括腐殖酸和富里酸,在膜蒸馏过程中通过与膜表面的疏水-疏水相互作用首先沉积在膜表面造成通量的缓慢下降;矿物污染物主要是硫酸钙,随着进料液的浓缩,在液体中成核结晶,在膜表面快速生长导致通量的快速降低。
以提高钢渣资源化利用和深度降解有机污染物为研究目标,通过改变氨气煅烧温度制备了系列钢渣/氮掺杂改性活性炭复合材料,并用于催化过硫酸钠处理罗丹明B(RhB)废水。同时采用N2吸附/脱附、XRD、XPS等手段对复合材料的孔结构和表面性质进行了表征。结果表明:氮元素的引入可改善复合材料中活性金属与活性炭之间的相互作用,从而提高复合材料的催化活性。以最优复合材料60%GZ/AC-N800为研究对象,在反应温度为35 ℃、PS加量为2 g/L和宽pH(3~11)操作条件下,反应30 min后罗丹明B(100 mg/L)的去除率可达88.7%~92.2%。动力学分析发现,60%GZ/AC-N800复合材料催化PS降解RhB符合准二级动力学。自由基掩蔽实验发现,该降解过程是自由基途径(SO4 ·-和·OH)和非自由基途径(1O2)共同参与反应的氧化过程。
Cr(Ⅵ)-染料复合污染废水在印染、制革等工业生产活动中普遍存在。基于“以废治废”的理念,利用水体中的Cr(Ⅵ)活化工业废物亚硫酸盐〔Cr(Ⅵ)/S(Ⅳ)体系〕,探究其同步去除罗丹明B(RhB)和Cr(Ⅵ)的可行性,鉴别了反应体系中的活性物种,并考察了Na2SO3和Cr(Ⅵ)的初始浓度、反应溶液初始pH以及溶解氧对RhB和Cr(Ⅵ)降解效果的影响。结果表明:在pHini=3时,1.00 mmol/L Na2SO3和0.15 mmol/L Cr(Ⅵ)在60 min内可去除95.1%的RhB和87.4%的Cr(Ⅵ)。溶解氧参与了反应过程中硫氧自由基的转化,对RhB的降解以及Cr(Ⅵ)的还原发挥着关键作用。猝灭实验和EPR测试结果表明,SO4 ·-、SO5 ·-、·OH和1O2共同参与了Cr(Ⅵ)/S(Ⅳ)体系的反应过程,其中SO4 ·-是主要的活性物种,由SO4 ·-生成的1O2对RhB降解的贡献也不容忽视。通过紫外全波长扫描和GC/MS分析结果推测了RhB可能的降解路径。
采用电子束治污技术对垃圾渗滤液原液及生化MBR产水进行辐照处理,通过对比电子束辐照处理前后渗滤液中污染物分子质量、有机成分的变化,以及可生化性的改善,对辐照技术处理渗滤液的效果进行了考察。研究结果显示,电子束辐照耦合混凝工艺对垃圾渗滤液COD的去除具有较好的效果;电子束辐照在将渗滤液原液中大分子有机污染物(分子质量100 ku以上)破坏的同时,会促进部分较小分子质量有机物(分子质量0.5~1 ku)发生聚合;此外,电子束辐照可有效去除渗滤液生化MBR产水中的大分子腐殖质类物质,促进大分子有机物转化为小分子物质,并提升渗滤液的可生化性。
为实现废水处理中脱氯剂投加的精准自控,通过对硫代硫酸钠脱氯效果的分析,构建了投药量DCM模型,进行模型非线性拟合,建立了污水脱氯投药自控系统。结果表明:水质净化厂进水余氯偏高时,污水中90%的余氯在与硫代硫酸钠反应起初1 min时就可被去除,脱氯效果主要取决于硫代硫酸钠投量;脱氯投药量DCM模型可用 表示;DCM模型曲线和试验数据点相关性较好,拟合相关系数平方值都大于0.99,残差平方和都小于0.000 5,脱氯时间1 min时DCM模型拟合效果最好;基于DCM模型构建以可编程控制器为主体,以余氯在线监测仪为测量元件,以变频隔膜计量泵为执行设备的污水脱氯投药量自控系统,在厂区进水泵站集水井处投药,生物处理单元进水余氯值作为系统是否稳定正常运行的实时反馈。
经除铜预处理后的酞菁铜生产废水含有大量难生物降解的酞菁等含氮有机物,采用传统的“生物处理+深度处理”组合工艺处理该废水时,处理效果不稳定,且出水总氮(TN)难以达标。采用“两级A/O+铁盐耦合沉淀”组合工艺处理该废水,考察其处理效果,并利用荧光光谱、紫外光谱、腐殖质(HS)含量测定探究废水中污染物的去除机理。结果表明,“两级A/O+铁盐耦合沉淀”组合工艺处理酞菁铜生产废水,化学需氧量(COD)、氨氮、TN的去除率分别为96.5%、99.8%、93.2%;两级A/O可有效去除废水中绝大部分污染物,并使出水中HS含量提高,再利用对HS和有机氮具有高效去除作用的铁盐耦合沉淀技术处理两级A/O出水,使最终出水的COD、氨氮、TN分别为29、0.5、23.8 mg/L,实现了出水达标排放。
水垢沉积和金属腐蚀会导致循环冷却水系统传热效率下降和能耗增加,严重影响工业生产的安全稳定运行。以某厂循环水系统的电化学除垢设备为案例,通过分析其处理效果和经济效益,为电化学技术处理循环冷却水的应用推广提供依据。现场所得运行数据表明,该厂所采用的电化学除垢设备能够有效改善水质,防止结垢,控制循环冷却水系统的腐蚀情况。每年减少循环水系统补水量和排污量各4.38×105 t,并显著降低药剂投加量。经济核算显示该电化学系统每年可节省约212.9万元。
采用气浮/铁碳微电解/Fenton+水解酸化+A/O+接触氧化组合工艺处理农药废水,运行实践表明:当工艺废水平均进水COD、NH3-N、甲苯质量浓度分别为7 866、56、53 mg/L时,处理出水平均COD、NH3-N、甲苯质量浓度分别为435、13、0.4 mg/L,平均COD、NH3-N、甲苯去除率分别为94.5%、81%、99.2%,去除效果明显。经过该工艺处理后,排水水质达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)B级标准。该工艺可为类似农药废水项目设计、建设及运行提供参考。
反渗透工艺是目前处理高矿化度矿井水常用的工艺,该工艺浓缩分质后会产生超高矿化度的氯化钠、硫酸钠浓缩盐水。这种浓缩盐水只能蒸发结晶处理后方可排放,传统的蒸发结晶工艺由于能耗非常高限制了其应用。近来年,相对能耗较低的MVR蒸发结晶工艺在国内外得到较多应用。针对煤矿矿井水浓缩的超高矿化度特点,在MVR工艺的基础上对蒸发器进行改良,增设由高温超导材料制成的原液预热器,进一步提高传热效率。改良制造的MVR蒸发器(150 kg/h)应用于陕西小纪汗煤矿超高矿化度浓水的应用试验中,传热面积由2.80 m2提高至4.89 m2,蒸汽消耗量由179.40 kg/h减少到149.85 kg/h,每小时节约30 kg蒸汽,折合标准煤约2.8 kg,节能及碳减排效益显著。
污水厂超负荷下稳定运行一直是研究者关注的热点,高效脱氮除磷是稳定运行过程中的难点。郑州某污水处理厂采用前置预缺氧改良A2/O工艺,处理水量是设计值的1.2~1.8倍,进水BOD5/COD、BOD5/TN、BOD5/TP范围分别为0.19~0.88、1.38~7.21、13.12~89.17,采用多点进水、提高内回流比、精确曝气等运行方式,分析了污水全流程中氮磷的变化。结果表明,当进水均匀分配在预缺氧、厌氧、缺氧工段,内回流比为400%,好氧池DO质量浓度为0.5 mg/L以下时,COD、TN、TP去除率达到90.4%、83%、98.55%,优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A排放标准,部分指标达到《地表水质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类标准。