由新污染物引发的环境健康问题已成为全球的关注热点,医疗机构排放的污水是环境中新污染物的重要来源之一,针对当前重点传染病防控常态化时期医疗污水中新污染物浓度大幅提升、对自然水体及生态环境潜在危害增大等现象,综述了医疗污水中包含的抗生素、内分泌干扰素、潜在新污染物的种类和浓度,探讨了医疗污水中新污染物在环境中的去向、去除率及环境贡献量,进一步阐述了医疗污水中新污染物的单一化合物毒性及综合毒性,指出我国现有医疗机构污水排放标准未针对新污染物进行管控,而传统的污水处理工艺难以实现对新污染物的有效去除,针对医疗污水的规范化处理与深度处理新技术的研发势在必行。
气田采出水的低成本安全高效处置已成为制约我国天然气稳产增产的主要因素,解决气田开发水处置难题对保障国家能源安全具有重要意义。基于对我国陆上四大含油气盆地中主要气田产水现状的梳理,分析了我国气田采出水处置面临的关键挑战,提出了解决气田采出水处置难题的对策建议。研究表明,分布于我国鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、四川盆地以及柴达木盆地的气田多数面临气水同采、产水激增的状况。“双碳”战略目标下,气田采出水面临产水量逐年增加、国家层面回注管理制度与标准规范缺失、地表达标外排成本高且适用地区有限、综合资源化利用尚处起步阶段等关键挑战。需加强气藏整体治水研究,健全国家层面气田采出水回注管理与技术标准体系,推进气田采出水低成本综合资源化利用,拓展气田采出水处置新路径。我国气藏类型多样,地质地貌水文气候条件复杂多变,需因地制宜推进气田采出水的回注处置、达标外排与综合资源化利用,多措并举支撑我国“稳油增气”与“双碳”战略目标实现。
厌氧氨氧化(Anammox)由于具有不需外加碳源、污泥产量少、运行费用低等优势,被认为是一种最为高效、经济的污水生物脱氮新技术。然而,亚硝酸盐(NO2 --N)积累是Anammox发生的必要前提。研究表明:短程硝化存在亚硝酸盐氧化菌活性难以稳定抑制的问题,而异养短程反硝化又存在需要外加碳源、碳排放量大等问题。近年来,硫驱动的短程自养反硝化(SPAD)作为一种NO3 --N还原为NO2 --N的新方法,因其具有不需要投加有机碳源、经济成本低、环境友好等优势而受到广泛关注。基于此,结合大量国内外文献,全面介绍了SPAD的工艺原理、NO2 --N积累影响因素、脱氮过程副产物、关键菌群和功能基因,并系统总结了SPAD处理效能,最后对各种类型SPAD工艺的经济性能进行了比较分析并提出了未来的研究展望。
共价有机框架(Covalent organic frameworks,COFs)是一种由C、H、O、N、B等第一、二周期的轻元素通过可逆的强共价键(C—C、C—O、C—Si、B—O)连接而成的新型多孔材料,具有可调孔径尺寸和多种官能团。近年来,已被用于水处理膜材料的改性制备中。简述了亚胺类COFs材料的制备与应用,着重介绍了亚胺类COFs改性膜在有机染料分离、海水淡化、渗透气化、重金属离子的去除和有机溶剂纳滤的最新应用进展,分析了亚胺类COFs材料在水处理膜中的作用机理。得出COFs改性水处理膜在水处理领域内由于制作成本高、膜孔径不合适、易被污染等问题导致研究较少的结论,解决以上问题是未来研究的重点。
泉州南翼国家高新区作为一个刚成立不久的新区,水环境治理工作是其建设中必不可少的一部分内容。通过调查泉州南翼国家高新区水环境现况发现水体黑臭现象较多,水环境污染治理迫在眉睫。对水环境污染成因进行分析,发现原因主要有5个方面:城镇化进程的加剧、农业化学品的滥用、畜禽养殖废水的排放、工业园区的大规模增加和水生态系统的脆弱性。依据水污染的成因提出5条水污染治理策略,分别为:雨污管网的完善、污水处理厂的升级改造、减少水环境污染的治理方式、水生态修复与调水、共同参与防止水体污染。上述举措的实施将有利于推进泉州南翼国家高新区的水生态建设与可持续发展。
随着抗生素的广泛应用,含抗生素类废水的处理问题已然迫在眉睫。微藻技术已被证实具有降解抗生素污染物的潜力,现已被行业学者广泛研究。微藻作为混合营养型生物,可以通过吸收CO2和营养物质来合成糖类、蛋白质和脂质等化合物,现已被证实具有降解污染物的潜力。综述了利用微藻处理含抗生素废水的传统方法和新型方法、多种方法协同处理的效果及其优劣势。探讨了处理后微藻的生物质合成情况、抗生素的降解机制并比较了这些机制的贡献。最后总结了目前利用微藻处理含抗生素类废水的不足并且阐明了后续需重点关注的研究方向,以期为日后微藻处理抗生素进一步规模化发展和资源化利用打下基础。
研究了低成本、高处理要求下污水处理厂的低碳运行调控策略,以南方某污水处理厂为例,分析了影响除磷效率原因,发现主要的影响因素包括污泥龄、污泥浓度、溶解氧、回流比、药剂投加位置等,并根据不同季节的进水特征,制定了优化的运行参数,如污泥浓度、气水比、溶解氧水平等。通过实施低碳运行调控策略,该厂的出水水质仍可达到排放要求,且呈现稳中有降的趋势,同时,除磷药耗减少了约41%,吨水电耗下降了26.5%,碳排放间接减排0.18 kg/t(以CO2,eq计),同步实现了节能降耗与清洁生产的目标。
臭氧氧化技术存在气液传质效率低、臭氧利用率不高等问题,改进臭氧的曝气条件是强化臭氧传质效率的重要方法。进行了陶瓷膜臭氧曝气的试验研究,表征了陶瓷膜的微孔性与形态结构,探究了不同操作条件对臭氧传质效率的影响。结果表明:臭氧传质系数随进气流量、气相臭氧质量浓度的增加先增大后减小,最佳条件:进气流量为0.4 L/min,气相臭氧质量浓度为28 mg/L。陶瓷膜表面疏水改性可以提升臭氧传质效率,臭氧溶解度及传质效率随膜孔径的减小而增大,随着曝气压力从0.1 MPa提高到0.5 MPa,臭氧传质效率先增大后减小,最佳的曝气压力约为0.3 MPa,并基于杨氏方程分析了陶瓷膜加压曝气强化臭氧传质的机理。
将制药、印染、造纸废水生化处理系统的剩余污泥在厌氧条件下热解制备成生物炭,探究有毒气体的排放情况,表征多种污泥炭的理化性质,重点研究其对行业废水的深度处理行为以及对水体生物的毒性作用。结果表明,污泥炭产率为53%~71%,随着热解温度的升高,CO2排放量降低,但CO、CH4、H2排放量有所上升。污泥炭C含量相对较低,含有Fe、Mn、Cr、Pb等重金属,其中每kg印染污泥炭的Fe质量为5 540 mg。与低温、中温污泥炭相比,高温污泥炭对二沉池出水的处理效果最佳,反应24 h后,0.5 g/L的制药污泥炭可去除88.5%的硫化物,但不能脱色;印染污泥炭处理可使废水COD浓度达标,对苯胺类的去除效果较差;造纸污泥炭对废水中COD、TN、色度均有去除作用。污泥炭去除污染物的同时会从自身释放少量金属离子;低投加量的污泥炭对水体生物的生长并不具有显著的影响,然而当污泥炭投加量增至2.0 g/L时,大肠埃希菌的菌落数降低5.3%~11.2%,小球藻生长抑制率为9.1%~12.3%。
采用一锅水热法制备了片层花簇状Bi2MoO6/Bi2WO6复合物,并以其为载体,将Ag3PO4通过原位生长的方式沉积在其表面,设计出一种新型的Bi2MoO6/Bi2WO6/Ag3PO4复合双Z-scheme型结构的光催化剂,考察了复合催化剂在可见光下降解罗丹明B(RhB)的催化活性。研究表明,当Ag3PO4在复合物中的质量分数为5%时,复合催化剂在可见光下具有最佳的光催化活性,在120 min内对RhB的降解率高达99.15%。Bi2MoO6、Bi2WO6和Ag3PO4三者的协同作用有效提高了对可见光的吸收能力,所构建的双Z型异质结可改变光生电子的传输路径,进而促使光生电子空穴的分离,从而获得显著的光催化活性。根据捕获实验和能带理论分析,提出了一种双Z-scheme型光催化剂的作用机理。
以橘子皮为原料,氯化铁、镍锰铁氧体为磁性介质,制备了氯化铁和镍锰铁氧体改性生物炭(分别记为FBC和MBC),重点考察FBC和MBC介导 Diaphorobacter sp. DFA4耦合体系去除2,4-二氟苯胺(2,4-DFA)和Cu2+的特性。结果表明:在0.5~2.0 g/L FBC/MBC的介导作用下,Diaphorobacter sp. DFA4对2,4-DFA和Cu2+的去除效果明显提升。当2,4-DFA初始质量浓度为100~900 mg/L时,相比纯菌Diaphorobacter sp. DFA4培养体系,FBC和MBC介导耦合体系对2,4-DFA的降解强化倍数分别为2.24~4.04倍和1.96~4.71倍,Cu2+去除率则分别由59.70%~69.95%提升至88.57%~93.20%和82.12%~88.20%。当pH为6.0~8.0时,较纯菌Diaphorobacter sp. DFA4培养体系,MBC、FBC介导耦合体系对2,4-DFA的去除率分别提高了15.35%~36.32%和22.43%~37.42%,对Cu2+的去除率则分别提高了37.63%~42.34%和43.61%~47.83%;当盐度由0提高至4%时,两个耦合体系对2,4-DFA的去除率基本保持在85%及以上,而纯菌Diaphorobacter sp. DFA4培养体系对2,4-DFA的去除率则由77.98%降至55.19%。机理分析发现,耦合体系可诱导分泌更多的腐殖酸,且在偏碱条件下,FBC更有利于促使腐殖酸的分泌。
在光催化降解领域,粉末g-C3N4光催化材料使用后在流体中分离和回收困难,同时也会产生二次污染。在氩气保护下,采用化学气相沉积法在三维碳纤维织物表面沉积g-C3N4纳米片,从而制备了易回收碳纤维/g-C3N4纳米片阵列光催化材料,研究了碳纤维/g-C3N4纳米片阵列的光学、电化学和光电催化性能。结果表明,g-C3N4纳米片可以吸收可见光产生光生电子和空穴,而碳纤维良好的导电性提高了易回收碳纤维/g-C3N4纳米片阵列光催化材料中光生电子/空穴的分离效率。降解240 min,易回收碳纤维/g-C3N4纳米片阵列光催化材料的电催化、光催化和光电催化对2,4-二硝基酚的降解率分别为20.7%、33.5%和99.5%。在光电催化过程中,外加偏电压加速了光生电子向阴极迁移,进一步提高了光生电子/空穴分离效率,使电催化和光催化存在协同效应。将粉末光催化材料与柔性碳纤维织物组合,提供了一种新的光催化材料组装方式,极大降低了粉末光催化材料的分离和回收成本。
为了实现水体中Pb2+的高效电化学去除,采用涂覆法将Fe3O4、粉末活性炭、乙炔黑和聚乙烯醇混合后负载于石墨纸上,制备得到了Fe3O4掺杂改性电极。采用差分柱批式反应器模式进行电化学去除Pb2+实验,考察了电压、温度、运行时间、Pb2+质量浓度对去除Pb2+的影响并评估了电极的重复利用性和稳定性。结果表明,所制备的电极表面孔隙丰富,孔径均匀。电压为1.4 V时,运行150 min后电化学体系对Pb2+的去除率达到了98.73%,延长运行时间可以显著强化Pb2+的去除率。在10~35 ℃的温度范围内,温度升高有利于Pb2+的电化学去除,电化学体系在不同的Pb2+浓度下均有较好的适用性和适应性,随着Pb2+初始浓度的升高,处理单位体积含Pb2+废水的能耗逐渐增加,但去除单位质量Pb2+的能耗反而降低,拟合结果表明Pb2+的去除过程符合准一级动力学。经过8次循环后,电化学体系仍保持原有的Pb2+去除效果。
针对目前生化尾水处理中内分泌干扰毒性(EDCs)深度削减技术较少,常规氯消毒会增加生物毒性、提高运行成本且操作复杂,将生化处理和催化臭氧氧化处理技术结合,提出用于生化尾水EDCs深度削减及安全回用的方法,结合小试试验结果和示范工程,构建“功能菌强化膜生物反应器(MBR)+臭氧催化氧化”工艺用于生化尾水EDCs的深度削减。结果表明,出水中EDCs削减率为84.51%,EDCs平均质量浓度为0.8 ng/L(以雌二醇计),出水满足EDCs安全阈值的要求和生化尾水的安全排放与回用要求,可为今后市政污水的安全排放与回用提供参考。
为了探究废水中硝酸盐氮的资源化协同白洋淀过剩芦苇资源的高值化利用模式,以芦苇秸秆(Reed straw,RS)为原材料制备胺化改性芦苇秸秆(Modified reed straw,MRS),通过吸附-解吸-再生实验、MRS资源化应用实验和SEM、XPS、FT-IR等表征手段,探究了MRS在去除废水中硝酸盐氮及其资源化方面的潜在用途。结果表明,MRS对硝酸盐氮的最大吸附量为8.54 mg/g,其吸附行为符合Freundlich吸附等温模型,吸附过程更符合拟二级吸附动力学模型,经过9次吸附-解吸-再生循环试验后吸附剂的吸附性能没有明显下降,将吸附硝酸盐氮的MRS(MRS-NO3 -)用作肥料对植株生长起到了明显的促进作用,实验土壤的pH无变化。综上,MRS是一种低成本高效无害的硝酸盐吸附剂,通过吸附-解吸-再生-资源化技术路线初步实现了废水中硝酸盐氮的资源化协同白洋淀过剩芦苇资源的高值化利用模式。
工业废水中的有机配体和重金属离子结合形成络合态重金属,络合态重金属的排放会导致严重的环境及人体健康问题。采用热解炭化法将医药固体废弃物——泰妙菌素废盐制备成废盐活性炭(WSAC)并用于去除模拟废水中的EDTA-Pb(Ⅱ),利用SEM、BET表征WSAC的性质;基于静态吸附试验研究了溶液初始pH、共存离子对WSAC吸附EDTA-Pb(Ⅱ)行为的影响;通过吸附动力学、等温线拟合,利用FTIR、TOC、Zeta电位等表征探究其吸附机理。结果表明:WSAC对EDTA-Pb(Ⅱ)的吸附过程符合伪一级动力学和Langmuir模型,吸附速率受物理过程主导且为单分子层均相吸附;随着pH的升高,WSAC对EDTA-Pb(Ⅱ)的吸附效果降低;共存阴离子的加入会与EDTA-Pb(Ⅱ)竞争吸附位点,对吸附起抑制作用;WSAC对EDTA-Pb(Ⅱ)的吸附机制主要为孔隙填充和静电吸附的协同作用。将WSAC用于吸附工业废水中的EDTA-Pb(Ⅱ),为泰妙菌素废盐的资源化利用提供一种途径,也为工业废水中EDTA-Pb(Ⅱ)的去除提供新方法。
以沸石、粉煤灰和煤气化渣为原材料,制备一种低成本、高效的新型除磷填料,对其吸附性能以及再生能力进行探究,并对填料吸附磷前后的微观形貌、元素组成以及晶体结构等变化进行分析。研究结果表明,填料主要组成为O、Si、Ca、Al、Fe、Mg,其中Ca元素质量分数最高;吸附后填料表面变得光滑平整,EDS和XRD分析表明Ca元素在吸附过程中发挥重要作用;在磷质量浓度为50 mg/L、吸附剂投加量为14 g/L的条件下,新型除磷填料对磷的去除率达到了80%,吸附性能相较于原材料明显提高;在pH=1和pH=13的条件下,填料对磷的释放率分别为142.39%和83.26%,酸性条件的解吸效果明显优于碱性条件,表明强酸/强碱有利于磷从填料中释放出来;再生能力实验研究显示,经过4次再生后,酸性再生后的填料对磷的去除率明显低于碱性再生;在实际应用中碱性再生1~2次时,填料对磷的去除率在60%以上,具有较高的再生回用可能性。
通过中试规模试验研究验证在离子型稀土矿山废水处理中,短程反硝化(Part denitrification,PD)为厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)提供底物NO2 -的可能性。结果表明:接种城市污水处理厂剩余污泥,以实际矿山废水为进水,调控碳氮比(COD/N)降至2.1并采用实时COD/N控制策略可以保证PD反应器的启动和长期稳定运行,亚硝酸盐积累率(Nitrite accumulation ratio,NAR)保持在(58±7.32)%;微生物群落演变表明PD的主要贡献者Thauera菌属的相对丰度由初始的4.39%增至最终的17.58%;SEM-EDS显示Ca2+与微生物分泌的胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)结合,使污泥拥有良好的持留能力。为短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)技术在大规模离子型稀土矿山尾水处理工程中的应用提供重要参考。
竖流沉淀依靠絮体自然沉淀和悬浮区拥挤沉淀实现固液分离,适度絮凝能充分发挥二者的协同作用,降低药剂投加量,提高沉淀效果。为了明确悬浮区的作用,开展了连续流竖流沉淀试验,考察测试不同工况下絮体的形态、悬浮区状态、沉淀效果等变化规律,重点分析了轻度絮凝、中度絮凝和重度絮凝3个典型的工况。结果表明:轻度絮凝的絮体自然沉降效能和悬浮区拦截效果均不佳;重度絮凝虽然絮体自然沉降效果好,但是悬浮区拦截效果较差;只有中度絮凝可以较好地平衡絮体自然沉降和悬浮区拦截的协同作用,沉淀效果最好,对应的絮体分型维数为1.83,密度为1.391 g/cm3,悬浮区高度为2.2 m左右。
以沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)为模板,采用水热法合成了具有多孔结构和大比表面积的Ni/Co水滑石催化剂,表征分析了催化剂的物化性质,并以磺胺甲
为减少废弃茶叶对环境的污染以及增加其高附加值,以废弃茶叶为碳源,采用化学活化法制备出茶叶基多孔炭。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和氮气等温吸附对所得多孔炭进行表征,研究了其对甲基橙(MO)废水的吸附性能并分析了多孔炭对MO的等温吸附模型和动力学模型。结果表明,制备出的茶叶基多孔炭具有丰富的孔隙结构,其中NaOH作为活化剂制备的多孔炭HPC-NaOH比表面积达到3 026 m2/g,其中微孔面积为2 811 m2/g,总孔体积为1.54 m3/g。当MO初始质量浓度为200 mg/L,HPC-NaOH投加量为1.5 g/L时,HPC-NaOH的最大吸附量为1 264.66 mg/g,MO去除率高达94.85%。多孔炭HPC-NaOH对MO的吸附过程符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型,表明吸附过程属于单分子化学吸附类型。
南疆地区的土壤表层含盐量大,漫灌用水引起盐分溶解,污染地表水,研究降解高盐废水脱氮除磷的技术尤为重要。在高径比(R H/D)为7.5的序批式间歇反应器(SBR)内接种活性污泥,以合成废水(含0.25 mg/L Ni2+)为进水,分析污泥颗粒化过程中的污泥形态、污染物去除性能、微生物群落的变化,以及盐度胁迫下颗粒污泥去除高盐废水中污染物的能力。结果表明,成熟的颗粒污泥呈黄色多元状,平均粒径为357 μm,对废水中COD、TP和NH4 +-N的平均去除率分别为95%、91.27%和94.5%,优势菌属为动胶菌属(Zoogloea)、黄杆菌属(Flavobacterium)和Unclassified_f_Comamonadaceae,进水水质会改变微生物的相对丰度,而对菌群结构无明显影响;NaCl投加量为15 g/L时,COD、TP和NH4 +-N去除率分别为86.7%、67.2%和62.6%,污泥保持良好的除碳能力,NaCl投加量超过15 g/L时,各指标的去除率均呈下降趋势。投加低浓度的重金属,加速了颗粒污泥的启动,并靶向选择脱氮除磷的微生物,对高盐废水中污染物的处理具有借鉴意义。
通过对渤海某油田污水系统腐蚀区域产物的分析发现,导致腐蚀的主要原因为污水中含有较高浓度的铁离子和酰胺类化学物质等。此油田污水系统产生的腐蚀主要是由大量铁垢导致的垢下腐蚀,也是产生点蚀的关键因素。根据上述情况,在控制措施返排液的同时,通过连续加注高效的铁离子稳定剂和高效除垢剂使油田的腐蚀情况得到了很好的控制。
循环活性污泥技术(CASS)工艺应用广泛但出水氮磷超标风险大,尤其针对以“早中晚排放高峰水质水量差异性大”为典型特征的高校污水,更难达标排放,普遍面临升级改造问题。以某独立学院2 200 m³/d的CASS污水处理站升级为例,仅通过四步原位改造:1)加装旋流推进器强化调节池竖向混合;2)切割连通1~3#CASS预反应池打造成折流厌氧池;3)增加挂膜实现1~2#CASS主反应池好氧生化负荷提升;4)3∶2分隔3#CASS主反应池构建缺氧池与二沉池,成功将CASS升级改造为改良型倒置AAO工艺。同时配套“混凝+纤维过滤”三级处理单元,在仅投资120万元的情况下,有效克服了高校水质波动的影响,极大地提升了工艺脱氮除磷性能,具有较好的经济优势和借鉴意义。
采用低温热泵蒸发-生化-反渗透(RO)组合工艺,对某企业清洗废水进行深度处理后回用。首先通过低温蒸发器去除大部分有机物和盐分,然后利用生化系统去除有机物和氨氮,最后利用RO系统去除剩余的有机物和盐分。运行结果表明,出水水质可满足企业生产工艺用水水质要求,具体水质指标:COD≤10 mg/L,氨氮≤1 mg/L,SS≤1 mg/L,LAS≤1 mg/L,电导率≤60 μS/cm,pH为6~9。该项目实施后,经济效益显著。最后将低温热泵蒸发和其他传统蒸发技术作了经济和技术比较分析。
某电路板企业的生产废水来源于晒版冲洗废水、显影及显影后清洗废水、脱墨后清洗废水、蚀刻清洗废水、前处理清洗废水、中处理清洗废水、有机可焊性保护层(OSP)抗氧化清洗废水等。将生产废水划分为高浓度有机废水、蚀刻清洗废水及一般清洗废水进行单独预处理后,再汇合进行生化处理及深度处理。结果表明,排放废水经处理后,COD≤95 mg/L、BOD5≤22.4 mg/L、NH3-N≤11.3 mg/L、SS≤78 mg/L,稳定达到《电子工艺水污染物排放标准》(GB 39731—2020)间接排放限值和广东省《水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)第二时段二级排放标准的较严者;回用水COD≤27 mg/L、BOD5≤8.14 mg/L、NH3-N≤2.4 mg/L、电导率≤843 μS/cm,稳定达到《城市污水再生利用 工业用水水质》(GB/T 19923—2005)工艺与产品用水标准后回用至蚀刻、脱墨等生产工艺清洗用水,其废水处理直接运行成本为10.54元/t,中水处理成本为2.72元/t。