4-溴苯甲醚水热降解机理研究

利用量子化学方法,研究了4-溴苯甲醚水热脱溴降解反应机理,并在不同温度和添加剂工况下进行4-溴苯甲醚的水热反应实验研究,对模型的可行性进行验证。模拟结果表明:H+亲电取代反应能垒低于OH-亲核反应,反应更易发生;与[Fe(H2O)6]2+相比,[Fe(H2O)6]3+与苯甲醚自由基发生氧化还原反应能垒较低,反应更易发生。实验结果表明:4-溴苯甲醚的水热降解过程是脱溴加氢的过程;水热条件下升高温度,可以较大地提高4-溴苯甲醚的降解率,当反应温度由220℃升高至290℃时,所有工况下4-溴苯甲醚的降解率均提高了30%以上;铁盐(特别是混合铁盐)的加入对4-溴苯甲醚的水热降解具有明显的促进作用,在290℃的工况下,添加混合铁盐时4-溴苯甲醚的降解率从无添加剂时的83.86%提高到了98.25%。实验和模拟均表明添加铁盐时的水热反应速率常数要大于不添加铁盐时的水热反应速率常数。通过实验与模拟计算结果的比较,发现H+亲电取代机理模型可以较好地解释无添加剂时4-溴苯甲醚的水热脱溴机理;水合铁离子氧化还原作用机理模型可以较好的解释铁盐作用下4-溴苯甲醚的水热脱溴机理。     

水热法协同处置不同垃圾焚烧炉飞灰及其机理

生活垃圾焚烧飞灰富含重金属且极易浸出对环境造成污染.通过研究流化床飞灰和炉排炉飞灰的理化特性,将流化床飞灰作为硅铝源,将炉排炉飞灰作为碱激发剂,在无添加剂条件下水热合成水钙铝榴石和雪硅钙石,从而将重金属稳定在晶体中.借助SEM图像分析水热合成机理,以雪硅钙石的晶体结构解释其吸附重金属机理.水热反应后液相中几乎不存在重金属,用重金属浸出率对飞灰浸出毒性进行量化评估,水热反应后的飞灰重金属浸出率相比流化床飞灰均有明显的降低,当水热反应添加的流化床飞灰与炉排炉飞灰的质量比为7：3时,水热后的Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的浸出率最低,浸出率分别为0.073%、0.006%、0.107%、0.006%、0.326%.     

水热改性污泥的水分布特征与脱水性能研究

采用差示扫描量热法（DSC）考察了水热改性污泥束缚水含量及水热改性影响下的污泥固体颗粒对水的束缚强度,分析了水热改性污泥水分布特征与脱水性能变化的关系.结果表明,水热处理将污泥的束缚水含量由3.6　g/g降低至1.0　g/g以下,随着热处理时间的增加束缚水含量降低,在水热处理条件为170℃/90　min时束缚水含量降低至0.592　g/g.水热处理将污泥中大部分的束缚水转变为可被机械力去除的自由水,污泥中自由水、束缚水及固体含量发生变化.泥饼中自由水的含量基本不变,约为10%.对污泥中的水分进行热力学分析发现,污泥脱水泥饼的水分束缚强度约为65　kJ/kg,机械脱水不能再进行.在170℃下进行水热改性污泥压滤脱水的含水率从80%降低至50%左右.     

基于有机物释放和经济性的污泥预处理方法评价

污泥预处理方法包括机械法、化学法和生物法,选择上述方法中具有代表性的超声波20 k Hz、p H 10和厌氧70℃分别预处理污泥,从有机物释放情况和经济性评价不同预处理方法.结果表明,污泥经过预处理后,液相中有机物释放量均增多,但经过p H 10和厌氧70℃预处理后能释放更多的有机物,反应结束时其总溶解性蛋白质和多糖由预处理前的418. 9mg·L~(-1)(以COD计,下同)分别增加到7 516. 0 mg·L~(-1)和7 892. 5 mg·L~(-1),DNA浓度由预处理前的18. 1 mg·L~(-1)依次增加到1 343. 3 mg·L~(-1)和1 766. 1 mg·L~(-1);通过流式细胞术鉴定细胞形态得出预处理结束时污泥细胞死亡率从高到低为61. 6%(p H10)、59. 9%(厌氧70℃)和34. 5%(超声波20 k Hz),相比预处理前分别提高45. 6%、43. 9%和18. 5%;预处理结束时污泥有机物去除率依次为19. 1%(p H 10)、13. 8%(厌氧70℃)和7. 6%(超声波20 k Hz);单位体积污泥经p H 10预处理比超声-20kHz和厌氧70℃分别多节约28. 5%和124. 1%.基于本研究中污泥有机物释放量和经济性,污泥预处理方法宜选择化学法(p H 10).     

不同时间下反应水溶液对麦秆水热碳化的影响

为了研究回收溶液环境下不同停留时间时生物质的水热碳化过程和产物特性,在自动升温高压反应釜中,以麦秆为实验原料,回收220℃和120 min麦秆水热反应溶液作为溶剂,进行反应时间为30~180 min,反应温度为220℃条件下的水热碳化实验研究。研究发现,回收溶液环境中,同纯水环境相同的停留时间条件下,麦秆水热固体产物产率无明显变化,而碳含量则有所增加,芳香化和有序化程度逐渐提高;液体产物中还原糖浓度从90 min时的11.16 g/L下降至180 min时的6.25 g/L,糠醛和5-HMF浓度随停留时间的增加变化幅度较小,回收反应溶液对于改善固体产物碳化程度和固存液体产物中碳是有利的。     

低温短时水热预处理混合及初沉污泥的高温厌氧消化特性研究

以低温短时(90℃、30 min)水热预处理后的混合及初沉污泥为研究对象,分别进行了高温((55±1)℃)厌氧消化连续性试验.研究了该预处理条件下这两类污泥在水力停留时间(HRT)为20 d时的产气量、有机物分解率及物料平衡等,探讨了低温短时水热预处理对提高污泥厌氧消化性能的效果.结果表明:TS约为35 g·L-1的预处理混合污泥与初沉污泥经高温厌氧消化后,投加单位VS的产气量分别为(343.00±9.86)m L·g-1和(365.00±7.61)m L·g-1,VS去除率分别为38.9%和45.8%.COD物料平衡计算结果表明,混合和初沉污泥中分别有33.6%和43.9%的固体有机物被分解转化,生物气中CH4含量均在70%左右.     

钙铝黄长石陶粒改性及处理含锰废水效能

以工业固体废弃物造纸白泥和粉煤灰为原料,通过煅烧制备钙铝黄长石陶粒,再经NaOH溶液水热反应法改性,用于含锰废水的吸附处理。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对改性前后的陶粒进行表征,探讨陶粒水热改性机制。检测不同NaOH溶液浓度以及水热反应温度改性后陶粒的静态吸附除锰效能,并与改性前陶粒对比,确定最佳水热改性条件,并探索改性陶粒吸附除锰机理。结果表明:改性后陶粒的主矿物相仍为钙铝黄长石,但部分Ca元素被活化,生成新物相Ca(OH)₂,提高了陶粒本身碱性,继而使锰去除率显著提高,吸附平衡时间明显缩短。4,3 mol/L的NaOH溶液浓度以及160 ℃的水热温度分别为2种陶粒的最佳改性条件;改性后陶粒除锰可以在10~15 min内达到吸附平衡,锰去除率接近100%。吸附过程中,Mn2+与OH-生成白色Mn(OH)₂沉淀,然后被氧化为黑褐色的MnO(OH)₂,最终被陶粒表面均匀吸附,实现了固体废弃物资源化利用,达到以废治废的目的。     

热水解和超声波预处理对污泥厌氧消化效能的影响研究

针对城市污泥厌氧消化中由于融胞困难所存在的消化速率低、产气量低等问题,采用热水解、超声及热超声组合的方法对污泥进行预处理,预处理后污泥分别经35,41,55℃厌氧消化,考察预处理和温度对厌氧消化产气性能的影响。结果显示:通过增加预处理,可以使污泥厌氧消化产气量提高16.51%~36.98%,并可将55℃温度条件下厌氧消化周期最小缩短至11 d。合理的升高温度和增加预处理可以使污泥的厌氧消化性能得到一定的改善。但在相同预处理条件下,厌氧消化温度由35℃升高到55℃时其厌氧消化效果的改善却并不明显。试验结果可以为城市污泥厌氧消化工艺的选择提供一定的技术支撑。     

高铝粉煤灰脱硅反应工艺优化及机理探讨

为探究高铝粉煤灰脱硅最佳工艺条件及了解其脱硅过程物相转化机理,通过正交试验研究了w(NaOH)(10%~30%)、灰碱比(质量比,取1∶0.3~1∶2.0)、时间(1.0~4.0 h)和温度(90~150 ℃)对脱硅效率及铝硅比(质量比)的影响. 结果表明:w(NaOH)为20%、灰碱比为1∶0.5、反应时间为2.0 h、反应温度为120 ℃是粉煤灰脱硅反应的最佳条件;在最佳条件下铝硅比由原灰的1.23升至2.02以上,脱硅效率达38.6%.反应温度、灰碱比、碱液浓度、时间对脱硅率的影响依次减弱. 通过定量X射线衍射(XRD)分析了脱硅前后物相的变化,当温度高于120 ℃时,有大量方钠石形成,并且方钠石生成量(X)与铝硅比(Y)呈显著负相关,有Y=-0.012 8X+2.03 (R2=0.930,P<0.01). 由扫描电镜(SEM)对粉煤灰脱硅前后的表观形貌变化观察可知,粉煤灰在脱硅过程中非晶态SiO₂部分溶解,从而进一步证实了方钠石的生成是影响脱硅效率的关键因素.      

水热处理高含固污泥的无害化效能和资源属性影响

污水处理厂污泥除含有易腐有机质和营养物质外,还富集了大量的抗生素、抗性基因（ARGs）、病原菌等污染物质.水热处理作为预处理技术,可提高高含固污泥的生物转化率,然而对于高含固污泥的无害化效能和资源属性的影响研究较少.因此,本文考察了不同温度水热处理条件对高含固污泥无害化效能的影响,选取具有代表性的4种氟喹诺酮抗生素（FQs）、ARGs及常见病毒作为无害化的评价指标.结果表明,在160℃和180℃处理60 min的情况下,总FQs去除率分别达到了42.5%和59.5%,而低温条件下FQs的去除效果不明显,表明FQs具有一定的热稳定性.高温处理同样对ARGs的消减效果明显,在180℃水热处理后,ARGs和水平转移因子的消减超过了6个数量级（6 logs）,显著降低了ARGs的传播风险.尽管高含固污泥中可以检出病毒基因如人腺病毒等,但污泥中病毒对水热温度非常敏感,在120℃的水热条件下即可消减病毒基因.除此以外,水热处理可以释放大量的营养物质如多糖、蛋白质、挥发性脂肪酸等,有助于提高和改善后续的微生物转化效率.     

高含固污泥水热预处理中碳、氮、磷、硫转化规律

以城市污水处理厂脱水污泥为对象,探讨其在165℃下经50 min水热预处理的碳、氮、磷、硫转化规律.结果表明,水热预处理可有效水解污泥中有机组分,VSS水解率达43.35%.碳、氮、磷、硫在水热预处理过程中表现出不同的转化规律,蛋白质和碳水化合物的水解率分别为54.36%和65.12%,溶解态有机物的主要组分为溶解态蛋白质(52.18%);不溶态有机氮的水解率54.23%,氨氮占溶解态凯氏氮的22.13%,水解液中的氮主要以有机氮形式存在;总磷水解率为30.52%,磷酸盐占溶解态总磷的79.84%,说明在水热预处理过程中聚磷酸盐在聚磷菌细胞破碎后极易被水解为磷酸盐;总硫水解率为50.03%,硫化物占溶解态总硫的0.50%,而有机硫很难水解为硫化物.通过水热预处理后物质转化及组分分析,旨在为高含固污泥有效处理提供一定的理论参考.     

热处理对剩余污泥中温厌氧消化的影响

在70℃条件下对处理实际生活污水所产生的剩余污泥进行不同时间(0~100min)的热预处理,再通过批量试验研究了不同预处理时间和不同固体停留时间(SRT)(20d和30d)对剩余污泥中温(35℃)厌氧消化的影响.结果表明,在SRT为20d,预处理时间为100min的条件下,厌氧消化后总化学需氧量(TCOD)的平均去除率最高,达到55.76%;预处理时间为100min,SRT分别为20d和30d的条件下,毛细吸水时间(CST)平均值较对照组分别下降了26%和37%;在SRT为20d,预处理时间为60min条件下,甲烷平均产量最高,达到10.83mL/d;经济分析表明经过70℃预处理后,剩余污泥厌氧消化处理费用可以减少50.9~499.5元/吨干污泥.因此,本试验得出热预处理的最佳SRT为20d,最佳预处理时间为60min.     

水热/臭氧预处理促进餐厨垃圾中典型废弃油脂厌氧发酵产甲烷

为了缓解餐厨垃圾中大量未降解油脂包覆微生物,对厌氧发酵产生严重抑制的问题,本文采用水热或臭氧预处理有效降解油脂,预处理进行厌氧发酵.扫描电子显微镜和傅里叶变换-红外光谱分析表明,经过水热或臭氧预处理后,厌氧发酵过程油脂降解程度提高.经过臭氧预处理的火锅废油厌氧发酵甲烷产率提升至（854.20±10.28） mL·g^-1（每克有机质干重所产生的甲烷量,以毫升计,下同）,在第20 d达到产甲烷速率峰值（122.06±3.46） mL·g^-1·d^-1,较之未处理组达到甲烷峰值速率的时间缩短4 d,甲烷产率提升17.4%.总体能量转化效率由未经预处理的64.88%提升到臭氧预处理后的76.18%,说明臭氧或水热预处理可以促进油脂的降解,并且提高产甲烷菌对底物的利用从而提高发酵产甲烷的效率,从而在一定程度上缓解目前工业生产中存在的油脂难以降解以及包裹厌氧微生物的问题.     

水热条件对粉煤灰沸石离子交换性能的影响

沸石的离子交换性能是决定其应用价值的一个重要指标。为衡量粉煤灰沸石的应用性能,本研究主要考察了反应温度、反应时间以及添加剂等水热反应条件对合成粉煤灰沸石产品离子交换性能(CEC,Cation Exchange Capacity)的影响。结果表明,产品的CEC值随着反应温度和反应时间增加而增大,至120℃、6h达到最大。添加剂十六烷基三甲基溴化铵和95%乙醇有效促进了NaP1沸石的结晶过程,均可使产品CEC值提高10%以上。合成NaP1型粉煤灰沸石的最佳水热反应条件为:反应温度120℃,反应时间6h,液固比(mL/g)为8,氢氧化钠浓度为2mol/L,95%乙醇作为添加剂。所得粉煤灰沸石产品CEC值达到最大值198.31cmol/kg。     

温和热处理对低有机质污泥厌氧消化性能的影响

以高浓度低有机质污泥为研究对象,通过改变加热时间研究100℃温和热处理对其有机物溶出以及厌氧消化性能影响.结果表明通过100℃的温和热处理,污泥上清液中的有机物浓度在预处理前30 min内显著增加,30 min以后则趋于平缓.其中SCOD、蛋白质和碳水化合物在100℃热处理30 min时的溶出率分别达到10.5%、11.6%和8.2%.温和热处理不仅可以提高低有机质污泥的产气总量,而且还可以缩短产气高峰的到达时间.经100℃热处理30 min的污泥,在厌氧消化10 d时的沼气产率(以VS计)为136.0 mL·g-1,比空白对照组提高了86.0%;厌氧消化30 d后的VS降解率也由空白时的19.1%增加到33.3%.此外,实验结果还表明,100℃的温和热水解处理对厌氧消化过程中的4种关键酶(蛋白酶、乙酸激酶、磷酸转乙酰酶和辅酶F420)均有不同程度的促进作用.     

粉煤灰催化H_2O_2氧化水中对硝基酚研究

采用粉煤灰做催化剂,研究了在常温常压下对H2O2氧化对硝基酚(PNP)的催化性能.在分析粉煤灰理化性质的基础上,考察了粉煤灰种类,不同预处理方法以及粉煤灰投加量、pH、反应时间、H2O2浓度等因素对PNP去除率的影响.结果表明,比表面积大,未燃炭含量高的粉煤灰催化效果好;经过350℃预处理可以有效提高其催化性能;在pH=2,反应时间为60min,H2O2起始浓度为200mg/L,粉煤灰投加量为60g/L的条件下,热处理粉煤灰对PNP的去除率为62.38%.其中,粉煤灰的比表面积、未燃炭以及活性金属氧化物均是影响其催化活性的重要因素.在催化氧化对硝基苯酚过程中,吸附占有重要作用,为总去除率的65.97%.粉煤灰可以重复使用,随使用次数增加,粉煤灰催化性能提高.第2次、第3次对PNP的去除率分别为82.47%和98.72%,之后的9次实验中去除率均保持在99%左右,在使用12次后催化性能降低.     

添加剂和水洗对焚烧飞灰烧结过程中重金属迁移特性的影响

研究了添加剂（粘土和粉煤灰）、水洗预处理对焚烧飞灰烧结过程重金属（Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni）迁移特性的影响.水洗时间为8、 16、 24 h.烧结实验条件为成型压力3 kN,烧结温度1 100℃,烧结时间4 h.结果表明,在飞灰中粘土添加比例增加到70%时,重金属Cd的固化率从16.96%升高到28.42%,Pb的固化率从10.58%升高到37.02%, Cu的固化率从46.38%上升到55.14%,Zn的固化率从42.14%上升到64.47%,Ni和Cr的固化率总体上呈现下降的趋势.总体上添加粘土对焚烧飞灰烧结过程中重金属的固定效果有限.当粉煤灰在烧结前样品中的比例增加时,Cd的固化率从16.96%下降到4.67%,Cu的固化率从46.86%上升到81.43%.粉煤灰的加入对于Zn和Pb的影响不大,对于Ni和Cr的影响规律也不明显.水洗预处理可以把Cd、Cu和Pb的固化率提高到80%以上.焚烧飞灰烧结体TCLP浸出测试表明,添加粘土和粉煤灰以及水洗预处理后,焚烧飞灰烧结试体的重金属浸出浓度普遍较低.     

水热预处理强化牛粪厌氧消化及其机理

为解决禽畜废物在厌氧条件下产甲烷性差的问题,采用水热法预处理+中温厌氧消化改良法考察了水热法预处理强化牛粪厌氧消化性能的效果,并进一步通过分析预处理前后牛粪化学组分、元素组成和化学结构变化以探究其强化机制.结果表明:一定强度的水热预处理能提高牛粪的厌氧产甲烷性能,过高的预处理强度(R₀)反而抑制了产甲烷率.在水热预处理温度为70℃、时间为4 320 min时(R₀为3.27),牛粪获得最大甲烷产量(以VS计)176.36 mL/g,比未预处理组(145.76 mL/g)提高了21.00%,乙酸浓度提高了65.69%,木质素去除率达到11.50%,可知有机组分的降解和木质素的移除是牛粪厌氧产甲烷性能提高的主要原因.元素分析发现,预处理后牛粪O/C〔w(O)/w(C)〕得到提高,表示糖类化合物增多;同时红外光谱分析结果显示,R₀过大时,木质素中芳环骨架的CC作用会增强,类木质素物质增多,导致牛粪产甲烷性能降低.研究显示,水热预处理能够有效增强畜禽废物的降解能力,促进牛粪产甲烷性能的提升.      

同步脱氮除磷吸附剂的制备工艺及性能表征

采用改性溶液浸泡改性的方法,对粉煤灰沸石进行改性,制备同步脱氮除磷吸附剂。实验结果表明,粉煤灰沸石在改性浓度0.5%,改性pH为10,改性时间24 h,改性固液比1:5的条件下,制得的吸附剂对氨氮、磷的去除率均在90%以上,氨氮吸附平衡时间可缩短至30 min,改性后BET比表面积略有减小(由45.804 m2/g降至43.761 m2/g),改性没有改变粉煤灰沸石的晶型结构,属于表面改性。     

水热-碳酸钠法稳定化医疗废物焚烧炉飞灰中重金属的研究

研究了水热-碳酸钠法对医疗废物焚烧炉飞灰中重金属的稳定化效果及稳定化机制.结果表明,在水热条件下,碳酸钠能有效地降低飞灰中重金属的渗滤毒性,并且飞灰经水热处理后产生的废水中重金属的浓度也较低,避免了二次污染.原始飞灰中7种重金属的渗滤毒性为:Cd1.97mg/L,Cr1.56mg/L,Cu2.56mg/L,Mn17.30mg/L,Ni1.65mg/L,Pb1.56mg/L和Zn189.00mg/L,选择最佳工况对飞灰进行水热处理后(碳酸钠/干灰投加量:5/20,反应时间:8h,液固比:10/1),重金属渗滤毒性大为降低,Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb渗滤浓度均小于0.02mg/L,Zn的渗滤浓度为0.05mg/L,符合国家标准GB5085.3-2007,水热反应后废水重金属浓度均低于0.8mg/L.水热反应后飞灰重金属渗滤毒性和反应产生废水中重金属浓度均随着反应时间的延长而降低.反应时间的延长有利于硅铝酸盐的结晶与老化,使重金属在硅铝酸盐晶体中位置发生迁移,形成重金属稳定性很强的结构.重金属稳定化机制主要是由于硅铝酸盐胶体形成,结晶、老化过程中对重金属离子共沉淀与吸附作用.