应用氧化锌改性沸石的城市污水重金属离子去除技术研究

天然沸石具有离子交换能力,但其中含有很多杂质,离子结合性强弱不一,导致交换性能较低,可以通过化学改性来提升沸石的交换性能。对应用氧化锌改性沸石的城市污水重金属离子去除技术进行研究。测试过程中,使用自来水对沸石填料进行反向冲洗,废水经过水泵提升之后,分别进至3个交换柱中,流过沸石填料,流量通过水阀门进行控制,试验每隔0.5 h~1 h进行取样1次,并分别取进水与出水的水样,读取测压管,对水头损失进行计算。     

纳米沸石对土壤Cd形态及大白菜Cd吸收的影响

通过室内培养试验研究了不同镉污染水平(1、5、10和15 mg·kg-1Cd)下,不同施用量(0、5、10和20 g·kg-1)的纳米沸石(NZ)和普通沸石(OZ)对土壤镉形态分配比例(FDC)随时间的变化情况,并通过盆栽试验进一步研究纳米沸石和普通沸石对土壤镉形态和大白菜Cd吸收的影响.室内培养试验表明,施用纳米沸石和普通沸石有效降低了土壤可交换态镉FDC,增加了铁锰氧化态镉FDC,在0~28 d的培养过程中,可交换态镉FDC呈先降后增后趋于平缓最后增加的趋势.培养结束时,沸石处理使可交换态镉FDC从0 d时的72.0%~88.0%降至30.0%~66.4%,各处理土壤镉主要以可交换态存在.盆栽试验表明,施用纳米沸石和普通沸石均显著降低了土壤可交换态镉含量和FDC,增加了碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机态和残渣态镉含量和FDC,以高量纳米沸石处理(20 g·kg-1)对可交换态镉的降低效果最好.土壤可交换态镉FDC与土壤p H呈显著负相关(P0.05),与大白菜地上部和根部镉含量呈极显著正相关(P0.01).施用沸石使1和5 mg·kg-1Cd水平土壤p H分别提高了1.8%~45.5%和6.1%~54.3%,土壤可交换态镉FDC分别降低了16.3%~47.7%和16.2%~46.7%,大白菜各部位镉含量分别降低了1.0%~75.0%和3.8%~53.2%,纳米沸石对土壤和植株镉的降低效果优于普通沸石.中低量(≤10 g·kg-1)的沸石对大白菜生长有明显的促进作用,而高量沸石(20 g·kg-1)则抑制了大白菜的生长.与普通沸石相比,纳米沸石显著提高大白菜生物量的同时,也显著降低了土壤可交换态镉含量和大白菜镉含量及镉积累量.     

天然沸石中离子交换平衡的离子特异性研究

沸石在改良土壤和保护环境等方面有着广泛的应用,研究沸石离子交换中的特异性效应对更好地利用沸石有着重要意义.碱金属离子在天然斜发沸石中的交换平衡时的最大吸附量存在着明显的特异性效应;对于同价的碱金属离子,其交换吸附能力差异随着离子浓度的降低而增大.这种实验现象不能用库仑力、离子体积、水合作用、色散力、经典诱导力以及表面络合等相关理论进行完整解释.分析发现,根本原因来自离子因量子涨落而产生的极化与沸石颗粒表面电荷产生的强电场之间的相互作用,这种相互作用导致了离子间偶极矩差异随着表面电位的升高而增大,进而使离子-表面吸附能差异增大,并出现不同的交换吸附能力.由于沸石表面电荷密度较高,离子体积效应对其在双电层中的分布也起着比较重要的作用,导致碱金属离子在沸石表面的交换平衡结果在高表面电位(绝对值大于0.2 V)下才表现出较大选择性,与低电荷密度表面上的交换平衡结果存在一定差异.     

天然沸石对氨氮的动态去除过程研究

针对天然沸石去除氨氮的动态过程问题,通过动力学实验、等温吸附实验、共存阳离子实验和阳离子交换实验展开研究。结果显示:沸石对NH+4的吸附过程与准二级动力学模型拟合良好,但在反应初期更符合粒子内扩散模型;沸石对NH+4的吸附等温线符合Langmuir方程;共存阳离子与NH+4存在竞争吸附,其中Ca2+和K+的影响最大;阳离子交换是沸石吸附氨氮的主要方式,并且在反应初期存在不等量交换现象。     

天然沸石去除氨氮研究

研究了生物膜、悬浮物对天然沸石去除氨氮的影响及其沸石去除氨氮的主要途径。结果表明，沸石去除氨氮主要是离子交换作用，吸附很小，可忽略不计；由于生物膜对氨氮的同化作用，使得有生物膜的沸石对氨氮的交换容量高于无生物膜，其等温交换曲线换符合Freundlich吸附等温式：y/m=KC^l/n；沸石的吸附容量随着悬浮物浓度增高而降低，2者呈负指数关系；悬浮物对沸石离子交换的影响主要在孔扩散控制阶段，在膜扩散控制阶段影响较小；如果停留时间较短（少于3h)，悬浮物对沸石离子交换的影响不大。     

人工合成P型沸石对NH4^＋交换特性研究

应用由粉煤灰合成的P型沸石研究对NH_4~ 交换的热力学和动力学特性。结果表明,P型沸石阳离子交换总量为264meq/100g,在其整个阳离子组成范围内对进入的NH_4~ 具有高的选择交换性,该交换过程能自发沿着正方向进行,随着温度的增高,其交换能力也增强。Na~ =NH_4~ 交换过程具有较优越的动力学特性,在16℃和32℃时,P型沸石中NH_4~ 自扩散系数分别为7.14×10~(-10)和1.12×10~(-9)cm~2·s~(-1);活化能为20.74kJ·mol~(-1);活化熵分别为-88.26和-88.71J·(mol·°K)~(-1);自由能分别为43.85和45.26kJ·mol~(-1)。     

锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附特性

采用锆对天然沸石进行改性,并研究了锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附特性.结果表明,锆改性沸石对水中磷酸盐和铵均具有很好的吸附能力.锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学过程满足准二级动力学模型.Langmuir、Freundlich和Dubinin–Radushkevich(D–R)等温吸附模型可以很好地描述锆改性沸石对水中磷酸盐的等温吸附行为.Langmuir等温吸附模型可以很好地描述锆改性沸石对水中铵的等温吸附行为.由Langmuir等温吸附模型计算得到锆改性沸石对磷酸盐和铵的最大吸附容量分别达到26.2,7.82 mg/g.热力学参数表明锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附是自发的吸热反应过程.锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力随着pH值的增加而降低.当pH4~8时,锆改性沸石对水中铵的吸附能力较高;当pH低于4或高于8时,对铵的吸附能力下降.水中共存的Cl-、SO42-、HCO3-和NO3-等阴离子对锆改性沸石吸附磷酸盐的影响很小,而共存的SiO32-对磷酸盐的吸附则具有较强的负面影响.水中共存的Ca2+和Mg2+对锆改性沸石吸附铵的影响较小,而共存的K+和Na+对铵的吸附则具有较强的负面影响.锆改性沸石吸附水中磷酸盐的主要机制是阴离子配位体的交换,吸附水中铵的主要机制是与沸石中可交换阳离子的离子交换.     

煤系高岭土制备5A沸石及其吸附性能

CaCl2溶液为离子交换溶液,通过对以徐州煤系高岭土为原料水热制备的4A沸石分子筛进行离子交换来制备5A沸石。采用X-射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FT-IR)及扫描电子显微镜(SEM)等对样品进行分析表征,并通过甲基橙吸附试验研究样品的吸附性能。5A沸石样品结晶度随交换溶液浓度的增加而增加,CaCl2溶液浓度为2.5 mol/L时所得5A沸石样品结晶度最高,颗粒均匀。5A沸石样品常温下具有良好的吸附性能,对甲基橙吸附量最高可比4A沸石提高15.5%,达12.34 mg/g。     

HDTMA改性沸石对三氯生的吸附特性研究

采用固-液吸附法,以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)为改性剂,制备了HDTMA质量与沸石表面阳离子交换容量(ECEC)百分比分别为50％、100％、150％和200％的HDTMA改性沸石(分别标记为S50、S100、S150和S200),并用元素分析、FTIR、XRD、BET和Zeta电位测试对HDTMA改性沸石进行了表征.同时,采用单因素吸附实验系统考察了HDTMA改性沸石吸附三氯生的主要影响因素.结果表明,HDTMA+成功负载并主要分布在沸石的表面,未改变原沸石的晶相结构.改性沸石的比表面积随HDTMA用量的增加而减小,表面正电荷随HDTMA用量的增加而增加.4种不同质量负载比的HDTMA改性沸石对三氯生的吸附均可在2h内达到平衡;原沸石、S50、S100和S150对三氯生的吸附容量均随pH升高而降低,吸附的最佳pH为7.0,而S200在强碱性下吸附容量更大.在pH =7、NaCl离子强度0.001 ～0.5mol·L-内,较高的离子强度有利于三氯生的吸附.吸附等温线和热力学研究表明,HDTMA改性沸石对三氯生的吸附过程放热,吸附机制主要为分配作用,三氯生与改性沸石之间无化学键、配位基交换等强作用力.     

镧改性沸石活性覆盖控制重污染河道底泥溶解性磷酸盐和铵释放研究

通过实验考察了镧改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附性能,并探讨了低溶解氧情况下镧改性沸石覆盖控制底泥溶解性磷酸盐和铵态氮释放的效率.镧改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学过程满足准二级动力学模型.镧改性沸石对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir等温吸附方程加以描述,对水中铵的吸附平衡数据可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温吸附方程加以描述.当pH 7时,镧改性沸石吸附水中磷酸盐的机制包括配位体交换、路易斯酸碱反应和静电吸引,吸附水中铵的机制是阳离子交换.镧改性沸石覆盖不仅可以有效地控制溶解性磷酸盐从底泥向上覆水的释放,而且可以明显降低铵态氮从底泥向上覆水迁移的速率.镧改性沸石覆盖量越多,控制底泥铵态氮释放的效果越好.镧改性沸石覆盖层吸附从底泥中释放出来的溶解性磷酸盐后主要以较为稳定的形态存在,低溶解氧情况下不容易重新释放出来.上述结果表明,镧改性沸石适合作为一种覆盖材料用于控制低溶解氧情况下溶解性磷酸盐和铵态氮从底泥向上覆水的释放.     

钙型天然斜发沸石同步脱氮除磷特性

以钙型天然斜发沸石为试验材料进行废水同步脱氮除磷特性研究,考察反应时间,沸石投加量,pH,温度及废水中的有机物含量对斜发沸石同步去除氨氮和磷的影响. 结果表明:在沸石投加量为250 g/L,pH为7.0～9.0,温度为25 ℃,吸附时间为24 h的条件下,钙型天然斜发沸石对氨氮的去除率达到96%,对磷的去除率接近100%. pH对钙型天然斜发沸石除磷效果影响显著,但对氨氮去除效果影响不大. 当pH由3.0升至5.0时,磷的去除率由54%降低至43%,吸附作用是磷的主导去除机制;当pH由5.0升至8.0时,磷的去除率迅速升高,化学沉淀逐渐成为磷的主导去除机制;pH为8.0以上时,磷的去除率接近100%. 废水有机物对钙型天然斜发沸石去除磷的效果存在差异,其中柠檬酸的加入使磷的去除率降低16%,显著抑制了磷的去除;腐殖酸的加入仅使磷的去除率降低3%,影响甚小. 柠檬酸和腐殖酸的加入对氨氮的去除效果影响均较小(低于3%).      

Advanced regeneration and fixed-bed study of ammonium and potassium removal from anaerobic digested wastewater by natural zeolite

Highly efficient regeneration of natural zeolite was developed in conjunction with the removal of high concentrations of ammonia and potassium from the reverse osmosis effluent of anaerobic-digested wastewater by fixed-bed ion exchange.The elution and uptake behavior of ammonium and potassium in the fixed bed were studied.Both batch desorption tests and on-column regeneration were conducted to develop an optimum regeneration condition compatible with the wastewater requirements.The effectiveness of ammonium elution increased with increasing alkaline concentration.The increase of salt dose significantly enhanced the ammonium maximum in the elution solution.Complete ammonium elution was achieved in 6 bed volumes(BV) when the alkaline and salt concentrations were respectively 0.1 mol/L and 18.6 g/L at a flow rate of 2.5-3.0 BV/hr.Due to the higher affinity of potassium with natural clinoptilolite,complete potassium elution was not achieved in all cases.     

斜发沸石在废水处理中的应用研究进展

天然斜发沸石是一种廉价矿物,经改性后可有效去除废水中氨氮、有机物、重金属离子、砷及放射性物质,并可用作杀菌剂。文章简述了天然斜发沸石的主要改性技术,并着重论述了近年来天然斜发沸石及各种改性斜发沸石在废水处理中的应用研究动态。同时,展望了其应用前景,探讨了目前应用斜发沸石处理废水时仍亟待解决的一些问题。     

沸石吸附氨氮辅助鸟粪石法去除养猪废水营养物质

利用镁盐为沉淀剂,以鸟粪石沉淀的形式去除养猪废水中的氮、磷,同时采用天然斜发沸石吸附法来提高氨氮的去除效果,以及曝气吹脱CO2方式提高溶液的pH值.考察了沸石投加量、镁盐投加量、曝气时间及初始pH等因素对氨氮和磷酸盐去除效果的影响.结果表明,对于原养猪废水(pH=7.51),在沸石投加量为0.5 g/L,Mg/P摩尔比...     

移动床膜生物反应器同步硝化反硝化特性

采用挂膜填料代替传统膜生物反应器(MBR)的活性污泥,构建一种新型的移动床膜生物反应器 (MBMBR),考察其处理模拟生活污水的效果及同步硝化反硝化(SND)特性.结果表明,移动床膜生物反应器运行67 d,对模拟生活污水表现出良好的去除有机物及同步硝化反硝化能力.进水COD浓度为573.5～997.7 mg/L时,膜出水COD去除率为88.3%～99.2%.进水氨氮浓度为45.5～99.2 mg/L时,膜出水氨氮去除率为72.1%～99.8%,总氮去除率为62.0%～96.3%.批式实验结果表明,生物膜去除总氮的最佳溶解氧浓度为1 mg/L,其中氨氮和总氮去除率分别为100%和60%.生物膜系统内可能存在好氧反硝化现象.DO为3 mg/L且有机碳源充足时,生物膜总氮去除率为99.0%,SND率达到99.8%.扫描电镜对生物膜的观察发现生物膜内部存在着明显的孔隙,有利于溶解氧和有机基质从外界向生物膜内部传递.     

高效耐海水型厌氧氨氧化污泥的驯化

针对部分含海水废水生物脱氮效能较低的问题,研究了梯度盐度海水对淡水厌氧氨氧化污泥的驯化过程.考察了不同海水盐度对厌氧氨氧化反应动力学、厌氧氨氧化菌细胞形态和反应器中菌群变化的影响.结果表明,梯度盐度废水可以成功驯化淡水厌氧氨氧化污泥,通过145d的驯化,其总氮去除速率为2.80kgN/(m3·d).在海水盐度由0提高至10‰、20‰和30‰的过程中厌氧氨氧化反应速率经历了升高、降低、再升高的过程,其中,海水盐度20‰在淡水厌氧氨氧化污泥的驯化过程中是一个临界点.驯化后,厌氧氨氧化菌细胞结构更加不规则,并在细胞壁上出现了类菌毛状结构,经16S rDNA PCR扩增测序鉴定该优势厌氧氨氧化菌为“Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis”.驯化前后反应器中细菌菌群也发生改变.     

Anaerobic ammonium oxidation for advanced municipal wastewater treatment: is it feasible?

Anaerobic ammonium oxidation（ANAMMOX） is a recently developed process to treat ammonia-rich wastewater. There were numerous articles about the new technology with focus on the ammonium-rich wastewater treatment, but few on advanced municipal wastewater treatment. The paper studied the anaerobic ammonium oxidation （ANAMMOX） process with a down flow anoxic biofilter for nitrogen removal from secondary clarifier effluent of municipal wastewater with low COD/N ratio. The results showed that ANAMMOX process is applicable to advanced wastewater treatment with normal temperature as well as ammonia-rich high temperature wastewater treatment. The results indicated that ammonia removal rate was improved by raising the nitrite concentration, and the reaction rate reached a climax at 118.4 mgN/L of the nitrite nitrogen concentration. If the concentration exceeds 118.4 mgN/L, the ANAMMOX process was significantly inhibited although the ANAMMOX bacteria still showed a relatively high reactivity. The data also indicated that the ratio of NO2^- -N：NH4 ＊ -N = 1.3：1 in the influent was appropriate for excellent nitrogen removal. The pH increased gradually along the ANAMMOX biofilter reactor. When the ANAMMOX reaction was ended, the pH was tend to calm. The data suggested that the pH could be used as an indicator to describe the course of ANAMMOX reaction.     

碳源循环单级生物脱氮技术研究

开发了一种列管式固定化细胞生物反应器，其特征在于硝化菌和反硝化菌被混合固定于中空的PVA凝胶管的管壁之中，PVA凝胶管平行置于圆柱形筒体内，构成一个类似于列管式换热器的生物脱氮反应器。需要处理的氨氮废水在固定化细胞管的外侧与圆柱形壳体的内侧间流动，而反硝化所需的碳源（乙醇水溶液）则在PVA凝胶管内循环。研究了列管式固定化细胞生物反应器进行单级生物脱氮的可行性和连续运行的效果，并证明了在非纯菌种的固定化细胞单级生物脱氮过程化细胞生物反应器进行单级生物脱氮的可行性和连续运行的效果，并证明了在非纯菌种的固定化细胞单级生物脱氮过程中，存在着NH^ 4→NO^-2→N2的短积生物脱氮。     

新型生物脱氮工艺的研究进展

新型生物脱氮技术已经在国内外展开了广泛的研究和应用,为废水脱氮处理提供了一个实用而节能的新途径。该技术基于氨氮从短程硝化途径转化为氮气的生物反应过程,根据反应条件的不同,主要包括亚硝酸盐存在条件下的高活性氨氮去除反应器 (SHARON);厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX);亚硝酸盐存在的条件下全程自养脱氮过程(CANON);限氧自养硝化反硝化(OLAND)。介绍了国内外对新型工艺运行参数和影响因素(DO,ORP,pH等)的研究状况,以及新型生物脱氮反应器研究成果。     

一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN /△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.