电化学水处理技术研究进展

电化学方法可以通过电子的定向转移与精确调控,强化环境界面过程的速率和效率,其在水处理中体现出非凡的特点和优势,成为破解水危机和水污染的重要技术手段。近10年来,电化学水处理技术发展取得了长足的进步,正在向电极高效、工艺耦合、低碳绿色转变,未来将进一步聚焦功能电极材料设计、高效反应器与组合工艺开发、资源能源的定向转移与回收等重要方向。为深入研究电化学水处理技术机理,进一步探讨电化学方法在实际工程中的广泛应用,在重点关注电化学应用基础研究和前沿技术的基础上,分别对电絮凝、电氧化、电还原、电渗析/反向电渗析和电吸附技术的研究进展进行了回顾,并对电化学水处理技术发展进行了总结和展望。     

铁盐与铝盐对腈纶废水生化出水混凝特性的对比

针对腈纶废水生化单元出水,对比研究了Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3在不同絮凝剂投量和p H时的混凝处理效果,并利用紫外-可见分光光度法(UV-Vis)、三维荧光光谱(EEM)、凝胶渗透色谱(HPSEC)等对混凝特性进行了初步探讨。研究显示,2种混凝剂在投量为63.5 mg/L时可获得30%以上的COD去除率,且最佳p H为中性附近。当投量小于32 mg/L时,Al2(SO4)3较Fe2(SO4)3具有更高的COD去除率,进一步增大混凝剂的投量很难提高Al2(SO4)3对COD的去除率,而Fe2(SO4)3则在有限范围内能持续提高COD去除率。EEM光谱分析显示,与Al2(SO4)3相比,Fe2(SO4)3对有机物具有更广的处理范围和更好的去除效果。HPSEC分析表明,Fe2(SO4)3相对于Al2(SO4)3在去除重均分子量为2 776、1 856和1 325 Da的有机物组分方面具有优势。铁盐或铝盐混凝是深度净化腈纶废水生化单元出水的可行方案之一。     

南水北调对密云水库水位变幅带土壤磷释放量的影响

南水北调来水引起的水位上涨可能会导致密云水库水位变幅带土壤中磷的释放.过量的磷可能会引起水体富营养,因此,研究水库变幅带磷释放风险对密云水库水质安全保障具有科学指导意义.本研究采用连续浸提法测定密云水库变幅带土壤及沉积物中弱吸附态磷(NH_4ClP)、铁磷(BD-P)、铝磷(NaOH-P)及钙磷(HCl-P)等4种不同形态磷含量,探讨其分布特征;并在室内进行了磷释放模拟实验,估算了南水北调来水引起水库水位上升所致的易释放磷的释放量.结果表明,NH_4Cl-P、BD-P、NaOH-P、HCl-P广泛地分布于密云水库变幅带土壤及沉积物中.在白河、内湖及潮河3个库区,磷形态分布具有一致规律,即HCl-PNaOH-PBD-PNH_4Cl-P.因密云水库变幅带为中国典型的北方碱性土壤,变幅带无机磷主要为钙磷.NH_4Cl-P在3个库区变幅带土壤中含量相差不大,在受水动扰动力影响较小的内湖库区BD-P含量略高于其它2个库区.在3个不同库区中,潜在活性磷NH_4Cl-P和较稳定的NaOH-P在岸上和水陆交界面土壤及水下沉积物中含量相差不大,受氧化还原条件影响较大的BD-P在沉积物中的含量略高于岸上和水陆交界面土壤.磷释放模拟实验及释放量估算结果表明,水库水位上涨3 m的情况下,白河、潮河和内湖库区淹没变幅带土壤分别释放1.02、0.80、0.37 mg·m~(-2)易释放磷.白河和内湖库区变幅带被水淹没土壤中磷释放的风险可能更高,需加强防护.     

锰生物氧化的研究进展及在水处理中的应用

自然界中锰氧化物的形成主要是通过微生物作用,而锰的微生物氧化机制较为复杂,除了多铜氧化酶、过氧化物酶外,最近发现微生物生成的超氧化物可能也参与了锰的氧化.微生物生成的生物锰氧化物具有较高的吸附氧化活性,其微观结构和活性会随时间快速变化.比如,锰的生物氧化初级产物具有强的诱导Mn(Ⅱ)氧化的活性,而次级产物则几乎没有.锰的生物氧化过程复杂而又广泛进行着,尤其在含锰水体的处理单元中发挥着重要的净水作用,为了深刻理解生物锰氧化物,对锰氧化细菌和真菌、锰生物氧化机理、生物锰氧化物的吸附氧化特征及潜在的工程应用等当前研究热点问题进行了综述.     

脉冲变频电磁场对水华鱼腥藻生长的效应

对脉冲变频电磁场作用下,扫描频率和磁感应强度的变化对水华鱼腥藻细胞活性和生长的影响进行了研究。结果显示,扫描频率从25-27 Hz增大到1-60 kHz时,磁场对藻细胞活性的抑制作用减小,但增大到60 kHz以上,磁场对藻细胞产生强烈抑制作用,累积水力停留时间4 min的藻样在48 h培养时间内已失去活性停止生长。扫描频率为50-100 Hz和1-60 kHz时,累积水力停留时间2 min的藻样,细胞受到磁场刺激生长加快;只有累积水力停留时间〉6 min,才表现出对藻活性的抑制作用。磁感应强度增大至120 G,磁场对细胞活性产生明显抑制作用,增大磁感应强度有利于对细胞活性和生长的抑制。     

Al13形态在混凝中的作用机制

从铝的水解形态转化角度考察了铝盐在高碱度和高有机物浓度水体中的混凝行为.结果表明,铝盐的混凝效能是与混凝过程中的Al₁₃含量成正比.高投药量时氯化铝(AlCl₃)既可以有效调节水体pH值又能在混凝过程中原位水解产生较多的Al₁₃形态,因而混凝效能要高于聚合氯化铝(PACl).在铝盐混凝中,调节pH值到6～7之间可以控制铝形态分布从而达到提高混凝效能和减少残留铝的目的.在调节pH值强化混凝的方法中使用传统铝盐的效果要好于无机高分子絮凝剂.     

醋酸纤维素吸附剂的制备及其性能表征

研究开发了1种球形醋酸纤维素吸附剂,对其制备方法、形态结构及其对水中4种有机氯农药的吸附性能进行了研究.扫描电镜结果表明,所制备醋酸纤维素吸附剂的外表面是一层致密的醋酸纤维素膜,内部为网状结构;对水中狄氏剂、艾氏剂、异狄氏剂、七氯4种有机氯农药有较强的吸附能力,12h后去除率均达到85%以上;并且对正辛醇-水分配系数(lgK_ow)较大的有机物具有更快的吸附速度,对七氯、艾氏剂的去除率在0·5h后可达99%.说明该吸附剂对水中亲脂性的有机物具有较高的吸附效能.     

磁性吸附材料CuFe2O4吸附砷的性能

根据Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)都对砷有较强的亲和性,制备了同时含有Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的、可用磁分离方法进行分离回收的磁性吸附材料CuFe₂O₄,并对其进行了表征及吸附砷的性能研究.结果表明,该吸附剂对砷的吸附能力与溶液pH有关,在弱酸性及中性条件下,吸附砷的能力最强,而对As(V)的吸附能力比对As(Ⅲ)更强些,在平衡浓度为10μg/L时,其吸附容量可达10mg/g左右,可以很容易地将水中浓度为1～20mg/L的As(V)降到10μg/L以下.实验考察了几种无机阴离子对吸附砷的影响,表明较高浓度(砷浓度的20倍)的硫酸盐对As(Ⅲ)和As(V)的吸附均有一定影响,盐酸盐及磷酸盐则影响不明显;负载的As(V)可较容易地用0.1mol/L NaOH洗脱下来,使吸附剂再生,而As(Ⅲ)则难以洗脱,这与2种价态砷的吸附机理不同有关.     

脉冲变频电磁场对水中藻类的抑制及去除效能

研究了脉冲变频电磁场对水华鱼腥藻的抑制及去除效果.结果显示,磁场对循环水样表现出很好的杀藻效果,水样在磁场中累积停留时间为6min时,杀藻率可以达到94%,累积停留时间为10min时,杀藻率可以达到96%.处理后的水样,藻细胞密度在120h内没有增加,生长受到抑制,经磁场处理的循环水样"磁记忆"时间可以达到120h.对于静置于磁场中的水样,处理1h后,藻的生长开始受到抑制.不同的处理方式会产生不同的效果,对于脉冲变频磁场,水以运动的形式通过磁场更有利于杀藻.     

高铁-光催化氧化协同去除藻毒素的研究

研究了高铁-光催化氧化体系去除水中藻毒素的效能.结果表明,通过投加10mg/L的高铁到光催化体系中,由于高铁的强氧化性及其还原产物可作为电子捕获剂的特点,可将光催化效率从63%提高到100%,实现快速完全去除藻毒素的目的.同时对照研究了高铁、光催化、Fe³⁺-光催化、高铁-光催化4种不同反应体系对藻毒素去除的效能.结果显示,单纯的高铁或光催化都可以降解一部分藻毒素,但去除率低,分别为54%和63%,且需大剂量的高铁投加或大大延长光照时间.而在Fe³⁺-光催化、高铁-光催化体系中,只需投加10mg/L的三价铁或高铁,就可以将藻毒素去除率提高到73%和100%,但采用高铁协同光催化体系比三价铁协同光催化体系更有效.也就是说在本体系中,高铁具有十分重要的作用,明显存在着高铁与TiO₂光催化的协同效应.