放射性废水的膜处理技术研究进展

核燃料的生产、核电厂的运行、同位素的生产和使用等过程都会产生着大量的放射性废水,为了保护环境和人类健康,这些废水必须经过安全、经济和有效的处理处置.放射性废水传统的处理方法主要包括过滤法、离子交换法、蒸发法或这几种工艺的组合.近年来,膜分离技术在放射性废水处理中得到了广泛的研究,发达国家已有应用膜分离技术处理放射性废水的实例,而我国规模化应用的实例还很少见.本文首先介绍了放射性废水的来源及组成,分析了各种放射性废水处理方法的优势和不足,包括化学沉淀法、过滤法、离子交换法、蒸发浓缩法、吸附法、生物还原/吸附法和膜分离法等.在此基础上,重点介绍了各种膜分离技术,包括微滤、超滤、纳滤、反渗透、膜蒸馏等在放射性废水处理中研究与应用现状,对已有的文献资料进行了较系统全面的分析、归纳和总结,对各种方法的优缺点及适用范围进行了比较,对膜技术在放射性废水处理中的应用前景及问题进行了讨论.最后,简要介绍了放射性废水处理产生的浓缩产物的最终处理处置,对放射性废水处理技术未来的研究和发展方向给出了建议.     

SBR反应器中全自养硝化颗粒污泥的特性研究

在SBR反应器中接种硝化污泥,研究了污泥颗粒化过程中某些性能的变化,包括沉降性能、胞外聚合物、氧利用速率等.结果表明,当SBR沉淀时间由39min缩短至10min时,污泥SVI由接种时的110mL/g降低至24～42mL/g.EPS(以VSS计)中蛋白质含量由接种时的163mg/g增长到250～270mg/g;而EPS中多糖变化不大,基本在20～30mg/g;硝化颗粒污泥中EPS的蛋白质/多糖的比例基本在9～13左右.反应器中污泥浓度(以VSS计)约2.5g/L,VSS/SS基本保持在85%～90%.在反应器运行初期,污泥中氨氧化菌的活性(SOUR-A)和亚硝酸氧化菌的活性(SOUR-N)不断升高,在第17d,SOUR-A和SOUR-N分别达到259mg/(g·h)和119mg/(g·h);为接种污泥的2.4和5.3倍.当硝化颗粒形成且粒径不断增大后,污泥的SOUR-A和SOUR-N开始降低.污泥中异养菌的活性(SOUR-H)和内源呼吸活性(SOUR-E)在颗粒化过程中都保持在10mg/(g·h).     

酿酒酵母吸附Pb(Ⅱ)的表面特性研究

为深入探讨酿酒酵母吸附Pb（Ⅱ）的微观作用机制,本文利用表面显微分析技术（SEM-EDS、TEM-EDS、AFM）研究了酿酒酵母细胞吸附重金属离子Pb（Ⅱ）前后的细胞表面变化.研究结果表明,酿酒酵母细胞与Pb（Ⅱ）作用后,细胞表面除吸附Pb（Ⅱ）外,同时产生大量更高浓度的含Pb（Ⅱ）沉淀,导致Pb（Ⅱ）从溶液中被去除.酵母与Pb（Ⅱ）反应前,酵母细胞表面可检测到的主要元素包括C、O、N、P、S、K、Mg;酵母与Pb（Ⅱ）作用后,细胞表面始终保持C、O、P吸收峰,而N、K、Mg、S吸收峰随反应条件不同而减弱、消失或增强.P作为细胞表面组分可能与Pb（Ⅱ）结合.酵母与Pb（Ⅱ）作用过程中,重金属离子促进酵母细胞释放细胞内含物.原子力显微镜（AFM）证实,云母片表面对酵母吸附Pb（Ⅱ）后细胞的铺展变形作用明显增大.     

反硝化生物膜对PBS表面形态及化学组分的影响

PBS是一种新型的可生物降解聚合物(BDPs),可以用做反硝化碳源和生物膜载体,去除饮用水源水中的硝酸盐.利用红外光谱和扫描电子显微镜对反硝化生物膜生长前后PBS颗粒表面形态、化学组成的变化进行了分析.结果表明,PBS仅在微生物作用下降解并为反硝化菌提供碳源.PBS颗粒可以在12 h内使进水中53 mg·L^-1的硝态氮降低到10 mg·L^-1以下(我国饮用水水质标准为:NO₃^--N<15 mg·L^-1).红外光谱表明,反硝化微生物附着生长后其PBS在2 925 cm^-1和2 850 cm^-1附近的吸收带以及3 200 cm^-1～3 410 cm^-1处峰值减弱,说明PBS材料中甲基、羟基官能团比例下降,而其它官能团没有发生明显的变化,PBS的主要单体组分淀粉和乙烯都可以被反硝化微生物用作碳源.扫描电子显微镜观察结果表明,反硝化生物膜附着生长后,PBS颗粒表面会出现空洞,扩大了生物膜生物附着生长的表面积,有利于形成致密的反硝化生物膜,对反硝化菌形成保护作用.     

Fe2+浓度对生物产氢动力学的影响

研究了Fe²⁺在0～1 500 mg/L 范围内对混合细菌发酵产氢动力学的影响.结果表明,以葡萄糖为底物,在35℃ 和初始pH为7.0时,当Fe²⁺浓度为0～300 mg/L 时,混合细菌发酵葡萄糖的最大累积产氢量和平均产氢速率都随着Fe²⁺浓度的增加而增加;当Fe²⁺浓度为300 mg/L 时,最大累积产氢量和平均产氢速率最高,分别为302.3 mL和30.0 mL/h .当Fe²⁺浓度为0～350 mg/L 时,比产氢率随着Fe²⁺浓度的增加而增加,当Fe²⁺浓度为350 mg/L 时,最大比产氢率为311.2 mL/g .修正的Logistic模型能很好地描述累积产氢量随时间的变化规律.修正的Han-Levenspiel模型能很好地描述Fe²⁺浓度对平均产氢速率的影响.     

酿酒酵母对Ag+的吸附特性研究

为了深入探讨酿酒酵母吸附贵金属离子Ag⁺的特性,研究了吸附时间、离子浓度、初始pH值、温度对废弃酿酒酵母吸附Ag⁺的影响,并分析了动力学、热力学以及等温吸附特性.结果表明,酵母吸附Ag⁺的过程进行得很快,当Ag⁺初始浓度为1 mmol·L^-1、细胞浓度2 g·L^-1条件下,反应10 min,Ag⁺可以达到平衡吸附量的86%以上.随后在24 h内吸附量缓慢增加,去除率基本维持在51%～55%左右.酵母吸附Ag⁺的过程可以用准一级和准二级动力学方程描述,后者模拟效果更好.酵母吸附Ag⁺的等温吸附过程可以用Langmuir方程描述,但Freundlich方程拟合效果较差.当Ag⁺初始浓度为0～8 mmol·L^-1、酵母浓度2 g·L^-1条件下,酵母吸附Ag⁺的Langmuir理论饱和生物吸附容量为0.385 mmol·g^-1.在pH 2.0～7.2范围内,吸附量随着溶液初始pH值升高而升高.10～40℃范围内,温度对酵母吸附Ag⁺的影响不如pH值的影响显著,特别是在低离子浓度下尤其如此.酵母吸附Ag⁺的较适宜温度为20～30℃.热力学分析表明,酵母吸附Ag⁺具有自发性、熵增特征.     

零价铁（ZVI）去除Cu2+的特性及机制研究

研究了零价铁去除水溶液中铜离子的影响因素及动力学特性,并利用X射线衍射(XRD)分析对反应机制进行了探讨.结果表明,当溶液中Cu2+的浓度为300 mg/L,零价铁的用量为1 g/L时,Cu2+的去除率99%.Cu2+的去除速度很快,且反应前30min零价铁去除Cu2+的过程可以用一级反应动力学方程模拟.零价铁去除Cu2+的机制主要基于氧化还原反应,Cu2+的还原产物主要为Cu和Cu2O.     

利用QSAR模型探讨分类条件下金属离子性质与酵母吸附容量之间的关系

在金属离子分类基础上(按金属离子的软硬性质),以啤酒工业废酵母对10种金属离子(Pb2 ,Ag ,Cr3 ,Cu2 ,Zn2 ,Cd2 ,Co2 ,Sr2 ,Ni2 、or Cs )的Langmuir理论饱和吸附容量qmax为QSAR(Quantitative Structure Activity Relationships)模型的活性参数,以金属离子的22种物理化学性质作为QSAR模型的结构参数,利用QSAR方法建立了分类条件下离子性质与酵母生物吸附容量之间的定量关系.金属的离子性质与吸附容量之间的线性回归分析结果表明,对金属离子进行适当分类可以改善拟合效果对于含有软离子的金属离子,共价指数X2mr是22种变量中预测效果最好的离子性质.离子的X2mr数值越大,离子与细胞的共价结合程度越高,吸附量越大.对于不含软离子的金属离子,极化力Z2/r、第一水解常数|log KOH|和电离势IP是qmax预测中最有价值的3个离子结构参数.(似)极化力的多种表征形式Z/r,Z/r2,Z/AR2,Z/AR也可以用于预测qmax.但考虑了金属离子的价层电子数、离子有效电荷和离子半径的极化力参数Z*2/r,却难以解释酵母吸附金属离子的亲和力顺序.该研究为预测金属离子的生物吸附容量、研究重金属离子-微生物的相互作用提供了新的思路和方法     

核级高效空气过滤器的结构与阻力关系探讨

探讨了核级高效空气过滤器的结构形式与过滤阻力之间的关系.分别采用进口的和国产的过滤材料,制作了一批不同褶间距(2.5～8.2mm)、褶深(33～275 mm)和褶形状的高效空气过滤器,并对其过滤阻力进行了测试,研究了高效空气过滤器的结构与阻力之间的关系.实验结果表明,对于进口过滤材料.当褶深为33 mm、52 mm和73 mm时,过滤阻力最低时相应的褶间距分别为2.7 mm、3.4 mm和4.0 mm;对于国产过滤材料,当褶深为33 mm、52 mm、73 mm、105 mm和245 mm时,过滤阻力最低时,相应的褶间距分别为2.5 mm,3.1 mm、3.7 mm、4.8 mm和5.4 mm.因此,不同的过滤材料.应该有不同的过滤器最佳结构参数.此外,V形过滤材料褶过滤器比矩形过滤材料褶过滤器的阻力低.     

电子束辐照处理废水研究及进展

电子束辐照是一项全新的废水处理技术,是环境工程与核技术应用交叉结合的产物,具有高效（处理时间短）、低碳（不使用药剂）、清洁（不产生二次污染）等独特优势,为难降解工业废水处理提供了新技术.本文总结了作者在电子束辐照处理废水方面的研发历程、主要研究工作及进展.研究了电子束辐照难降解工业废水中特征污染物的特性及作用机理;研制了电子束辐照连续处理废水的辐照反应器,能够快速形成超薄水膜,并揭示了水膜的水流特性及电子束吸收剂量分布规律;针对环境突发事件应急处理要求,发明了车载移动式电子束处理废水一体化装置;针对水处理对加速器的特殊要求,如高束流、环境潮湿、腐蚀等,研制出了废水处理专用电子加速器及成套装备,在国内首次实现了工程应用.目前已建成了10多个电子束辐照废水处理工程,涉及到印染废水、化工废水、制药废水、医疗废水、酿造废水以及垃圾渗滤液、抗生素菌渣等处理.电子束辐照处理废水,不仅为废水处理提供了新的技术手段,也拓展了核技术应用领域.利用辐照技术治理环境污染,正在形成新的环保产业,应用前景广阔.