膜蒸馏去除水中砷的研究

采用新型膜蒸馏技术对水中As（III）与As（Ⅴ）的去除展开了研究。实验结果表明，膜蒸馏对水中As (III)及As (Ⅴ)具有较高的去除能力：当产水中砷含量超过10 μg/L时，原水中As (III)与As (Ⅴ)的浓度可分别高达40 mg/L和2 000 mg/L。局部润湿现象的存在导致As (III)及As (Ⅴ)跨膜至产水侧，PVDF微孔膜在溶液中的负电性以及As (III)与 As (Ⅴ)在溶液中存在形式的不同导致膜蒸馏对两者去除能力的差异。360 h连续运行过程中产水通量及电导率稳定，且整个过程中As (III)均低于检测限，说明PVDF微孔膜具有良好的疏水性和稳定的除砷性能。     

微波辅助光催化降解高浓度活性黑

利用改装的家用微波炉、微波无极灯和TiO2催化剂研究了水中高浓度活性黑的光催化降解.系统考察了TiO2投加量、pH、微波无极灯数量对微波辅助光催化处理效果的影响,得出微波辅助光催化的最佳操作条件,并在最佳条件下对活性黑的脱色及矿化效果进行研究.结果表明,TiO2投加量存在最佳值2 g/L,降低pH和增加微波无极灯数量均可提高活性黑的降解率.在TiO2的投加量为2 g/L,pH =3,微波无极灯数量为3的最佳光催化条件下,400 mg/L的活性黑溶液反应180 min时可实现完全脱色,反应300 min时,TOC去除率高达89.1％.     

吸收液对中空纤维膜接触器回收尿液中氨氮的影响

采用中空纤维膜接触器（Hollow Fiber Membrane Contactor, HFMC）回收尿液中的氨氮,系统研究了吸收液类型（H₃PO₄、H₂SO₄和HNO₃）对氨回收效能、水蒸气的跨膜通量和所获液体肥料的影响.结果表明,使用H₂SO₄作为吸收液时氨氮回收效能最优,其次是H₃PO₄和HNO₃.当采用H₂SO₄为吸收液时,氨氮回收率、氨跨膜通量和传质系数分别为84.49%±0.01%、22.92 g·m^-2·h^-1和2.37×10^-6 m·s^-1.HNO₃的挥发性使其从吸收液侧反向跨膜至料液侧,导致氨跨膜传质驱动力变小;此外,NH₃和HNO₃会在膜孔中反应并生成NH₄NO₃气溶胶,增加氨在膜孔中的传质阻力,导致氨氮的回收效能降低.对采用不同吸收液时膜两侧的水的活度差和理论水通量进行了计算,结果表明,随着氨氮的不断跨膜吸收,膜两侧的活度差和水通量逐渐增大,实验结束时水通量分别为7.44×10^-2 kg·m^-2·h^-1（H₃PO₄）、9.06×10^-2 kg·m^-2·h^-1（H₂SO₄）和2.00×10^-2 kg·m^-2·h^-1（HNO₃）.肥料组分分析表明,以H₂SO₄和HNO₃为吸收液可以获得仅含N素的单一液体肥料,以H₃PO₄作吸收液可获得N-P复合肥,（NH₄）₂HPO₄和NH₄H₂PO₄所占的比例分别为88.33%和11.67%.     

北京市典型土著沉水植物对水体中硝酸盐和正磷酸盐的耐受性研究

以北京市3种典型土著沉水植物轮叶黑藻、狐尾藻和金鱼藻为研究对象,构建模拟水生生态系统,研究3种沉水植物对水体中NO₃^-和PO₄^3-的耐受性并确定其耐受范围.同时,对植物体内过氧化氢酶、丙二醛、叶绿素和蛋白质4种指标进行检测.结果表明,轮叶黑藻对NO₃^-具有较强的耐受性,耐受浓度可达8 mg·L^-1,金鱼藻和狐尾藻次之,耐受浓度为3~5 mg·L^-1;狐尾藻对PO₄^3-的耐受性最差,耐受浓度约为0.2 mg·L^-1,轮叶黑藻和金鱼藻的耐受性相当,当PO₄^3-浓度达到0.4 mg·L^-1时开始出现显著胁迫.因此,在本研究的实验条件下,当水体NO₃^-浓度<5 mg·L^-1、PO₄^3-浓度<0.2 mg·L^-1时,建议3种沉水植物同时种植;当NO₃^-浓度>5 mg·L^-1时,建议种植轮叶黑藻;当PO₄^3-浓度为0.2~0.4 mg·L^-1时,建议种植轮叶黑藻和金鱼藻.研究结果可为北京市再生水补给河湖水库的水生态修复及其沉水植物群落的构建提供一定的理论指导.     

宜兴市莲花荡水系整治工程前后生态健康评价

以入太湖莲花荡水系为研究对象,结合2015年4个季度9个采样点的水质学、生物学共7个指标生态调查数据,采用多指标综合评价法,从生物完整性、化学完整性2个方面评价了莲花荡水系整治工程前后的生态健康状况。结果表明,2015年第1、2季度健康状况较差,健康的样点个数分别为3和1,在2015年6月开展清淤工程及集约化畜禽产业整改后,3、4季度健康状况明显改善,健康样点个数分别达到9和7。影响莲花荡水系化学完整性的主要水质指标是TN、TP,3、4季度TN仍超出地表水Ⅴ类标准,处于严重病态,TP为地表IV类标准,处于病态。影响莲花荡水系生物完整性的主要因子是底栖动物,仅监测到20种耐污能力较高的底栖动物物种,而未发现清洁物种。为了进一步改善莲花荡水系生态健康状况,建议开展沿岸农村生活污水的截污治理、农业面源的生态拦阻等污染源控工程,辅以生态岸带建设及湖滨带生态修复等工程。     

不同硅铝比的ZSM-5型沸石分子筛吸附水中Cu2＋离子的研究

考察了3种不同硅铝比的ZSM-5沸石分子筛（25H、38H和50H，25、38和50为硅铝比）对水中Cu2＋的吸附过程及其影响因素。结果表明，3种材料均能有效吸附去除水中Cu2＋离子，动力学符合假二阶动力学模型，吸附等温线符合Langmuir吸附等温式。3种材料吸附速率及吸附容量顺序为：25H〉50H〉38H，其中，25H最大吸附容量达到12．83mg／g。投加量由0．8g／L增加至2．0g／L，材料对Cu2＋吸附去除率由87．0％增加至97．5％。考察水中常见阳离子对吸附的干扰作用，结果表明，干扰离子的影响顺序为：Pb2＋〉K＋〉Na＋〉Mg2＋；随着干扰离子浓度的增大，材料对Cu2＋的去除率显著下降。硅铝比及晶粒形貌均对沸石分子筛吸附Cu2＋有较大影响，小的孔径不利于Cu2＋的吸附，低硅铝比有利于Cu2＋在分子筛上的吸附。     

不同硅铝比的ZSM-5型沸石分子筛吸附水中Cu2+离子的研究

考察了3种不同硅铝比的ZSM-5沸石分子筛（25H、38H和50H，25、38和50为硅铝比）对水中Cu²⁺的吸附过程及其影响因素。结果表明，3种材料均能有效吸附去除水中Cu²⁺离子，动力学符合假二阶动力学模型，吸附等温线符合Langmuir吸附等温式。3种材料吸附速率及吸附容量顺序为：25H＞50H＞38H，其中，25H最大吸附容量达到12.83 mg/g。投加量由0.8 g/L增加至2.0 g/L，材料对Cu²⁺吸附去除率由87.0%增加至97.5%。考察水中常见阳离子对吸附的干扰作用，结果表明，干扰离子的影响顺序为：Pb²⁺> K⁺> Na⁺ > Mg²⁺；随着干扰离子浓度的增大，材料对Cu²⁺的去除率显著下降。硅铝比及晶粒形貌均对沸石分子筛吸附Cu2+有较大影响，小的孔径不利于Cu²⁺的吸附，低硅铝比有利于Cu²⁺在分子筛上的吸附。     

自生动态膜-生物反应器结构优化的研究

针对自生动态膜-生物反应器内部结构进行了动力学运行的理论分析,通过能量平衡机理对自生动态膜-生物反应器体系进行了讨论,基于体系总能耗最小的原理推导出液相循环流动方程.建立的混合液流速与清水流速之间的关系模型可以很好地反映混合液流速与清水流速之间的关系.通过建立的清水流速测定方法得出反应器结构与清水膜面错流流速之间的关系：调整降流区横截面积(A_d)与底部通道截面积(A_b)的比值为0.7以及升流区横截面积(A_r)与顶部通道截面积(A_u)的比值为0.9,调整降流区横截面积与升流区横截面积的比值在1.2～1.5范围内以及增加反应器的有效高度H_D都可以在不改变曝气强度的条件下增加膜面错流速度,此结果与推导出的循环流动方程可以很好地吻合.     

多孔钛板负载Pd阴极电催化加氢还原水中五氯酚

研究了以多孔钛板负载钯作为阴极,通过电催化加氢还原水中五氯酚的脱卤效果和主要影响因素.实验表明,五氯酚电催化加氢的主要产物为苯酚和游离态Cl^-.其中Cl^-生成量可达到理论值,实现完全脱卤,苯酚的转化率达90%以上.随着PCP浓度的降低,电流效率下降,降解单位重量PCP的能耗增加.回路中电流强度对脱卤的电流效率和能耗影响很大,300mA时效果最佳.与电流相比,水溶液中pH和循环流速对脱卤效果的影响有限.结果表明,多孔钛板负载金属钯电催化反应器可有效地对五氯酚加氢脱卤,电流效率高,能耗低,并且操作简单,适用范围广.     

“塘+湿地”耦合系统净化再生水补给低C/N河湖水体的效能及机制研究

构建了针对再生水补给低C/N河湖水体的"释碳塘-水平潜流人工湿地-沉水植物塘"耦合生态净化系统，以北运河上游沙河水库为研究对象，研究了该耦合系统对主要污染物TN、TP和COD_Cr的净化效能，并采用高通量测序技术解析了各单元微生物群落分布特征.结果表明，耦合生态系统稳定运行后出水中TP、TN和COD_Cr的浓度分别为（0.07±0.03），（1.41±1.06）和（18.51±6.97）mg·L^-1，其中，TP和COD_Cr可稳定达到《我国地表水环境质量标准》（GB3838—2002）地表IV类水（湖库）标准，TN达标率为73%.10月下旬后出水中TN不达标主要是由于温度降低导致反硝化细菌活性降低以及进水中C/N降低导致.本耦合系统可强化沙河水库中氮素的去除，不仅体现在释碳床的加入可补充湿地反硝化所需碳源，且自身的"夹心结构"可在内部实现缺氧环境，有利于反硝化的发生.加入释碳床前后，释碳塘和水平潜流人工湿地对TN的去除率分别由23.1%±27.3%和38.3%±21.6%提高至25.3%±19.4%和47.4%±15.6%.微生物群落分析结果表明，运行过程中释碳床内部微生物优势菌属由嗜氢菌属和淀粉发酵菌属转变为纤维素降解菌属.耦合系统各单元优势菌属差异较大，其中节杆菌属（Arthrobacter）在3个单元均为优势菌属.