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。     

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.     

高碱度水库水混凝过程中残留铝控制

针对高碱度水库水源的某水厂残留铝超标问题,选取碱化度(B)与Alb含量不同的3种铝盐絮凝剂,研究不同投量与pH值下混凝效果与残留铝浓度水平。结果表明,碱化度和Alb含量显著影响混凝效果。DOC和浊度的去除率随着3种絮凝剂AlCl3(B=0)、PACl-1(B=1.2)、PACl-2(B=2.2)投量增大而升高。3种絮凝剂投量在1.5～2.0 mg/L(以铝计)范围内,总铝和溶解铝含量最低。对于该水厂自制的絮凝剂PACl-2,可通过降低絮凝剂碱化度,或将水的pH值降低至7～7.5之间,以此可以提高PACl-2混凝效果,而且可以降低出厂水残留铝浓度。考虑工程应用可行性,可优先考虑调整絮凝剂生产工艺。     

石墨烯凝胶电极的制备及电吸附Pb2+的性能

电吸附去除水中重金属离子具有吸附容量高和电极可再生的优点.本文采用高温水热法还原氧化石墨烯(GO)得到石墨烯水凝胶(GS)并经压片制得GS电极.本文对GS电极的电化学性能进行了测试,考察了GS电极电吸附Pb~(2+)的动力学和热力学特性,以及电极的脱附和循环使用情况.结果表明,GS电极的电化学性能优异,其单位质量比电容高达200.4 F·g~(-1)(1 A·g~(-1));提高电压有利于GS电极电吸附Pb~(2+),电压为-1.2 V时,GS电极对Pb~(2+)的去除率达96.4%;GS电极电吸附Pb~(2+)的饱和吸附量达461.20 mg·g~(-1),是不加电时饱和吸附量的2倍;施加反向电压可以实现Pb~(2+)的脱附和电极再生,电吸附-脱附15次后,电极对Pb~(2+)的去除率保持在95%以上.     

同源地人工湖水体和底泥中有机物组成及有机结构的分析研究

采用XAD-8大孔吸附树脂对水体和底泥中的有机物进行组分分离,并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(3DEEMs)对自然水体和底泥中的疏水酸(腐殖酸、富里酸)、疏水碱、疏水中性物质和亲水物质进行表征和对比.结果表明,水体中有机物含量:亲水物质富里酸腐殖酸疏水碱疏水中性物质,底泥中有机物的含量为:腐殖酸富里酸亲水物质疏水碱疏水中性物质.根据红外、紫外、三维荧光光谱可知底泥中有机物的芳香程度、不饱和程度及分子量大小略高于水体有机物.根据荧光指数(FI)和自生源指标(BIX)可知,底泥和水体的腐殖酸和富里酸主要来源于陆生动植物和土壤有机质,而其余物质主要源于细菌和藻类活动.     

天津主要纳污及入海河流中有机氯农药的污染现状及特征

对天津地区永定新河、北排污河和大沽排污河表层水、悬浮物、间隙水样品中的六六六、滴滴涕、七氯等13种有机氯农药进行了分析检测.结果表明,河流中有机氯农药的高污染区主要为天津几大化工厂附近河段,而纪庄子污水处理厂的出水对大沽排污河中的七氯等有机氯农药的含量有所贡献.样品t检验分析表明,秋季和冬季河流中有机氯农药的来源不存在重大差异.不同介质中有机氯农药的组成特征不同,表层水中主要以溶解性较大的六六六为主,而悬浮物中则以滴滴涕、七氯、环氧七氯和异狄氏剂为主.3条河流中的4种不同HCHs异构体以β-HCH的比例最大,说明河流中的HCHs的存在主要是来自于历史遗留;而DDT/DDE和DDT/∑DDTs的比值高于0.5说明近期存在新的DDT使用.     

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.     

镍铝层状氧化物薄膜电极的制备及其除盐性能

水滑石不仅是一种重要的水处理吸附剂,而且在超级电容器方面有广泛应用.本研究采用原位生长法,由泡沫镍作为基体并提供镍源,在泡沫镍表面合成了镍铝复合氧化物(Ni Al-MMO)薄膜即类水滑石煅烧产物.所制得的Ni Al-MMO薄膜电极的电化学性质稳定、电容量高,此薄膜电极的单位质量的比电容量可高达667 F·g-1.对此电极进行电容除盐性能研究,结果表明,增加电压和弱碱性p H环境有利于该电极除盐;初始浓度为0.003 mol·L-1的情况下,最佳工作条件为:电压1.0 V、p H值为8,在此时除盐效率可达58.17%.电极反接可使吸附饱和的电极材料迅速再生,脱附率可达87.96%.本研究为废水中盐离子的去除提供了新的技术选择.     

Pseudomonas sp. QJX-1的锰氧化特性研究

从锰矿土壤样品中分离、纯化出1株高效锰氧化细菌(QJX-1),经16S rDNA序列鉴定为Pseudomonas sp.QJX-1.研究表明,Pseudomonas sp.QJX-1含有锰氧化的必需成分多铜氧化酶基因CumA,当初始Mn2+为5.05 mg·L-1,菌密度D600为0.020时,该菌可在48 h内将Mn2+转化,且转化率高达99.4%.在寡营养条件下该菌锰氧化速率较富营养条件下有显著提高;添加石英砂滤料促使生物膜的快速形成,进而促进Mn2+的生物转化.根据研究结果推测地下水处理过程中生物锰氧化速率较快.     

MnO2/CFP复合电极的制备及电吸附Pb2+特性的研究

电极材料的形貌结构与电化学性能等将直接影响着电吸附效果.本研究将二氧化锰(Mn O2)通过电沉积的方法负载于碳纤维纸(CFP)材料上,制备获得了Mn O2/CFP复合电极.所制得的Mn O2/CFP复合电极电化学性质稳定、电容量高,复合电极的单位质量比电容量可高达360 F·g-1.用此电极对初始浓度为6 mg·L-1左右的Pb2+溶液进行电吸附,考察了电沉积时间、电压、p H值等因素对复合电极电吸附效果的影响.结果表明,沉积时间为500 s、电压值为1.0 V、p H值为5.0的条件下可获得最佳的电吸附效果,电吸附3 h后原溶液中残留Pb2+达到0.01 mg·L-1以下,去除效率高达99%以上.本研究为水中重金属离子的去除提供了新的技术选择.