Mechanism of combination membrane and electro-winning process on treatment and remediation of Cu^2＋ polluted water body

Mechanism of treatment and remediation of synthetic Cu2+ polluted water body by membrane and electro-winning combination process was investigated. The influences of electrolysis voltage, pH, and electrolysis time on the metal recovery efficiencies were studied. Relationship between trans-membrane pressure drop ( P), additions ratio, initial Cu2+ concentration on operating efficiency, stability of membrane and the possibility of water reuse were also investigated. The morphology of membrane and electrodes were observed using scanning electron microscopy (SEM), the composition of surface deposits was ascertained using combined energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and atomic absorption spectrophotometer. The results showed that using low pressure reverse osmosis (LPRO), Cu2+ concentration could increase from 20 to 100 mg/L or even higher in concentrated solutions and permeate water conductivity could be less than 20 μS/cm. The addition of sodium dodecy/sulfate sodium dodecyl sulfate improved Cu2+ removal efficiency, while EDTA had little side influence. In electro-reduction process, using plante electrode cell, Cu2+ concentration could be further reduced to 5 mg/L, and the average current efficiency ranged from 9% to 40%. Using 3D electrolysis treatment, Cu2+ concentration could be reduced to 0.5 mg/L with a current efficiency range 60%–70%.     

钛基修饰电极催化电解去除水中硝酸盐氮的研究

利用热分解法制备CuO修饰Ti基阴极和SnO2-Sb2O5修饰Ti基阳极,组成无隔膜电解体系,以模拟废水(NO3--N 50mg/L)为对象,进行了水中NO3--N去除实验研究.结果数据表明,CuO修饰Ti基阴极对水中NO3--N的去除率随电流密度、极板间距、搅拌强度和电解时间增加而增加,在电流密度10mA/cm2、极板间距9mm、中等搅拌强度下电解150min,NO3--N催化还原去除率可达93.8%.Cl-支持电解可使NO3--N催化还原产物NH4+-N氧化为N2-N去除.在电流密度10mA/cm2、极板间距9mm、NaCl添加量600mg/L、中等搅拌强度下电解120min后,NO3--N和TN的去除率达到89.3%和86.9%,NO2--N和NH4+-N未检出.分析认为NO3--N还原机制为NOx中O被阴极表面Cu吸附固定,N—O键受氢攻击破坏,逐步还原.阳极电解Cl-生成HOCl,HOCl氧化NH4+-N成N2-N.     

一种新型电化学法处理硝态氮废水的初步研究

通过对Pd-Me双金属催化还原NO 3--N和折点氯化法处理NH 4+-N的相关理论分析,提出了一种基于电化学法的新型NO 3--N废水处理工艺.即利用具有电子空轨的常见金属元素修饰Ti基获得催化阴极,在电场的作用下,将NO 3--N催化还原;通过调整催化元素的配比和电解条件,控制NO 3--N还原产物主要为NH 4+-N;利用阳极氧化Cl-生成高氧化性物质HOCl,将NH 4+-N氧化为无害产物N2-N.结果表明,金属元素Co和Cu修饰Ti基制得阴极可以有效地催化还原模拟废水中的NO 3--N;按前驱物溶液金属元素摩尔比1∶1制得Ti基Co-Cu复合涂层催化阴极,可以将NO 3--N高效催化还原为NH 4+-N;电解体系中引入Cl-后,通过阳极作用可将NO 3--N还原生产的NH 4+-N有效地氧化为N2-N.在100 mg/L NO 3--N模拟废水中添加1 000 mg/L Cl-,设置极板间距6 mm、电流400 mA,电解2.5 h后出水NO 3--N、NO 2--N、NH 4+-N和TN分别为2.9、0.5、1.7和6.0 mg/L.     

海藻酸钠强化超滤含铜废水

聚合有机物强化超滤技术因具有操作压力低、膜通量大且截留效果好的优点,而受到了广泛的关注.文章研究了天然有机物海藻酸钠强化超滤去除模拟含铜废水的特性及影响因素,试验结果表明,当海藻酸钠投加量为100 mg/L.pH=6.0,温度为25℃,Cu2+初始浓度为10mg/L时,MWCO(截留分子量)为4 kDa.6 kDa,1...     

双金属和多金属系统对零价铁利用效率的改进

为解决Fe0-PRB(零价铁-渗透反应格栅)中Fe0利用效率低、易板结堵塞的问题,分别采用粒径为0.074 mm的试剂铁粉和0.150～0.270 mm的工业铁粉为反应介质,在铁粉表面负载不同比例的Cu或Ni制备Cu/Fe、Ni/Fe双金属和Cu/Ni/Fe多金属颗粒,研究Fe0、双金属和多金属系统去除Cr(Ⅵ)的性能、机制.结果表明:双金属和多金属系统的Cr(Ⅵ)去除率明显高于Fe0,试剂铁粉的Cr(Ⅵ)去除率明显高于工业铁粉.反应8 h达到平衡后,试剂铁粉和工业铁粉的Cr(Ⅵ)去除率仅为45%和20%,Cu/Fe双金属、Cu/Ni/Fe多金属的Cr(Ⅵ)去除率均能达到90%以上,以试剂铁粉和工业铁粉制备的Ni/Fe双金属的Cr(Ⅵ)去除率最高分别为76.6%和44.0%.不同负载率的双金属和多金属系统反应过程中可溶的ρ〔Cr(Ⅲ)〕较低.反应后溶液的pH从反应前的5.0升至10.0左右.反应初期ρ(TFe)(TFe为总铁)超过了0.30 mg/L,其余时间均达标.反应过程中ρ(Cu2+)均在0.40 mg/L以下,均未检测出Ni2+.研究显示,双金属和多金属系统显著提高了Fe0利用效率.      

催化还原法深度处理污水中硝态氮的研究

为有效降低城市污水处理厂出水硝态氮的含量,减轻氮素污染,依次进行了基础性试验和验证性试验.基础性试验以Fe0为还原剂,以配置的KNO3溶液为试验用水对分别添加H+、Fe2+、Cu2+、Pd/Al2O3等后的脱氮效果进行了对比研究.试验结果表明,系统pH值为2.1,Fe2+、Cu2+投加量分别为1000mg/L时,系统均可获得较好的脱氮效果,分别为92%、41%、61%,产物均以氨氮为主;当投加10g/L催化剂Pd/Al2O3,调节系统pH值为3.02时,系统脱氮率可达48%,且其产物以氮气为主,副产物较少.在此基础上,验证性试验以北京市某污水处理厂出水为试验用水,对上述各方法的脱氮效果进行了试验验证,并对其可行性进行了分析.结果表明,在一定条件下,各方法均可达到理想的脱氮效果,其去除率分别可达到87%、36%、50%、46%.但综合脱氮效果、产物分析、出水水质等考虑,相比较而言,添加催化剂的化学催化还原法在去除污水中的硝态氮时具有更好的可行性.     

电化学方法处理分散金黄HF-3R废水的研究

采用钛网作为阳极,钛网为阴极,对分散金黄HF-3R模拟染料废水进行了实验研究,探讨了电解时间、电解质种类及浓度、电流密度以及进水浓度对分散金黄HF-3R脱色效率的影响。结果表明:增加电流密度,提高电解质浓度,延长反应时间有利于分散金黄HF-3R色度的脱除,对于含有110 mg/L的分散金黄HF-3R溶液,电解质NaCl的质量浓度为20.0 g/L,电流密度为2.5 A/dm2,电解时间25 min,溶液的脱色率达到99%,COD去除率为98%。     

MWNTs/TiO2/聚酯功能复合膜吸附及其净化性能

以聚酯工业滤布为基膜,采用溶胶凝胶和浸渍方法制备了具有吸附-光催化功能的多壁碳纳米管(MWNTs)/TiO2涂层的复合膜,该复合膜对模拟水样低浓度(10mg/L)的双酚A具有较高吸附性能.随着复合膜上负载二氧化钛中的MWNTs的比例(17.6%,29.9%,和46.0%)增加,吸附去除率显著提高;吸附饱和的复合膜上的污染物双酚A可通过20W 紫外灯(l=254nm)照射Fenton氧化反应去除.吸附实验和HPLC分析表明,除了超声处理会引起浸渍负载的材料脱落外,复合膜吸附性能恢复较好.     

铁促电解深度处理填埋场渗滤液的研究

采用箱式电化学反应器（具有氧化物涂层的钛基阳极）进行填埋场渗滤液的深度处理,考察了FeSO₄浓度、初始pH值、电压（电流）对污染物去除的影响,对比了铁促电解过程使用Fe²⁺和Fe³⁺的污染物去除效果.结果表明,与传统有机物电化学氧化相比,铁促电解显著提高了有机物的去除效率.FeSO₄浓度增大,有机物去除效果提高,当FeSO₄浓度大于1　250　mg·L^-1,有机物去除率提高幅度减小;污染物去除速率在30　min内较快,然后逐渐递减;合理的初始pH值范围为3～4;若有效去除COD和NH⁺₄-N,则电解电压须大于3.3 V,电流大于4.8 A;Fe³⁺促进电解去除有机物的效果略低于Fe²⁺;提出了铁盐循环利用和将酸洗废水应用于铁促电解过程的设想.     

纳滤膜脱除矿山酸性废水中重金属离子试验研究

采用纳滤膜法脱除矿山酸性废水中的重金属离子进行了试验研究,讨论了压力、pH、浓差极化、共存离子和膜污染对膜性能的影响。结果表明,在最佳条件下,DK2540纳滤膜对矿山酸性废水中的重金属离子截留率都超过了97%,出水浓度除Cu2+为1.5mg/L外,Ni2+、Zn2+、Pb2+均<0.5mg/L,透过液中的重金属离子基本达标排放,浓缩液可进一步回收利用。     

Ti/RuO2电极电催化脱除罗丹明B色度的研究

在阳极和阴极均为Ti RuO2 的无隔膜电解槽内 ,对罗丹明B的电化学脱色效果进行了研究 ,探讨了外加电压、电解质浓度、反应时间、溶液的初始pH、罗丹明B浓度以及NaCl的投加量对罗丹明B脱色的影响。研究结果表明 ,增加电压、提高电解质浓度、降低溶液pH、延长反应时间有利于罗丹明B色度的脱除 :相同条件下 ,溶液浓度越低 ,罗丹明B的电化学脱色效果越好。对于含 2 0mg L的罗丹明B溶液 ,当电解质Na2 SO4 浓度为 0 1mol L、溶液pH =2、外加电压为 8V ,电解6 0min ,溶液的脱色率即达到 95 % ;如果溶液中加入 6 0mg LNaCl,只需电解 30min ,罗丹明B溶液的脱色率即达到 96 %。     

平板膜MBR处理生活污水试验研究

采用平板膜MBR工艺处理小区生活污水,研究了MBR工艺对COD、BOD、NH4+-N、SS及浊度等去除效果,在进水COD、BOD平均浓度为325mg/L、274mg/L的情况下,出水达到20mg/L和8mg/L,去除率在93%以上,SS及浊度去除率达到100%和98%,NH4+-N去除率79%,出水NH4+-N小于10mg/L。通过研究系统三氮转化可知,该系统没有发生反硝化反应,出水NO2--N和NO3--N浓度较高。通过投加葡萄糖人为改变容积负荷,在容积负荷变化3.2kgCOD/m·3d情况下,系统受负荷冲击影响较小,COD去除率仍能保持在88%以上。通过对膜通量的研究发现,膜通量在连续运行的前3天变化不大,第3天后,膜通量迅速降低,第10天后膜污染达到极限,因此清洗周期设定为3～4天。     

奥奈达希瓦氏菌MR-1还原U(VI)的特性及影响因素

探讨了在腐殖质模式物蒽醌?2?磺酸钠(AQS)存在条件下,奥奈达希瓦氏菌MR-1的还原U(VI)特性.结果表明,在厌氧环境下奥奈达希瓦氏菌以AQS为电子穿梭载体,利用电子供体高效还原U(VI).当菌体投加量为1.2×109 个时,其还原铀的效率达95.09%; AQS的浓度低于0.5mmol/L时有利于MR-1菌厌氧还原U(VI),AQS浓度的升高U(VI)的还原明显受到抑制.当U(VI)初始浓度为30.0mg/L时,分别以甲酸盐、乙酸盐和乳酸盐为电子供体,经过7d后其还原率分别达到95.37%、92.41%和95.65%.金属离子(Cu2+、Mn2+、Ca2+)、有毒有机物等对U(VI)还原产生影响.当Ca2+的浓度为2.0mmol/L时,对U(VI)的还原有微弱的促进作用,而当Cu2+和Mn2+浓度为2.0mmol/L时,则存在较强的抑制作用.奥奈达希瓦氏菌也能利用环境中甲苯、三氯乙酸、顺丁烯二酸等有毒物质高效还原U(VI),同时使有毒物质得到降解.扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)分析结果表明,奥奈达希瓦氏菌菌体中沉积了铀元素.     

4种金属离子对高岭土胶体上蒽分布的影响

在水/土比10、180r/min振荡和室温28℃条件下,研究Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ca2+对高岭土上蒽分布的影响.结果表明,高岭土对Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ca2+的吸附平衡时间和平衡浓度分别为24h和(20 ± 3)mg/g.当金属离子负荷330mg/g时,上清液中高岭土胶体最低浓度为(40 ± 3)mg/L.添加Fe3+时,总胶体浓度从52mg/L增加到133mg/L;添加Cu2+或Zn2+时,总胶体浓度从52mg/L增加到110mg/L;添加Ca2+时,总胶体浓度从52mg/L增加到73mg/L.上清液中蒽浓度增加趋势与上清液中总胶体浓度的变化趋势一致,添加Fe3+时,蒽浓度从30ng/L增加到73ng/L;添加Cu2+或Zn2+时,蒽浓度从28,35ng/L增加到65,66ng/L;添加Ca2+时,蒽浓度从40ng/L增加到50ng/L.上清液中蒽浓度的增加趋势与所添加的金属电荷密度高低顺序一致(Fe3+ > Cu2+、Zn2+).在pH值为6.5时,Ca2+对增加上清液中蒽浓度能力最弱.     

Cu2+胁迫对黑麦草(Lolium perenne L.)去除富营养化水体中氮、磷效果的影响

为探讨不同浓度Cu2 胁迫对黑麦草去除富营养化水体中N、P营养盐效果的影响,采用小试培养的方法,研究了Cu2 存在条件下黑麦草对水体中N、P去除的动力学过程及黑麦草植株对不同浓度Cu2 胁迫的生态响应.结果表明,0.1～2.0mg/LCu2 胁迫均降低了黑麦草对水中N、P营养盐的去除速率,其去除过程符合二阶动力学模型.黑麦草对水体中Cu2 亦有良好的去除作用,根部是积累重金属Cu的主要部位,其对Cu2 的吸收速率符合米氏动力学方程.较低浓度Cu2 (≤0.2mg/L)胁迫对黑麦草去除N、P的效果影响不大,并且能促进黑麦草生物量的增加,而较高浓度Cu2 (≥0.5mg/L)胁迫虽有促进根系数量增加的趋势,但明显抑制了黑麦草根伸长和叶片生长等作用,因而严重影响了黑麦草对水体中N、P的去除.     

睡莲、梭鱼草对铜污染水体的修复效果研究

对水生植物睡莲(Nymphaea spontanea)、梭鱼草(Pontederia cordata)在5、15和25mg/L铜(Cu)质量浓度下的水体修复效果及生物富集作用进行了试验研究。结果表明,在实验条件下,30d后睡莲和梭鱼草对Cu全量的去除率分别为89%和58%。2种植物都能够用于修复Cu污染水体,且睡莲的修复效果和根部的Cu富集能力显著高于梭鱼草。初始浓度、修复时间及其交互作用对水体中Cu的去除具有极显著差异。植物鲜重增长率、修复效果、生物富集系数均随修复时间的延长和初始浓度的减小而增加。Cu溶解态及其全量具有较为一致的修复规律,去除率与修复时间呈高度相关的线性关系。今后应进一步探讨植物种植密度、修复时间和初始浓度对净化效果的综合影响。     

混合填料生物接触氧化法处理生活污水的研究

采用混合型(火山岩和陶瓷环)填料生物接触氧化工艺处理实际生活污水,研究了混合型填料挂膜情况,不同HRT、DO和进水COD浓度对水质净化效果的影响。实验结果表明:混合型填料挂膜效果好,15 d后反应器达到稳定状态,对COD的去除率达到75%以上;在水温为20~32℃,HRT为12 h,DO为5~6 mg/L的条件下,对COD、氨氮、TN和TP的平均去除率分别达到了75.8%、71.8%、45.9%和35.7%;当进水COD浓度为100~400 mg/L时,各个指标的去除率随着COD浓度的升高而升高,可见进水COD浓度会对污水净化效果产生影响。     

Ti/SnO_2-Sb阳极-空气阴极电催化降解染料废水

为解决电化学法处理高盐染料废水存在的能耗大、成本高等问题,分别采用溶胶-凝胶法和辊压法制备Ti/SnO_2-Sb阳极和空气阴极,构建了Ti/SnO_2-Sb阳极-空气阴极双极体系(TSSA-ADC)。甲基橙(MO)作为高盐染料废水的典型污染物,考察了电流强度、MO浓度、电解液浓度和初始p H对TSSA-ADC体系和TSSA单阳极体系降解MO的影响。结果表明:与TSSA单阳极体系相比,TSSA-ADC体系具有更好的抗有机负荷冲击、抗盐分冲击、抗酸碱波动能力,能够维护酸碱平衡防止硬度离子结垢。最佳反应条件为电流强度为0.030 A,电解液浓度为3%,MO浓度为100 mg/L,初始pH=6。以MO去除率达到98%为基准,TSSA-ADC体系比TSSA体系可节能74.26%。     

电解催化还原-氯氧化无害化去除水中硝酸盐氮

基于对Pd-Me双金属催化还原的机理分析,提出了以NH₄+-N为目标产物,Fe催化还原NO₃--N的理论设想. 结合折点氯化技术,以Ti/Fe为阴极,以Ti/Ir-Ru为阳极,以NaCl为支持电解质组建无隔膜电解体系,开展了水中NO₃--N去除的试验研究. 结果表明,利用电解催化还原-氯氧化法可将模拟水样中NO₃--N转化为N₂去除,其反应历程为阴极催化还原NO₃--N生成NH₄+-N,阳极电解氯氧化NH₄+-N生成N₂. 在ρ(Cl-)为500 mg/L,电流密度为12 mA/cm2,极板距离为9 mm,搅拌强度为450 r/min的试验条件下电解150 min,初始ρ(NO₃--N)为50 mg/L的模拟水样出水ρ(TN)和ρ(NO₃--N)可分别降至2.9和2.8 mg/L,去除率分别达到94.1%和94.3%,NH₄+-N和NO₂--N均未检出. 分析认为,阴极对NO₃--N的催化还原机理为:Fe化学吸附氮氧化合物离子中的O形成固定的N—O键,电解产生的活性还原物质攻击N—O形成N—H新键.      

粘土基多孔陶瓷吸附处理Cu~(2+)废水

文章以粘土为骨料,蛭石为改性剂,通过添加造孔剂法制备了粘土基多孔陶瓷吸附剂,研究了溶液中Cu2+初始浓度、pH值以及蛭石添加量对多孔陶瓷吸附性能的影响。结果表明:多孔陶瓷吸附Cu2+的最佳条件为添加蛭石1%,溶液pH为5;当初始浓度为20~100 mg/L时,Cu2+吸附率达到82%~62%,吸附平衡时间为1.5~6 h;吸附动力学表明多孔陶瓷对Cu2+的吸附大致分为两个阶段;其吸附行为可用Langmuir方程和Freundlich方程来描述。