光电芬顿矿化草甘膦有机废水

以有机磷农药-草甘膦为目标污染物,利用光电芬顿方法对其进行降解研究。研究汇总考察了电流强度、初始pH、Fe2+浓度、草甘膦初始浓度、光种类及通入背景气体种类对草甘膦降解效果的影响。实验结果表明：电流强度越大,草甘膦初始浓度越低,草甘膦降解效果越好;草甘膦在pH=2.0~3.0的酸性体系中降解效果最好;Fe2+浓度升高,草甘膦降解效果增强。在电流为0.36 A、初始pH=3.0、Fe2+浓度为1.0 mmol·L-1、通入100 mL·min-1 O2条件下,以365 nm紫外光照射的光电芬顿反应降解初始浓度为84.5 mg·L-1的草甘膦溶液,处理360 min后溶液矿化率可达64.5%。     

磁性还原氧化石墨烯负载Fe0对罗丹明B的类芬顿降解

合成了磁性还原氧化石墨烯负载零价纳米铁材料（Fe0-MF-RGO）,并在双氧水（H2O2）的作用下构成类芬顿试剂用于对罗丹明B（RhB）的吸附-催化降解。通过正交实验研究了pH值、Fe0-MF-RGO用量、RhB初始浓度、温度和H2O2浓度5个影响因素。在15 ℃、pH值为7.0、Fe0-MF-RGO投加量1.0 g·L-1、RhB初始浓度为50 mg·L-1以及H2O2浓度为0.8 mmol·L-1的条件下,150 min后模拟废水中RhB的去除率达到98.17%,经5次循环使用后去除率为72.97%。     

以泡沫镍为阴极的电芬顿法对苯酚的降解

电芬顿是一种高级氧化技术,其中电极材料对其处理效果有较为明显的影响.为提高电芬顿系统处理效率,选用泡沫镍电极作为阴极,以H2O2浓度为指标,探究了操作条件(pH、电流密度、曝气速率、电极间距)对其催化产H2O2性能的影响,并利用苯酚作为模拟污染物研究降解效果.实验结果表明,泡沫镍具备优异的阴极性能,其最佳工作条件为:pH=3,电流密度i=3 mA/cm2,曝气量10 L/h,电极间距3 cm,在此条件下反应60 min后H2O2浓度可达45 mg/L.使用泡沫镍作为阴极降解苯酚废水,研究了Fe2+投加量对去除率的影响.在最佳Fe2+量(40 mg/L)下,反应2 h后苯酚及COD去除率分别达到95%和80%.其降解反应符合准一级动力学方程,表观反应速率常数最大可达5.0×10-4 s-1.     

新型电芬顿反应器处理酸性矿山废水中的Sb(Ⅲ)

为了高效地去除酸性矿山废水中的Sb(Ⅲ),采用一种基于电芬顿反应的新型反应器进行处理。探讨了新型反应器各项性能(去除率、能耗、·OH产量)的优势;分别考察了电流强度、pH、板间距、曝气速率、电解质浓度对Sb(Ⅲ)去除效果的影响;使用水杨酸和苯醌对电芬顿体系中Sb(Ⅲ)的去除机理进行了分析;并探究新型电芬顿反应器对实际废水中的Sb(Ⅲ)处理效果。结果表明：与吸附、电氧化、传统电芬顿法相比,新型反应器在Sb(Ⅲ)的处理中更加高效,并且能耗更低,通过阴极旋转能够提高·OH的产量,增强电芬顿反应氧化能力;在电流强度为120 mA,pH为3,板间距为2 cm,曝气速率为90 mL·min⁻¹,电解质浓度为100 mg·L⁻¹的最佳反应条件下,Sb(Ⅲ)废水去除率接近100%;在电芬顿反应体系中,·OH和HO₂·能够共同促进Sb(Ⅲ)的去除;通过该反应器处理实际废水,Sb(Ⅲ)去除率能够达到89%。以上结果可为新型电芬顿反应器高效处理含Sb(Ⅲ)的酸性矿山废水提供参考。     

零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水

采用零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水,研究了初始pH、零价铁投加量、过氧化氢（H2O2）投加量及温度对红水中总有机碳（TOC）去除效果的影响,同时进行了TOC去除过程中反应动力学的探讨。结果表明,零价铁耦合芬顿氧化体系可有效降解TNT红水中的2,4-二硝基甲苯-3-磺酸钠和2,4-二硝基甲苯-5-磺酸钠。在初始pH为2,温度为20 ℃的条件下,加入1.5 g·L-1零价铁反应1 h后,再加入100 mL·L-1H2O2反应4 h,红水中二硝基甲苯磺酸盐浓度从500 mg·L-1降至0 mg·L-1,去除率为100%,TOC浓度从150 mg·L-1降至30 mg·L-1,去除率达到80%。反应中TOC的降解过程遵循拟二级反应动力学方程。零价铁耦合芬顿氧化法可以作为TNT红水的有效处理途径。     

多孔Fe-Si电极电催化还原硝酸根离子

水体硝酸盐污染已成为一个日益严重的问题。以多孔Fe和Fe-Si合金为阴极,Ti/IrO2为阳极构建电解系统,对模拟废水(100 mg·L-1NO3--N + 500 mg·L-1 NaCl + 500 mg·L-1 Na2SO4)进行电解以去除其中的硝酸根离子,并研究了多孔Fe-Si合金在电解过程中的稳定性。实验结果表明,增大电流密度有利于提高NO3--N和总氮的去除效率。当电流密度为40 mA·cm-2时,以多孔Fe为阴极,几乎无副产物产生,NO3--N和总氮去除率均为94.3%,但电解完成之后Fe电极腐蚀严重,溶液中铁离子浓度达1 418 mg·L-1。而以多孔Fe-Si为阴极时,随合金中硅含量增加,NO3--N和总氮去除率均呈下降趋势,但电极稳定性显著提高,电解完成之后溶液中Fe离子浓度显著下降。当Fe-Si合金中硅原子百分比为50%时,NO3--N和总氮去除率均为78.8%,此时溶液中Fe离子浓度仅为41 mg·L-1。多孔Fe-Si合金作为阴极还原硝酸根离子时,具有较高的硝酸根去除率和良好的稳定性,应用前景较好。     

流通式电芬顿系统对地下水中As(Ⅲ)的高效去除

为了高效处理地下水中的As(Ⅲ),设计了一种流通式电芬顿处理系统,考察了电流密度、pH、曝气速率、流速、电解质浓度以及共存离子等关键因素对As(Ⅲ)去除率的影响。此外,对电芬顿体系中As(III)的去除机理进行了分析,并对该系统在连续运行下的处理效果进行了评估。结果表明：在最佳反应条件下(电流密度为7.6 mA·cm⁻²、pH为6、流速为20 mL·min⁻¹、曝气速率为80 mL·min⁻¹、电解质浓度为100 mg·L⁻¹),地下水中As(Ⅲ)的去除率接近100%,该系统可以在近中性的pH范围内发挥作用;在连续运行条件下,该系统能够保持良好的处理稳定性;在电芬顿反应体系中,·OH和HO₂·能够共同促进As(III)的去除。水体中生成的As(Ⅴ)、Ni、Fe等能够在流通式系统中被过滤器有效地拦截,避免了二次污染的发生,污染水体得到净化。以上结果可为流通式电芬顿系统处理含As(Ⅲ)的地下水提供参考。     

Fe0还原、芬顿氧化及其耦合技术去除染料厂剩余污泥中的AOX

染料废水中含有大量难生物降解的卤代有机物合成中间体,合成卤代有机物在废水的生物处理过程中容易被吸附到剩余污泥中,如不能妥善处理会引起生态健康风险。研究了零价铁还原、芬顿氧化及其组合技术对染料企业剩余污泥中AOX（可吸附有机卤代物）的去除效果,优化了处理条件,解析了去除机理。结果表明,铁粉投加量为5 g·L-1,厌氧反应30 d时,零价铁还原对污泥中AOX降解率仅为24.7%;Fe2+投加量0.059 mol·L-1,H2O2投加量0.89 mol·L-1,芬顿氧化1.5 h时,污泥中AOX去除率提高至73.7%;投加2 g·L-1的铁粉,还原30 d后再进行芬顿反应,则污泥中AOX去除率可达到90.3%。GC-MS分析结果表明,污泥中的主要AOX物质为2,6-二氯-4-硝基苯胺,该物质经过零价铁还原与芬顿氧化组合工艺处理后,比直接芬顿氧化能得到更有效的去除。     

MIL-101前体制备多孔铁碳材料构建高效异相电芬顿体系

通过水热法合成MIL-101(Fe)材料,并在N2氛围中进行高温碳化制备多孔铁碳(N-MIL-FeC)电极材料,探究其电催化氧还原性能及阴极电芬顿降解模拟染料废水性能。将制备的N-MIL-FeC材料进行电催化氧还原反应(ORR)性能测试,结果表明,Fe/H2BDC摩尔比为2∶1,碳化温度为900 ℃,N-MIL-FeC材料CV扫描所得图形峰电位最小且峰电流最高,具有最优的ORR催化活性。在此基础上,将最佳条件下制得的N-MIL-FeC负载在碳纸上制成催化阴极应用于电芬顿反应催化降解模拟染料废水RhB。在催化剂负载量为1.5 mg·cm-2,pH为7条件下,浓度10 mg·L-1的RhB溶液经过70 min降解率达到99%以上。通过淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)测试证明羟基自由基(·OH)是参与催化降解反应的主要活性中间体。以MIL-101(Fe)为前驱体制备的多孔铁碳材料性能较好,有一定的应用前景。     

间歇曝气SBR处理垃圾渗滤液的脱氮性能

采用两级串联间歇曝气序批式反应器（intermittent aeration sequencing batch reactor,IASBR）处理高氨氮低碳氮比的垃圾渗滤液,研究在控温（25±2）℃,进水碳氮比（COD/TN）为3.0条件下的脱氮性能。进水氨氮（NH4+-N）和总氮（TN）浓度分别为（1 100±70）mg·L-1和（1 520±65）mg·L-1,1级和2级IASBR的水力停留时间（HRT）分别为5 d和4 d。运行结果表明,经1级IASBR处理后,出水TN浓度降低至约250 mg·L-1,其中以有机氮（TON）为主,NH4+-N浓度约25 mg·L-1;经2级IASBR处理后,出水TN和NH4+-N 浓度分别稳定在40 mg·L-1和20 mg·L-1以下,TON去除率高达90%以上。两级串联IASBR组合工艺表现出良好的深度脱氮性能,出水TN浓度稳定达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）中TN ≤ 40 mg·L-1的排放标准;同时,1级IASBR出水COD浓度高达1 150 mg·L-1,经过2级IASBR处理后出水COD降至约770 mg·L-1。     

序批式生物反应器—芬顿氧化工艺处理焦化反渗透浓水的研究

研究了序批式生物反应器(SBR)—芬顿氧化工艺对焦化反渗透浓水(以下简称浓水)的TN和COD去除率,采用全二维气相色谱—飞行时间质谱(GC×GC—TOF/MS)解析了处理过程中有机物的组成变化。结果表明:(1)SBR稳定运行225d,浓水经过SBR处理后出水TN平均质量浓度为10mg/L,去除率为79.2%,达到了《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB 16171—2012)的排放限值(20mg/L);(2)当pH=4.0,Fe2+质量浓度为200mg/L,芬顿氧化出水COD平均质量浓度可降至60mg/L左右,SBR—芬顿氧化工艺对COD的去除率可达44.4%,也达到了GB 16171—2012的排放限值(80mg/L);(3)目标筛查共检出8种多环芳烃,浓水进水、SBR出水和芬顿氧化出水的多环芳烃总质量浓度分别为1.950、1.390、0.917μg/L,组合工艺对多环芳烃的去除率达到50%以上;(4)GC×GC—TOF/MS非目标筛查在浓水进水、SBR出水和芬顿氧化出水中分别检出237、125、53种化合物。     

Fe/C微电解耦合H2O2氧化处理页岩气钻井废水

采用Fe/C微电解耦合H2O2工艺对经复合混凝处理后的某页岩气井钻井废水进行处理,考察了Fe/C质量比、Fe/C投加量、溶液pH值、气水比、H2O2（30%）投加量和反应时间对COD去除率的影响。结果表明,耦合工艺最佳实验条件为Fe/C质量比1：1、Fe/C投加量500 g·L-1、溶液pH值2.5、气水比20：1、H2O2（30%）投加量6 mL·L-1、反应时间120 min。最佳工艺条件下,页岩气钻井废水经处理后,出水COD质量浓度为89.54 mg·L-1,去除率达到81.60%。     

麦饭石固定化SRB污泥颗粒处理模拟煤矿酸性废水的适应性

针对多组分煤矿酸性废水（ACMD）污染严重、治理费用高的特点,采用PVA—硼酸包埋交联法制作以硫酸盐还原菌（SRB）和盐改性麦饭石为主体的固定化颗粒,依据不同水力负荷和污染负荷构造3组动态柱,对固定化颗粒进行水力条件适应性实验研究。结果表明,固定化颗粒在低水力负荷0.085 m3·（m2·d）-1,水力停留时间32.495 h下运行效果较好,SO42-和Mn2+去除率分别为65.90%和37.65%,出水COD浓度635.06 mg·L-1,总铁元素TFe释放量4.03 mg·L-1,出水pH 6.94。提高污染物SO42-和Mn2+浓度到（2 657±96）mg·L-1和（13.33±1.75）mg·L-1,SO42-和Mn2+去除率仍可达40.07%和20.52%,出水COD浓度64.07 mg·L-1,总铁元素TFe释放量2.69 mg·L-1,出水pH为7.38,综合处理效果较好,颗粒对高浓度污染物适应性较强,具有一定抗冲击负荷能力。     

日光/H_2O_2/草酸铁体系对垃圾渗滤液深度处理的试验研究

以草酸铁络合物/H2O2作光氧化剂,利用日光对垃圾渗滤生化出水进行了光氧化降解试验。结果表明,在溶液的初始体系pH=3.0,H2O2投加量为460mg/L,Fe3+质量浓度为20mg/L条件下,反应60min后,CODCr去除率可达80%以上;溶液初始体系的pH、H2O2和Fe3+的投加量及废水的水质对光解过程有显著影响,而且在太阳光照射下,CODCr去除率比紫外光照射下高。研究表明,在一定试验条件下,用日光/H2O2/草酸铁体系对城市垃圾渗滤液处理效果较好,可作为垃圾渗滤液的深度处理。     

Fe-Mn/ACF复合电极在生物-电芬顿系统中处理活性艳蓝KN-R

制备了高活性的Fe-Mn/ACF复合电极,并通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱（EDS）对其微观结构和组成成分进行了表征。随后将其置于生物-电芬顿反应器中,研究其催化性能以及在不同初始pH和浓度条件下对水溶液中活性艳蓝KN-R的去除效果。结果表明：制备的Fe-Mn/ACF复合电极具有较高的催化活性。在pH为5.0、初始质量浓度为30 mg·L-1时,反应120 min后的去除率能达到95.6%,且在较广的pH范围内都有较高的活性。此外,该电极具有良好的稳定性,在循环12次以后,系统对KN-R的去除率仍然能达到81.1%。因此,生物-电芬顿系统在去除染料废水方面具有较好的应用前景。     

光电芬顿氧化法深度处理垃圾渗滤液研究

采用光电芬顿氧化法对北京市某垃圾填埋场已经生化处理后的垃圾渗滤液进行深度处理,分别考察了电流强度和铁的不同价态等因素对渗滤液总有机碳（TOC）、化学需氧量（COD）以及色度去除效果的影响,并对阳极氧化、电芬顿和光电芬顿不同反应过程进行了对比。通过分析渗滤液UV-Vis光谱(200～500 nm)变化和渗滤液中有机污染物的分子量变化,发现光电芬顿反应可以明显改善渗滤液生化性。深入研究了反应过程中铁价态的变化规律。试验结果发现,以高比表面积的活性炭纤维(ACF)为阴极的光电芬顿反应可以有效降解垃圾渗滤液,在pH为3,Fe²⁺ 浓度为1 mmol/L,电流为0.5 A,O₂通入量为250 mL/min条件下降解360 min,垃圾渗滤液TOC和COD去除率分别达到78.9%和62.8%,色度完全去除。     

芬顿试剂预处理杀螟丹农药废水

利用芬顿试剂(Fenton)氧化预处理杀螟丹农药废水,分别考察了H2O2与FeSO4·7H2O投加量、初始pH、反应时间、温度和摇床转速对Fenton试剂处理杀螟丹废水的影响。结果表明,杀螟丹废水初始COD为676.8 mg/L时,取废水样100 mL,优化反应条件为Fenton试剂的用量1 g FeSO4·7H2O+4 mL H2O2,初始pH值为3,搅拌强度为160 r/min 的摇床转速,反应温度25℃,反应时间60 min。在优化反应条件下COD的去除率达到83.9%。通过Fenton降解,废水可生化性BOD5/COD从0.0745~0.0747上升至0.9066~0.9228,可生化性大幅提高,为后续生化处理创造了条件。考虑到运用于工业废水处理中经济成本等实际问题,建议选取Fenton试剂的用量0.5 g FeSO4·7H2O+1 mL H2O2,COD去除效率能达到65.5%。     

类芬顿试剂耦合超声对活性污泥脱水性能的影响

含水率是影响污泥处置效果与成本的重要因素。通过污泥含水率、毛细吸水时间(CST)、污泥比阻(SRF)、污泥上清液中的蛋白质、多糖、DNA含量等指标,研究了类芬顿试剂耦合超声对活性污泥脱水性能的影响。结果表明,类芬顿试剂中H2O2的投加量为90 mg/g,Fe3+的投加量为10 mg/g,超声3 min, 此时污泥的毛细吸水时间为29.8 s,污泥比阻为2.07×1011 s2/g,污泥的含水率降至73.9%。类芬顿试剂耦合超声能有效破坏污泥絮体结构,增加上清液的蛋白质、多糖、DNA含量。     

CQDs-rGO/GF阴极电芬顿体系中过氧化氢的生成和对硝基苯酚的降解

对二维材料石墨烯进行表面修饰以提高其催化性能为目前较为重要的研究方向。利用水热法合成了直径5 nm的零维材料碳量子点(carbon quantum dots, CQDs),将其与还原石墨烯(reduced graphene oxide,rGO)进行结合,并载于石墨片(graphite flake,GF)表面制备了CQDs-rGO/GF复合电极。将该电极作为电芬顿体系的阴极,考察了CQDs对氧的二电子电化学还原生成过氧化氢的阴极反应的影响;以对硝基苯酚(p-nitrophenol,PNP)为目标污染物,考察了在Fe²⁺存在时该电芬顿体系对PNP的降解性能。结果表明：CQDs显著提高了阴极的活性,CQDs-rGO/GF阴极体系中过氧化氢的生成量是rGO/GF电极的1.9倍,是GF电极的2.4倍;在Fe²⁺存在时,该电芬顿体系对PNP的降解率达到90.6%,COD去除率为64.3%;羟基自由基是使PNP降解的主要活性物种。降解过程中PNP的UV-Vis谱图和COD去除率的变化均显示绝大部分PNP已被矿化,少量转化为小分子羧酸。以上研究结果表明,零维CQDs可用于提高二维材料rGO电极的催化性能。     

含吡啶有机废水物化预处理工艺

对含吡啶有机废水进行分类收集,分质处理,确定了蒸发脱盐-微电解-芬顿氧化预处理工艺路线。实验表明,蒸发脱盐阶段,pH值为5时,COD去除率达62.77%;微电解阶段,pH值为4、反应时间为2.5 h时,COD去除率达24.49%;Fenton试剂氧化阶段,pH值为4,30%H2O2投加量为3.5 ml/L,Fe2+与H2O2摩尔比为1∶20,反应时间为2.5 h时,COD去除率达30.41%。经预处理,废水B/C比从0.075上升至0.48,3种特征吡啶的去除率均达到95%以上。