电絮凝-超滤除氟工艺参数优化研究

电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration,EC-UF)工艺在饮用水除氟方面具有良好的应用前景。研究了EC-UF除氟效果和膜污染过程,考察了电流密度、水力停留时间、初始pH、初始氟浓度对除氟效果和膜污染的影响。结果表明,在连续流下EC-UF工艺除氟效果良好,在电流密度30 A/m2、水力停留时间20 min、初始pH在6.0~7.0的最佳工艺条件下,氟的去除率达到80%以上。膜污染主要是由电解过程产生的铝絮凝剂与氟离子形成的颗粒物质导致。上述结果为EC-UF除氟工艺改进提供了参考和依据。     

电絮凝-超滤除氟控铝工艺参数优化

电絮凝-超滤（electrocoagulation-ultrafiltration process,EC-UF）工艺在饮用水除氟方面具有良好的应用前景,但是存在着能耗较高和出水余铝不达标的问题。实验通过优化电絮凝参数和pH,解决了EC-UF工艺能耗高和出水余铝不达标问题。主要考察了电絮凝pH、电流密度、水力停留时间、初始氟浓度对氟离子的去除效果以及膜污染的控制情况,并分析了铝络合物对氟的去除机理。结果表明,在电流密度10 A·m-2、水力停留时间30 min、pH在6.0~7.0的最佳工艺条件下,EC-UF工艺的出水氟、余铝含量均可达到生活饮用水水质标准。与传统工艺相比,调控pH的EC-UF工艺能耗为0.467 kWh·g-1,降低了33.9%,并且具有较好的出水水质,表明pH的调控是EC-UF除氟控铝工艺优化的关键因素。     

Al／C／Fe复合电极电絮凝法同时除氟除砷（V）

为了同时去除地下水中的氟和砷,提出了Al／C／Fe复合电极电絮凝法和Al／C—Fe／C依次除氟砷法,并进行效果对比。研究了Al／C／Fe复合电极电絮凝法的影响因素,并对复合电极电絮凝产生的絮体进行了SEM-EDX分析。结果表明,Al／C／Fe复合电极电絮凝法对氟、砷的去除速率分别是Al／C-Fe／C依次除氟砷法的1．43倍和4．73倍;初始氟／砷浓度为4．0／1．0、4．0／0和0／1．0mg／L3种条件下,通过铝极板、铁极板的电流密度均为0．10mA／cm2时,达到最好的除氟除砷效果,与初始氟／砷浓度无关。     

气浮与沉淀切换运行的新型气浮-沉淀工艺设计和工程应用

当水体中藻类含量高、浊度低时,所形成的絮体沉淀性不好,沉淀工艺处理效果差,但气浮工艺处理效果相对较好;而当原水浊度高时,气浮工艺处理效果差,而沉淀工艺处理效果却很好。为解决季节性水源水质变化对供水生产的影响,结合上述2种工艺特点,在给水工程中设置同时包含气浮和沉淀工艺的构筑物,开发出新型气浮-沉淀工艺。该工艺的构造可满足2种工艺运行要求,亦可根据水源水质在同一构筑物内切换气浮或沉淀运行模式,能节省用地和建设成本。珠海三灶水厂改造工程项目(处理量2×10⁴ m³·d⁻¹)即该工艺的技术应用案例,其生产运行结果表明：当运行气浮模式时,平均除藻率可达96.9%,平均除浊率可达94.1%;当运行沉淀模式时,除浊率为98.5%。     

内循环流化床吸附-膜分离工艺的饮水除氟特性

将内循环吸附与膜分离技术联合,开发一种新型饮水除氟工艺。为明确工艺特性,以模拟高氟水为实验原水,采用连续流小试装置,通过单因素实验和响应面法分析了HRT、吸附剂投加量2个重要参数对工艺除氟效能的影响规律。结果表明,HRT与活性Al2O3投加量对工艺的除氟效能均存在显著影响,在一定条件下存在最优值。响应面分析结果表明,最佳条件为：HRT=3.2 h,活性Al2O3投加量为5 g·L-1。该条件下,出水氟浓度最低可降至0.2 mg·L-1,在瞬时出水氟浓度与累积出水平均氟浓度超标前,单位活性Al2O3的处理水量分别为1.15 t·kg-1和1.36 t·kg-1;工艺运行过程中,TMP处于较低水平且增加缓慢,表明膜污染程度较小;基于吸附原理与物料平衡原理建立了工艺连续流动态数学模型,模拟得出的出水氟浓度动态变化曲线与实测结果较为一致。     

Al/C/Fe复合电极电絮凝法同时除氟除砷(Ⅴ)简

为了同时去除地下水中的氟和砷,提出了Al/C/Fe复合电极电絮凝法和Al/C-Fe/ C依次除氟砷法,并进行效果对比。研究了Al/C/Fe复合电极电絮凝法的影响因素,并对复合电极电絮凝产生的絮体进行了SEM-EDX分析。结果表明,Al/C/Fe复合电极电絮凝法对氟、砷的去除速率分别是Al/C-Fe/C依次除氟砷法的1.43倍和4.73倍;初始氟/砷浓度为4.0/1.0、4.0/0和0/1.0 mg/L 3种条件下,通过铝极板、铁极板的电流密度均为0.10 mA/cm²时,达到最好的除氟除砷效果,与初始氟/砷浓度无关。     

负载TiO_2的活性炭纤维改性电极电吸附除氟

采用溶胶-凝胶法制备TiO2凝胶,将TiO2凝胶涂覆在活性炭纤维表面并进行热处理制备改性电极（TiO2/ACF）,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射光谱仪（XRD）、比表面和孔隙度分析仪对负载前后电极的表面特性进行表征,并探讨了其对NaF溶液的电吸附效果。结果表明,电极负载TiO2后表面变得粗糙,比表面积和总孔体积减小,而介孔体积和平均孔径增大。此外,表面的TiO2同时以金红石和锐钛矿的晶型存在。电吸附实验结果显示,加电可以提高吸附容量,而且电压、pH和初始氟离子浓度均对电吸附容量产生影响：电压增大,吸附容量增加,当施加电压为2 V时,电吸附容量为1.03 mg/g,比开路电位时提高40%;pH可以通过影响氟离子在溶液中的存在形态和TiO2/ACF电极表面的羟基基团对电吸附容量产生影响;初始氟离子浓度升高,电极吸附容量增大,但是去除率降低。在处理初始氟离子浓度为4 mg/L的NaF溶液时,在2 V电压、中性pH和12 h的吸附时间下,改性ACF为电极的吸附量为1.32 mg/g。     

单极性三维电极法除氟实验研究

采用单极性三维电极法去除配制水中的氟离子,探讨了填充材料、极板间距和电压对除氟效果的影响。结果表明,填充颗粒比表面积越大、极板间距越小、电压越高,越有利于氟离子的去除。当采用活性炭颗粒作为填充材料、极板间距为10 mm、电压为5 V时,氟离子浓度可由4 mg/L降至0.8 mg/L,达到我国饮用水氟含量标准。     

三维电极电吸附动态反应器的除氟特征研究

采用自制的单极性复合型三维阳极作为第三维电极对含氟水进行动态电促吸附实验,通过研究不同填充床高度、阴阳极板间距、隔膜材料对电促吸附除氟效果的影响,确定反应器的最佳结构参数为:填充床高度20 cm、阴阳极板间距4 cm、隔膜为nafion117膜。工作电压、进水pH、进水流速、共存物质对氟离子去除效果的影响结果表明:在一定范围内增大工作电压,降低进水pH或进水流速均可提高除氟效果。相应的最佳操作条件为:工作电压7 V、进水流速4 mL/min、酸性pH;腐殖酸和碳酸根离子的存在会对氟离子去除产生较强抑制作用,低浓度的氯离子可促进氟离子的电促吸附。扫描电镜(SEM)-电子能谱(EDX)的表征结果显示三维颗粒电极的表面及孔隙内部均可吸附氟离子,且电吸附后并未出现电极腐蚀现象。     

Ce-BDC衍生碳的除氟性能与机理

以Ce-BDC为原料,在空气和N₂的氛围中煅烧形成的衍生碳Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)。使用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜等表征手段 对其微观形貌结构、元素组成、官能团特征、晶型结构分别进行了表征和分析,并通过吸附拟合实验考察了Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)对水中氟离子的去除性能及可能的机制。结果表明成功制备了2种衍生碳。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)对氟离子的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合 Langmuir等温线模型。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)对氟离子的吸附是自发进行的,且对氟的吸附过程是放热反应。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N) 对氟离子的最大吸附容量分别为140.6 mg·g⁻¹和155.1 mg·g⁻¹。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)在宽 pH (3~10)范围内具有优良而稳定的除氟性能,并在实际水体处理中显示出优异的除氟性能。     

诱导结晶法去除地下水中氟离子简

针对现行高氟地下水处理工艺中存在的工艺复杂、运行管理困难等问题,提出采用诱导结晶法除氟。其技术核心是在高氟水中投加氟磷灰石作为晶种,并投加磷酸盐和钙盐使水中氟离子在晶种表面生成氟磷酸钙（Ca₁₀（PO₄） ₆F₂）结晶。通过单因素实验得出最佳工艺条件：投加8g/L氟磷灰石,并投加NaH₂PO₄和CaCl₂,使钙离子、磷酸根离子和氟离子的摩尔比为10：5：1,搅拌速度为100 r/min,反应时间1 h。反应中磷酸根离子和钙离子的利用率分别达到98%和25%以上。电子扫描显微镜（SEM）表征晶种在参与反应后,表面有结晶生成。研究表明,采用诱导结晶法可将水中氟离子浓度从5~10 mg/L降至1 mg/L以下,达到饮用水水质标准。     

诱导结晶法去除地下水中氟离子

针对现行高氟地下水处理工艺中存在的工艺复杂、运行管理困难等问题,提出采用诱导结晶法除氟。其技术核心是在高氟水中投加氟磷灰石作为晶种,并投加磷酸盐和钙盐使水中氟离子在晶种表面生成氟磷酸钙（Ca10（PO4） 6F2）结晶。通过单因素实验得出最佳工艺条件：投加8g/L氟磷灰石,并投加NaH2PO4和CaCl2,使钙离子、磷酸根离子和氟离子的摩尔比为10：5：1,搅拌速度为100 r/min,反应时间1 h。反应中磷酸根离子和钙离子的利用率分别达到98%和25%以上。电子扫描显微镜（SEM）表征晶种在参与反应后,表面有结晶生成。研究表明,采用诱导结晶法可将水中氟离子浓度从5~10 mg/L降至1 mg/L以下,达到饮用水水质标准。     

铝铁电极联用电絮凝法处理Cu-EDTA络合废水

采用电絮凝法处理Cu-EDTA模拟废水,研究电极组合方式、初始pH值和氯化钠浓度3个因素对化学需氧量(COD)和Cu去除效果的影响。实验研究发现,当电极组合方式为2个铝阳极和2个铁阴极,起始pH值为3,氯化钠浓度为0.5 g/L,换极周期为40 min,反应时间为80 min时,COD去除率达到78.7%,Cu离子去除率达到99.9%。通过实验研究确定EDTA的去除机制主要是:酸性条件下的次氯酸氧化作用,碱性条件下的氢氧化物絮凝沉淀作用及单核态铝/铁与多核态铝/铁电荷中和作用,Cu的去除机制主要是氢氧化物的絮凝沉淀作用和铁电极的电沉积作用。     

某饮用水处理厂中5种抗生素的去除

通过对美国某饮用水厂处理工艺和对象的介绍,研究各处理单元对克拉霉素(clarithromycin,CLA)、脱水红霉素(erythromycin-H2O,ERY)、左氧氟沙星(levofloxacin,LEV)、新诺明(sulfamethoxazole,SUL)和甲氧苄啶(trimethoprim,TRI)等5种目标抗生素的去除规律;从目标抗生素的残留和各处理单元的去除率角度分别分析时间和空间对去除规律的影响,并探讨抗生素和常规水质参数去除率间的相关关系。研究发现,原水中5种抗生素的平均浓度范围为0～26.8 ng/L,出水降至0～2.3 ng/L,该水厂工艺对5种抗生素的总去除率可达79.5%,其中CLA、ERY、LEV、SUL和TRI的去除率分别为92.8%、24%、100%、85.7%和53.2%;不同采样时间各采样点的抗生素浓度均呈现出秋季高的特点,但各处理单元的处理效率在不同的季节却表现出很大的差异;CLA可作为抗生素总量变化趋势预测的"指示抗生素";抗生素的总量浓度和总去除率与UV254的浓度及去除率之间有很好的正相关性,可以通过对UV254值的测定和去除率的计算来预测抗生素浓度的大小和去除率变化趋势。该研究从抗生素去除角度为我国新建和改扩建饮用水厂工艺提供较好的理论依据。     

Removal technology for pesticide contaminants in potable water

Abstract

Granular activated carbon adsorption is one of the reliable and effective means of removing organochlorine pesticides from water. Continuous stirred tank and fix bed reactor systems were used for the screening of indigenous granular activated carbons in the removal of organochlorine pesticides from water at low microgram levels in simulated samples. The carbon dose reguired to treat raw water at initial concentrations of 5–10 ug/1 of Y‐HCH, p,p'‐DDT and p,p'‐DDE to <2 ug/1 potable level was computed. Data leads to the development of a tap attachable water treatment unit for pesticides removal for applications on domestic scale.     

金属盐改性活性氧化镁对饮用水中氟离子的去除性能

饮用水中氟含量超标会损害人体的健康,本研究研制了一种改性吸附剂用于去除饮用水中过量的氟离子。本研究采用浸渍,焙烧的方法将金属盐负载到活性氧化镁上,制备改性活性氧化镁,考察了其除氟效果和吸附除氟的主要影响因素。结果表明,经过钙盐,铁盐改性后的活性氧化镁最大吸附容量显著增加,在复杂水体环境中仍有突出的除氟效果;改性吸附剂适宜pH为3~10;金属盐改性活性氧化镁处理水样不会有Mg²⁺和浸渍盐离子溶出,是一种安全可靠的吸附除氟材料。