Fe~0/S_2O_8~(2-)异相芬顿与生物组合工艺处理煤化工废水尾水

为实现煤化工废水尾水低成本达标排放,采用零价铁/过硫酸盐(Fe~0/S_2O_8~(2-))异相芬顿与气升环流反应器(ALR)组合工艺对其进行深度处理并分析处理成本。结果表明,在pH为6.8、Fe~0和S_2O_8~(2-)投加量分别为2g·L~(-1)和15 mmol·L~(-1)的条件下,Fe~0/S_2O_8~(2-)体系对COD和色度去除率分别为56%和50%。气相色谱-质谱和气相色谱分析显示,尾水中难降解芳香化合物被转化成小分子有机酸,这些小分子有机酸虽然在异相芬顿反应中难以进一步降解,但容易被好氧微生物吸收和利用;出水经ALR处理后,COD和色度进一步从150 mg·L~(-1)和75倍降到48 mg·L~(-1)和25倍,总去除率达到86%和83%。由于异相芬顿反应不需调节pH且出水铁离子浓度小于9mg·L~(-1),该组合工艺在避免大量铁泥产生的同时可低成本地实现煤化工废水尾水达标排放。     

磁性还原氧化石墨烯负载Fe~0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(Fe~0-MF-RGO),并在双氧水(H_2O_2)的作用下构成类芬顿试剂用于对罗丹明B(Rh B)的吸附-催化降解。通过正交实验研究了pH值、Fe~0-MF-RGO用量、Rh B初始浓度、温度和H_2O_2浓度5个影响因素。在15℃、pH值为7.0、Fe~0-MF-RGO投加量1.0 g·L~(-1)、Rh B初始浓度为50 mg·L~(-1)以及H_2O_2浓度为0.8 mmol·L~(-1)的条件下,150 min后模拟废水中Rh B的去除率达到98.17%,经5次循环使用后去除率为72.97%。     

CuO活化过硫酸盐对孔雀石绿的降解

为研究CuO在活化过一硫酸氢盐(PMS)与过二硫酸盐(PS)降解染料时的差异,通过单因素控制实验,探究PMS/PS浓度、CuO投加量、初始pH和氯离子对CuO/PMS和CuO/PS体系降解孔雀石绿染料(MG)的影响。结果表明:常温常压下,在MG初始浓度为10μmol·L~(-1),PMS浓度为250μmol·L~(-1),CuO投加量为200 mg·L~(-1)的条件下,60 min后CuO/PMS体系对MG的降解率为86.73%;当MG初始浓度为10μmol·L~(-1),PS浓度为200μmol·L~(-1),CuO投加量为200 mg·L~(-1)时,60 min后CuO/PS体系对MG的降解率为79.07%,过量的CuO和过低的pH均会降低体系的氧化能力。当MG初始浓度为10μmol·L~(-1),氧化剂浓度为200μmol·L~(-1),CuO投加量为200 mg·L~(-1)时,CuO/PMS体系与CuO/PS体系对MG降解率分别为80.35%和79.07%,降解效果大致相当。在地下水/工业废水中氯离子普遍存在情况下,CuO/PS体系由于不产生硫酸根自由基,则避免了氯代副产物的生成,因而相对硫酸根自由基氧化体系具有一定优势。动力学分析显示,两种体系中MG的降解均遵循一级反应动力学模型。     

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(H_2O_2)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?C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~(-1)H_2O_2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。     

Fe~0/O_2体系降解苯胺废水机理

以苯胺为研究对象,在Fe~0/O_2体系中开展了降解实验。考察了苯胺在Fe~0/O_2体系与单一Fe0体系和单一O2体系下的降解效果,探究了Fe~0/O_2体系中活性氧化物的产生及降解苯胺的可能途径。结果表明:初始浓度为5.1 mg·L~(-1)的苯胺在Fe~0/O_2体系中可完全降解,降解过程存在协同效应,在Fe~0/O_2体系下降解速率常数为单一零价铁体系与单一氧化体系降解速率常数之和的46.15倍;Fe~0/O_2体系中活性氧化物主要有H2O2和·OH等自由基,苯胺在体系中的降解以·OH氧化为主,可能的降解途径为矿化和聚合,并以矿化为主;苯胺降解过程中氮素产物的变化表明降解体系中存在大量含氮有机物等中间产物。     

磁性纳米Fe_3O_4活化过硫酸盐降解水中磺胺甲恶唑

采用共沉淀法制备了具有较高催化活性的磁性纳米Fe_3O_4,并对其催化活化过硫酸盐(PS)降解磺胺甲恶唑(SMX)的性能进行了探究,考察了PS浓度、Fe_3O_4投加量、初始pH、共存阴离子(Cl~-、CO_3~(2-)、NO_3~-)以及腐殖酸(HA)对SMX降解效果的影响。SEM、EDS、FT-IR、XRD和BET表征结果表明,实验制备了较高纯度的Fe_3O_4纳米颗粒;重复性实验结果表明,Fe_3O_4具有良好的稳定性;催化降解SMX的实验结果表明,提高PS的浓度、增加Fe_3O_4的投加量均可提高SMX的降解率,且SMX的降解反应符合拟一级动力学。当PS浓度为0.5 mmol·L~(-1)、Fe_3O_4投加量为1.2 g·L~(-1)、初始pH=7.0时,Fe_3O_4活化PS降解SMX的效果最佳,在反应180 min后,SMX降解率达到93.3%。XPS光谱分析结果表明,反应过程中Fe~(2+)主要参与了活化PS降解SMX的过程。乙醇(EtOH)和叔丁醇(TBA)自由基淬灭实验结果证明,在Fe_3O_4/PS体系中同时存在SO_4~-·和·OH,SO_4~-·对SMX的降解发挥了主导作用。以上结果为含磺胺甲恶唑废水的处理提供了催化剂选择,也可为过硫酸盐高级氧化体系中阴离子和腐殖酸对反应的影响效果提供参考。     

抗坏血酸对三价铁/过氧化钙体系降解头孢氨苄的影响

通过添加抗坏血酸(AA)能够缓解铁离子形成沉淀和加速Fe~(3+)转化为Fe~(2+),催化CP产生活性氧物质(ROSs),对CFX降解起到促进作用。研究了Fe~(3+)/AA/CP体系降解CFX的Fe~(3+)浓度、AA浓度、CP浓度、初始pH等主要影响因素。结果表明:在Fe~(3+)浓度0.60 mmol·L~(-1)、AA浓度0.15 mmol·L~(-1)、CP浓度0.144 g·L~(-1)、CFX的初始浓度0.15 mmol·L~(-1)和初始pH=3.00的室温条件下,20 min内CFX的降解率可达到100%。随着初始pH升高,CFX的降解率随之降低。反应过程中降解CFX的活性物质为羟基自由基(HO·)和超氧自由基(O2-·),其中HO·对CFX降解起到主导作用。水中阴离子的影响表明,SO_4~(2-)、Cl~-对CFX的降解影响较小;但HCO3-对CFX的降解有明显的抑制作用。在处理成分较复杂的实际养殖废水实验中,发现只有提高药剂量才能达到有效降解实际废水中头孢氨苄的目的。     

零价铁/过硫酸钾降解对氯苯酚模拟废水

以对氯苯酚(4-CP)为目标污染物,研究了零价铁(ZVI)活化过硫酸钾(KPS)氧化降解4-CP模拟废水的影响因素,对照了单独零价铁、单独过硫酸钾和联合体系的降解性能,检测了降解过程的氯离子和TOC的变化。结果表明,在p H值为5,零价铁投加量为0.3 g·L~(-1),过硫酸钾浓度为1.6 mmol·L~(-1),常温条件时,4-CP的去除率10 min可达87%。对照实验表明,体系中4-CP的降解不是零价铁或者过硫酸钾单独作用,而是联合体系产生的自由基的作用,其中硫酸根自由基起主要作用。体系中氯离子浓度随反应进行提高较快而TOC的去除率低于降解率,说明氧化脱氯作用明显,4-CP没有完全矿化。     

柠檬酸强化纳米零价铁活化过硫酸钠体系降解水溶液中的三氯乙烯

采用螯合剂柠檬酸(CA)强化纳米零价铁(nZVI),活化过硫酸钠(PS)体系,降解水溶液中的三氯乙烯(TCE),分别考察了PS、CA、nZVI投加量、溶液初始pH和无机阴离子对TCE降解效果的影响,确定了在TCE降解过程中起主导作用的活性氧自由基,并验证了PS/nZVI/CA体系降解实际地下水中TCE的效果。结果表明:投加适量的CA可以明显提高PS/nZVI体系对TCE的降解效果,但当CA浓度过高时,TCE降解反而受到抑制,过量或不足的PS、nZVI均会降低TCE的降解率;当溶液初始pH为3～9时,PS/nZVI/CA体系可有效降解TCE;溶液中存在的Cl–和HCO_3~-会抑制TCE的降解,其中HCO_3~-的抑制作用大于Cl–;自由基清除实验和电子顺磁共振实验表明PS/nZVI/CA体系中产生了HO·、SO_4~-·和O _2~-·活性氧自由基,其中HO·、SO_4~-·对TCE降解起主导作用;CA的加入有利于实际地下水中TCE的降解,PS/nZVI/CA体系相比PS/nZVI体系,更适应实际地下水中各种水质条件的冲击,具有实际应用前景。     

过硫酸盐活化耦合微生物燃料电池的降解结晶紫性能

利用Fe0活化Na_2S_2O_8产生具有强氧化性的SO-4·催化降解目标物结晶紫。研究不同因素(阴极液初始pH值、S_2O_8~(2-)浓度、共存离子Cl-浓度)对Fe~0/~(-1)-微生物燃料电池(MFC)体系中结晶紫降解率及产电性能的影响。结果表明,阴极液初始pH值降低和~(-1)浓度增加有利于体系中结晶紫的降解和最大功率密度的提高,阴极液共存离子Cl~-浓度的增加会阻碍结晶紫的降解,最大功率密度随Cl-浓度增加呈现先增加后降低的趋势。综合体系中结晶紫的降解率和最大功率密度,在温度为30℃,Fe~0投加量为1 mmol·L~(-1),阴极液初始pH值为3、~(-1)浓度为2 mmol·L~(-1)时,180 min后浓度为0.16 mmol·L~(-1)的结晶紫降解率达到95.62%,最大功率密度为637.245 m W·m~(-3),内阻约为400Ω。降解过程符合一级动力学方程。     

零价铁强化城市污泥与垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化

针对城市污泥(初沉污泥、剩余污泥)和垃圾焚烧厂渗滤液2种市政废物的协同厌氧消化产气量不足的问题,采用投加零价铁的方式,探究零价铁对厌氧消化过程中产酸和产甲烷阶段的强化作用,并研究消化前后COD、VSS、氨氮以及上清液离子的变化。以初沉污泥与剩余污泥体积比4∶1、渗滤液添加量为15%的基质作为底物,投加不同浓度零价铁进行厌氧消化。结果表明:零价铁能有效提升协同厌氧消化系统中总挥发性脂肪酸产量、促进丙酸分解、进一步降解复杂有机物;当零价铁投入量为4 g·L~(-1)时,累计产甲烷量最高达189.65 mL·g~(-1)(以VSS计),相比对照组提升了30.1%,其产气速率符合一次函数和Scholl Canyon模型指数衰减规律;在25 g·L~(-1)和40 g·L~(-1)的高投加量零价铁条件下,产气高峰提前,但累计甲烷产量低于对照组;随着零价铁的投加量增加,COD降解率呈下降趋势,VSS降解率提升,氨氮变化不大;此外,消化液上清液中,正磷酸盐、硫酸根浓度明显减少,这与亚铁离子的混凝沉淀作用相关,同时也是削弱零价铁强化作用的原因之一。研究结果可为城市污泥和垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化提供参考。     

工业废铁屑活化过硫酸盐降解水中环丙沙星的研究

为了有效降解水中的喹诺酮类抗生素环丙沙星(CPFX),降低处理成本,利用工业废铁屑(IWFe)活化过硫酸盐(PS)降解CPFX,探索了IWFe的粒径、反应体系初始pH、PS/CPFX(质量比)对CPFX降解效果的影响,并且研究了反应动力学、自由基的生成以及使用前后IWFe的变化。结果表明,IWFe+PS体系对CPFX的去除率超过90%,随着IWFe粒径的变小和PS/CPFX的增大,CPFX的去除率增加。在中性条件下,CPFX的去除率最大。IWFe的表面氧化物主要为Fe_3O_4和α-FeOOH,其中Fe~(2+)可活化PS产生·SO_4~-和·OH,·SO_4~-和·OH对CPFX的去除率的贡献分别为47.7%和21.9%。使用后,IWFe上Fe~(2+)的减少低于Fe~(3+)的增加,表明IWFe内核的Fe~0也参与了PS的活化。本研究提供了一种高效、低成本的有机废水处理方法,对实际工程具有一定的参考价值。     

ATP@Fe_3O_4复合材料催化过硫酸盐降解四环素

通过共沉淀法将四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米粒子负载于凹凸棒土(ATP)制备出兼具吸附与催化性能的非均相类芬顿催化剂ATP@Fe_3O_4。采用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)、XPS(X射线光电子能谱)、VSM(振动磁强计)等对材料的结构进行了表征分析,并研究了其对催化过硫酸盐(PS)降解四环素(TC)的效果。结果表明,ATP@Fe_3O_4复合材料是活化过硫酸盐(PS)生成硫酸根自由基(SO_4~-)强有力的催化剂,可大幅提高PS对水溶液中四环素的降解能力。当PS浓度为10 mmol·L~(-1)、ATP@Fe_3O_4投加量为1.5 g·L~(-1),其对pH=3.9的80 mg·L~(-1)四环素溶液的降解率在90 min可达98.75%。负载于ATP表面的Fe_3O_4粒子和部分溶解于水中的Fe~(2+)共同催化PS生成SO_4~-,将TC氧化为CO_2、H_2O和中间体,是ATP@Fe_3O_4/PS体系去除四环素的主要机理。以上研究结果可为催化材料的应用提供参考。     

CMS包覆纳米零价铁去除2,4-二氯酚的条件优化

针对纳米零价铁(Fe~0)去除2,4-二氯酚(2,4-DCP)时易团聚、易氧化、去除效率差等问题,采用环境友好材料羧甲基淀粉钠(CMS)对纳米零价铁进行了包覆,制成包覆型纳米零价铁。探究了包覆比例(CMS:Fe0)、pH、包覆型纳米零价铁投加量等单因素对去除率的影响。在单因素实验的基础上,以包覆比例、pH、包覆型纳米零价铁的投加量为考察因素,以2,4-DCP的去除率为响应值,采用二次多项式响应面探究多因素交互作用对包覆型纳米零价铁去除2,4-DCP的影响。利用响应面优化模型对包覆型纳米零价铁去除2,4-DCP进行优化。模型优化结果显示:包覆型纳米零价铁去除2,4-DCP的最佳条件为pH 3.0,纳米零价铁包覆比例3.59:1,包覆型纳米零价铁的投加量7.96 g·L~(-1),模型预测2,4-DCP的最高去除率为90.03%,实验值为85.77%,两者相对误差为4.73%,证明了优化模型的可靠性。     

盐酸羟胺和酒石酸强化Fe~(2+)/Na_2S_2O_8体系降解双酚A

Fe~(2+)/Na_2S_2O_8(persulfate,PS)体系中存在Fe~(2+)易发生沉淀且Fe~(3+)无法还原的问题,以典型的持久性有机污染物双酚A(bisphenol A,BPA)为研究对象,分别考察络合剂酒石酸(tartaric acid,TA)和还原剂盐酸羟胺(hydroxylamine,HA)强化Fe~(2+)/PS体系对双酚A降解过程的影响。在Fe~(2+)/TA/PS体系、Fe~(2+)/HA/PS体系及Fe~(2+)/TA/HA/PS体系中分别考察了盐酸羟胺投加量、酒石酸投加量、体系pH作用范围等因素的影响,同时对氧化作用机理加以分析。研究表明:酒石酸和盐酸羟胺均能提高双酚A在Fe~(2+)/PS体系中的去除率,且均具有最优值;络合剂酒石酸起到长期促进作用,而还原剂盐酸羟胺起到短期促进作用。探针实验表明络合剂和还原剂共同强化的体系中·OH和SO_(4·)~-仍然是主要的氧化物种。当PS投加量均为2.64 mmol·L-1时,30 min内Fe~(2+)/TA/HA/PS体系中SO_(4·)~-的生成量为11.3μmol·L-1,而Fe~(2+)/PS体系中SO_(4·)~-的生成量为1.4μmol·L-1,表明体系通过加速了自由基生成速率从而加快了双酚A的降解。研究结果表明Fe~(2+)/TA/HA/PS体系在中性条件下实现了对双酚A的强化降解,显著优于Fe~(2+)/PS体系。     

零价铁活化过硫酸钠降解含油废水

将零价铁活化过硫酸钠产生硫酸根自由基的高级氧化技术应用于处理含油废水。研究了过硫酸钠浓度、零价铁投加量、p H值对油降解率的影响,分析了反应过程中S2O2-8和Fe2+的浓度变化。通过投加柠檬酸强化了降解效率,并探讨了油降解的动力学过程。结果表明,零价铁活化产生硫酸根自由基是处理含油废水行之有效的手段。当过硫酸钠浓度119 mg·L~(-1)、Fe0投加量为50 mg·L~(-1)、p H=1.0,反应4 h后油降解率达到79.26%。Fe/Ps体系中,存在不同的主反应过程,其中Fe2+为主要活性物质,其浓度与降解速率正相关。适量投加柠檬酸可以优化控制Fe2+浓度,油降解率可提高20.64%。油降解动力学过程用准一级动力学方程描述。     

超声波/零价铁降解对氯苯胺性能及机理研究

在超声波/零价铁体系中考察了溶液初始pH值、浓度对对氯苯胺降解的影响.在pH值为3～11范围内最佳条件为pH=9;初始浓度为0.1、0.2和0.4 mmol/L时的降解率(180 min)分别为83.2%、63.5%和36.1%.对氯苯胺在单纯铁粉、单纯超声波和超声波/零价铁3种体系中降解符合拟一级反应动力学规律,速率常数分别为6.83×10-4、3.95×10-3和1.01×10-2 min-1,增强因子为218%,表明铁粉与超声波对对氯苯胺降解有明显的协同效应.在体系中加入自由基捕捉剂正丁醇能抑制对氯苯胺的降解,证实对氯苯胺降解主要是依靠羟基自由基的氧化作用.     

膨润土负载硫化纳米零价铁去除对硝基苯酚的研究

以具有较大比表面积和良好吸附性能的膨润土作为载体,制备了膨润土负载硫化纳米零价铁,并利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及比表面积等手段表征膨润土负载硫化纳米零价铁的特性。研究了膨润土负载硫化纳米零价铁的硫铁比(摩尔比)、投加量、初始pH对对硝基苯酚(PNP)去除的影响,并对PNP降解机理进行了初步探究。结果表明,膨润土负载硫化纳米零价铁比表面积为33.06m~2/g,大于膨润土的比表面积(26.72m~2/g),负载的纳米零价铁颗粒分散均匀。当硫铁比为0.011 2、投加量为0.5g/L、初始pH为5.0时,10min基本能把1L1.5mmol/L的PNP完全降解,具有最大的去除速率和去除率。PNP的最主要降解产物为对氨基苯酚。     

羟胺强化Fe2+/过一硫酸盐体系降解邻苯二甲酸二甲酯的研究

利用羟胺(HA)强化Fe~(2+)/过一硫酸盐(PMS)体系降解模拟废水中的邻苯二甲酸二甲酯(DMP),研究了HA的强化机制,并考察了不同因素对HA强化Fe~(2+)/PMS体系降解DMP的影响,最后根据中间产物推断DMP的降解途径。结果表明,添加HA使Fe~(2+)/PMS体系中DMP的降解率从7.5%提升至71.9%,酸性环境下DMP的降解率高于碱性环境,Cl-、PO_4~(3-)和腐殖酸对DMP的降解有抑制作用,SO_4~(2-)对DMP降解几乎无影响。在HA摩尔浓度为0～0.500mmol/L时,DMP降解效率与HA摩尔浓度成正比,但HA摩尔浓度高于0.500mmol/L时会在一定程度上抑制DMP降解。自由基清除实验表明,DMP降解的主导自由基为·OH和SO_4~-·。DMP依次降解为邻苯二甲酸单甲酯、邻苯二甲酸、苯甲酸,最后矿化生成CO_2和H_2O,最终矿化率为31.6%。     

Fe-AC微电解活化过硫酸盐降解直接耐酸大红4BS

为快速脱色降解偶氮类染料,同时解决零价铁活化效率低、易被氧化的问题,以直接耐酸大红4BS(大红4BS)为模拟废水污染物,通过Fe-AC/PDS(铁碳微电解活化过硫酸钠)反应体系对大红4BS进行脱色降解。对影响大红4BS降解的几种因素如Fe:AC(铁碳质量比)、PDS浓度、初始pH等进行探究。结果表明,大红4BS脱色率在Fe:AC=3:1时高达94.7%。增大PDS浓度能明显促进反应进行,但超过5 mmol·L~(-1)时,对体系影响不大。初始溶液pH对Fe-AC/PDS体系降解大红4BS作用显著,在酸性和中性(pH=3.02、4.67、7.32)时,大红4BS的脱色率分别高达98.8%、96.2%、94.7%,但在碱性(pH=9.38、10.78)条件下,其脱色率只有24.5%、18.7%。无机盐阴离子对Fe-AC/PDS体系降解大红4BS有抑制作用,而阳离子对其产生促进作用。自由基俘获实验表明Fe-AC/PDS体系降解大红4BS并不仅仅只是自由基的氧化反应,还存在其他复杂反应,继而对Fe-AC/PDS体系降解大红4BS的机理进行探讨。