氢自养脱氮法去除污染地下水中硝酸盐氮的模拟研究

针对硝酸盐氮污染地下水,利用含水层介质培养驯化氢自养脱氮菌,借助静态实验,开展氢自养脱氮的室内研究,考察了初始NO_3~--N浓度、C/N、P/N、溶解氧(DO)和腐殖酸(HA)对脱氮能力的影响。结果表明,当初始NO_3~--N浓度为11mg·L~(-1)时,反应7 d后去除率为97.0%;当初始值分别为22和44 mg·L~(-1)时,13 d后去除率为97.9%和60.7%。在C/N≤2∶1时,生成的NO_2~--N峰值达3.45 mg·L~(-1)。当C/N=15∶1~20∶1时,去除率增加至97.1%~97.8%,NO_2~--N为0.12~0.35 mg·L~(-1)。当P/N由0.03∶1增加至0.29∶1时,去除率由76.5%上升至98.1%。当DO≤1.98 mg·L~(-1)时,去除率为93.7%~96.8%;当DO≥3.87 mg·L~(-1)时,去除率降低至84.1%~88.5%。当HA由0.05 mg·L~(-1)增加至38.75 mg·L~(-1)时,去除率为96.8%~98.1%,同时与初始HA相比残留HA呈降低趋势。初始NO_3~--N浓度、C/N、P/N和DO显著影响氢自养脱氮性能。HA抑制自养脱氮性能,且HA存在时部分NO_3~--N被异养脱氮去除。     

ZnIn_2S_4光催化降解水中痕量药物卡马西平的特性

采用水热合成法制备光催化剂Zn In2S4,考察其光催化降解水中痕量医药类物质卡马西平的特性。研究表明,卡马西平初始浓度100μg·L~(-1)、溶液pH 5~9、Zn In2S4投加量50 mg·L~(-1)与碘镓灯(350~450 nm)光照反应3 h后,卡马西平的去除率为90%。动力学分析表明,卡马西平的光催化降解符合一级反应动力学,添加催化剂时的反应速率常数是不加催化剂的2.85倍,催化剂明显提高了降解反应速率。催化剂循环使用2个周期后,卡马西平的去除率由90%降至70%并保持稳定,表明催化剂结构趋稳后仍具有较高的催化活性。羟基自由基(·OH)实验证实了卡马西平降解过程中·OH为主要活性物种,但卡马西平的矿化率却只有3%,由于反应后的溶液呈酸性,因此推测光催化过程中卡马西平与·OH作用后大都转化为酸性中间产物而未被彻底氧化。     

紫外活化过硫酸钠降解水中三唑酮的效能

针对常规水处理工艺难以去除原水中低浓度有机氯农药的问题,采用新型高级氧化技术——紫外(UV)活化过硫酸钠(PS)去除水中有机氯农药三唑酮(triadimefon,TDF),分别研究了TDF初始浓度、PS浓度、初始pH、氯离子浓度以及腐殖酸(HA)浓度对TDF降解效果的影响。结果表明:随着TDF浓度的增加,其去除率逐渐降低;PS浓度从100μmol·L~(-1)增到250μmol·L~(-1),TDF去除率可以提高6.83%;初始pH为5时,TDF的去除率最大;氯离子的存在会抑制TDF降解;存在HA时会降低TDF去除效果。当TDF浓度为200μg·L-1、PS投加量为250μmol·L~(-1)、pH为5、温度为(25±2)℃和反应时间为600 s的反应条件下,TDF的去除率达到99.83%。相比于单独采用UV辐照和PS氧化技术,UV/PS技术对TDF的去除率分别提高了64.2%和86.22%。TDF的降解机制是紫外直接光解和以硫酸根自由基(SO4·-)为主的自由基氧化的共同作用。     

紫外光降解硝酸盐体系中四环素

为了考察紫外光照射下四环素(tetracycline,TC)在硝酸盐(NO_3~-)体系中的降解过程,研究了初始pH、TC初始浓度、NO_3~-浓度、腐殖酸以及磷酸盐等环境因子对TC光降解的影响,利用ESR检测和自由基猝灭实验,量化分析体系中不同氧化途径对TC去除的贡献率。结果表明:TC在NO_3~-体系中的光降解受pH影响显著;腐殖酸和磷酸盐对TC的降解表现出不同程度的抑制作用;TC通过直接光解、HO·、~1O_2和O_2~(·-)氧化4种途径降解,当TC浓度为10.0 mg·L~(-1),NO_3~-浓度为1.0 mmol·L~(-1),pH为7.0时光照150 min后,不同途径的贡献率分别为60.4%、25.6%、8.9%和5.1%。结果有助于了解TC的环境化学行为,为TC治理提供参考。     

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(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。     

ZnIn_2S_4可见光催化降解水中的双氯芬酸

通过水热法制备了可见光下响应的光催化剂ZnIn_2S_4,研究了水中痕量医药类物质双氯芬酸的光解和光催化降解效果与降解途径,同时对催化剂进行了扫描电镜、X射线衍射、紫外可见漫反射、氮吸附和羟基自由基捕获的测试。结果表明,ZnIn_2S_4的比表面积为91.3 m2·g-1,且在可见光照射下具有良好光催化性能。以卤钨灯模拟太阳光,在双氯芬酸初始浓度100μg·L~(-1),ZnIn_2S_4投加浓度10 mg·L~(-1)条件下反应5 h可降解水中98%的双氯芬酸。卤钨灯直接光解5 h可降解91%的双氯芬酸。光解和光催化反应均符合假一级反应动力学,光催化反应速率是光解反应速率的1.5倍。双氯芬酸光解过程中主要发生光环化反应,生成了2-(1-氯-9H-咔吧唑-8-基)-乙酸;光催化过程则主要通过羟基自由基氧化降解双氯芬酸,中间产物主要有1-氯-8-甲基-9H-咔吧唑及2,6-二氯-N-邻甲苯基苯胺。     

酒糟生物炭负载铝对饮用水中氟的去除

以酒糟生物碳为原料,采用负载Al(OH)_3改性制得生物吸附剂(CDGB)。通过静态吸附实验研究吸附剂用量、初始浓度、吸附时间、pH值和共存离子对CDGB吸附氟能力的影响。结果表明:CDGB具有非常宽的最适pH值范围,在pH值为5.0~9.0范围内CDGB均能有效地去除饮用水中的氟离子;并且在氟初始浓度为10 mg·L~(-1),吸附时间40 min,CDGB的添加量为2 g·L~(-1)时氟的去除率可达90%以上,且吸附后水中氟离子含量低于1 mg·L~(-1),符合国家饮用水标准;溶液中常见的共存离子(硝酸根、氯离子和硫酸根)对吸附剂吸附没有显著影响;CDGB对氟离子吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和伪二级吸附动力学模型,理论饱和吸附容量为18.05 mg·g~(-1)。     

UV光降解有机砷废水

阿散酸(4-氨基苯胂酸,PAA)作为饲料添加剂被广泛地应用于家禽养殖业,但是大部分PAA的化学结构不会改变。采用UV光降解水中PAA,并研究了PAA初始浓度、溶液pH、叔丁醇和腐殖酸对其降解效果的影响。结果表明:PAA能被UV高效完全降解,且光解过程受溶液pH、腐殖酸和叔丁醇显著影响。UV辐射20 min,PAA降解率为100%,且NH+4和无机砷(As(Ⅴ)/As(Ⅲ))是其主要的最终的降解产物。此外,根据自由基捕获实验和ESR检测分析,提出了PAA的光降解机理。在UV光照中,PAA的氧化降解一方面是由于直接的光解,另一方面归因于光敏化产生的氧化性自由基(·OH/1O2)参与的光氧化降解。研究结果有助于评价环境风险和PAA的去除。     

改性烟草秸秆对水中刚果红的吸附和解吸

以改性烟草秸秆(AD-MTS)为吸附剂,研究其投加量和溶液pH对水中刚果红去除效果的影响,并探讨了不同解吸条件对AD-MTS解吸效果的影响以及AD-MTS再生的可行性。结果表明,AD-MTS对溶液中刚果红具有良好的去除效果,0.02 g AD-MTS对25 m L浓度为100 mg·L~(-1)刚果红的去除率达99.44%,且在酸性溶液中有利于AD-MTS对刚果红的去除。Na OH能实现刚果红的有效解吸,以0.05 mol·L~(-1)Na OH为解吸剂,在常温下解吸30 min,对吸附刚果红饱和的AD-MTS的解吸率达72.15%,在此解吸条件下,对AD-MTS进行3次吸附-解吸实验,表明Na OH溶液可以实现AD-MTS多次再生利用。     

磁性OMS-2/SBR耦合处理活性染料X-3B废水

为了深度处理印染废水,将基于硫酸根自由基的高级氧化法与序批式活性污泥法(SBR)相耦合;采用磁性氧化锰八面体分子筛(OMS-2)作为活化过硫酸氢钾(PMS)的催化剂,结果表明:当X-3B初始浓度为50 mg·L~(-1)时,PMS=0.25 g·L~(-1)、磁性OMS-2=0.25 g·L~(-1),4 h之内去除率可达93.66%。磁性OMS-2/PMS的浓度对SBR系统处理效果影响明显,低浓度磁性OMS-2/PMS(低于0.5 g·L~(-1))对SBR系统处理效果具有促进作用,高浓度OMS-2/PMS(大于或等于0.5g·L~(-1))则会抑制SBR系统处理效果;此外,低浓度磁性OMS-2/PMS能提升SBR系统的缓冲能力。     

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/IrO_2为阳极构建电解系统,对模拟废水(100 mg·L~(-1)NO_3~--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NO_3~--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,NO_3~--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,NO_3~--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,NO_3~--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。     

氯化亚铁活化过一硫酸盐同步去除氮磷及磷的回收

采用氯化亚铁(FeCl_2)活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO_4~(·-))和氯自由基(Cl·),实现了水中NH_4~+、PO_4~(3-)的同步无害化去除及磷的回收。研究了Fe~(2+)/PMS/Cr体系中的反应机制,考察了PMS浓度、Fe~(2+)/Cr、溶液pH、温度、溶液共存CO_3~(2-)浓度及腐殖酸(HA)浓度等条件对反应体系的影响。结果表明:当溶液pH为4.0、PMS投加量为20 mmol·L~(-1)、Fe~(2+)/Cl~-摩尔分数为1/12时,反应30 min后,溶液中的NH_4~+去除率高达100%且以氮气(N_2)形式实现NH_4~+无害化去除;PC_4~(3-)的去除率也高达100%且以磷酸铁(FePO_4)沉淀形式被回收;随着PMS浓度、Fe~(2+)/Cl~-以及温度的升高,Fe~(2+)/PMS/Cl~-体系中,NH_4~+去除率逐渐增大,但对PO_4~(3-)的回收无明显影响;溶液中CO_3~(2-)和HA的存在对NH_4~+去除有抑制作用。通过自由基淬灭实验和ESR分析证明,SO_4~(·-)和Cl·在Fe~(2+)/PMS/Cl~-体系中起主要作用。本研究结果可为氮磷废水的处理及磷回收提供参考。     

MFPAC混凝沉淀-矿化垃圾吸附预处理垃圾渗滤液

采用化学还原法制备纳米四氧化三铁,与聚合氯化铝(PAC)制备MFPAC磁性混凝剂,利用混凝沉淀-矿化垃圾吸附预处理垃圾渗滤液,用单因素变量法确定实验的最佳运行参数。结果表明:MFPAC磁性混凝剂对COD和色度的去除效果优于单独投加混凝剂PAC,在纳米四氧化三铁与PAC的质量比为1∶3、MFPAC的投加量为1.5 g·L~(-1)、搅拌条件为转速为300 r·min-1下搅拌60 s、溶液pH值为7.5(垃圾渗滤液原水的pH值)、絮凝时间为30 min的最佳运行条件下,COD由5 810 mg·L~(-1)降低到2 173 mg·L~(-1),色度由1 658倍降低到556倍,其COD去除率为62.6%,色度去除率为66.5%;利用矿化垃圾作为吸附剂处理MFPAC混凝处理后的出水,在矿化垃圾粒径小于2 mm、焙烧温度为700℃、吸附剂投加量为40 mg·L~(-1)、pH值为9的最佳条件下,经过12 h的处理,COD和氨氮的去除率分别为56.7%和68.4%,最终出水的COD和氨氮的浓度分别为941 mg·L~(-1)和343 mg·L~(-1);最终,MFPAC混凝沉淀-矿化垃圾吸附工艺对垃圾渗滤液COD、色度和氨氮的去除率分别为83.8%、78.5%和74.3%。     

腐殖质络合体系中水溶性铁的絮凝法去除

针对天然水体及一些废水中铁主要以腐殖质络合态存在,用常规化学碱沉淀法难以有效将其去除的问题,该文研究了以氯化铝为絮凝剂的絮凝沉淀法对含有富里酸络合态铁(FA-Fe)的模拟废水及垃圾渗滤液中水溶性铁的去除效果影响,初步探讨了铝盐对富里酸络合体系中水溶性铁的去除作用机理。结果表明:在处理模拟废水时,水溶性铁的去除率随氯化铝投加量的增加而增大,随废水中FA浓度的增加而减少,腐殖酸(HA)的加入仅对游离态Fe3+的去除有促进作用;在pH为8.0、氯化铝投加量为1.0 g·L~(-1)的条件下处理100 mg·L~(-1)FA和10 mg·L~(-1)Fe3+配成的模拟废水时,水溶性铁的去除率可达94.7%,比常规碱沉淀法提高了11.1%。在pH为8.0、氯化铝投加量为5.0 g·L~(-1)、适量投加HA的条件下处理垃圾渗滤液,水溶性铁的去除率最高可达95.1%。在絮凝过程中,铝盐主要通过形成不溶性聚合物吸附FA-Fe来提高水溶性铁的去除效率。     

电絮凝─超滤协同去除水中的腐殖酸

采用电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration,EC-UF)技术协同去除水中腐殖酸(HA),主要考察了电流密度、初始pH、初始HA浓度、初始电导率等因素对HA去除率的影响,解析了在这些影响因素下HA的去除机理,并对滤饼层特征和膜污染机制进行了研究。结果表明,在电流密度j=10 A·m~(-2)、初始pH=7、初始电导率σ0=1 000μS·cm~(-1)、电解时间为15 min的条件下,初始HA浓度为10 mg·L~(-1)时,EC-UF工艺对水中的HA的去除率可以达到97.3%,膜污染为可逆污染,被污染的膜经过清洗后通量可恢复到初始的94%。     

改性水葫芦粉对水体中Hg~(2+)的吸附

通过二硫化碳(CS_2)对水葫芦粉进行改性,研究吸附时间、吸附剂浓度和溶液pH对改性前后水葫芦吸附溶液二价汞(Hg~(2+))的影响,并探讨其吸附动力学、热力学行为和除汞机理。结果表明:吸附剂浓度为2 g·L~(-1),溶液pH值为6,吸附时间180 min,改性水葫芦粉对Hg~(2+)浓度为2.0 mg·L~(-1)时的去除率大于93%;改性前后水葫芦粉对Hg~(2+)的吸附过程均符合拟二级动力学方程,化学吸附在整个吸附过程中起重要作用。吸附过程能够很好地用Langmuir方程拟合,吸附自由能变(ΔG)0、吸附焓变(ΔH)0、吸附熵变(ΔS)0,表明改性水葫芦粉对Hg~(2+)的吸附过程是自发的吸热过程;动力学拟合和热力学研究表明改性水葫芦粉对Hg~(2+)的吸附既有物理吸附又有化学吸附。     

Fe~0-C微电解去除地下水中2,4-DNT的影响因素

采用批实验研究初始pH值、溶解氧(DO)和地下水中常见的阴、阳离子等因素对Fe~0-C微电解对地下水中2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)去除率的影响,并分析Fe~0-C降解2,4-DNT的产物。结果表明,在pH=7,DO=0.23 mg·L~(-1)的条件下,Fe~0-C去除溶液中2,4-DNT有明显的效果,反应200 min时,去除率达到83.09%,比Fe~0和C的去除率提高了74.56%和9.89%;酸性条件下有利于2,4-DNT去除,初始pH=5的条件下,溶液中2,4-DNT的去除率为82%,而初始pH=10时,2,4-DNT的去除率分别为64%;反应体系中含有较高浓度的溶解氧有利于2,4-DNT的去除,在DO=9.26 mg·L~(-1)条件下,2,4-DNT的去除率比DO=0.23 mg·L~(-1)时提高了9.5%;地下水中一定浓度的阴(Cl-、SO_4~(2-))、阳离子(Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、K~+)可以提高2,4-DNT的去除率,提高率小于10%。反应过程中2,4-DNT降解的产物包括2-氨基-4-硝基甲苯(2A4 NT)、4-氨基-2-硝基甲苯(4A2 NT)和2,4-二氨基甲苯(2,4-DAT)。     

多级冷冻工艺对高盐高浓度有机废水的处理效果及去除机理

探索了冷冻结晶工艺去除高盐高浓度模拟有机废水的影响因素,将多级冷冻工艺应用于模拟废水和实际废水。结果表明:在其他因素固定的条件下,结冰率越高,有机物去除率和脱盐率就越低;冷冻温度越低,有机物去除率和脱盐率越低;有机物去除率和脱盐率随初始盐浓度或初始COD的增大而降低;冷冻接触面积越大,有机物去除率和脱盐率越高。初始COD为8 000.0 mg·L~(-1),初始盐浓度为8 000.0 mg·L~(-1)的模拟废水在4级冷冻后,COD和含盐量分别降低至240.0 mg·L~(-1)和516.9 mg·L~(-1),去除率分别为97.0%和93.5%。初始COD为55 690.0 mg·L~(-1),初始盐浓度为54 648.9 mg·L~(-1) (以NaCl计)的实际化工废水在经过6级冷冻处理后,COD和含盐量分别降低至491.3 mg·L~(-1)和983.3 mg·L~(-1),有机物去除率为99.1%,脱盐率为98.2%,可达到市政管网的接管要求。上述研究结果为高盐高浓度有机废水的处理提供了新的解决方案。     

血粉对废水中镉离子的高效去除效应

以屠宰场废弃动物血液为原料,经高温干燥、粉碎为血粉,以此血粉为吸附剂,研究血粉添加量、溶液初始浓度、吸附温度、溶液pH、吸附时间对废水中Cd2+吸附量与去除率的影响。结果表明,在25℃、pH=5时,4 g血粉对初始浓度为20mg·L~(-1)的镉离子溶液(100 m L)振荡吸附2 h后,溶液中剩余镉离子浓度为0.1 mg·L~(-1),Cd2+的去除率为99.38%,达到污水综合排放标准(GB 8978-1996)中镉排放限值0.1 mg·L~(-1);血粉对镉离子的吸附反应符合Langmuir等温吸附方程,可决系数为0.999 7,Cd2+的理论饱和吸附量为10.24 mg·g-1。为了使剩余Cd2+浓度达到更低(电镀废水排放标准),在吸附工艺上设计出2步吸附法,即第1次吸附后的混合液进行过滤,再将滤液加1 g血粉进行第2次吸附。结果表明,2步吸附法大大降低了溶液中剩余Cd2+离子浓度,即经过第1步、第2步吸附后,溶液中剩余Cd2+离子浓度降至0.006 mg·L~(-1),达到或低于电镀污染物排放标准(GB 21900-2008)对Cd2+的排放限值(0.05 mg·L~(-1))。这是常规吸附剂活性炭、石英砂、高岭土等所不能达到的技术指标,为废水去除Cd2+提供了一种可能的新技术。     

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·(m~2·d)-1,水力停留时间32.495 h下运行效果较好,SO_4~(2-)和Mn~(2+)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SO_4~(2-)和Mn~(2+)浓度到(2 657±96)mg·L~(-1)和(13.33±1.75)mg·L~(-1),SO_4~(2-)和Mn~(2+)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。