O3/TiO2催化氧化工艺对饮用水中AOC的影响

以陶粒、硅胶和沸石为载体,分别负载二氧化钛(TiO2)进行臭氧催化氧化去除硝基苯的实验,并对饮用水中生物可同化有机碳(AOC)所代表的小分子有机物(酮、醛、醇和羧酸类物质)的生成情况进行了研究.发现臭氧催化氧化比单纯的臭氧氧化能更彻底地将部分大分子有机物氧化成小分子中间产物,陶粒、硅胶和沸石负载TiO2 3种催化剂分别将AOC从大约300μg·L-1增加到674.1 μg·L-1、847.2μg·L-1和882.1μg·L-1,并且分别使AOC/TOC从原水的4.68%升高到30.5%、33.21%和46.04%,大大地提高了水中有机物的可生物降解性.如果增加臭氧投量,催化氧化可使小分子有机物部分被氧化,致使水样AOC又略有回降.在这一过程中,AOC-NOX所代表的羧酸类物质急剧增加,达到总AOC的90%以上,取代AOC-P17成为了AOC的主体组成部分.     

Fe3+掺杂纳米管TiO2光催化臭氧化去除水中腐植酸

HA(humic acids, 腐植酸)是一种难降解天然有机物,常规饮用水处理工艺很难将其去除. 采用水热合成法制备纳米管TiO₂,并通过TEM(透射电镜)、XRD(X射线衍射)、XPS(X射线光电子能谱)和BET比表面积分析对催化剂进行表征,考察纳米管TiO₂光催化臭氧化对HA的去除效果. 结果表明:①254 nm紫外光照射下,500 ℃煅烧纳米管TiO₂催化臭氧化HA的工艺去除效果最佳,HA去除率可达42.1%,较单独臭氧化工艺提高92.2%. ②采用Fe³⁺掺杂纳米管TiO₂催化臭氧化工艺时,Fe³⁺掺杂量为1.0%(原子百分含量),煅烧温度为550 ℃时,催化效果最好,HA去除率可达79.5%. ③HA去除率高于TOC,0~10min内该现象更为明显. ④考察陶粒和活性炭负载Fe³⁺掺杂纳米管TiO₂的催化效果及催化次数对催化性能的影响发现,陶粒和活性炭负载Fe³⁺掺杂纳米管TiO₂存在下,HA去除率分别为85.1%和97.7%,使用4次后,HA去除率分别为73.9%和82.8%.     

纳米TiO2催化臭氧化对松花江水中氨氮的影响

研究了以负载于陶粒、硅胶、沸石表面的纳米TiO₂作为催化剂时,催化臭氧化松花江水过程中氨氮浓度的变化.结果表明,在单独臭氧化过程中,氨氮浓度先升高后下降,反应30 min后的氨氮浓度与初始浓度相近.在以TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶为催化剂的催化臭氧化过程中,氨氮浓度也是先升高后下降,但反应过程中氨氮的平均浓度要高于单独臭氧化过程.以TiO₂/沸石为催化剂时,催化臭氧化过程中氨氮浓度先下降,然后略有升高,继而又下降,30 min时对氨氮的去除率接近80%.单独臭氧化和催化臭氧化过程中,增大臭氧投量,氨氮浓度最大值出现的时间提前,并且反应过程中氨氮浓度平均值降低.增大催化剂TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶的投量,催化臭氧化过程中氨氮浓度平均值升高.增大TiO₂/沸石投量,有利于氨氮的去除,但投量增大到50g以上时,对氨氮的去除效果影响很小.温度从10℃升高到30℃,对TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶催化臭氧化过程中氨氮浓度的变化影响不大.而以TiO₂/沸石为催化剂时,温度升高有利于催化臭氧化过程中氨氮的去除.     

UV/TiO2/H2O2体系对制药废水二级出水的处理特性研究

以某制药企业的二级出水为研究对象,对比了UV/TiO₂、UV/H₂O₂、UV/TiO₂/H₂O₂ 3种高级氧化工艺的处理效果,利用自主设计的一体化光催化装置进行了连续动态试验,并通过凝胶渗透色谱（GPC）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、三维荧光光谱（EEM）、斑马鱼急性毒性试验等方法研究了处理前后有机物特性和生物毒性的变化.结果表明,与UV/TiO₂和UV/H₂O₂体系相比,UV/TiO₂/H₂O₂光芬顿体系对有机物的去除效果更好,当TiO₂投加量为1 g·L^-1,H₂O₂投加量为100 mg·L^-1时,处理效果达到最佳.一体化光催化装置能够利用UV/TiO₂/H₂O₂光芬顿技术快速高效地降解二级出水中的有机污染物,反应30 min时COD去除率达到50%以上.经UV/TiO₂/H₂O₂深度处理后,废水中的大分子有机物分解转换为小分子,有机物中的不饱和结构明显减少,腐殖质等溶解性有机物基本降解完全.毒性试验结果表明,该二级出水的生物毒性经深度处理后显著降低,对斑马鱼胚胎不存在致畸致死效应.     

臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的研究

在悬浮颗粒搅拌混合反应器中,研究了臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除水中微量硝基苯的性能,结果表明,纳米TiO₂催化臭氧化去除硝基苯较单独臭氧氧化有明显的提高,反应20min硝基苯的去除率提高了44%.实验中分别考察了纳米TiO₂热处理温度、催化剂投量、臭氧投量、硝基苯初始浓度、pH值对臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除硝基苯的影响.发现550℃烧结得到的纳米TiO₂表现出最好的催化臭氧化活性,在较低的臭氧投量与催化剂用量条件下,硝基苯的去除率可达到56.57%;增大臭氧或者硝基苯的初始浓度,硝基苯的去除率随之提高;但是改变催化剂投量,硝基苯的去除效果几乎不受影响;中性或碱性pH环境利于纳米TiO₂催化臭氧化反应的进行.通过研究叔丁醇对纳米TiO₂催化臭氧化反应的影响,证明反应遵循羟基自由基(·OH)反应机理.     

硅藻土基纳米TiO2降解甲醛的实验研究

对比研究了硅藻土和硅藻土基纳米二氧化钛光催化剂对甲醛的吸附降解特点.通过改变反应器内甲醛的初始浓度、反应温度、光照强度和相对湿度,研究了涂覆量为62.5 g·m^-2的硅藻土基纳米TiO₂光催化剂对甲醛气体的降解效果.研究结果表明,硅藻土只对甲醛有一定的吸附作用,而硅藻土基纳米TiO₂对甲醛具有持续的吸附和降解作用.反应器内甲醛初始浓度越高,降解时间越长;初始浓度为6.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛气体,经过150 h降解率才能达到99%以上,而初始浓度为2.0×10^-3 mg·L^-1和4.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛气体分别在14 h和32 h内就可以达到相同的降解率.反应温度越高,硅藻土基纳米TiO₂降解甲醛所需要时间越短;15 ℃时将初始浓度为2.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛完全降解需要50 h,而45 ℃时仅需12 h.光照是硅藻土基纳米TiO₂降解甲醛的直接动力,光照强度为0时,甲醛几乎不能被降解,只被硅藻土基纳米TiO₂光催化剂吸附;在8100 lx的照度下,浓度为2.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛在14 h内能被完全降解.环境相对湿度越大,该催化剂对甲醛的降解越彻底;相对湿度50%时, 硅藻土基纳米TiO₂光催化剂14 h内能将2.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛降解到3.72×10^-5 mg·L^-1,在相对湿度80%时,甲醛能被降解到1.0×10^-5 mg·L^-1.     

氨氧化菌混培物在O2/微量NO2下的氨氧化动力学

运用序批式试验,在无分子氧条件下,确定了好氧氨氧化菌的NO₂型氨氧化动力学方程,得到了最大氨氧化速率［q_NO2,max=0.144　mg·(mg·h)^-1］、二氧化氮半饱和常数(k_NO2=0.821 μmol·L^-1）和二氧化氮抑制性常数（k_i=1.721 μmol·L^-1）.在微量NO₂气体中添加2% O₂氧气后,氨氧化速率明显提高,最大氨氧化速率发生在体积分数2% O₂和50×10^-6 NO₂的条件下,达到0.198 　mg·(mg·h)^-1.在21%　O₂和微量NO₂条件下,氨氧化速率继续大幅度提高;在21%　O₂和100×10^-6　NO₂时氨氧化速率达到0.477 　mg·(mg·h)^-1,比无NO₂空气曝气条件下氨氧化速率高3倍.提出了NO₂表观强化氨氧化函数的概念,建立了在O₂和微量NO₂混合气体下的氨氧化动力学方程,利用2%　O₂和微量NO₂条件下的实验结果验证了动力学方程,讨论了NO₂强化氨氧化的机理.     

溴代甲烷在SO42-/TiO2上的光催化降解

采用溶胶-凝胶法制备了SO₄^2-/TiO₂催化剂,运用XRD、BET比表面测定,FTIR等技术对催化剂进行了表征,并在微型常压连续反应装置上进行CH₃Br光催化反应性能考察.结果表明,SO₄^2-引入TiO₂体系使得催化剂的结构和光催化性能得到显著改善.SO₄^2-负载量为9%,烧结温度为450℃时,SO₄^2-/TiO₂催化剂的光催化活性最高;SO₄^2-/TiO₂催化剂对反应物料中的水汽有很好的耐受性;当反应温度低于85℃时,提高反应温度,有利于改善对CH₃Br的光催化反应活性,表观活化能约为19.6kJ·mol^-1,反应温度在85℃～105℃区间时,CH3Br的光催化降解表观活化能为0.     

颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO2的影响

采用批试验方法,研究了颗粒污泥厌氧氨氧化动力学特性及微量NO₂的影响.用Haldane模型描述厌氧氨氧化反应动力学,得到最大氨氮反应速率6.65×10^-3 mg·(mg·h)^-1、氨氮半饱和常数87.1 mg·L^-1和抑制常数1 123 mg·L^-1,亚硝态氮半饱和常数15.39 mg·L^-1和抑制常数159.5 mg·L^-1.微量NO₂对厌氧氨氧化具有强化作用,基于Haldane模型建立了厌氧氨氧化的NO₂强化函数,估计了强化函数中的最大强化系数48.79、NO₂半饱和常数2 480 mg·m^-3、NO₂抑制常数4.22 mg·m^-3和基础速率系数0.018 2.试验中大部分的NO_x出现损失.     

纳米TiO2协助下As(Ⅲ)在可变电荷土壤中的光催化氧化和吸附

环境中As(Ⅲ)的毒性和活动性均大于As(Ⅴ),将As(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)有利于砷的固定.为此使用自制的光催化装置,采用一次平衡法研究了纳米TiO₂协助下As(Ⅲ)在土壤悬液体系中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附.结果表明,As(Ⅲ)的光催化氧化量随TiO₂的加入量和光照时间的增加而增加,当TiO₂的加入量为1.0 g·L^-1,光照时间为90 min时As(Ⅲ)可以达到很好的转化效果.As(Ⅲ)在土壤中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附增加了水体中砷的去除量,在Fe/Al氧化物与TiO₂体系中也观察到类似的效应.实验结果还表明γ-Al₂O₃也可诱导As(Ⅲ)的光催化氧化.     

臭氧-生物活性炭组合工艺中最佳臭氧投加剂量的确定

在水处理过程中投加臭氧,可提高饮用水的可生物降解性.臭氧氧化后继的生物过滤,可以减少水中可生物降解有机物数量,提高饮用水的生物稳定性.试验表明,臭氧投加量2～8mg/L可使AOC-P17,AOC-NOX和BDOC分别增加20.9%～85.5%,42.1%～158.2%和21.4%～84.4%.臭氧投加量为3mg/L时,AOC和BDOC增加得最多,即3mg/L的臭氧投量为最佳投加剂量.生物活性炭滤柱(BAC)出水AOC浓度(乙酸碳)均低于50μg/L,在35.9～46.6μg/L之间,属于生物稳定性水质.     

高铁酸盐预氧化对松花江水混凝效果的影响

以高铁酸钾和硫酸铝为预氧化剂和混凝剂,考察了NH ,4-N、浊度、TOC、AOC和相对分子质量分布(Mr)等参数的变化,分析了高铁酸钾预氧化对松花江水源水性质产生的影响.结果表明,单独硫酸铝混凝时,在混凝剂投量为50mg·L-1的条件下,松花江水的UV254、浊度、TOC的去除率分别为36.7%、80.2%、31.1%.当高铁酸钾为预氧化剂,投量为1 mg·L-1,时,混凝后松花江水的UV254、浊度、TOC的去除率分别为63.3%、89.6%、37.%.铁酸盐预氧化使混凝后的NH ,4-N值上升了17%.高铁酸盐预氧化使松花江水混凝后的AOC值从998 μg·L-1升到1 241 μg·L-1,同时,使混凝后的AOC/TOC从28.4%上升到38.7%,很大程度上提高了原水中有机物的可生物降解性.这一过程中, AOC-P17所代表的醛酮类物质显著增加,达到总AOC的83%.溶解态有机物分子量分布的考察表明, Mr小于500的分子所占的百分比由单独混凝时的38.9%上升到预氧化后的65.0%,证明高铁酸钾预氧化将原水中的大分子有机物氧化成小分子有机物.分子有机物的增加引起了原水可生物降解性的提高.     

Effect of different molecular weight organic components on the increase of microbial growth potential of secondary effluent by ozonation

Ozonation has been widely applied in advanced wastewater treatment. In this study, the effect of ozonation on assimilable organic carbon （AOC） levels in secondary effluents was investigated, and AOC variation of different molecular weight （MW） organic components was analyzed. Although the removal efflciencies were 47%-76% and 94%-100% for UV2s4 and color at ozone dosage of 10 mg/L, dissolved organic carbon （DOC） in secondary effluents was hardly removed by ozonation. The AOC levels increased by 70%-780% at an ozone dosage range of 1-10 mg/L. AOC increased significantly in the instantaneous ozone demand phase, and the increase in AOC was correlated to the decrease in UV254 during ozonation. The results of MW distribution showed that, ozonation led to the transformation of larger molecules into smaller ones, but the increase in low MW （〈1 kDa） fraction did not contribute much to AOC production. The change of high MW （〉100 kDa and 10-100 kDa） fractions itself during ozonation was the main reason for the increase of AOC levels. Furthermore, the oxidation of organic matters with high MWs （〉 100 kDa and 10-100 kDa） resulted in more AOC production than those with low MWs （1-10 kDa and 〈1 kDa）. The results indicated that removing large molecules in secondary effluents could limit the increase of AOC during ozonation.     

提供生物稳定饮用水的最佳工艺

研究由预处理、常规处理和深度处理组合而成的 7种不同工艺对饮用水源水中可生物同化有机碳 ( AOC)的去除效果 .试验表明 :生物陶粒预处理对 AOC具有较高的去除率 ,达到 45%左右 ,如果在它之前先经过预臭氧化 ,生物处理的去除率可增大到 58.4% ;常规处理对 AOC的去除非常有限 ,去除率平均在 2 0 %左右 ;新活性炭单元因其吸附作用对 AOC的去除效果稳定在30 %左右 ,如和臭氧氧化连用 ,去除效果能提高到 50 %以上 ;包括了常规处理、生物预处理、预臭氧和臭氧活性炭的组合工艺对AOC的去除效果最好 ,达到 86% .因此臭氧氧化、生物炭和生物处理是提高饮用水生物稳定性的重要手段 ,并以本试验结果为依据提出了对于不同的水源水所采用的最佳工艺 .     

Biological stability in drinking water: a regression analysis of influencing factors

Some parameters, such as assimilable organic carbon(AOC), chloramine residual, water temperature, and water residence time, were measured in drinking water from distribution systems in a northern city of China. The measurement results illustrate that when chloramine residual is more than 0.3 mg/L or AOC content is below 50μg/L, the biological stability of drinking water can be controlled.Both chloramine residual and AOC have a good relationship with Heterotrophic Plate Counts( HPC)(Iog value), the correlation coefficient was-0.64 and 0.33, respectively. By regression analysis of the survey data, a statistical equation is presented and it is concluded that disinfectant residual exerts the strongest influence on bacterial growth and AOC is a suitable index to assess the biological stability in the drinking water.     

Phosphorus limitation on bacterial regrowth in drinking water

Assimilable organic carbon(AOC) test and bacterial regrowth potential(BRP) analysis were used to investigate the effect of phosphorus on bacterial regrowth in the drinking water that was made from some raw water taken from a reservoir located in northern China. It was shown that AOC of the drinking water samples increased by 43.9%—59.6% and BRP increased by 100%—235% when 50 μg/L PO4^3--P(as NaH2PO4 ) was added alone to the drinking water samples. This result was clear evidence of phosphorus limitation on bacteria regrowth in the drinking water. This investigation indicated the importance of phosphorus in ensuring biological stability of drinking water and offered a novel possible option to restrict microbial regrowth in drinking water distribution system by applying appropriate technologies to remove phosphorus efficiently from drinking water in China.     

Promoting catalytic ozonation of phenol over graphene through nitrogenation and Co3O4 compositing

Catalytic ozonation is progressively becoming an attractive technique for quick water purification but efficient and stable catalysts remains elusive. Here we solvothermally synthesized highly-dispersed Co₃O₄ nanocrystals over microscale nitrogen-doping graphene (NG) nanosheets and tested it as a synthetic catalyst in the ozonation of phenol in aqueous solutions. Transmission electron microscopy, powder X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectra and X-ray photoelectron spectroscopy were used to determine its morphology, crystallinity, elemental composition and molecular bonds, respectively. The comparative experiments confirmed the highest catalytic activity and oxidation degree (AOSC) of Co₃O₄/NG among four nanocomposites (G, NG, Co₃O₄/G, and Co₃O₄/NG). Co₃O₄/NG also has exhibited the highest degradation rate: complete conversion of a near-saturated concentration of phenol (941.1 mg/L) was achieved within 30 min under ambient conditions with only a small dosage of Co₃O₄/NG (50 mg/L) and ozone (4 mg/L, flow rate: 0.5 L/min). It also resulted in 34.6% chemical oxygen demand (COD_Cr) and 24.2% total organic carbon (TOC) reduction. In this work, graphene nanosheets not only functioned as a support for Co₃O₄ nanocrystals but also functioned as a co-catalyst for the enhancement in phenol removal efficiency. The surface nitridation and Co₃O₄ modification treatment further improved the removal rate of the phenol pollutants and brought in the higher oxidation degree. Our finding may open new perspectives for pursuing exceptional activity for catalytic ozonation reaction.     

可见光响应Pr3+:Y2SiO5/ TiO2薄膜的制备

目的研究层涂法制备Pr~(3+):Y_2SiO_5/TiO_2复合薄膜的结构与可见光催化性能。方法分别以钛酸丁酯(TBOT)和正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,通过溶胶-凝胶法制得TiO_2凝胶和Pr掺杂的Y_2SiO_5凝胶,以碳纤维为薄膜载体,并通过浸渍提拉法制备Pr~(3+):Y_2SiO_5/TiO_2层涂薄膜,研究层涂法制备复合薄膜对复合薄膜结构、形貌以及光催化效果的影响。结果复合薄膜具有明显的分层界限,形貌较平整,有较少龟裂;复合薄膜性能受涂覆次序的影响较大。结论依次将Pr~(3+):Y_2SiO_5和TiO_2涂覆在碳纤维上的复合薄膜具有较好的光催化性能,可见光光照2 h,对亚甲基蓝的脱色率达到94%,其可见光催化效率高于TiO_2薄膜的59%。     

三维电极耦合臭氧技术处理油田压裂返排液

构建了一种活性炭三维电极耦合臭氧（3D/O₃）的反应体系,研究了其对胜利油田压裂返排液COD的去除效果,探究了3D/O₃体系的反应机制,考察了电流、臭氧浓度等过程参数对COD去除性能的影响.压裂返排液经3小时3D/O₃处理后,COD去除率可达到78%,且在多个多周期运行后保持在60%以上.与之相比,单独三维电极和臭氧氧化仅能去除37%和17%的COD.研究结果表明,3D/O₃体系可有效耦合活性炭吸附、电化学氧化、催化臭氧等多种反应机制,高效产生·OH氧化降解压裂返排液中的有机污染物和原位再生活性炭,有望为油田压裂返排液提供一种有效的处理技术.