炭黑流动电极的孔径分布对流动电极电容去离子脱盐性能的影响

流动电极电容去离子(flow electrode capacitive deionization,FCDI)主要依靠流动电极的电吸附来实现离子去除。而其中流动电极的孔径分布是影响FCDI的脱盐性能的重要因素。为此,选择4种具有高导电性的炭黑(carbon black,CB)作为流动电极,考察了流动电极的孔径分布对FCDI脱盐性能的影响。结果表明,在隔离闭合循环(isolated closed-cycle,ICC)模式下,脱盐性能与流动电极的比表面积呈正相关(r=0.918),并主要受介孔面积的影响。在单循环(single cycle,SC)模式下,FCDI的脱盐性能与介孔面积呈正相关(r=0.583),与微孔面积呈负相关(r=-0.725)。当使用介孔面积最大的炭黑作为流动电极时,离子在流动电极表面的解吸速率升高了53%,FCDI的脱盐率提高了702%。吸附-解吸实验结果表明,由于微孔存在尺寸小、吸附-解吸路径长等缺点,使被流动电极吸附的离子难以被快速解吸,从而抑制了在SC模式下流动电极的再生。介孔可强化FCDI在2种操作模式下的脱盐性能;而微孔却抑制了SC模式下的离子解吸,从而降低了FCDI的脱盐性能。以上研究结果可为流动电极的设计和选择提供参考。     

活性炭涂层电极电容去离子的性能

采用活性炭涂层电极构建电容去离子吸附装置,以氯化钠模拟含盐原水,研究电压、流量、进水浓度等操作参数对活性炭涂层电极脱盐效率和能耗的影响。实验结果表明,去除率和比吸附量随着电压的增大而增加,且比能耗随之增大。流速越小,出水的浓度越低,当对出水的浓度要求较高时,宜采用小流速。当进水浓度低于活性炭涂层电极的饱和吸附量时,比吸附量随着进水浓度呈线性增加;当达到饱和吸附量时,比吸附量不会随进水浓度的增大而发生改变;比能耗随着进水浓度的增加而降低。     

活性炭变温脱附高浓度VOCs的工艺参数优化与评价

以甲苯为VOCs类代表性的目标污染物,通过搭建实验装置模拟活性炭吸附脱附处理VOCs工艺,并在不同工艺条件下 (脱附温度、表观风速、高径比) ,选取常见评价因子 (甲苯脱附率、甲苯浓缩比、脱附能耗比) 以探讨不同脱附工况下气体对各床层的脱附情况进行研究。结果表明,甲苯脱附率随脱附温度和表观风速的增加而增加。甲苯浓缩比随脱附温度和高径比的增加,随表观风速的减小而增加,即表观风速是浓缩比的主要控制因素。在中温范围内,低风速、高径比的甲苯浓缩比小于高风速、高径比。在高温范围内,低风速、高径比的甲苯浓缩比仅在峰值段大于高风速、高径比。脱附温度越高,表观风速越小,高径比越大,相同脱附率下的甲苯浓缩比越大。脱附能耗比随脱附温度和表观风速的减小,高径比的增加而降低,即表观风速是能耗比的主要控制因素。高温低风速时的能耗比比中温高风速时的能耗比低。当脱附温度80 ℃、表观风速0.3 m·s⁻¹时,脱附能耗比最低为1.170 6 kJ·g⁻¹。本研究可为变温脱附工程化应用的低碳化工艺优化提供参考。     

水枝锦活性炭对孔雀石绿的吸附性能研究

以水枝锦为原料,采用磷酸活化法制备成水枝锦活性炭,通过静态实验研究其对孔雀石绿的吸附性能.考察了水枝锦活性炭投加量、接触时间、pH和孔雀石绿初始浓度对孔雀石绿吸附效果的影响.结果表明,在温度为723 K、活化时间为1 h条件下,水枝锦活性炭得率为36.7%,比表面积为1 223m2/g;在298K、孔雀石绿初始质量浓度为250mg/L、接触270min条件下,水枝锦活性炭的最佳投加量为0.5 g/L,适宜pH为7～12;吸附量随温度的升高而增大,提高温度有利于吸附的进行;水枝锦活性炭静态吸附孔雀石绿的动力学行为符合伪二级动力学方程.静态吸附动力学研究为投加粉状活性炭的吸附池的设计和污水处理装置的运行提供基础信息,对于去除水中孔雀石绿技术的应用具有重要的实际意义.     

沸石生物联合吸附再生工艺参数优化研究

简述了沸石生物联合吸附再生工艺(ZCS工艺)的工艺原理,选取了影响沸石生物联合吸附再生工艺污水处理效果的影响因素,通过正交实验,优化了工艺的运行参数.在优化结果为泥龄(SRT)40 d、沸石投加量16.8 g/L、外回流比(R)1、内回流比(r)1、A池碳源投加比(m)0、吸附池溶解氧(DO吸)1 mh/L和O池溶解氧(DOO)2 mg/L的条件下稳定运行后,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级B标准的要求.     

齿轮-筒电极放电处理有机废气及电极优化

放电等离子体技术被广泛用来处理各类有机污染物,其中放电电极的结构是污染物处理效率的关键。通过实验分别研究了在搭载齿轮-筒电极和线-筒电极的等离子体气体处理器下处理甲苯和VOC的效率。此外,还模拟了齿轮-筒电极的放电间距、齿轮齿数、电压大小对于放电特性与效率的影响。结果表明,齿轮-筒电极处理甲苯的效率比线-筒电极具有优势,最高效率可相差8.3%。齿轮-筒电极在处理VOC时的效率也优于线-筒电极2%~5%。放电间距在8~10 mm左右、齿轮为20齿时的电子数密度最大。同时,放电所产生的电子数密度随着电压的增大而增大,但当电压超过-20 kV时增长缓慢。齿轮-筒电极处理有机废气的效率比线-筒电极有提升,此外,电极结构还有优化提升空间。     

活性炭纤维对水中微囊藻毒素的吸附性能

利用活性炭纤维对水中微囊藻毒素MC—LR的吸附,研究了吸附过程的热力学与动力学特性。结果表明,活性炭纤维对MC—LR的平衡吸附量在相同温度下随MC-LR初始浓度的增加而显著增大,并随着温度升高而增加,最大吸附量达246μg／g。不同温度条件下,活性炭纤维对MC-LR的吸附均较好地符合Langmuir等温吸附模型。通过热力学分析发现,△H=15．7kJ／mol、△G〈0、△S〉0,表明该吸附是自发的、吸热的过程,温度升高有利于吸附反应。动力学研究表明,该过程符合一级动力学方程。吸附反应速率受颗粒内扩散和液膜扩散共同影响。活性炭纤维经再生后,平衡吸附量变化较小,具有良好的重复使用性能。     

活性炭纤维对氟硅唑的吸附性能

研究了25、30、35℃时氟硅唑在活性炭纤维上的吸附平衡、热力学及动力学特性。结果表明：Langmuir模型能较好地描述氟硅唑的吸附行为,吸附为自发的放热过程,且主要以化学吸附为主;用动力学模型对实验数据进行拟合,结果显示,活性炭纤维吸附氟硅唑更符合准二级动力学模型,随着温度的升高,吸附速率随之降低。     

石墨气体扩散电极的制备与性能优化

电极的制备工艺及参数直接影响电极材料的活性。主要考察了C/PTFE质量比、碾压压力、煅烧温度、造孔剂NH4HCO3及稀土掺杂等因素对电极产出H2O2的影响规律。研究结果表明,电极最佳制备条件为:石墨和PTFE质量比为2∶1、石墨、造孔剂和稀土元素质量比为6∶1∶1、碾压压力10 MPa、煅烧温度330℃。在pH=3、电解质Na2SO4浓度为0.05mol/L条件下,电解2 h后,改性电极产生的H2O2从95 mg/L提高到350 mg/L,提高了268.4%。     

含油污泥化学清洗处理实验研究与工艺参数优化

以大庆采油一厂的含油污泥为研究对象,采用化学清洗方法,以处理后底泥残油率为评价指标,优化影响含油污泥清洗效率的参数。根据单因素实验,确定清洗温度、化学药剂浓度、液固比的取值范围;采用Design-Expert响应曲面法,考察单独变量作用及交互作用对含油污泥残油率的影响。选择软件中二次多项式模型进行模拟可知,单因素变量、清洗温度与化学药剂浓度的交互项均对含油污泥残油浓度具有显著影响;模型优化结果显示,化学法处理含油污泥的最佳工艺条件为清洗温度78.68 ℃、化学药剂浓度0.84 g·L-1、液固比9.40∶1,模型预测底泥残油率为3.85%,实验验证结果的平均值是3.96%,测定值与预测值之间相对误差为2.78%,证明该模型的可靠性。     

多级串联膜电容去离子装置的脱盐性能

膜电容去离子(membrane capacitive deionization, MCDI)技术具有的装置简单、易操作、易再生、成本低,无污染、节能等优势,使其成为一种新型的脱盐技术。为了提升MCDI的脱盐性能,将多个装置的进水串联,对每个装置单独加电来探究脱盐率,平均脱盐速率、单位能量脱盐量等指标对多级串联的影响。结果表明,在进水盐质量浓度、水力停留时间、电压等不同操作条件下,二、三级MCDI串联脱盐率都提高了约2、3倍,三级串联较二级串联的脱盐速率提升较小,但具有更高的能耗。综合比较,二级MCDI串联的脱盐性能更优,并获得了最佳的操作条件为1.5 g·L⁻¹,0.375 min,1.2 V。在连续脱盐过程中,多级串联能够连续稳定的去除盐离子,并且具有较高的吸附容量,表明了连续脱盐的可行性。研究结果对多级MCDI脱盐工程化应用具有指导意义。     

响应面法优化污泥电渗透脱水工艺参数

以泥饼含固率作为衡量污泥脱水效果的指标,采用响应面法进行污泥电渗透脱水工艺参数的优化研究。结果表明,最佳反应条件为初始污泥含固率为8.58%,初始电压梯度为20.88 V/cm,初始污泥厚度为2.25 cm,此条件下得到的污泥含固率为48.82%(预测值为48.45%)。方差分析结果表明,回归模型达到显著水平,在研究区域(初始污泥含固率:5%~10%、初始电压梯度12~30 V/cm、初始污泥厚度:1~2.5 cm)内拟合较好,与实验结果吻合度较高。     

花生壳活性炭对水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能

为提高花生壳对Cr(Ⅵ)的吸附性能,采用ZnCl2对花生壳进行改性,制得花生壳活性炭。通过批次吸附实验,考察了花生壳活性炭投加量、pH值、吸附时间等因素对Cr(Ⅵ)的吸附性能影响,同时,对吸附动力学、等温吸附特征和热力学进行了系统研究。结果表明,当吸附剂投加量为0.2 g时,在Cr(VI)初始浓度为20 mg/L、pH值为2.0条件下,吸附反应180 min后,花生壳活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附率可维持在94.13%以上。吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型;由吸附热力学方程计算得到吸附焓变(ΔH)>0,吸附自由能变(ΔG)<0,吸附熵变(ΔS)>0,表明花生壳活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程是吸热和自发的。     

Fe2+改性活性炭的制备及其对聚酯降解产物的脱色性能分析

针对聚酯降解产物的回收再利用问题,采用Fe~(2+)对活性炭进行浸渍改性,并用于聚酯降解产物的脱色。通过比表面积测定、TG分析对改性前后的活性炭进行了表征;研究了改性时Fe~(2+)浓度、超声时间及煅烧温度对活性炭的孔结构、表面官能团以及吸附性能的影响,并以此为基础,通过响应面实验优化了Fe~(2+)对活性炭的改性工艺。结果表明,在Fe~(2+)浓度为1.224 mol·L~(-1),超声时间为4.93 h,且无煅烧的条件下,改性活性炭对染料的平均脱色率最高,可达93.483 5%,可在2 h内实现对聚酯降解产物的完全脱色,且其吸附容量比未改性活性炭提高了1.8 mg·g~(-1)。对改性前后的活性炭进行吸附热力学与吸附动力学实验,发现二者的吸附特征符合Langmuir吸附等温模型及拟二级动力学模型,其决定系数分别为0.990 5、0.997 1及0.999 3、0.999 7。这说明染料在活性炭上的吸附为均一单层分布,吸附过程中包含化学反应。使用Fe~(2+)对活性炭进行浸渍改性后再对聚酯降解产物进行脱色,不仅能提高活性炭对染料的脱色效率,还能提高对其对染料的吸附容量。     

奥贝尔氧化沟工艺中异养菌动力学参数测定与分析

以西安市某污水处理厂奥贝尔氧化沟工艺为研究对象,运用呼吸计量法测试了该污水厂氧化沟内异养菌的产率系数、衰减系数和最大比增长速率参数值,并与ASM1推荐值比较分析认为,本实验测试结果可靠,更符合该污水处理厂的实际情况,并能为后续精确模拟和优化该厂工艺运营奠定基础。     

新型人工快速渗滤系统处理村镇污水工艺参数优化

在巢湖双桥河建立了中试规模的人工快速渗滤系统(CRI),系统经过一个月左右启动期后挂膜成功。通过考察不同湿干比条件下CODMn、TP、TN和NH3-N的去除效果,确定系统湿干比为1 d∶2 d,水力负荷周期为3 d。TP、TN和NH3-N在1.0 m/d的水力负荷条件下能够达到最佳的处理效果,特别是TN;而CODMn在1.3 m/d取得最佳的去除效果。综合考虑脱氮除磷和有机污染物的去除,选取水力负荷为1.0 m/d可得到最佳的出水水质。综合4种污染物的去除特点,特别考虑到对TN去除的需要,同时兼顾工程成本,填料厚度确定为1.2～1.5 m之间为最佳。选取生物陶粒、钢渣、活性炭和天然沸石为渗滤介质,研究结果表明,从去除有机污染物和TP角度考虑,选取活性炭和钢渣可达到较好的去除效果,其中钢渣对TP去除效果更佳;而活性炭具有其他4种填料不可替代的脱氮效果。以上工艺组合形式的确定将为巢湖流域CRI系统的推广提供科学依据和数据支持。     

钛修饰电极的制备及电化学性能比较

通过电沉积法在钛网(Ti)上负载钯、钯镍双金属及聚吡咯(PPy)双金属,对比研究不同修饰对电极电化学催化活性的影响。循环伏安测试(CV)表明,在最佳制备条件下,Pd/Ti电极在-500 mV(以Hg/Hg₂SO₄为参比电极)左右获得氢吸附峰值为-59.47 mA;引入Ni制备双金属修饰电极(PdNi/Ti电极)获得氢吸附峰值为-64.40 mA,双金属修饰电极表现出较好的电催化性能;吡咯修饰后制得的Pd-Ni/PPy/Ti电极获得的氢吸附峰值最大,峰值为-80.14 mA,电催化性能更优。扫描电镜(SEM)分析了Ni和PPy的引入对电极表面形态的改变。利用原子发射光谱(AES)分析了电极表面Pd、Ni金属的负载量。实验表明,Ni与PPy的引入使Pd-Ni/PPy/Ti电极在大大减少钯负载量的情况下,仍具有很好的电催化性能,电化学脱氯潜能也很大。     

水处理活性炭吸附容量指标测定方法的优化及应用

苯酚值、碘值、亚甲蓝值、丹宁酸值被普遍用来表征水处理活性炭吸附性能的差异。但国内外对这4项指标检测方法的不统一,限制了活性炭吸附技术的应用,建立一套简易活性炭性能评价体系成了当务之急。在长期指标应用和选炭方法工作的基础上,综合中国及美国标准,提出了一套行之有效、环境友好的指标测定方法。优化了碘值和亚甲蓝值的测定方法,以Freundlich吸附等温方程回归拟合计算方法取代原本的查表法;确定了各指标测定时活性炭的最佳粒径为<200目;验证了所设碘值、苯酚值、丹宁酸值初始浓度的合理性。使用国家标准亚甲蓝值测定的初始质量浓度(1 500mg/L),可以在大幅度降低药剂耗量的同时更准确地区分各种活性炭对亚甲基蓝的吸附容量。     

双铝电极电絮凝处理高含氟地下水的影响因素及动力学分析

为探求电絮凝处理高含氟地下水工艺技术参数及其除氟动力学,采用双铝电极电絮凝装置处理人工模拟高含氟地下水,研究了双铝电絮凝除氟过程及其除氟动力学模型,分别考察了电流密度、pH、极板间距及初始氟浓度对电絮凝除氟过程影响。结果表明,电絮凝除氟过程符合一级反应动力学模型,理论所需除氟时间取决于初始氟浓度和除氟动力学常数,而除氟动力学常数受电流密度、极板间距和初始氟浓度影响;当电流密度为300 A·m⁻³,pH为6.0~7.0,极间距为10 mm时,双铝电絮凝除氟能效最高,氟离子去除率为89.56%,能耗为0.157 8 kWh·g⁻¹;但较高的初始氟浓度容易使铝氟比下降,导致除氟效果下降,不利于除氟过程。以上结果可为电絮凝处理高含氟地下水工程化应用和除氟反应器开发提供参考。     

新型高效气体扩散电极的制备与性能

评述了原位产生H₂O₂的电化学法污水处理技术中使用的主要电极,研究了用石墨制备高效气体扩散电极的方法。对石墨用HNO₃与H₃PO₄的混合液改性,石墨与聚四氟乙烯的质量比为2∶1,电极经350℃煅烧1 h,对溶解O₂还原产生H₂O₂的催化活性最高。仅在pH值很低时,电极的活性较差,在pH=3～9时,电极的活性受pH值变化影响较小。在pH=3时电解150 min,电极的电流效率始终高于72%,H₂O₂浓度达到了274.5 mg/L。