臭氧-活性炭处理高浓度制药废水作用机制研究

该研究采用臭氧(O_3)-颗粒活性炭(GAC)处理高浓度制药废水,研究结果表明:(1)投加适量的GAC能提高O_3对高浓度有机物的去除能力,当O_3气体流速为120 L/h和GAC剂量30 g时,COD去除率可达到92%;(2)GAC可以提高O_3利用率,当O_3气体流量为60 L/h和GAC剂量30 g时,O_3利用率为50%,相比于单独O_3氧化时分别提高了30%;(3)pH值对O_3/GAC体系有机物去除和协同因子都有重要影响。在酸性条件下,COD的去除主要靠GAC的吸附和O_3氧化作用;在碱性条件下,靠GAC吸附和羟基自由基(HO·)氧化作用去除。协同因子在酸、碱性条件下分别为1.0、1.4;(4)在酸性和碱性条件下,GAC表面峰强度变化分别与GAC吸附有机物、GAC表面官能团的增多相关。废水经过O_3氧化后,原有的多环类化合物的浓度降低,但苯系衍生物和简单有机酸等浓度等却增加,还生成了简单的酚类物质;经过O_3/GAC体系作用后多环化合物的浓度水平显著下降;(5)O_3/GAC体系动态实验中,GAC吸附15 min即出现泄漏,进行到50 min出水水质与进水水质相同;运行到100 min时开始通入O_3,O_3/GAC体系共运行约250 min,运行期间保持对COD的良好去除效果,极大地延长了活性炭的使用周期。     

O_3/GAC降解饮用水中2,6-二氯-1,4-苯醌的研究

为了降低饮用水在消毒过程中产生的消毒副产物(DBPs)2,6-二氯-1,4-苯醌(2,6-DCBQ)对人体健康带来的危害,以2,6-DCBQ为研究对象,采用O_3/GAC联合工艺,系统地研究了2,6-DCBQ的控制技术,并分析和探讨了其降解机理及动力学规律.结果表明,单独臭氧(O_3)和单独颗粒活性炭(GAC)对2,6-DCBQ的去除率分别为29.64%和32.81%,降解效果一般.而O_3/GAC联合工艺可以有效地降解2,6-DCBQ,其降解效果随着初始浓度、O_3浓度以及GAC的投加量的增大而提高.当2,6-DCBQ初始浓度为20μg/L,O_3浓度为10.06mg/L,GAC投加量为0.5g/L时,反应90min后,2,6-DCBQ降解效率达到84.93%.O_3/GAC联合工艺降解2,6-DCBQ的过程符合一级反应动力学规律.     

纳米Fe/Ni还原水中2,4-二氯酚途径及pH的影响

利用改性纳米Fe/Ni双金属还原降解2,4-二氯酚(2,4-DCP),考察了p H对Fe/Ni还原降解2,4-DCP的效率的影响。结果表明:当p H=5.5,反应时间为120 h时,由于吸附及还原2种作用,Fe/Ni对水中2,4-DCP的去除率接近100%,且47.0%的2,4-DCP被脱氯还原为苯酚。p H5.5时,Fe0被腐蚀消耗较多,且H+会与2,4-DCP争夺电子,不利于还原反应的进行;p H5.5时,因参与脱氯还原的H+不足及铁氢氧化物沉淀覆盖活性位点,导致还原降解效率随着p H升高而降低。通过分析中间产物和最终产物的浓度变化,明确了2,4-DCP的还原降解途径:(1)2,4-DCP被Fe/Ni还原脱去一个氯生成2-氯酚或4-氯酚,然后继续脱氯生成苯酚;(2)2,4-DCP直接被脱去2个氯生成苯酚。     

载银活性炭活化过硫酸钠降解酸性橙

采用硝酸氧化的颗粒活性炭浸渍制备Ag/GAC活化剂,利用N2吸附、SEM、FT-IR及XRD对Ag/GAC进行表征,得出Ag成功负载于颗粒活性炭上,并以Ag/GAC在常温常压下活化过硫酸钠(PS)产生硫酸根自由基(SO-4·)降解偶氮染料酸性橙7(AO7).考察了Ag负载量、PS浓度、Ag/GAC投加量、初始p H对AO7降解效果的影响.结果表明,当Ag负载量为12.7mg·g-1、n(PS)∶n(AO7)为120∶1、Ag/GAC投加量为1.0 g·L-1,降解180 min后AO7降解率达95.0%以上.初始p H对Ag/GAC活化PS降解AO7有较大影响,p H为5.0时降解效果最优.通过紫外可见光谱、气相色谱-质谱(GC/MS)对AO7降解过程进行了探讨,在降解过程中AO7的偶氮键和萘环结构均被破坏,并检测出主要降解产物有邻苯二甲酸和乙酰苯.     

类Fenton催化剂处理苯酚废水的研究

以MIL-101为载体,采用浸渍法制备Fe-Cu/MIL-101类Fenton催化剂,并采用X射线衍射和电子扫描电镜对催化剂进行表征。考察了进水p H、Fe/Cu摩尔比、H_2O_2浓度及催化剂投加量对催化剂性能的影响。结果表明,制备的Fe-Cu/MIL-101保持了MIL-101的骨架结构,且具有较大的比表面积,催化剂在参与反应的同时发挥了MIL-101材料的吸附作用;H_2O_2+Cu/MIL-101体系中的Cu2+不能有效分解H_2O_2生成·OH自由基,但Cu~(2+)能大大提高H_2O_2+Fe-Cu/MIL-101体系降解苯酚的速率;非均相Fe-Cu/MIL-101催化剂拓宽了Fenton反应的p H范围,在室温的条件下,p H为2～5、苯酚初始浓度100 mg/L、催化剂加入量0.5 g/L、H_2O_2浓度4.38 mmol/L,苯酚的去除率接近100%;分析降解后废水表明,Fe-Cu/MIL-101类Fenton催化剂可能将苯酚降解为烯烃、羧酸等有机物中间体。     

MgO催化臭氧氧化降解苯酚机理研究

对氧化镁(MgO)催化臭氧氧化降解苯酚的机理进行了探讨,并验证其与现有的3种催化臭氧氧化机理的吻合性.同时,研究了羟基自由基(·OH)抑制剂对苯酚去除效果的影响,·OH的产生量,以及臭氧在该体系中的存在位置及苯酚在该体系中的作用.结果表明,O_3和MgO/O_3两种反应体系中都存在·OH,MgO/O_3体系中的·OH是O_3体系中的2.14倍.O_3和MgO/O_3体系中的·OH与臭氧浓度的比值分别为1.47×10~(-9)和3.15×10~(-9).苯酚在MgO催化臭氧氧化体系中起到了促进臭氧吸附在MgO表面的作用,臭氧吸附到MgO表面后,分解产生·OH,一部分释放在溶液中降解苯酚,一部分则留在其表面增加表面羟基密度.     

协同催化氧化用于焦化厂生化尾水深度处理

针对某焦化厂生化尾水,分别采用O3(臭氧)氧化及GAC(颗粒活性炭)/O_3、UV(紫外光)/O_3、GAC/UV/O_3协同催化氧化技术进行深度处理对比实验研究。结果显示,GAC/UV/O_3协同催化氧化工艺具有高效性、稳定性、经济合理性的优势。通过改变O3的投加量、UV强度来寻求最佳工况,由中试实验的数据结果得出,三者联用协同催化氧化工艺最佳运行参数为:焦化厂生化尾水温度在25～30℃之间、pH在7～8.5之间、SS小于70 mg/L、O_3投加量为30 mg/L、UV强度值为630 mJ/cm~2、GAC投加量饱和时,实验废水中COD由100～130 mg/L降至60～78 mg/L,有效去除率可以达到40.7%,可满足预期行业标准,甚至达到工业回用水标准。     

活性炭催化过硫酸钠降解金橙G动力学

采用颗粒活性炭(granular active carbon,GAC)催化过硫酸钠(sodium persulfate,PDS)产生具有强氧化性的硫酸根自由基,以偶氮染料金橙G(orange G,OG)为目标污染物,研究了其降解过程及动力学.结果表明,GAC/PDS体系能通过氧化作用有效地去除金橙G,其中氧化降解速率主要与PDS投量、GAC投加量、溶液的初始浓度及反应温度有关,升高温度和GAC投量可以显著地加快OG的降解.且在初始浓度为0.050～0.125 mmol·L-1、pH值为5.0、n(PDS)/n(OG)为10/1～160/1、GAC投量为0.1～1.6 g·L-1、温度为298～338 K的实验范围内,反应的氧化降解符合一级动力学模型且与实验值吻合良好.另外还对GAC重复使用之后的催化效果进行了初步考察.     

不同pH下纳米铁镍颗粒对生物降解苯酚的影响

研究不同pH(8.0、6.0和3.0)下金属纳米颗粒(Fe和Fe/Ni)对纺锤芽孢杆菌(BFN)降解苯酚的影响.实验结果发现pH在8.0和6.0时投加2种金属纳米颗粒(Fe和Fe/Ni)对BFN降解苯酚有促进作用,其原因主要是纳米颗粒在水中持续腐蚀产生H2,为BFN降解苯酚提供电子,促进BFN的生长.但在pH=3.0时,只有BFN-纳米Fe耦合体系才使苯酚得到部分降解,主要是因为纳米Fe颗粒与水反应产生OH-,使pH值有所升高,更适宜BFN的生长,同时提供电子供体H2促进BFN对苯酚的利用.扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)数据证实金属纳米颗粒(Fe和Fe/Ni)在反应后附着在微生物表面,但微生物的表面形态并未发生显著改变.因此,纳米金属颗粒虽然通过附着影响微生物的活性,但其在腐蚀过程中产生的H2将作为电子供体而被BFN所利用,综合作用的结果是有利于BFN的生长进而提高苯酚的降解速率.     

纳米四氧化三铁对2,4-D的脱氯降解

采用纳米四氧化三铁(Fe3O4)降解水溶液中的2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),考察了2,4-D初始浓度、纳米Fe3O4投加量、溶液pH和温度等因素对2,4-D降解率的影响.结果表明,纳米Fe3O4对2,4-D有显著的降解效果,初始浓度为10 mg/L的2,4-D, 48 h内降解率可达48%.纳米Fe3O4对2,4-D的降解是一个还原脱氯过程,反应体系中氯离子浓度随2,4-D浓度降低而升高.LC/MS分析表明,2,4-D降解的主要产物是苯酚,其他中间产物是2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、4-氯苯酚(4-CP)和2-氯苯酚(2-CP).溶液中2,4-D的降解符合准一级反应动力学,产物4-CP、2,4-DCP和苯酚的反应速率常数K分别为0.0043、0.0026和0.0032 h -1.环境条件对降解效率有显著影响,2,4-D初始浓度在0～10 mg/L、纳米Fe3O4投加量0～300 mg/L的范围内,2,4-D降解率随初始浓度和纳米Fe3O4投加量的增加而增大;pH对2,4-D的脱氯降解有显著影响,在pH为3.0时,纳米Fe3O4对2,4-D的还原脱氯效果最好;温度升高,可以提高脱氯反应速率.     

铁铜催化剂非均相Fenton降解苯酚及机制研究

通过浸渍法制备了负载于活性炭(AC)上的金属催化剂Fe/AC、Cu/AC和Fe-Cu/AC,并通过X射线衍射(XRD)、物理吸附仪及X射线光电子能谱(XPS)对其进行了表征.研究了非均相Fenton反应催化H2O2降解苯酚废水的工艺参数,并通过中间产物分析和电子自旋共振谱(ESR)探讨了过程反应机制.实验表明,Cu/AC催化剂中铜主要以CuO形式存在,Fe/AC中铁以多价态形式存在,以无定形形态分散于活性炭中.Fe/AC、Cu/AC和Fe-Cu/AC催化过氧化氢降解苯酚60 min内降解率分别达到96.7%、77.5%和99%;Cu/AC和Fe-Cu/AC催化剂中活性组分铜和铁有一定溶出,而Fe/AC中活性组分铁溶出很少,苯酚降解主要是以非均相催化为主,同时在三轮循环实验后的苯酚降解率仍然高达93%以上,显示了良好的催化稳定性.在优化条件pH=3、T=303 K及初始H2O2为4.38 mmol.L-1下,Fe/AC催化过氧化氢对苯酚和TOC去除率分别达到97%和53%,没有催化剂时苯酚几乎不降解.ESR结果表明Fe/AC催化过氧化氢产生了羟基自由基,证明苯酚降解是以羟基自由基氧化为主;通过高效液相色谱(HPLC)检测苯酚降解中间产物主要有邻苯二酚、对苯二酚和对苯醌,推测苯酚降解途径主要为邻位和对位的羟基取代反应.     

EDTA对Pd/Fe体系还原脱氯2,4-D的影响

针对Pd/Fe体系对含氯有机物催化还原脱氯过程中,零价铁易腐蚀并在颗粒表面形成钝化层,阻碍目标污染物的进一步脱氯去除,本研究利用乙二胺四乙酸(EDTA)与Fe2+和Fe3+的络合作用,消除Pd/Fe颗粒表面的钝化层,使还原脱氯过程得到持续进行.实验考察了EDTA的投加方式和投加量、p H、钯负载率、温度等因素对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)还原脱氯的影响.结果表明:1EDTA浓度为25.0 mmol·L-1、投加速率为20 m L·h-1时,苯氧乙酸(PA)生成率在20 min达到了90.7%.而未加EDTA的反应体系,反应210 min后,PA的生成率仅为74.5%;2EDTA可以络合Pd/Fe体系在催化脱氯过程中生成的Fe2+和Fe3+,防止或减缓了Pd/Fe颗粒表面钝化层的形成,提高了反应活性;3适宜的2,4-D催化脱氯条件为:浓度25.0mmol·L-1的EDTA溶液,投加速率20 m L·h-1、初始p H为4.2、钯负载率0.050%、温度30.0℃、搅拌速率200 r·min-1,反应210 min,20.0 mg·L-1的2,4-D几乎可完全转化为PA;42,4-D催化脱氯的中间产物主要是2-氯苯氧乙酸及微量的4-氯苯氧乙酸,最终产物为苯氧乙酸.     

氨氮及H2O2对溴酸盐和消毒副产物控制的影响

本研究以南方某含溴水源为原水,利用饮用水常规工艺及臭氧-活性炭深度处理中试连续实验,评价臭氧氧化过程中溴酸盐生成情况,并考察了氨氮、过氧化氢(H_2O_2)对溴酸盐控制效果及对三卤甲烷生成势(THMFP)的去除影响.结果表明,在不同水质条件下,臭氧消耗量为1.0 mg·L~(-1)以上时,溴酸盐的生成量超过标准(10.00μg·L~(-1)).利用氨氮和H_2O_2投加均能有效控制溴酸盐生成量,且随投加量增大,溴酸盐生成量逐渐降低,氨氮投加0.10~0.30 mg·L~(-1)或m(H_2O_2)/m(O3)(质量比)为0.2~1.0时,能够将溴酸盐控制在标准以内.当氨氮-H_2O_2联合控制溴酸盐时,溴酸盐生成量随m(H_2O_2)/m(O3)先升高后降低.在利用氨氮和H_2O_2投加进行溴酸盐控制过程中,氨氮对THMFP的去除效率影响并不显著,而投加H_2O_2使得THMFP去除效能有所降低.     

氮掺杂生物炭催化臭氧对于布洛芬的降解特性与机制

系统研究了新型氮掺杂生物炭材料(N-C)催化臭氧对于水中布洛芬(IBP)的氧化降解效能及机制,并深入探究了初始pH、臭氧投加量、催化剂投加量、不同阴离子和背景水质条件对IBP降解效率的影响.结果 表明,相较于一些常见的碳基催化剂(g-C3N4、生物炭、颗粒活性炭)及金属催化剂(MnO2、Fe3O4),N-C催化臭氧体系...     

Fe-Ce/GAC催化臭氧降解高浓度腐殖酸废水

采用浸渍焙烧法制备了Fe-Ce/GAC催化剂,并用于催化臭氧降解模拟高浓度腐殖酸废水.以废水COD、腐殖酸浓度为考察指标,研究了Fe-Ce/GAC催化剂的前驱体无机铁盐种类、焙烧温度、铁盐浓度、助剂稀土元素种类及浓度、分散剂硝酸钾浓度等不同制备条件对催化臭氧降解腐殖酸的效果.试验表明,在腐殖酸浓度为3.00 g·L~(-1)、pH值约8.0、温度为25℃、臭氧投量为1.24 g·h~(-1),反应40 min后COD、腐殖酸去除率仅为17.1%、43.0%;添加以2.0%硝酸铁、1.5%硝酸铈、1.0%硝酸钾溶液浸渍,经350℃焙烧3 h后制备的Fe-Ce/GAC催化剂,可使COD、腐殖酸去除率分别提高40.3%、31.8%.且Fe-Ce/GAC催化剂具有较好的稳定性,重复使用5次后,COD、腐殖酸去除率仅小幅降低了4.2%、9.1%.SEM图象显示活性炭经改性后,比表面积明显增大,有利于活性物质的负载;EDS分析表明催化剂负载了大量的Fe、Ce等金属物质;XRD图谱显示催化剂含有Fe_2O_3、CeO_2等多种活性物质.Fe-Ce/GAC催化臭氧的机理可解释为:活性成分氧化铁在催化过程中生成的羟基氧化铁会促进羟基自由基的生成,而铈元素在催化过程中不仅会提高催化剂的活性,而且生成的化学吸附氧可促进对有机物的吸附及氧化.     

GAC-O3/H2O2体系去除准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物的研究

为了降低准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物浓度和提高体系可生化性,构建了GAC(粒状活性炭)-O_3/H_2O_2体系催化降解矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物.同时,考察了体系O_3、GAC和H_2O_2投加量、初始pH值对GAC-O_3/H_2O_2体系处理渗滤液尾水的影响,并使用分子量分布、紫外-可见光谱和三维荧光光谱解析了难降解有机物在GAC-O_3/H_2O_2体系的转化机制.结果表明:在GAC投加量为10 g·L-1,O_3投加量为32.16 mg·min-1,H_2O_2投加量为3 m L·L-1,初始pH值为5的条件下,反应20 min后,其渗滤液尾水的COD和UV245分别从700.08 mg·L~(-1)和0.488下降到393.85 mg·L~(-1)和0.244,COD和UV254的去除率分别为43.80%和50.00%.经GAC-O_3/H_2O_2体系处理后,得益于含芳香环有机物的有效降解,渗滤液尾水中大分子有机物(大于50 k Da)明显减少,分子量小于1 k Da的有机物比例增多.与此同时,紫外区类富里酸荧光区及可见光区类富里酸荧光区峰值也大幅降低,其去除率分别为70.20%和58.69%,B/C从0.04增加到0.35,这也使得废水可生化性大幅提高.     

UV/O_3/Fe~(2+)处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液实验研究

采用UV/O3/Fe2+工艺去除垃圾渗滤液膜滤浓缩液混凝出水中的COD,考察O3加入量、初始溶液p H、催化剂投加量、紫外光强度、反应时间等因素对废水处理效果的影响,确定适宜的工艺条件。实验结果表明,在O3氧化体系中UV和催化剂Fe2+的引入有利于浓缩液中有机物的降解。在臭氧加入量为1.3 g/h·L,Fe2+的投加量为80 mg/L,p H为3.0,紫外光强度为36W,反应时间为60 min的条件下,UV/O3/Fe2+体系对废水中COD的去除率可达79.96%,比单独的O3体系、UV/O3体系、O3/Fe2+体系分别提高44.43%、35.9%、18.75%。     

纳米Pd/Fe双金属对2,4-二氯酚的脱氯机理及动力学

采用纳米Pd Fe双金属对2,4 二氯酚(2,4 DCP)进行了催化还原脱氯处理.结果表明,纳米Pd Fe双金属具有较高的比表面积和反应活性,对2,4 DCP具有较好的脱氯效率.当纳米Pd Fe用量在6g·L-1时,2,4 DCP脱氯率达到90%以上;脱氯效率与pH值、温度、钯化率、Pd Fe投加量等因素有关.2,4 DCP在脱氯过程中先生成邻氯酚和对氯酚,而后继续脱氯生成苯酚,或由2,4 DCP直接降解成苯酚.2,4 DCP降解符合拟一级反应动力学.2,4 DCP催化还原脱氯反应的活化能为139 7kJ·mol-1.     

颗粒活性炭对AnDMBR污水处理性能与动态膜性质的影响

构建了颗粒活性炭(GAC)强化型厌氧动态膜生物反应器(AnDMBR),考察了GAC投加量(3,6,10,20 g/L)对工艺的过滤性能、污染物去除、产甲烷性能以及动态膜性质的影响,探究了GAC的物化和生物强化作用。研究结果表明,与未投加GAC相比,随着投加GAC浓度的增大,浊度去除率分别提高了3.1～12.3百分点,COD去除率分别提高了5.7～12.1百分点,GAC投加量越大对污染物去除的贡献越大。与未投加GAC相比,随着投加GAC浓度的增大,甲烷总产率分别提高了23.7%、34.6%、24.2%、8.3%,最佳GAC投加量为6 g/L。投加GAC改善了AnDMBR的污染物去除性能和产甲烷性能。GAC的投加有利于降低厌氧污泥和动态膜中EPS的含量,削减出水中荧光性溶解性有机物的含量,减小跨膜压差(TMP)的增长率。同时GAC的吸附与生物富集效应可形成生物活性炭,增大污泥粒径,改善污泥性质和动态膜的多孔结构,对AnDMBR的长期运行起到了积极作用。     

活化过硫酸盐氧化地下水中苯酚的动力学研究

以柠檬酸(CA)络合亚铁离子CA-Fe(II)为活化剂,活化过硫酸盐(S2O82-,PS)产生强氧化剂硫酸根自由基(SO4·-),进而催化氧化苯酚.从CA/Fe(II)物质的量比、Fe(II)浓度、过硫酸盐(PS)投加量和苯酚初始浓度4个因素来考察络合亚铁离子活化过硫酸盐氧化去除苯酚的动力学.结果表明,随着PS投加量的增加,苯酚的去除率随之提高;但随着苯酚初始浓度的增加,去除率逐渐降低;CA/Fe(II)物质的量比为1/5时,能够保持水溶液中足量的亚铁离子,有利于苯酚的氧化去除;当PS/CA/Fe(II)/苯酚物质的量比为100/10/50/1时,苯酚的去除率最高,反应15min后去除率达到98%,此时,苯酚的氧化反应速率k也达到最高值0.430min-1.活化过硫酸盐氧化去除苯酚的过程基本符合准一级动力学,在CA/Fe(II)/苯酚物质的量比为10/50/1条件下,苯酚氧化反应速率与过硫酸盐投加量呈线性正相关(R2 = 0.953).