A new regeneration approach to cation resins with aluminum salts: application of desalination by its mixed bed

A novel method for the regeneration of cation exchange resins by aluminum (Al) salts was investigated in order to improve the regeneration efficiency of resins and reduce the dosage of regenerant. The influences of Al³⁺ concentration and the pH of regeneration solution on resin transformation had been studied. The desalination experiments were carried out to evaluate the characteristics of the Al form resins. Experimental results showed that the regeneration rate of resins was strictly dependent on Al3+ concentration and the pH of the solution. Compared to the conventional regeneration method, the Al form mixed bed exhibited the same desalination capability as the H form mixed bed (MB), and the total organic carbon (TOC) removal was up to 90%, clearly higher than that of the H form. Al salt solution could be utilized repeatedly to regenerate Al form resins.     

用改进型CAJRIX离子交换技术去除水中镉、铜离子的研究

本文报道用离子交换技术去除镉、铜的新工艺,在传统的CARIX工艺中碳酸钙是便宜的再生添加剂,但再生效率较低,使用较困难.本文报道用镁型化合物作为再生添加剂加入饱和的二氧化碳溶液中,将弱酸性阳离子交换树脂转变为镁型。在不同条件下选用Mg(OH)_2、碱式碳酸镁、白云石等作添加剂。实验结果表明,出水中镉、铜含量可达到废水排放允许标准。     

小球藻高效净化猪场废水厌氧发酵沼液研究

为了净化脱除养猪场废水厌氧发酵沼液中的主要污染物,本文利用臭氧氧化对沼液灭菌并且降解其中的大分子有机物(效果优于高压蒸汽灭菌法),然后高效培养小球藻转化为生物质变废为宝.研究了通入不同体积浓度CO_2以及在沼液中补充部分营养盐对微藻生长净化沼液的影响.当CO_2体积浓度从2%逐渐增加到30%时,微藻生物质产量和脱除污染物效率先升后降,并在体积浓度为15%时达到峰值.当沼液中补充添加营养盐10 mg·L~(-1)磷和1 mg·L~(-1)铁时,微藻生物质产量相对未添加条件进一步提高了29.1%,达到了5.81 g·L~(-1),相应的COD、TN、NH_3-N、TP和抗生素替米考星等污染物脱除效率分别提高到88.5%、91.2%、93.6%、98.9%和90.7%.因此,小球藻可高效净化猪场厌氧发酵沼液同时生产高值生物质,具有良好的应用前景.     

生物滴滤塔净化多组分废气的研究

通过生物滴滤塔(biotrickling filter,BTF)净化硫化氢(H2S)、四氢呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)混合废气,研究其挂膜启动和稳定运行条件下的降解性能.结果表明,混合废气H2S、THF、DCM浓度分别为200、100和100 mg·m-3,空床停留时间(empty bed retention time,EBRT)50～20 s的条件下,H2S和THF的去除率分别能够维持在99%和60%左右,而DCM的去除率随EBRT的缩短从90%逐渐降低至37%左右.利用Michaelis-Menten动力学模型分析得到,理论降解效果为H2S>THF>DCM.     

Fe2O3/MIL-53(Al)催化类芬顿氧化性能及其作用机制研究

以MIL-53(Al)和铁盐为原料,采用浸渍-焙烧的方法,制备了Fe_2O_3/MIL-53(Al)类芬顿催化剂.通过扫描电子显微镜(SEM)、射透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)及X射线光电子能谱仪(XPS),对Fe_2O_3/MIL-53(Al)、MIL-53(Al)及Fe_2O_3 3种材料的理化性质进行了表征.以亚甲基蓝为相关材料催化类芬顿反应氧化性能的指示剂,考察了Fe_2O_3/MIL-53(Al)、MIL-53(Al)及Fe_2O_3 3种材料催化类芬顿反应的活性.探讨了Fe_2O_3/MIL-53(Al)催化活性强化的相关作用机制.研究结果表明,Fe_2O_3/MIL-53(Al)的物化结构特征是以赤铁矿为主的纳米Fe_2O_3颗粒均匀、离散地分布在MIL-53(Al)之上,纳米Fe_2O_3颗粒尺寸大多集中在1～5 nm.与未负载纳米Fe_2O_3相比,其分散性和颗粒尺寸都展现出潜在优越性.Fe_2O_3/MIL-53(Al)材料催化类芬顿反应降解水溶液中亚甲基蓝的效果是未负载纳米Fe_2O_3的4.8倍(以反应速率常数计),且TOC去除率亦有明显优势.自由基猝灭实验结果表明Fe_2O_3/MIL-53(Al)催化类芬顿降解污染物的主要活性氧类物质为羟基自由基.MIL-53(Al)孔结构发达、孔分布均匀及孔尺寸较小且均一等结构特征,导致负载其中的Fe_2O_3具有孔道负载量大、颗粒分布离散且均匀、颗粒粒径小且均一等特点,从而强化了纳米Fe_2O_3催化类芬顿反应氧化降解水中污染物的性能.     

基于反硝化脱氮的硫铁复合填料除磷机制

为提高硫铁复合填料反硝化脱氮同步除磷效果,对比研究了不同填料和耦合微生物后的除磷效果,分析了微生物耦合硫铁复合填料反硝化脱氮同步实现除磷的机制.结果表明与单纯海绵铁填料比较,硫磺与海绵铁复合填料除磷效率提高30%,达到95%以上,出水磷含量可降至0.1 mg·L~(-1)以下.X射线衍射(XRD)和总铁浓度分析表明,硫铁复合填料除磷系统反应产物主要为FeOOH、FeS和Fe_4(PO_4)_3(OH)_3固体物质和溶解性铁离子,产生于海绵铁的腐蚀和除磷过程;腐蚀产生的Fe~(2+)及Fe~(3+)的水解产物FeOOH和Fe S通过吸附沉淀作用将PO_4~(3-)转化为Fe_4(PO_4)_3(OH)_3去除.微生物耦合硫铁炭复合填料反应器运行稳定后,TN、TP去除率分别在90%左右和83%以上;硫自养反硝化产生的H~+和生物铁作用也可以促进海绵铁腐蚀和除磷过程,体系将"异养协同自养"复合反硝化与化学除磷有机结合,实现了城市污水处理厂尾水高效反硝化脱氮同步除磷的目的.     

载磷Mg/Al/Fe-LDO的微波辅助溶剂解吸方法特性

针对载磷Mg/Al/Fe-LDO再生利用与解吸液富集回收磷的问题,通过对比直接溶剂解吸法与微波辅助溶剂解吸法在解吸条件、吸附性能与材料层状结构恢复方面的差异,考察了微波辅助溶剂解吸方法的技术特性,并分析了其解吸机制.结果显示,与直接溶剂解吸法相比,微波辅助溶剂解吸法解吸时间由4 h缩短为10～30 min,解吸效果提高15%以上;在同等解吸效果前提下,组合解吸剂(Na_2CO_3+NaOH)浓度降低2倍;解吸剂用量减少10倍.载磷Mg/Al/Fe-LDO经微波辅助溶剂解吸-焙烧再生后,吸附性能得到较好地恢复,3次吸附-解吸-焙烧后再生率接近90%,比直接溶剂解吸-焙烧再生提高40%.由于微波能够强化溶剂离子热运动、促进离子传质与扩散过程,加快离子交换速率,有利于材料层状结构的有效恢复,因此,微波辅助溶剂解吸法能够在较低解吸剂浓度与用量条件下,实现对载磷Mg/Al/Fe-LDO的高效、快速解吸,有利于污水中磷的富集回收.     

An autotrophic nitrogen removal process：Short-cut nitrification combined with ANAMMOX for treating diluted effluent from an UASB reactor fed by landfill leachate

A combined process consisting of a short-cut nitrification (SN) reactor and an anaerobic ammonium oxidation upflow anaerobic sludge bed (ANAMMOX) reactor was developed to treat the diluted effluent from an upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactor treating high ammonium municipal landfill leachate.The SN process was performed in an aerated upflow sludge bed (AUSB) reactor (working volume 3.05 L),treating about 50% of the diluted raw wastewater.The ammonium removal efficiency and the ratio of NO 2 N to NOx-N in the effluent were both higher than 80%,at a maximum nitrogen loading rate of 1.47 kg/(m 3 ·day).The ANAMMOX process was performed in an UASB reactor (working volume 8.5 L),using the mix of SN reactor effluent and diluted raw wastewater at a ratio of 1:1.The ammonium and nitrite removal efficiency reached over 93% and 95%,respectively,after 70-day continuous operation,at a maximum total nitrogen loading rate of 0.91 kg/(m 3 ·day),suggesting a successful operation of the combined process.The average nitrogen loading rate of the combined system was 0.56 kg/(m 3 ·day),with an average total inorganic nitrogen removal efficiency 87%.The nitrogen in the effluent was mostly nitrate.The results provided important evidence for the possibility of applying SN-ANAMMOX after UASB reactor to treat municipal landfill leachate.     

聚合氯化铝中纳米Al13形态的分离纯化及形态表征

采用超滤法和层析法分离纯化聚合氯化铝(PAC)中的Al₁₃形态,并采用Al-Ferron逐时络合比色法、²⁷Al-NMR、TEM和粒度测定仪对分离纯化所得的Al₁₃形态进行了分析和表征.研究结果表明,超滤法分离纯化的效果受超滤膜的孔径及PAC浓度的影响,选择合适孔径的膜和PAC溶液浓度即可以获得高纯度的Al₁₃,在层析法中则随着洗脱时间延长按分子的大小依次洗脱下来,因此截取中间组分即可得到Al₁₃;Al-Ferron逐时络合比色法和²⁷Al-NMR的分析结果表明,采用上述2种方法分离提纯得到的样品中Al₁₃的含量分别可达到90%以上和100%.TEM和粒度测定结果表明,在B=2.5的PAC溶液中,Al₁₃极少以Al₁₂AlO₄(OH)₂₄(H₂O)⁷⁺₁₂的单体形态存在,而是呈两维结构的线性和枝状的聚集体,Al₁₂AlO₄(OH)₂₄(H₂O)⁷⁺₁₂的聚集体尺寸通常在几十至几百nm.     

Mg/Al LDH对UO22+的高效吸附研究

由于放射性污染物的不合理处置及核泄漏事件的发生,对生态环境和人类健康造成了严重危害.本研究采用共沉淀法制备了不同Mg/Al比(物质的量比)的Mg/Al LDH(层状双氢氧化物),研究其对UO_2~(2+)的吸附行为.同时,考察了吸附剂投加量、p H、吸附时间、初始浓度对吸附的影响,并采用XRD、FTIR、SEM、XPS等技术对吸附前后LDH材料进行表征与分析.结果表明:Mg/Al比为2∶1的Mg/Al LDH对UO_2~(2+)吸附效果要比Mg/Al比为4∶1的Mg/Al LDH好,Mg/Al比为2∶1和4∶1的Mg/Al LDH对UO_2~(2+)吸附容量分别为301.28和263.85 mg·g-1,对UO_2~(2+)具有优良的吸附性能,可以作为高浓度放射性污染废水的吸附材料和核泄漏事件的应急吸附材料.Mg/Al LDH对UO_2~(2+)的吸附更符合Langmuir等温吸附模型和Pseudo-second-order动力学模型.吸附后Mg/Al LDH的Mg/Al比降低,Mg/Al LDH对UO_2~(2+)的吸附机理是UO_2~(2+)与材料中氢氧根、碳酸根相互作用,形成三元的络合物而被去除.     

核壳结构KNbO3@Co(OH)2的制备及其活化过一硫酸盐降解帕珠沙星的研究

制备了以KNbO₃为载体材料的Co（OH）₂复合材料并对其进行了详细的表征,分析了材料的组成成分、组成形态进而确定了其为核壳结构形貌的KNbO₃@Co（OH）₂.利用合成的样品作为催化剂活化过一硫酸盐（peroxymonosulfate,PMS）来降解帕珠沙星（pazufloxacin,PZF）,结果表明制备的催化剂对PZF的去除效率显著增加.讨论了不同初始PMS剂量对降解效率的影响,发现随着PMS增加可活化生成更多的硫酸根自由基（sulfate radicals,SO₄^·-）和羟基自由基（hydroxyl radicals,HO^·）来降解PZF,但继续增大PMS用量降解效率未见明显提升.酸性和中性pH值条件下利于反应活化PMS降解PZF,而碱性体系减缓反应,甚至强碱体系更易形成Co（OH）₂沉淀不利于反应体系中活性组分CoOH⁺的形成,大大抑制了催化性能.此外,在体系中加入淬灭剂叔丁醇（tert-Butanol,TBA）或者乙醇（ethanol,ETOH）进行自由基的淬灭实验,结果表明SO₄^·-自由基为体系降解PZF过程中主要贡献的自由基,而HO^·自由基的贡献较少.催化剂具有较好的稳定性5次循环之后仍能在10 min之内完全去除PZF.本研究提出了新的思路为制备其他载体的Co（OH）₂核壳结构提供参考依据,同时将该催化剂结合高级氧化技术应用到水体新兴有机污染物净化领域具有很好的应用前景.     

聚合氯化铝中纳米Al13电荷特性及其混凝效果

采用聚丙烯酰胺凝胶柱层析法分离纯化聚合氯化铝(PAC)中的Al₁₃形态,并采用Al-Ferron逐时络合比色法和ZATESIZER 3000HSA测定仪对分离所得纳米Al₁₃形态以及AlCl₃和PAC进行了分析表征和电荷特性的对比性研究;采用烧杯实验法对3个样品处理实际和模拟水样的混凝效果进行了对比性研究.Al-Ferron逐时络合比色法的结果表明,采用层析法分离可得到含量99%左右的纳米Al₁₃形态;电荷特性和混凝效果研究结果表明纳米Al₁₃形态较其它两者具有更好的除浊、除腐殖酸和脱色效果并且具有更强的电中和能力,因此Al₁₃形态是一种具有较高正电荷和较高的水解稳定性,在给水和废水处理中的一种较为有效的Al形态.     

电凝聚臭氧化耦合工艺的二级出水处理特性与机理研究

构建电凝聚臭氧化耦合工艺对城市污水处理厂二级出水进行深度处理,研究了不同初始pH值、臭氧投加量和电流密度对二级出水处理效果的影响.结果表明,当初始pH值为5、臭氧投加量为1.5 mg·mg^-1、电流密度为15 mA·cm^-2时,该工艺处理效果达到最佳,二级出水中溶解性有机物的去除率可达到58.6%.与单独电絮凝和臭氧氧化工艺相比,耦合工艺对有机物有更好的去除效果.由于金属盐水解产物可以作为臭氧化的催化剂,为了甄别其活性点位,将磷酸盐引入体系中,结果表明磷酸盐占据了混凝剂水解产物表面的羟基,从而阻碍了臭氧与水解铝盐混凝剂之间的反应,使得有机物的去除率降低,傅立叶红外（FT-IR）分析的结果进一步证明表面羟基是产生的铝盐混凝剂催化臭氧化的活性点位.为了进一步明确该耦合工艺去除溶解性有机物的机理,选择对氯苯甲酸（pCBA）探针法间接证明和电子顺磁共振（EPR）实验直接证明体系中羟基自由基（·OH）的存在,结果表明,电凝聚臭氧化耦合工艺较单独臭氧氧化工艺产生了更多的·OH,说明电絮凝产生的铝盐混凝剂水解产物可以作为催化剂催化臭氧产生·OH,提升体系对有机物的去除效率.     

O3-BAC深度处理石化废水厂尾水的特性及菌群结构分析

采用连续流O_3-BAC对华北某石化废水处理厂尾水进行了中试处理实验,研究了O_3氧化对COD及UV254处理效果的影响,同时对处理过程中有机物的变化特性及稳定运行30 d时BAC填料中的微生态环境进行了分析.结果表明,在O_3接触时间为40 min,O_3投加量为20 mg·L-1,BAC单元空床停留时间为1.5 h条件下,O_3-BAC工艺出水COD为24 mg·L-1,平均去除率为40.4%,相对于单独BAC工艺去除率提高10.0%,UV254的平均去除率为55.1%,且COD与UV254之间呈一定的相关性,相关系数R2为0.89;O_3氧化后相对分子质量1×103的比例由尾水中的69.0%提高到了87.0%,O_3-BAC工艺中NPOC的去除率为45.8%,较单独BAC工艺提高23.0%,且BAC单元去除的NPOC主要由相对分子质量1×103的组分所贡献;经GC-MS图谱及有机物统计分析,经O_3氧化后烷烃类、不饱和酯类及酚类等有机物得到明显的去除;O_3氧化后BAC单元的微生态环境得到明显改善,其中微生物种类(丰度在1.0%以上)由6种增加到了11种.O_3-BAC工艺可以有效应用于石化尾水的深度处理中.     

介质阻挡放电等离子协同TiO_2-GAC降解甲基橙的研究

采用介质阻挡放电(DBD)等离子协同颗粒活性炭负载TiO2(TiO2-GAC)对甲基橙进行降解,研究了该体系的协同处理效果,探讨了放电电压、初始pH、初始电导率、初始浓度和TiO2-GAC投加量等操作参数的影响,并建立了协同体系的表观反应动力学模型.实验结果表明,DBD与TiO2-GAC联合处理表现出明显的协同效应,处理25min后,协同体系对甲基橙的降解率和COD去除率分别为96.2%和90%,与单独DBD体系相比,分别提高了52.7%和50.4%;协同体系降解甲基橙的过程符合表观反应动力学模型,模型值与实验值吻合良好,总级数为2.352;体系中H2O2、O3浓度测定结果表明,与单独DBD体系对比,协同体系的H2O2浓度增高,而O3浓度降低,说明TiO2-GAC起到了催化作用;TiO2-GAC在DBD体系中获得了原位再生,五次再生循环后再生率达80%.     

Al13形态的凝胶层析分离及分离级分特性对比

采用聚丙烯酰胺凝胶柱层析法分离纯化聚合氯化铝(PAC)中的Al₁₃形态,并采用Al- Ferron逐时络合比色法、透射电镜(TEM)和ZATESIZER测定仪对分离纯化过程中所得3个级分进行了分析表征和电荷特性的研究;采用烧杯实验法对3个级分处理实际和模拟水样的混凝效果进行了对比性研究.Al- Ferron逐时络合比色法和TEM结果表明,在层析法分离中级分随着洗脱时间延长按分子的大小依次洗脱下来,因此截取中间组分即可得到含量95 %左右的纳米Al₁₃形态;电荷特性和混凝效果研究结果表明,第3个级分其他两者具有更好的除浊、除腐殖酸和脱色效果,并且具有更强的电中和能力,因此Al₁₃形态是一种具有较高正电荷和较高的水解稳定性以及宽的pH适用范围,在给水和废水处理中是一种较为有效的Al形态.     

复合功能树脂吸附处理2-氨基吡啶生产废水的研究

采用中和法对2-氨基吡啶生产废水进行预处理,然后采用NDA-88复合功能吸附树脂固定床工艺对预处理过的废水进行动态吸附和脱附.实验结果表明,NDA-88树脂对2-氨基吡啶的吸附量为150.1 mg/g.每个周期处理废水30 BV(床体积),前12 BV出水COD由2 800mg/L降至100mg/L以下,后18BV出水...     

AF+BAF用于处理树脂化工集中区废水厂尾水的研究

采用厌氧滤池(AF)+曝气生物滤池(BAF)工艺处理树脂化工废水,曝气生物滤池以陶粒为生物载体,进水COD为200~300 mg·L-1,实验规模均为2~4 L·d-1.实验表明,采用AF+BAF工艺对化工园区尾水有较好的处理效果,在AF停留24h,BAF停留12 h的条件下,COD的去除率最高可达73.4%,NH+4-N的去除率达到93.8%.通过气相色谱-有机质谱联用仪(GC-MS)和三维荧光光谱分析发现,系统对小分子有机物和微生物代谢产物的去除显著,但对饱和烷烃和含氮杂环类物质去除效果不佳.变性梯度凝胶电泳(DGGE)谱图显示,AF中的微生物种类比原废水厂上流式厌氧池(UASB)中更为丰富,表明化工园区废水采用二次厌氧效果明显.     

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.     

Synergistic effects of non-thermal plasma-assisted catalyst and ultrasound on toluene removal

A wire-mesh catalyst coated by La_0.8Sr_0.2MnO₃ was combined with a dielectric barrier discharge (DBD) reactor for toluene removal at atmospheric pressure. It was found that toluene removal efficiency and carbon dioxide selectivity were enhanced in the catalytic packed-bed reactor. In addition, ozone and nitrogen monoxide from the gas effluent byproducts decreased. This is the first time that ultrasound combined with plasma has been used for toluene removal. A synergistic effect on toluene removal was observed in the plasma-assisted ultrasound system. At the same time, the system increased toluene conversion and reduced ozone emission.