电絮凝过程处理含铬废水的工艺及机理

以六价铬废水为处理对象,采用电絮凝过程研究了槽电压、初始浓度、初始pH值、电极材料等工艺参数对电絮凝过程分离Cr(Ⅵ)离子效率的影响机理。结果表明,采用Fe/Fe电极,对初始浓度为105 mg/L的Cr(Ⅵ)离子废水,最优槽电压为4 V,初始pH值为6,电解60 min,去除率可达到98.84%。Cr(Ⅵ)的去除率随着槽电压的升高而增大,随着初始浓度以及初始pH值的增加而减小。研究发现,初始pH值决定电絮凝过程中Cr(Ⅵ)的主要去除方式,在偏中性范围内Cr(Ⅵ)主要通过絮体吸附作用去除。对不同电极材料的电絮凝过程电解产生的絮体进行了初步分析,结果表明,絮体成分因电极不同而异,不同絮体对重金属离子吸附能力的差异也较大。     

改性天然磷灰石去除废水中Cr(Ⅵ)

用改性天然磷灰石处理低浓度含Cr(Ⅵ)废水,考察反应时间、改性天然磷灰石用量、反应温度和初始pH对Cr(Ⅵ)去除的影响,研究了Cr(Ⅵ)去除的动力学及热力学,分析了反应机理。结果表明:(1)在改性天然磷灰石用量为10g/L、Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10.000mg/L、初始pH为2.0、反应温度为283.15K、反应时间为90min的条件下,Cr(Ⅵ)去除率为99.38%,Cr(Ⅵ)残余质量浓度为0.062mg/L,低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅴ类标准限值(0.1mg/L)。(2)改性天然磷灰石去除Cr(Ⅵ)的反应符合一级反应动力学模型,是放热反应,反应温度低于410.83K时反应能自发进行。作用机理主要是以络阴离子形式存在的Cr(Ⅵ)自发吸附在磷灰石溶解形成的带正电荷表面,然后与溶解的Ca2+反应,形成铬酸钙沉积在固体表面,实现相转移。     

电絮凝-膜分离反应器还原-絮凝-超滤一体化处理六价铬废水

采用电絮凝-膜分离反应器(electrocoagulation membrane reactor,ECMR)对含铬废水进行研究。讨论了电化学参数和水质条件对Cr(Ⅵ)去除的影响,对比了ECMR和EC-UF抑制膜污染的作用机制。结果表明,在电流密度J=55 A·m~(-2)、初始浓度C(Cr~(6+))=40 mg·L~(-1)、初始pH=3、电解时间60 min、水力停留时间20 min条件下,ECMR出水总Cr去除率达到99.2%,废水中Cr(Ⅵ)的去除率达到99.4%。同时发现ECMR膜通量优于EC-UF,通量高出近15%,ECMR装置不但能够充分利用电絮凝中的电场和气浮作用,进一步强化减缓膜污染,而且可以使装置系统更加紧凑,节省占地空间。     

电絮凝同步去除水中铜(Ⅱ)和铬(Ⅵ)复合污染物的影响因素及其作用机理

铜(Cu(Ⅱ))和铬(Cr(Ⅵ))是水和废水中一类重要的重金属复合污染物。电絮凝(electrocoagulation,EC)是目前很有效的重金属深度处理技术,因此,采用电絮凝静态反应器对水中Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的复合污染物的同步去除进行研究。在单极式连接条件下,考察电极材料、电流密度、初始pH、极板间距和电导率等因素对电絮凝效果的影响。结果表明,与铁电极相比,铝电极显示出更好的Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)同步去除效果。因此,采用铝电极进行因素筛选实验,筛选出的实验条件为:Cu(Ⅱ)的进水浓度为18.73~20.08 mg·L~(-1),Cr(Ⅵ)的进水浓度为12.98~14.35 mg·L~(-1),在初始pH为3~6,电流密度为11.57 A·m~(-2),极板间距为1 cm,电导率在899~2 000μS·cm~(-1)的范围内。去除结果表明,总铬(TCr)、Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的去除率均在94%以上,出水Cu(Ⅱ)、TCr和Cr(Ⅵ)的浓度分别为0.081.24、0.491.21和0.120.49 mg·L~(-1),出水pH在6~9之间,可以满足《污水综合排放标准》(GB 8978-7996)要求。     

板栗壳对重金属Cr（Ⅵ）吸附性能的研究

从废弃的植物材料中筛选出一种Cr(Ⅵ)高效吸附剂——板栗壳。研究了pH、接触时间、板栗壳用量、温度和Cr (Ⅵ)初始浓度对Cr(Ⅵ)吸附活性的影响。结果表明, 板栗壳的最佳pH为2～3。在pH 2时,Cr(Ⅵ)的去除率达99.7%。在15～35℃的温度范围内,板栗壳对Cr(Ⅵ)的去除率随温度的升高而增加。30℃时,Cr(Ⅵ)的去除率可达99%。板栗壳用量对Cr(Ⅵ)的去除有明显影响。由0.2 g增加到0.4 g时, Cr(Ⅵ)的去除率从90.6%提高到99%。在较宽的铬初始浓度范围内,板栗壳对Cr (Ⅵ)有明显的去除作用。     

表面改性壳聚糖纳米铁球去除水中Cr(Ⅵ)

通过表氯醇(ECH)、乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)和戊二醛(GLA)对壳聚糖-纳米铁(chitosan nanoscale zerovalent iron,CS-NZVI)进行表面改性,提高了其机械强度。研究在不同的初始pH值、反应温度、NZVI投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度条件下,改性前与后的CS-NZVI球对去除Cr(Ⅵ)效果和动力学的影响。结果表明:4种CS-NZVI球对Cr(Ⅵ)的去除率和Kobs与NZVI投加量和反应温度成正比,与初始pH值和Cr(Ⅵ)初始浓度成反比。其中GLA-CS-NZVI球对水中Cr(Ⅵ)的去除效果最好。4种CS-NZVI球去除Cr(Ⅵ)的机理为:在前0.5 min内,物理吸附作用将Cr(Ⅵ)吸附在球表面并有部分被还原为Cr(Ⅲ),然后化学还原作用起主导作用。     

生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

利用液相还原法,使生物炭携载纳米零价铁,可以有效解决纳米零价铁在水处理应用中自身团聚问题,从而提高Cr(Ⅵ)的去除效率。研究发现:在添加相同剂量纳米的条件下,当炭铁质量比为5∶1时,生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率可达到96.8%,比纯纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的效率高35.9%;TEM和BET分析表明,生物炭携载纳米零价铁比纯纳米零价铁有更好的分散性和更高的比表面积,这是其去除Cr(Ⅵ)效果更好的主要原因;当溶液中Cr(Ⅵ)的反应初始浓度从25 mg/L提升至125 mg/L时,表观速率常数kobs从0.104 1 min~(-1)降低至0.023 5 min~(-1),说明反应速率随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而降低;当反应溶液初始p H在4.5~8.5之间时,携载纳米零价铁的生物炭对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率均达到92.1%以上,表明生物炭携载纳米零价铁具有较广的p H适应范围,且对Cr(Ⅵ)具有较好的去除效果。     

柚皮粉对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

采用柚皮粉吸附去除水中Cr(Ⅵ)。考察了pH、吸附时间、柚皮粉用量和Cr(Ⅵ)初始浓度等因素对吸附效果的影响,测定了吸附等温线,对等温吸附规律及吸附机理进行了探讨。结果表明,pH、吸附时间、柚皮粉用量、Cr(Ⅵ)初始浓度、温度等因素对柚皮粉吸附水中Cr(Ⅵ)有显著影响。适宜的吸附条件为:pH 1.5,吸附时间6 h,柚皮粉用量0.5 g/100 mL,Cr(Ⅵ)初始浓度不大于10 mg/L,温度25℃。在该条件下,Cr(Ⅵ)的去除率可达98%以上。柚皮粉对水中Cr(Ⅵ)的等温吸附规律可用Freundlich、Langmuir和Temkin模式较好地描述,吸附呈单分层形式,吸附性能良好,吸附易于进行。柚皮细胞成分中的活性基团与Cr(Ⅵ)发生表面络合作用是吸附的主要机理。     

光催化降解内分泌干扰物双酚A的响应面分析与优化

对光催化降解内分泌干扰物双酚A进行了研究,使用响应面方法(RSM)结合中心组合设计(CCD),对光催化过程中的影响因素(光强、Ti O2浓度、初始双酚A浓度)进行了探讨和分析,构建响应面模型,并对反应条件进行了优化。此响应面模型能够较好地模拟实验结果,可以用于探索设计空间。优化的最佳反应条件为:Ti O2浓度1.80 g/L、初始双酚A浓度41.08 mg/L、UV光强6.61 m W/cm2,预测和实验最大双酚A去除率分别为81.5%和82.3%,数值比较接近,说明此响应面模型能够有效描述光催化反应过程,优化光催化反应条件,为光催化技术工程应用和光反应器设计提供技术参考。     

电解/超声强化铁炭法处理饮用水源中的Cr(Ⅵ)

采用传统铁炭法、电解强化铁炭法、超声强化铁炭法处理供水Cr(Ⅵ)污染,研究其处理效果和去除Cr(Ⅵ)的动力学。结果表明:传统铁炭法在投加量为9 g·L~(-1),反应时间为50 min,Cr(Ⅵ)去除率可达95%以上,铁炭法去除Cr(Ⅵ)的过程符合一级动力学方程。在铁炭投加量为3 g·L~(-1)条件下,电解强化后Cr(Ⅵ)去除率提高了4.42%,超声强化后Cr(Ⅵ)去除率可达到95%以上。电解强化法、超声强化法的Cr(Ⅵ)衰减速率分别是传统铁炭法的Cr(Ⅵ)衰减速率的1.26和2.26倍。超声强化铁炭法不仅使得Cr(Ⅵ)去除率大幅提高,同时还能防止传统铁炭法在实际应用中出现的板结和沟流问题,是一种较为可行的供水厂处理六价铬污染的技术。     

混凝+芬顿法对中晚期垃圾渗滤液色度去除

垃圾渗滤液经一般生化处理后色度很大。对混凝和芬顿法结合深度处理垃圾渗滤液对色度去除进行了研究。混凝段通过中心复合设计(简称CCD)和响应面方法(简称RSM)分析了混凝的色度去除率的响应特征,建立了实际因素的最终方程模型:Y(色度去除率,%)=-553.40+73.74A+229.06B+0.38AB-34.16A2-22.67B2,(Y、A、B分别代表色度去除率、投加量和pH)并对絮凝条件进行优化,得到混凝反应的最佳优化条件:投加量1.11 g/L,pH 5.06,及在此条件下的去除率67.2%。在芬顿段,将芬顿反应对水中亲水性有机物相对含量(UV254)与对色度的去除特征相结合进行了研究,证明色度的去除跟该类有机物的去除有关,色度去除率最优值条件选择为H2O2/COD=1.0,Fe2+/H2O2=0.35∶1,而初始pH=2.5时对色度的去除达到99%以上。整个工艺出水可达到达标排放标(GB16889-2008)。     

固定化啤酒废酵母对Cr(VI)的吸附

用2%海藻酸钠与1%明胶混合作为包埋剂固定啤酒废酵母,研究固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅳ)的吸附特性.结果表明,固定化啤酒废酵母吸附Cr(Ⅵ)受吸附时间、起始pH、固定化菌体浓度、cr(Ⅵ)起始浓度及共存离子等因素的影响.确定固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅵ)最佳吸附条件为:pH 2,Cr(Ⅵ)起始浓度100 mg/L,固定化菌体浓度2 g/L,吸附90 min.此条件下Cr(Ⅵ)的吸附率可达96.8%.Pd2+等并存离子可抑制固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅵ)的吸附.用1 mol/L盐酸洗脱固定化啤酒废酵母所吸附的Cr(Ⅵ)3 h,解吸率为93.6%.     

TiO2/石墨烯应用于Cr (Ⅵ) 和苯酚复合体系的光催化研究

以溶胶凝胶法制备的TiO_2/石墨烯复合材料为光催化剂,对Cr(Ⅵ)和苯酚的复合体系进行光催化实验。考察了污染物浓度、反应气态氛围、光照时间等因素对光催化效果的影响。结果表明,Cr(Ⅵ)和苯酚的去除率均随光照时间的延长而提高。苯酚质量浓度为0～150mg/L时,Cr(Ⅵ)的去除率随着苯酚浓度的增大而升高,当苯酚质量浓度为150mg/L时,Cr(Ⅵ)的最终去除率可达到100.0%;而Cr(Ⅵ)质量浓度为0～50mg/L时,苯酚的光催化氧化去除率随Cr(Ⅵ)浓度的增大先升高后降低,当Cr(Ⅵ)质量浓度为15mg/L时,苯酚的最终去除率最高,为92.2%。综合考虑,空气为最佳气态氛围。Cr(Ⅵ)和苯酚的光催化去除反应均符合一级反应动力学规律。Cr(Ⅵ)和苯酚的光催化协同去除机理为:在光照射下,TiO_2被激发产生光生电子和光生空穴,Cr(Ⅵ)被光生电子还原成Cr(Ⅲ),苯酚主要被光生空穴氧化,光生电子和光生空穴的复合被阻止起到了协同促进作用。     

固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅵ)的吸附

用2%海藻酸钠与1%明胶混合作为包埋剂固定啤酒废酵母,研究固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅵ) 的吸附特性。结果表明,固定化啤酒废酵母吸附Cr(Ⅵ) 受吸附时间、起始pH 、固定化菌体浓度、Cr(Ⅵ) 起始浓度及共存离子等因素的影响。确定固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅵ) 最佳吸附条件为：pH 2,Cr(Ⅵ) 起始浓度100 mg/L ,固定化菌体浓度2 g/L,吸附90 min 。此条件下Cr(Ⅵ) 的吸附率可达96.8%。Pd²⁺等并存离子可抑制固定化啤酒废酵母对Cr(Ⅵ) 的吸附。用1 mol/L盐酸洗脱固定化啤酒废酵母所吸附的Cr(Ⅵ) 3 h,解吸率为93.6%。     

粉煤灰对Cr(Ⅵ)的吸附特性

通过间歇实验研究了粉煤灰对重金属Cr(Ⅵ)的吸附特性。探讨了固液比、pH、反应时间、温度、离子强度和初始浓度等因素的影响。实验结果表明,固液比、pH、温度与离子强度都对去除率有较大影响。当温度为20℃、pH=1、Cr(Ⅵ)的初始浓度为10 mg/L,固液比为100 g/L时,去除率达到50.13%。动力学实验结果表明,粉煤灰对Cr(Ⅵ)的吸附为快速反应,在180 min内可达到平衡,伪二级动力学模型可较好地拟合实验结果。等温吸附实验结果表明,Freundlich模型与Langmuir模型均可较好地拟合等温吸附实验结果。低温有助于粉煤灰对Cr(Ⅵ)的吸附。     

紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原水中Cr(Ⅵ)机理及影响因素

采用紫外活化过硫酸盐/甲酸体系所产生的还原性二氧化碳阴离子自由基(CO_2~(·-)),研究了水溶液中高浓度Cr(Ⅵ)的去除效果;使用电子自旋共振(ESR)技术,鉴定识别了体系中产生的活性自由基;分析了体系的活化机理及其对Cr(Ⅵ)的还原机制;考察了过硫酸盐投加量、初始pH、腐殖酸、无机阴离子(Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-)及初始Cr(Ⅵ)浓度等对Cr(Ⅵ)去除的影响。结果表明:紫外活化过硫酸盐/甲酸体系可以有效还原Cr(Ⅵ),当过硫酸钠与甲酸浓度分别为20 mmol·L~(-1)和40 mmol·L~(-1),未调初始pH为2.4时,初始浓度为200 mg·L~(-1)Cr(VI)在50 min内基本完全可被还原;此外,Cr(Ⅵ)还原去除率随过硫酸盐浓度升高而增强,在酸性条件下(pH=2.4),体系对Cr(Ⅵ)的还原效率最高,随着pH的增大,还原效率明显降低。进一步研究表明, Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-对Cr(Ⅵ)的还原都存在抑制作用,在相同浓度下,其抑制程度分别为HCO_3~-NO_3~-Cl~-,腐殖酸也对Cr(Ⅵ)的去除存在抑制作用。紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原Cr(Ⅵ)过程符合零级反应动力学方程,其动力学常数为78.467μmol·(L·min)~(-1)。本研究结果为Cr(Ⅵ)废水的处理提供了一种高效的还原新技术。     

PBTCA稳定零价纳米铁的制备及其去除水中Cr(Ⅵ)

以2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸(PBTCA)为稳定剂,通过FeCl3.6H2O与NaBH4反应,利用液相还原法制备稳定纳米级零价铁颗粒(P-NZVI),并用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)进行表征,颗粒平均粒径为73 nm。考察了Cr(Ⅵ)溶液初始浓度、pH、NZVI投加量、温度等条件对Cr(Ⅵ)去除效果的影响,并与同等条件下不加稳定剂制备的纳米铁(N-NZVI)进行对比。结果表明:Cr(Ⅵ)的去除率随温度和纳米铁投加量增加而升高,随pH和Cr(Ⅵ)溶液初始浓度升高而降低。在相同实验条件下,P-NZVI对Cr(Ⅵ)的去除效果明显优于N-NZVI,表明改性后纳米铁在地表水原位修复领域具有较好的应用前景。     

微生物絮凝剂与聚合氯化铝复配处理涂料废水的响应面优化

采用响应面分析法对聚合氯化铝(PAC)与污泥生产的微生物絮凝剂复配处理涂料废水的过程进行了优化,设定的响应值为COD和色度去除率。实验分别拟合了关于COD去除率和色度去除率的二次模型,根据响应值的分布情况,确定涂料废水的最佳絮凝条件为微生物絮凝剂浓度47 mg/L,PAC浓度39 mg/L,pH为8.2,CaCl2浓度0.38 g/L,搅拌速度210 r/min。最佳絮凝条件下,微生物絮凝剂对涂料废水中COD和色度的去除率分别达到77.6%和68.9%。     

一株典型伯克氏菌对Cr(Ⅵ)/Cu(Ⅱ)复合污染的吸附转化

工业废水和环境污染中往往含有两种或以上的金属离子,因此筛选分离能吸附多种重金属的菌株是利用微生物技术治理环境重金属污染的关键。从剩余污泥中筛选获得一株能耐受重金属Cr和Cu的细菌,经鉴定为伯克氏菌(Burkholderia sp.),命名为Y-12,用于开展水体Cr(Ⅵ)/Cu(Ⅱ)复合污染微生物吸附转化研究。结果表明,Y-12对Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附规律不同。随时间延长,Cr(Ⅵ)的去除率逐渐增大,但是共存Cu(Ⅱ)的去除率在2.00h达到最大值之后却又逐渐被解吸出来;Y-12去除Cr(Ⅵ)/Cu(Ⅱ)复合污染的最佳pH为6,强酸条件下,Y-12对Cr(Ⅵ)的吸附受到抑制,而当溶液pH为9时,Y-12主要通过还原作用对Cr(Ⅵ)进行解毒;Cr(Ⅵ)浓度越大越不利于Cr(Ⅵ)的去除,溶液中Cu(Ⅱ)浓度变化对Cr(Ⅵ)去除没有显著影响。由此可见,在适宜环境条件下,Y-12能有效去除水体中Cr(Ⅵ)/Cu(Ⅱ)复合污染,具有广泛的应用前景。     

非活性原始铜藻对水中Cr(Ⅵ)的生物吸附

以非活性原始铜藻(Sargassum horneri)(以下简称铜藻)为生物吸附剂处理含Cr(Ⅵ)废水,考察了溶液pH、铜藻投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度、反应时间及温度对Cr(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,当pH在1~9时,pH越低时铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附效果越好;降低铜藻投加量或增加Cr(Ⅵ)初始浓度均能提高铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附容量,但会降低溶液中Cr(Ⅵ)的去除率。铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附过程更遵循准二级动力学模型,且颗粒内扩散并不是该吸附过程的唯一速率控制步骤。Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附,20、30、40、50℃下铜藻对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量分别为19.14、18.79、20.96、23.62mg/g。热力学分析显示,铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附为吸热反应,可自发进行,升温可促进铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附。此外,铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附过程中物理吸附和化学吸附并存。