改性HDPE填料的制备及对MBBR脱氮除磷效果的强化

为解决传统填料亲水性差、挂膜速度慢等问题,对高密度聚乙烯(HDPE)填料进行亲水改性并改善填料的挂膜性能及在移动床生物膜反应器(MBBR)中的应用效果,用浸涂的方式将纳米SiO₂、聚乙烯醇(PVA)、聚多巴胺(PDA)等材料涂覆在HDPE填料表面,对改性后填料进行接触角、SEM、FT-IR和XPS表征以及MBBR挂膜启动实验,研究化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果以及对填料挂膜时间、生物膜量、蛋白质和多糖含量的影响。结果表明：改性后,填料接触角由94.82°降至 60.1°,填料亲水性明显增强;填料表面出现褶皱,粗糙度增加;上述材料成功负载在填料表面并引入了亲水基团且未改变填料基本结构;填料挂膜时间由25 d提前至16 d,挂膜时间提前了9 d,COD、NH₃-N、TN、TP去除率分别达到94.9%、95.4%、83.5%、71.6%,与改性前比分别提高了9.3%、6.7%、13.7%、11.5%;填料的生物膜量是改性前的1.57倍,从27.35 mg·g⁻¹提高到42.87 mg·g⁻¹,其中蛋白质和多糖的含量分别从改性前的6.48 mg·g⁻¹和3.38 mg·g⁻¹提高到8.83 mg·g⁻¹和5.82 mg·g⁻¹,分别为改性前的1.36倍和1.72倍。由此可以看出,表面涂覆可以提高HDPE填料的亲水性,改性后的HDPE填料可以缩短在MBBR中的挂膜时间及强化对COD、NH₃-N、TN、TP的去除效果。本研究结果可为HDPE填料亲水改性的深入研究及在MBBR中的实际应用提供参考。     

基于响应曲面法优化的臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺对结晶紫的降解

为有效去除水中结晶紫,利用臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺对结晶紫的氧化效果进行研究,设计单因素实验探索臭氧流量、过硫酸盐浓度、四氧化三铁浓度和pH对结晶紫降解的影响,依据响应曲面法的Box-Behnken Design(BBD)实验设计原理,探究臭氧流量、过硫酸盐浓度、四氧化三铁浓度和反应时间对降解效果的影响,并优化工艺参数;使用SEM-EDS、FT-IR和Raman表征了反应前后的四氧化三铁,并用EPR技术直接鉴定出工艺过程中的活性氧。结果表明：此工艺在较宽的pH区间(3~11)都具有较高的结晶紫降解能力,臭氧流量、过硫酸盐浓度和四氧化三铁浓度与结晶紫的降解率成正比;臭氧流量1.000 L·min⁻¹,过硫酸盐浓度0.968 mmol·L⁻¹,四氧化三铁浓度2.158 mmol·L⁻¹,反应时间41.702 min为预测的最佳工艺条件;在最佳工艺条件下得到的实际降解率与预测降解率相对偏差仅为−1.12%;催化反应后Fe₃O₄粒径减小,表面变得更加光滑;反应后的Fe₃O₄的铁元素质量分数由48.24％降至35.31%,而氧和硫元素质量分数由34.05%和0.39%分别增至37.59%和1.09%;臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺过程中存在SO₄^·–和·OH。由此可知,BBD优化模型预测与实际处理效果基本一致。该研究成果为可为难降解的结晶紫废水的深度处理提供参考。     

曝气策略对膜面剪切力的影响机制及其优化

曝气冲刷是浸没式MBR工艺不同于常规活性污泥法工艺的关键特征,然而现行规范的曝气系统设计与运行比较粗放,缺乏气泡尺寸模拟优化方法。以可直接观测的工程规模 (500 m³·d⁻¹) 膜生物反应器为研究对象,对穿孔管角度进行了优化研究,并用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)模型模拟污泥混合液不同粘度下的内部气泡分布情况。结果表明：穿孔管角度垂直向下、60°、45°、30°、垂直向上在膜面产生的平均剪切力分别为1.74、1.46、1.19、1.38、1.67 Pa,这表明曝气角度最优为垂直向下。0.3%、0.5%和0.8%浓度的羧甲基纤维素钠(Carboxymethyl cellulose, CMC)下产生的平均剪切力分别是1.51、1.92、2.24 Pa,气泡直径逐渐增大。且气泡尺寸越大、流速越大,分布越均匀。基于0.3%、0.5% CMC的速度实验结果与 PBM模拟结果基本吻合。该研究结果可为MBR技术的工艺优化和系统控制方法提升提供参考。     

固体废物沥青路面利用的环境风险评估

固体废物用于沥青路面建设具有广阔的发展前景,但由于固体废物中含有重金属等有害物质,其作为沥青路面利用的首要前提是环境安全。概述了沥青路面建设中固体废物的主要利用方式和现状,总结了固体废物中的有害物质在道路利用时造成的地下水和大气环境风险的评估方法,并介绍了常用于固体废物和水泥混凝土中重金属的浸出方法。通过总结沥青-集料的黏附性机理,以及目前固体废物道路利用中的重金属浸出方法,讨论了固体废物沥青路面利用环境风险评估中污染物释放的定量表征方法(浸出方法)的适宜性。结果表明:由于缺乏针对特定场景污染物浸出方法的研究,固体废物道路利用的环境风险评价只能通过实验室模拟和借鉴国外模型的方法进行。因此,固体废物沥青路面利用污染物的浸出方法应还原实际应用场景,需考虑车轮荷载、紫外线照射等因素。指出未来的研究方向为制定针对固体废物再利用领域的环境风险评价标准。     

铁氧体法处理锂电池废液及其产物臭氧催化性能

利用共沉淀法将锂电池废液中的有价金属(Me:Co、Ni、Mn)固定在铁氧体晶格中,得到一种掺杂钴镍锰的铁氧体,不仅可以去除废液中的金属污染物,还可作为理想的臭氧氧化催化剂。研究表明,在T=90 ℃,Fe/Me(摩尔比)=20的条件下,掺杂钴、镍的铁氧体最佳pH为9,掺杂锰的铁氧体最佳pH为11。进一步分析了在不同pH条件下,铁氧体形成α-Fe2O3、γ-Fe2O3、Fe3O4 3种晶型的原因并探讨钴镍锰掺杂的铁氧体对臭氧催化降解苯酚效率的影响。     

重金属污染土壤旋流洗脱设备的设计及性能评估

针对高浓度重金属污染土壤,尤其是污染负荷较高的黏土土壤,传统的物化方法难以实现其高效的洗脱。利用旋流场中土壤颗粒高速自转/公转,实现土壤颗粒污染物的强化快速脱附。土壤旋流洗脱实验分为旋流器的分离性能和单一/复合污染物的脱附性能2部分。在土壤-水体系下,旋流器的最优操作条件为：进口流量0.7 m3·h-1,分流比0.12,固液比为1:20。对于Pb污染物,底流脱附效率均能达到近85%,溢流也能够达到70%。对于Cu污染物,底流和溢流脱附均能达到90%左右。对于Cr(VI)污染物,底流脱附最高能达到60%左右,但溢流洗脱效率极低。复合污染能够在单次通过后脱除Pb、Cu、Cr(VI)等多种重金属污染,且洗脱效果与单一污染洗脱时基本一致。对实际的场地修复具有指导意义。     

城市生活垃圾热解重整制合成气计算分析

基于热化学平衡对热解重整制取合成气工艺进行了建模分析,考察了垃圾收到基水分Mar、干燥基灰分Ad、热解装置入口垃圾含水率和合成气燃烧比例对能量转化率、干合成气产率、干合成气低位热值、合成气组分等的影响。结果表明：该工艺对于收到基低位热值大于6.7?MJ·kg-1的生活垃圾可以产生标况下低位热值高于5.3?MJ·m-3的干合成气;垃圾收到基水分和干燥基灰分的增加会大幅降低能量转化率、干合成气产率和低位热值。     

中心组合设计制备高比表面铝基核桃果皮多孔碳材料

以农业废弃物核桃青果皮为原料、F127为微结构调控剂、硝酸铝为中心配位离子,通过中心组合设计,螯合辅助共组装策略制备了系列铝基多孔碳材料并对制备参数进行优化分析。选择硝酸铝浓度、铝基复合材料与F127的质量比和碳化温度作为优化因素,研究各因素的不同水平对系列碳材料比表面积的影响。得到制备的最优条件为硝酸铝浓度1 mol·L-1,铝基复合材料与F127质量比为2.5及碳化温度850 °C。在此条件下,制备得到的碳样品的比表面积为1 505.86 m2·g-1,与预测值1 503.77 m2·g-1接近,说明与响应方程模型高度拟合。     

电磁浮动床除尘装置的设计与实验研究

针对所设计的电磁浮动床除尘装置,为了掌握该装置的运行规律以及除尘效果,以铁磁颗粒为床料,通过实验分析了铁磁颗粒质量对床层高度的影响,以及风量和磁场强度等因素对床层高度和压强降的影响,并对风量和磁场强度与除尘效率的关系进行了研究,确定最佳运行条件：进口含尘气体浓度为20 g·m-3,磁场强度为300 Gs,风量为110 m3·h-1,除尘效率高达99.34%,为电磁浮动床用于高温除尘工艺奠定了基础。     

AC/PTFE微生物燃料电池阴极去除罗丹明B及同步产电性能

采用辊压成型法制备了活性炭（AC）/聚四氟乙烯（PTFE）质量比分别为6、5和3的AC/PTFE 电极,并利用SEM对电极表面进行表征。结果表明,随着质量比的降低电极表面活性炭颗粒间的连接更为紧密。以制得的AC/PTFE电极,碳毡分别为微生物燃料电池（MFC）的阴极、阳极,利用AC/PTFE阴极在曝气条件下产生的过氧化氢在阴极处理模拟的罗丹明B废水。研究了不同质量比AC/PTFE阴极对罗丹明B的去除效果及同步产电情况,结果表明以AC/PTFE质量比为6的AC/PTFE阴极在96 h内对罗丹明B的去除率达到96%,MFC获得的最大功率密度为105 mW·m-2;同时研究了在阴极液加入0.2 g·L-1 Fe2+的条件下,阴极液为不同pH值时,阴极对罗丹明B的去除效果及MFC产电情况。结果表明在阴极液pH= 3的情况下,罗丹明B的去除率在36 h内达到了98.9%,MFC的最大功率密度达到210 mW·m-2,罗丹明B的去除速率及MFC能量的输出得到了明显提高。