CNT-PVDF复合中空纤维膜的制备及其电辅助抗膜污染性能

电辅助膜过滤是减缓膜污染的有效方法,但是受限于缺乏稳定性好、机械强度高、制备工艺简单的导电膜。通过在PVDF膜表面真空抽滤CNT制备得到了导电的碳纳米管-聚偏氟乙烯(CNT-PVDF)复合中空纤维膜,然后利用酸化CNT表面羧基与聚乙烯醇的羟基发生交联反应来固定CNT,以提高导电功能层的稳定性。抗污染实验结果表明:单纯膜过滤在5个运行周期内的膜通量衰减72%,反冲洗再生后膜通量为初始通量的58%;而在电辅助下(2 V电压,膜作为阴极),静电排斥作用可以有效降低膜通量衰减速度,减缓膜污染程度,5个运行周期内的膜通量衰减均小于10%,反冲洗再生时能完全恢复膜初始通量。以上研究结果可为推进电辅助缓解膜污染技术的实际应用提供参考。     

Cu-ZnO双反应中心类芬顿催化剂降解水中碘乙腈性能与机制

多相芬顿催化虽然克服了均相芬顿pH适用范围窄,铁泥二次污染等问题,但还面临着稳定性差,H₂O₂利用率低的问题,从而限制了其实际应用。本文利用锌和铜的电负性差异制备了一种双反应中心催化剂Cu-ZnO,通过在催化剂表面构建贫富电子中心,从而诱导H₂O₂产生·OH降解污染物。采用TEM、EDS、XRD、FTIR、XPS以及EPR对催化剂进行表征,并研究了催化剂投加量、H₂O₂投加量、pH以及共存离子对碘乙腈降解效果的影响。结果表明,在催化剂投加量为1 g·L^-1,双氧水投加量为10 mmol·L^-1时,Cu-ZnO对碘乙腈的去除率在91%。大部分共存离子对催化剂的降解效果影响较小,且在酸性条件下催化剂稳定性较好,中性和碱性条件下金属离子基本无释放。催化剂诱导产生的•OH和HO₂^•/O₂^•−是碘乙腈(IAN)降解的主要活性物种,降解产物包括CO₂,H₂O,I^－和IO₃^- 等。     

涂覆式蜂窝状钒钨钛催化剂的SCR及抗中毒性能

为制备性能优异的涂覆式蜂窝状SCR催化剂用于高效去除NO_x,采用正交实验探究添加剂对催化剂的涂覆效果及SCR性能影响。结果表明,当PVA和吐温-20含量分别为0.2%和0.1%,pH为1.5时制备的浆料有较好的负载率、附着率和NO转化率。而后对整体式蜂窝状V₂O₅-WO₃-TiO₂/堇青石催化剂进行SCR性能测试,其在350~500 ℃区间活性、耐C₃H₈、SO₂和H₂O反应催化活性均在80%以上,在350 ℃时稳定性均高于88%。通过粒径分析、SEM的表征结果表明,该配方制备的浆料能有效减少组分团聚作用,使其小于堇青石孔径,从而拥有较高的负载率和附着率。通过XPS、H₂-TPR和NH₃-TPD的表征结果表明,C₃H₈、SO₂和H₂O物质的加入会使促进反应的活性物质含量降低,与反应物竞争活性位点,从而降低催化剂氧化还原性能,进而影响催化剂催化活性。但在中高温区间,通过该配方制备的催化剂仍保持良好的酸性位和酸性数量,且与反应物竞争作用降低,从而在中高温度区间仍能保持良好的性能。本研究可为涂覆式蜂窝状催化剂的优化合成、提升其去除氮氧化物及抗中毒性能提供参考。     

夏季白洋淀颗粒的有机质碳氮同位素特征及其来源解析

为阐明白洋淀颗粒有机质碳氮同位素空间分布差异及其来源,于2022年9月测定了白洋淀夏季悬浮颗粒物样品中颗粒有机碳 (POC) 、颗粒有机氮 (PON) 、δ¹³C和δ¹⁵N,并运用MixSIAR模型对颗粒有机质来源进行分析。结果表明,白洋淀内POC和PON质量分数分别为3.55%~21.91%和0.44%~2.93%,全淀区POC和PON整体水平处于8.60%±5.52%和1.14%±0.72%,受入淀河流的影响,POC、PON整体空间分布存在较大差异;δ¹³C和δ¹⁵N的范围分别为−25.27‰~−32.95‰和3.86‰~7.32‰,呈由淀南向淀北逐渐偏正的趋势,表明由南向北外源贡献升高,自生源贡献降低。贝叶斯混合模型计算结果表明,悬浮颗粒有机质主要来源于浮游植物 (28.60%~37.40%) 、陆源植物 (22.40%~34.30%) 和水生植物 (30.20%~31.30%) ,内源自生贡献率高达59.90%。基于上述研究,提出在适当的时期通过收割淀内芦苇等挺水植物及适当的对沉水植物及藻类残体进行打捞的工程措施,可有效降低自生源对于有机质的贡献,进而切断有机质对于水环境中有机碳氮的贡献,确保水质的达标和稳固提升。本研究结果可为白洋淀的水质保护及修复提供理论参考。     

猪粪沼液的磁混凝预处理工艺优化及评估

以高悬浮物、高氮磷与高有机物的猪粪沼液为研究对象,采用磁混凝进行预处理,以浊度去除率为主要考察指标,结合单因素实验和正交实验,优化磁混凝工艺参数,并简要分析磁混凝机制及评估其作为沼液资源化利用的预处理工艺的效能。研究结果表明,优化的磁混凝条件是PAC 、PAM、磁种的投加量分别为5 g·L-1、120 mg·L-1、3 g·L-1,转速为250 r·min-1。经磁混凝处理后,猪粪沼液的浊度、SS、COD、TP与PO43--P浓度降为2 235 NTU、3.84 g·L-1、10 302 mg·L-1、133 mg·L-1和62.58 mg·L-1,去除率分别为92.90%、84.42%、70.63%、91.90%和50.3%。同时,磁混凝对氨氮与K的去除率较低,分别为6.49%和16.12%,浓度分别为4 072.5 mg·L-1和4 176 mg·L-1,利于后续的沼液资源化利用。磁种加载后在混凝过程中被絮体包裹,形成密实的磁絮体,显著提高了沉降性能,沉降时间由传统混凝的25 min降为5 min,同时污泥量显著减少。综上,磁混凝可高效削减沼液的悬浮物,且保留氮与钾等营养物质,促进沼液资源化利用。     

紫外活化过硫酸钠降解水中三唑酮的效能

针对常规水处理工艺难以去除原水中低浓度有机氯农药的问题,采用新型高级氧化技术——紫外(UV)活化过硫酸钠(PS)去除水中有机氯农药三唑酮(triadimefon,TDF),分别研究了TDF初始浓度、PS浓度、初始pH、氯离子浓度以及腐殖酸(HA)浓度对TDF降解效果的影响。结果表明：随着TDF浓度的增加,其去除率逐渐降低;PS浓度从100 μmol·L-1增到250 μmol·L-1,TDF去除率可以提高6.83%;初始pH为5时,TDF的去除率最大;氯离子的存在会抑制TDF降解;存在HA时会降低TDF去除效果。当TDF浓度为200 μg·L-1、PS投加量为250 μmol·L-1、pH为5、温度为(25±2) ℃和反应时间为600 s的反应条件下,TDF的去除率达到99.83%。相比于单独采用UV辐照和PS氧化技术,UV/PS技术对TDF的去除率分别提高了64.2%和86.22%。TDF的降解机制是紫外直接光解和以硫酸根自由基(SO4?-)为主的自由基氧化的共同作用。     

铁电絮凝产羟自由基氧化降解地下水中磺胺

为了揭示铁电絮凝(EC)过程中尚未被认识的羟自由基氧化机制,以磺胺污染的地下水为对象进行电絮凝降解研究。通过淬灭自由基、厌氧电絮凝和加Fe(III)盐等对照实验,探究反应体系是否存在羟自由基氧化机制;并对不同电解质、溶液pH、初始磺胺浓度、电流强度条件下的电絮凝降解磺胺效率进行了测定。研究结果表明：铁电絮凝处理磺胺废水反应体系存在羟自由基氧化降解磺胺机制;地下水中,阴离子对铁电絮凝氧化效果的影响较小。对模拟江汉平原含0.2 mg·L-1 As(III)和0.1 mg·L-1磺胺的地下水进行铁电絮凝处理,在30 mA的电流条件下,As(III)在4 h内的去除率达到100%,而磺胺达到68.6%。     

煤化工废水高效反渗透工艺运行效果及膜污染特征

高效反渗透(high efficiency reverse osmosis,HERO)工艺是工业废水零排放系统浓盐水浓缩减量的关键,其运行效果显著影响浓盐水蒸发结晶的效能,直接决定系统运行的稳定性和运行成本。针对我国北方某煤化工厂废水零排放系统中的HERO工艺运行效果及膜污染特征进行了分析,以明确HERO系统的关键问题。结果表明：澄清池和弱酸阳床可有效实现废水中硬度离子的去除,其他离子与污染物主要由反渗透(RO)单元去除。废水中溶解性有机物(DOM)主要以腐殖酸类物质和微生物代谢产物(SMP)类物质为主,且腐殖酸类物质主要为微生物源。预处理阶段对SiO₂无针对性控制措施,混凝除硅效果较差(去除率29.43%),HERO进水SiO₂质量浓度较高,导致RO膜出现显著的硅复合污染,其中1段第1根膜污染物以硅和有机物耦合物、微生物及其代谢产物为主,二段最后1根膜表面出现大量颗粒状硅垢。因此,针对此HERO工艺,需进一步强化SiO₂的去除并实现其有效清洗,是缓解膜污染并提升系统稳定性的重要措施。     

汽油中典型苯系物在静止水相中的溶解及乙醇增溶效应研究

汽油中典型苯系物(苯、甲苯、乙苯和3种二甲苯的同分异构体,统称BTEX)在含水介质中的溶解情况直接关系到下游BTEX污染程度和污染范围,是汽油泄漏区制定污染场地修复计划的关键资料。为探究汽油BTEX在静止水相中的溶解情况及乙醇对BTEX溶解的影响,利用微元体开展了传统汽油和乙醇汽油(乙醇体积分数10%)静态溶解批实验。结果表明:在静止水相中,油水体积比为1∶70的条件下,水相中BTEX浓度在前9天呈线性快速上升,第13天后进入平衡状态,平衡质量浓度为119.63～130.76mg/L,溶解速度为8.39～13.75mg/(L·d)。乙醇对汽油中的BTEX有一定增溶作用,但效果不明显,且BTEX在乙醇汽油中的溶解速度比传统汽油慢。砂层对BTEX存在吸附作用,可以增强BTEX的溶解。Raoult定律能较好地预测汽油BTEX在静止水相中的溶解,其中高溶解度组分苯和甲苯的实测浓度与预测浓度较为接近。     

某废弃硫酸厂场地土壤重金属污染特征及健康风险评估

以某废弃硫酸厂场地为研究对象,对该场地土壤中As、Cd、Cu、Pb、Zn的污染特征进行分析,并对该场地进行健康风险评估。采用单因子污染指数法、主成分分析和相关性分析对场地重金属污染特征及污染来源进行分析,并评价目标污染物的健康风险。结果表明,Zn、Cd、As、Pb、Cu最大超标倍数分别为18.86、320.25、466.00、132.50、12.42倍。污染比较严重的区域主要分布在厂区的原堆渣场、磷石膏、硫酸以及锌锭的生产车间,随着土壤深度的增加,污染物都发生了不同程度的垂向迁移。As、Pb具有同源性,来源于工业废渣的裸露堆放;Zn、Cd来源于硫酸以及锌锭生产车间,Cu与其他重金属具有相似的污染途径,受废渣堆放、硫酸生产、锌锭制造的共同影响。根据健康风险评价结果,土壤中As、Cd、Pb均超出可接受风险水平,是后续场地修复的目标污染物。