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。     

基于智能算法的矿区土壤修复采样优化

针对废弃矿区土壤的修复,同一地区周期性的采样评价是验证修复效果必不可少的手段。而采集及分析样本的过程耗时、耗力且昂贵;如何能在不影响整体评价精度的基础上,最大限度地降低后续采样点的数量,对土壤修复评价成本的降低有直接的好处。以广西某县的一重金属铅（Pb）污染严重的废弃矿区为研究对象,基于45个原始采样点,采用了RBF神经网络拟合了Pb的浓度空间分布,并采用遗传算法对采样点进行了进一步优化。在构建网络结构的过程中,根据种群个数及迭代次数的不同提出了6个优化方案。结果表明,种群个数为40且迭代次数为100的方案F的优化结果生成的分布图与原始分布图最接近,误差均方差为0.501 3,且优化后的样本数量减少到25个,减幅达44%。该结果反映了遗传算法能为空间变异缓慢地区的后续采样方案提供科学建议,明显降低采样点数量及分析成本。     

改性棉铃壳对水中刚果红的吸附性能

通过甲醇酯化制备改性棉铃壳吸附剂,利用红外光谱仪、扫描电镜等表征了改性前后棉铃壳表面结构和官能团变化情况,考察了改性棉铃壳投加量、刚果红初始浓度和溶液pH等因素对改性棉铃壳吸附水中刚果红的性能影响,并通过实验分析了改性棉铃壳对水中刚果红吸附动力学。结果表明,改性后棉铃壳表面官能团明显改变,表面光滑、致密。改性棉铃壳对刚果红的吸附效果较未改性棉铃壳明显提高,增加刚果红初始浓度和吸附时间可以增加改性棉铃壳对刚果红的吸附量。在溶液pH为6、吸附剂投加量为20 g·L-1,吸附时间为120 min时,刚果红的去除率可达79.1%。改性棉铃壳对刚果红的吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型,吸附过程属于化学吸附,吸收速率受表面扩散和颗粒内扩散控制。     

改性蔗渣焚烧灰去除糖蜜酒精废液中硫酸根

以改性蔗渣灰（MBA）为吸附剂,通过单因素实验,等温吸附模型拟合实验和正交实验,探讨了MBA去除糖蜜酒精废液的高浓度硫酸根离子的实验条件。结果表明,当MBA粒径60目,投加量为3 g·（25 mL）-1,反应温度45℃,pH为4.2,反应时间50 min时,溶液中的硫酸盐去除效果最优。等温吸附模型拟合结果表明,Langmuir模型更适合拟合该过程,MBA去除硫酸根离的反应为单分子层吸附。正交实验次优反应条件可以确定为：废液浓度为稀释15倍,MBA投加量3.0 g·（25 mL）-1,MBA粒径80目,反应时间1 h,反应温度为35℃。经验证,硫酸根离子的去除率达到88.86%。     

降雨特征对合流制管网溢流污染的影响

为明确北运河流域合流制管网溢流污染特性的影响因素,选取上游城乡结合部的合流制溢流口为对象,基于现场连续监测和采样调查结果,采用条件回归树方法分析了合流制管网溢流污染的水质水量等参数与降雨特征之间的响应关系,并通过分析典型强降雨形成的溢流污染过程,验证了条件回归树预测的阈值。结果表明：沙河库区合流制管网溢流的污水流量与降雨特征密切相关,次降雨量在15~19 mm时发生溢流,溢流事件和溢流量高峰滞后于降雨强度高峰15~60 min,初期溢流污染物浓度高峰在持续(45±5) min后达到稳定水平;次降雨量显著影响溢流的流量和浊度(P<0.001),次降雨量(P=0.029)、平均降雨强度(P<0.001)均显著影响溢流COD。研究结果可为北运河消减合流制管网溢流污染提供参考。     

三元复合吸附剂Ce-Zr-Zn对水中低浓度磷的吸附性能及其机理

为缓解水体富营养化问题,通过沉淀法合成了新型的三元复合吸附剂Ce-Zr-Zn,且将其用于除磷研究。结合XRD、SEM、BET、XPS和FT-IR表征分析,研究了其对水中低浓度磷的吸附性能及可能的吸附机理。结果表明：Ce-Zr-Zn具有优异的除磷特性,磷的去除率可高达96%,出水磷浓度低于0.045 mg·L⁻¹;其对磷酸盐的最大吸附容量为66.61 mg·g⁻¹,磷酸盐吸附过程符合拟二级动力学模型和Freundlich模型。此外,吸附剂具有较宽的pH适用范围(3~9)和良好的磷酸盐选择性。机理分析结果表明,配位体交换和静电吸附是该吸附剂除磷的主要原因。以上结果可为该材料用于水体深度除磷提供参考。     

臭氧-过硫酸钠高级氧化降解土霉素废气

为去除禽畜养殖粪便高温堆肥过程产生的土霉素(OTC)废气,采用臭氧-过硫酸钠(O₃/PS)高级氧化方法,在喷淋装置中降解土霉素(OTC)废气。通过对比不同条件下装置对OTC废气的去除率,考察了O₃及PS对OTC废气去除率及耦合作用。结果表明：O₃/PS喷淋塔对OTC去除率可达94.7%,O₃直接氧化作用的加入使OTC的去除率提高了6.2%~15.9%;加入PS后,OTC的去除率增加了13.9%~23.2%,这是由8.6%~13.7%的·OH氧化作用和4.5%~7.5%的${\rm{SO}}_4^{ \cdot - }$氧化作用引起的。结合高分辨液质联用仪(LC-TOF-MS/MS)分析OTC的降解产物,可以看出,OTC在O₃/PS喷淋塔中经过O₃、·OH和${\rm{SO}}_4^{ \cdot - }$的氧化后,生成了4种主要中间产物,即C₂₀H₁₈N₂O₈、C₂₂H₂₀N₂O₈、C₁₂H₁₆O₂和C₁₃H₂₁O₃。由此可知,OTC废气能被喷淋装置有效去除,并被O₃/PS氧化降解。以上研究结果为含OTC废气的产生、检测和处理提供了参考。     

Fe-Mt三维粒子电极体系去除水中亚甲基蓝

以铁改性蒙脱石(Fe-Mt)制备粒子电极,探究了其在三维电极体系中的催化性能。通过SEM-EDS和XRD对Fe-Mt粒子电极进行了形貌和物相表征,分析了不同反应条件(pH、投加量、槽电压等)对亚甲基蓝去除率的影响,进一步通过自由基抑制实验、H₂O₂的产生量以及总溶解性铁离子浓度检测探讨了Fe-Mt粒子电极对亚甲基蓝的氧化去除机理。结果表明,Fe-Mt粒子电极能够拓宽pH的有效作用范围,在pH=3.0、电压为5 V、粒子电极投加量为10 g∙L⁻¹条件下,较二维电化学体系亚甲基蓝去除率提高了约25%。Fe-Mt粒子电极能够直接或间接催化H₂O₂以产生羟基自由基,并结合吸附-氧化降解耦合机制强化了亚甲基蓝去除率。以上研究结果可为拓宽以蒙脱石为基材的催化材料在高级氧化体系的应用提供参考。